復(fù)合式變速器臨界速度的研究

姚淵 張磊 張靖雯

摘要：介紹了復(fù)合式變速器的工作原理，綜合考慮汽車(chē)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，基于simulationX進(jìn)行建立整車(chē)動(dòng)力性模型和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行模擬仿真并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析。最終得到一個(gè)比較理想的臨界切換速度，復(fù)合式變速器在這個(gè)臨界速度時(shí)由無(wú)級(jí)傳動(dòng)切換到有級(jí)傳動(dòng)，能夠有效的結(jié)合無(wú)級(jí)金屬帶式變速器和有級(jí)變速器的優(yōu)點(diǎn)，提高汽車(chē)傳動(dòng)的效率和可靠性。

關(guān)鍵詞：復(fù)合式變速器；臨界速度；建模仿真

緒論

現(xiàn)有汽車(chē)變速器包括機(jī)械變速器、自動(dòng)變速器、手自一體變速器和無(wú)級(jí)變速器，無(wú)級(jí)變速器已成為當(dāng)前汽車(chē)發(fā)展較快的一種無(wú)級(jí)變速器。在汽車(chē)變速器中最初普遍使用的是有級(jí)式機(jī)械變速器，有級(jí)式機(jī)械變速器具有效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、工作可靠、維修容易和成本低等優(yōu)點(diǎn)，但存在一些缺點(diǎn)。金屬帶式無(wú)級(jí)變速器可通過(guò)改變主、被動(dòng)帶輪的直徑從而在一定的數(shù)值范圍內(nèi)連續(xù)改變傳動(dòng)比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、噪音低等優(yōu)點(diǎn)。這不僅簡(jiǎn)化了駕駛操作，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了行車(chē)安全性，而且由于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，非穩(wěn)定工況較少，空燃比相對(duì)穩(wěn)定，降低了汽車(chē)有害排放物。但由于摩擦面的摩擦系數(shù)和零件承受單位壓力的限制，加之工藝和控制上的問(wèn)題，導(dǎo)致傳遞功率小，傳動(dòng)效率低，特別是高速大負(fù)荷行駛時(shí)功率損失較大，約束了金屬帶式無(wú)級(jí)變速器的廣泛應(yīng)用。為了克服現(xiàn)有金屬帶式無(wú)級(jí)變速器的不足，復(fù)合式汽車(chē)變速器應(yīng)運(yùn)而生，它由金屬帶式無(wú)級(jí)變速器傳動(dòng)裝置和有級(jí)變速傳動(dòng)裝置組成的，汽車(chē)低速行駛是，金屬帶式無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)裝置工作，高速行駛時(shí)，有級(jí)變速傳動(dòng)裝置工作。它綜合了金屬帶式無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)和機(jī)械變速傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，減少了高速大負(fù)荷行駛時(shí)功率損耗，簡(jiǎn)化了駕駛操作，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了傳動(dòng)效率和可靠性。

1.復(fù)合式變速器的工作原理

汽車(chē)在低速范圍內(nèi)行駛時(shí)，金屬帶式無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)裝置工作，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)飛輪及減振盤(pán)傳給輸入軸，此時(shí)前進(jìn)擋離合器接合，優(yōu)級(jí)變速離合器松開(kāi)，動(dòng)力經(jīng)輸入軸、太陽(yáng)輪、前進(jìn)擋離合器傳給主動(dòng)帶輪固定盤(pán)，并通過(guò)金屬帶傳給從動(dòng)帶輪，再傳給無(wú)級(jí)變速輸出齒輪，然后經(jīng)中間減速?gòu)膭?dòng)齒輪、主減速器主動(dòng)齒輪和主減速器從動(dòng)齒輪傳給差速器輸出。主、從動(dòng)帶輪滑動(dòng)盤(pán)可在主、從動(dòng)帶輪伺服油缸的作用下軸向移動(dòng)，來(lái)改變主、從動(dòng)帶輪的有效直徑，從而實(shí)現(xiàn)金屬帶式無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)速比的調(diào)節(jié)。當(dāng)汽車(chē)在高速行駛時(shí)，有級(jí)變速傳動(dòng)裝置工作，此時(shí)前進(jìn)擋離合器松開(kāi)，有級(jí)變速離合器接合，發(fā)動(dòng)機(jī)傳給輸入軸的動(dòng)力，經(jīng)有級(jí)變速輸入齒輪、有級(jí)變速中間齒輪、有級(jí)變速輸出齒輪，直接傳到無(wú)級(jí)變速輸出齒輪并輸出，無(wú)需經(jīng)金屬帶式無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)裝置。當(dāng)?shù)箵踔苿?dòng)器制動(dòng)時(shí)，齒圈被固定，太陽(yáng)輪帶動(dòng)行星齒輪架轉(zhuǎn)動(dòng)，由于行星架上有兩排行星齒輪，所以行星架的轉(zhuǎn)向玉太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)向相反，即前進(jìn)擋離合器鼓的轉(zhuǎn)向玉太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)向相反，變速器輸出倒擋。

2.整車(chē)模型的建立與仿真

對(duì)于整車(chē)，簡(jiǎn)化其模型受到的空氣阻力為

（2.1）

式中 ——空氣阻力系數(shù)；

——空氣密度；

——迎風(fēng)面積；

——汽車(chē)速度。

滾動(dòng)阻力為

（2.2）

式中 ——滾動(dòng)阻力系數(shù)；

——汽車(chē)質(zhì)量；

——重力加速度。

便可得到如下圖所示的仿真模型

圖2.1整車(chē)仿真模型

3.仿真結(jié)果的分析

綜合考慮汽車(chē)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性經(jīng)過(guò)多次仿真最終得出比較理想的速度和油耗曲線圖我們可以看出復(fù)合式變速器的從無(wú)級(jí)切換到到有級(jí)的臨界速度為60km/h，當(dāng)速度汽車(chē)在低速（0～60km/h）行駛時(shí)復(fù)合式變速器實(shí)現(xiàn)金屬帶式無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)，當(dāng)汽車(chē)在高速（60km/h以上）行駛時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為機(jī)械齒輪傳動(dòng)，從而克服了金屬帶式無(wú)級(jí)變速器和機(jī)械變速器的不足同時(shí)也提高了傳效率和可靠性。

4.結(jié)語(yǔ)

復(fù)合式變速器綜合金屬帶式無(wú)級(jí)變速器和機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器優(yōu)點(diǎn)，然而，無(wú)級(jí)和有級(jí)切換的臨界速度是研究的重點(diǎn)。文章在建立車(chē)模是時(shí)忽略了連接之間的剛度和阻尼，在模型的仿真過(guò)程之中，離合器是在理想狀態(tài)下進(jìn)行的，沒(méi)有考慮離合器的結(jié)合與分離的控制，所可以增加起步離合器的控制。還有在本文中采用的控制策略的算法導(dǎo)致金屬帶式無(wú)級(jí)變速器的速比有波動(dòng)不是很穩(wěn)定，可以考慮更深層次的模糊的控制或者其他的策略。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳家瑞.汽車(chē)構(gòu)造（上冊(cè)）.北京：人民交通出版社，第四版，2002.

[2]邱緒云，馮晉祥.復(fù)試汽車(chē)變速器.發(fā)明專(zhuān)利.山東：山東交通學(xué)院，2008.6.

[3]陳勇.自動(dòng)變速器技術(shù)的最新動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì).汽車(chē)工程，2008，30（10）：938-945.

[4]韓林森.CVT液壓控制系統(tǒng)建模與仿真：碩士學(xué)位論文 .四川：西華大學(xué)，2012.

作者簡(jiǎn)介：姚淵（1988—），男，長(zhǎng)安大學(xué)汽車(chē)學(xué)院碩士研究生，車(chē)輛工程。