关于变速器的文献阅读报告

关于变速器的文献阅读报告一引言目前国际上存在5种自动变速器,即液力机械式自动变速器(automatictransmission,AT)、电控机械式自动变速器(automatedmechanicaltransmission,AMT)、机械无级式自动变速器(continuouslyvariabletransmission,CVT)、无限变速机械式自动变速器(infinitelyvariabletransmission,IVT)、双离合器式自动变速器(dualclutchtransmission,DCT)上,通过分析这5种自动变速器的传动机理、发展历史、研究现状、生产与应用情况和优缺点,总结其共性关键技术,提出发展趋势,以达到对自动变速器的全面认识.二五种变速器的发展历史20世纪30年代后期到50年代是AT的成长期,多采用液力偶合器和行星齿轮变速器;60年代采用多元件工作轮;70年代使用闭锁离合器;80年代采取增加挡位和使用电子控制的技术,近几年,则通过采用CAD/CAM技术来提高生产效率.1985年,日本五十铃公司率先研制成功NAVI-5型全自动机械式变速器并装车.1986年,AMT技术第1次应用在F1法拉利赛车上.1995年,本田的部分Civic轿车装载了AMT.1996年,宝马M3轿车M序列式变速器采用了全新电液控制系统,有自动和手动2种模式.ZF公司也推出了新产品ASTronic系列,可以灵活选择各种驾驶模式(动力型或经济型),并将变速器所有功能集成在一个单元里,提高其可靠性,是世界上第一台完全一体化的AMT.2006年,马瑞利公司推出了第3代AMT产品,换挡时间大幅缩短,控制在300ms以内.19世纪70年代,出现了机械式CVT,但发展缓慢。20世纪70年代以后,随着先进制造加工技术的出现及完善,其获得了迅速和广泛的发展。20世纪80年代以后,美国,日本等国研究重点是高效率大转矩CVT开发.21世纪以来,其发展更为迅猛,全球超过700万辆带式CVT汽车,应用车型超过60多款.1905年,IVT就已经诞生,它主要使用圆盘和滚轮构成的速变器,结构简单,但由于摩擦本身带来的能量损耗大、发热量高、传递转矩小和材料不耐用等缺点,没有进行批量生产.后来英国Torotrak公司研发出IVT并注册专利,业界一直将它视为CVT.2002年,美国Torvec公司开发出另一种类型IVT.2003年3月,在美国底特律举行的汽车工程师学会年会上将其单独分类.20世纪30年代末,RudolfFranke首先提出DCT的想法.1985年,保时捷将双离合器(Porschedoppelkupplungen,PDK)技术应用在跑车上.1999年,大众公司和美国BorgWarner公司合作,制造出直接换挡变速箱(odirectshiftgearbox,DSG)即DCT,于2003年初率先装车使用.实车结果表明DCT车辆换挡平顺性与AT相当,百公里油耗及加速性能都优于MT.截至2007年底,全球DCT轿车已经超过100万辆.2008年初大众在高尔车上装载采用干式双离合器技术的第二代DCT.三变速器优缺点对比自动变速器速比范围对比图AT实现车辆平稳起步和迅速加速，利用液力传动本身特有的减振性能降低振动,提高乘坐舒适性，但液力传动工况下效率相对较低，结构复杂。AMT效率高、成本低、机构简单，生产继承性好、维护保养方便，但换挡过程动力传递中断，舒适性较差。CVT重量轻、体积小、零件少、燃油经济性与动力性提高的潜能较大，但金属带制造困难,可传递转矩相对较小。IVT重量轻、零件少、结构紧凑、可实现速比过零点。但对过零点的速比控制比较困难。DCT传动效率高、生产继承性好、可传递转矩较大。但双离合器模块难于生产制造,且控制策略复杂。四汽车自动变速器的建模、仿真和试验技术数学建模法：自动变速器中应用数学建模主要在传动装置的力学分析和换挡过程的运动学、动力学分析方面。运动学分析中常用的方法有特征方程法、相对速度法、杠杆法等;动力学分析的主要方法有牛顿第二定律法、Lagrange方程法等。在进行力学分析的时候为了简化模型有时会假设刚性、准静态平衡或稳态的条件。研究显示为了准确研究横向轴的挠性对齿轮动力学的影响，进行可靠地动力学分析，在啮合状态附近应该考虑横向轴的挠度和齿隙的因素;惯性、加速度等特别是在速比或负载急剧变化时对扭矩传递有很大影响，准静态简化会使模型精度下降，对后续控制过程、滑动的分析等造成不利的影响;某些非线性因素如带轮弹性和余隙等对CVT系统的推力比、扭矩容量和滑移性能有很大的影响。键合图法:一种系统动力学建模方法，它根据工程系统功率传递、转换、贮存和耗散的原理，运用特定的线段及符号所构成的图形、信息流向来完整地建立一个工程系统的动态模型，进行系统的动态特性分析与控制。其特点是，能有效地将由多种能量范畴藕合而成的复杂系统中的诸多物理量统一地用势、流、变位和动量这4个状态变量表示，按各能量单元实际存在的关系，以一组理想元件建立复杂系统的动态综合模型来进行系统分析。该方法用状态方程作为系统数学模型的表达形式，从键合图的形成到状态方程的建立都可按照一定程式进行。若借助于计算机，则可使上述过程自动化。键合图中常见的数据输入方式有数据文件方式、图形编辑方式和图表式键合图模型输入方式。键合图方法可以用于自动变速器行星齿轮或整个传动系的建模，预测其传动性能等。信号方块建模法:仿真软件以信号方块图的形式提供给用户各种功能模块，用户可以直接用鼠标对其拖放，建立它们之间的信号连接，从而完成建模。模型中各个功能模块连接之间的信息传递是单向的。该建模方式要求使用者对所研究对象的系统方程比较熟悉，因此，模型的正确与否很大程度上取决于建模人员对研究对象本质了解程度的高低。该建模方式主要适用于控制系统。基本元素和元件式建模:在工程领域，任何物理系统都可以分解为工程系统的各种最小要素(基本元素)，或者通过对基本元素进行组合形成工程系统进而描述物理系统。基本元素和元件式建模就是基于这种理念。元件是由若干个基本元素组成的，对于频繁使用的元件，通常被打包，并作为基本元素放在软件中供用户使用。仿真软件提供了各种基本元素和元件。使得用户可以方便的使用各种简单的基本元素和元件来建立模型，去尽可能详细和精确地描述零部件以及它们构成的复杂工程系统。该建模方式不需要使用者详细掌握所研究对象的系统方程，适用于真实的物理系统的建模，例如机械、液压、气动、热力和电控等，是目前应用最为广泛的一种建模方式。五仿真技术有限元法仿真：有限元法由于具有能够解决结构形状和边界条件等任意力学问题的优点，在汽车自动变速器结构分析中得到广泛应用。目前，市场上有大量成熟的通用化有限元软件，如ANSYS,NASTRAN。各种自动变速器结构件，尤其是轴、齿轮和壳体，都可以用有限元法进行静态分析、固有特性分析和动态分析。传动系统软件仿真：对传动系或整体自动变速器进行仿真时，由于涉及的学科较多，一般采用专业的商业系统建模软件。较为常用的有MatlabSimulink,SimulationX,Cruise和Advisor等。Simulink是MATLAB集成的一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件系统。它具有模块化、可重载、可封装、面向结构图编程及可视化等特点，可以大大提高仿真的效率和可靠性。仿真首先应依据待仿真对象相关理论知识建立其数学模型。根据仿真结果显示来判断模型的正确与否和仿真方法恰当与否。Simulink在汽车自动变速器中的应用较为广泛，如换挡控制、离合起步结合控制以及CVT速比控制等。它还可以与其他仿真软件联合精确地建立整车的模型并进行仿真。Advisor在Matlab/Simulink环境下开发，为先进汽车建模提供了一种灵活易用、稳定性好且内置分析组件的工具。Advisor中传动系的性能参数化为数据文件，在可以到处传动系性能时，将其参数化为数据文件导入Advisor中，可以实现车辆的快速建模，计算得到整车的排放、力和油耗等性能。硬件在环仿真(hardware-in-the-loopsimulation):简称HILS,HILS系统构件包括:车辆模型，软硬件接口模型，HILS系统硬件，HILS系统管理与应用软件，部分真实车辆零部件负载和需要测试的控制器。HILS基本原理是利用车辆实时仿真模型代替实车，仿真模型运行于实时处理器中，通过电气I/0接口与实际控制器相连接，实现控制器测试，HILS系统为控制器提供了等同于实际车辆的运行环境。HILS仿真可以用于自动变速器辅助自动测试技术和换挡。六试验技术台架试验可以直接、具体地表现自动变速器的工作性能，结果真实可信度高。数学模型和仿真结果是否可靠经常要通过台架试验来验证。此外，台架试验还用于新产品的开发、自动变速器性能测试和故障诊断等方面。试验台架一般都包括动力单元、加载装置、变速器及其装夹装置、能量回馈系统、控制系统等。其中系统的动力单元既可以是发动机也可以选择电动机作为替代动力。一般使用测功机来模拟系统的负荷。控制系统包含的内容较多，要实现数据采集与传递、变速器和加载电机的控制等功能。在建立试验台架的时候一般需要注意的问题有传动装置的适应性、动力与负载的代表性和控制系统的兼容性等问题。台架试验广泛应用于自动变速器性能测试和分析，发动机和传动系的参数匹配、控制策略的试验与改进等方面。台架试验在新能源汽车自动变速器的开发中也有应用。七自动变速器发展前景（1）AT,AMT和DCT的多档化成为趋势。变速器多挡化使得AT从低速挡变速比到高速挡变速比的范围扩大。低速挡的速比增大可以提高车辆的起动性能，高速挡的变速比变小可降低高车速时的燃油消耗和降低噪声。而在中速挡分割范围变细，则可以改善低、中车速时的加速和变速性能。AT变速多挡化也使发动机所产生的驱动力的分配趋于合理。同理，AMT和DCT的多档化也有利于其与发动机的匹配，使发动机在更多工况下高效运行。（2）通过自动变速器结构改进还可以提高传动效率。通常的金属带式CVT的带轮有工作部分和固定部分，靠液压缸改变作用在工作部分上的压力来调节转速比。由于液压缸维持压紧力需要持续消耗变速器功率，使CVT效率较低。另一方面，带轮一侧运动，一侧固定容易造成金属带偏斜，影响传动性能。新式的带轮两侧都可以移动，在需要改变转速比时电动螺杆机构将两部分同时移动，在不需要改变变速比时将其锁死。这样，即减少了金属带偏斜的情况又避免了能量的持续消耗，提高了CVT的效率。（3）变速器的小型轻量化日显重要。为适应车辆技术要求的不断提高，液力变矩器开发研究方向主要是通过应用三维黏性流体解析技术，在尽可能保证液体流速分布性能高效率的同时实现其小型化。液力变矩器循环圆形状技术也在不断进展。在保证其基本性能不变的前提下，其扁圆率由20世纪80年代的90%左右达到了目前的600/左右从而促进了AT,CVT全长尺寸的缩短。（4）在齿轮参数的降噪设计中，通过提高齿轮啮合齿轮的重合度来降低高速挡齿轮的噪声，小模数、小压力角、大齿高的齿轮设计已成为潮流。变速器箱体在降低变速器噪声方面也发挥着重要作用，改进箱体的截面形状，运用有限元法掌握并改善箱体的振动特性，可有效降低变速器噪声。（5）智能控制自动变速器智能控制系统可在汽车行驶过程中对运行参数进行控制，合理选择换挡点，而且可在换挡过程中对恶化的参数(摩擦片的摩擦系数、油的粘度、车辆的负荷变化等)进行修正。同时具有自诊断系统，可将汽车运行中的故障记录下来，便于维护。利用微机控制变速器，不仅使换挡程序更符合驾驶员的意愿，而且能利用模糊控制理论解决特殊情况下变速程序的复杂问题，使自动变速器的控制能力及可靠性大幅度提高。现代电子控制自动变速器的主要特点是一机(微机)多参数、多规律性的控制。多参数指输人微机的控制参数多元化，即控制参数不仅有发动机转速、车速、节气门开度等信号，而且有反映发动机、变速器工作环境、行驶状况等信号。控制参数多元化，能全面反映发动机和变速器的实际工况。多规律是指微机中存储多种不同的换挡规律，如最佳经济性、动力性及各种加速行驶时的经济性、最佳排放量等，驾驶员可按需要调用相应的规律，实现最佳控制。多参数、多规律性的电子控制，使发动机和变速器在不同节气门开度和各种行驶环境下都能处于最佳工作状态。（6）电子控制无级变速器(ECVT)无级变速器能自由改变速比，故能进行理想的变速控制，比多挡位齿轮传动机构更优越。自动变速器多挡化虽能扩大自动变速的范围，但它并不安全、迅速，只在有级变速与无级变速之间，而理想的无级变速器是在整个传动范围内能连续地切换变速比，使变速器始终按最佳换挡规律自动变速。无级化是对自动变速器的理想追求。但是无级变速器存在体积大、笨重和传动效率低的问题，而且缺少解决耐久性问题的相应措施。随着电子技术的应用，电子控制的V形金属带型无级变速器在西欧及日本得到应用和推广，主要有日本富士重工公司、荷兰VDT公司等。当今世界各大汽车公司对无级变速器的研制十分活跃。八结论从各种自动变速器的传动机理出发,给出了其发展历史和研究现状,详细分析了当前自动变速器的共性关键技术，综合对比了各种自动变速器的优缺点,最后提出今后自动变速器的发展趋势。我国自动变速器领域的某些理论研究不输国外，同时,2009年我国汽车产销量超过1300万辆,自动变速器需求量极为可观,而每年我国进口自动变速器耗资巨大,因此,国内变速器与整车企业需要加大自我创新力度,尽快研究开发出拥有自主知识产权的自动变速器产品,早日实现其产业化,这样,才能在自动变速器领域尽快赶超国际先进水平。参考文献[1]MC百川.我国自动变速器的发展现状及未来趋势.2010年第五期[2]陈勇.自动变速器技术的最新动态和发展趋势.汽车工程，2008(10)[3]周亚庆.汽车自动变速器技术的发展与应用.四川省汽车工程学会2013年学术年会论文[4]韩玲.无级变速器电液控制系统关键技术.吉林大学学报(工学版)2014(9)[5]吴光强.汽车自动变速器发展综述.同济大学学报(自然科学版)2010.10[6]吴光强,孙贤安.汽车无级变速器技术和应用的发展综述.同济大学学报:自然科学版,2009.12[7]程秀生,冯巍,陆中华,等.湿式双离合器自动变速器起步控制农业机械学报,2010.6[8]吴光强,杨伟斌,秦大同.双离合器式自动变速器控制系统的关键技术.机械工程学报,2009,43(2)[9]韩俊伟.大功率AT变速器控制系统及其故障检测功能的研究.哈尔滨工业大学.2013.7[10]宋勇道.基于两档双离合器自动变速器的纯电动汽车驱动与换档控制技术研究.吉林大学.2013.12[11]东北大学机械工程与自动化学院.汽车变速器疲劳寿命的研究与发展综述.2014.6[12]李兴忠.越野车用液力机械式自动变速器控制系统关键技术研究.吉林大学.2014.5[13]王光明.拖拉机液压机械无级变速器的速比控制.农业工程学报.2013.6[14]王泽贵.汽车变速器齿轮啸叫噪声试验.浙江大学学报(工学版)2013.7[15]朱敏如.变速器振动仿真分析与实验研究.华南理工大学.2013.6[16]王印束.HYPERLINK"/kns/detail/detail.aspx?QueryID=10&CurRec=1&recid=&FileName=1013118987.nh&DbN