復合式變速器臨界速度的研究

姚淵 張磊 張靖雯

摘要：介紹了復合式變速器的工作原理，綜合考慮汽車動力性和經濟性，基于simulationX進行建立整車動力性模型和運動學模型進行模擬仿真并對其結果進行分析。最終得到一個比較理想的臨界切換速度，復合式變速器在這個臨界速度時由無級傳動切換到有級傳動，能夠有效的結合無級金屬帶式變速器和有級變速器的優點，提高汽車傳動的效率和可靠性。

關鍵詞：復合式變速器；臨界速度；建模仿真

緒論

現有汽車變速器包括機械變速器、自動變速器、手自一體變速器和無級變速器，無級變速器已成為當前汽車發展較快的一種無級變速器。在汽車變速器中最初普遍使用的是有級式機械變速器，有級式機械變速器具有效率高、結構簡單、制造容易、工作可靠、維修容易和成本低等優點，但存在一些缺點。金屬帶式無級變速器可通過改變主、被動帶輪的直徑從而在一定的數值范圍內連續改變傳動比，具有結構緊湊、工作可靠、噪音低等優點。這不僅簡化了駕駛操作，減輕了勞動強度，提高了行車安全性，而且由于發動機運轉平穩，非穩定工況較少，空燃比相對穩定，降低了汽車有害排放物。但由于摩擦面的摩擦系數和零件承受單位壓力的限制，加之工藝和控制上的問題，導致傳遞功率小，傳動效率低，特別是高速大負荷行駛時功率損失較大，約束了金屬帶式無級變速器的廣泛應用。為了克服現有金屬帶式無級變速器的不足，復合式汽車變速器應運而生，它由金屬帶式無級變速器傳動裝置和有級變速傳動裝置組成的，汽車低速行駛是，金屬帶式無級變速傳動裝置工作，高速行駛時，有級變速傳動裝置工作。它綜合了金屬帶式無級變速傳動和機械變速傳動的優點，減少了高速大負荷行駛時功率損耗，簡化了駕駛操作，減輕了勞動強度，提高了傳動效率和可靠性。

1.復合式變速器的工作原理

汽車在低速范圍內行駛時，金屬帶式無級變速傳動裝置工作，發動機的動力通過飛輪及減振盤傳給輸入軸，此時前進擋離合器接合，優級變速離合器松開，動力經輸入軸、太陽輪、前進擋離合器傳給主動帶輪固定盤，并通過金屬帶傳給從動帶輪，再傳給無級變速輸出齒輪，然后經中間減速從動齒輪、主減速器主動齒輪和主減速器從動齒輪傳給差速器輸出。主、從動帶輪滑動盤可在主、從動帶輪伺服油缸的作用下軸向移動，來改變主、從動帶輪的有效直徑，從而實現金屬帶式無級變速傳動速比的調節。當汽車在高速行駛時，有級變速傳動裝置工作，此時前進擋離合器松開，有級變速離合器接合，發動機傳給輸入軸的動力，經有級變速輸入齒輪、有級變速中間齒輪、有級變速輸出齒輪，直接傳到無級變速輸出齒輪并輸出，無需經金屬帶式無級變速傳動裝置。當倒擋制動器制動時，齒圈被固定，太陽輪帶動行星齒輪架轉動，由于行星架上有兩排行星齒輪，所以行星架的轉向玉太陽輪轉向相反，即前進擋離合器鼓的轉向玉太陽輪轉向相反，變速器輸出倒擋。

2.整車模型的建立與仿真

對于整車，簡化其模型受到的空氣阻力為

（2.1）

式中 ——空氣阻力系數；

——空氣密度；

——迎風面積；

——汽車速度。

滾動阻力為

（2.2）

式中 ——滾動阻力系數；

——汽車質量；

——重力加速度。

便可得到如下圖所示的仿真模型

圖2.1整車仿真模型

3.仿真結果的分析

綜合考慮汽車的動力性和經濟性經過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合式變速器的從無級切換到到有級的臨界速度為60km/h，當速度汽車在低速（0～60km/h）行駛時復合式變速器實現金屬帶式無級變速傳動，當汽車在高速（60km/h以上）行駛時自動轉換為機械齒輪傳動，從而克服了金屬帶式無級變速器和機械變速器的不足同時也提高了傳效率和可靠性。

4.結語

復合式變速器綜合金屬帶式無級變速器和機械式無級變速器優點，然而，無級和有級切換的臨界速度是研究的重點。文章在建立車模是時忽略了連接之間的剛度和阻尼，在模型的仿真過程之中，離合器是在理想狀態下進行的，沒有考慮離合器的結合與分離的控制，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致金屬帶式無級變速器的速比有波動不是很穩定，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：

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

作者簡介：姚淵（1988—），男，長安大學汽車學院碩士研究生，車輛工程。