變速器的文獻總結

常淑英 許萬良

摘 要：變速器是汽車傳動系中最主要的部件之一。變速箱由變速傳動機構和變速操縱機構兩部分組成。變速傳動機構的主要作用是改變轉距和轉速的數值和方向;操縱機構的主要作用是控制傳動機構，實現變速器傳動比的交換，即實現換檔，以達到變速變距。

關鍵詞：變速器;中間軸;設計;傳動比;齒輪

目前國際上存在5種自動變速器，即液力機械式自動變速（automatictransmission，AT）、電控機械式自動變速器（automated mechanicaltransmission，AMT）、機械無級式自動變速器（continuously variabletransmission，CVT）、無限變速機械式自動變速器（infinitely variabletransmission，IVT）、雙離合器式自動變速器（dual clutch transmiss ion，DCT）.上，通過分析這5種自動變速器的傳動機理、發展歷史、研究現狀、生產與應用情況和優缺點，總結其共性關鍵技術，提出發展趨勢，以達到對自動變速器的全面認識。

一、五種變速器的發展歷史

20世紀30年代后期到50年代是AT的成長期，多采用液力偶合器和行星齒輪變速器;60年代采用多元件工作輪;70年代使用閉鎖離合器;80年代采取增加擋位和使用電子控制的技術，近幾年，則通過采用CAD/CAM技術來提高生產效率。

1985年，日本五十鈴公司率先研制成功NAVI-5型全自動機械式變速器并裝車.1986年，AMT技術第1次應用在F1法拉利賽車上.1995年，本田的部分Civic轎車裝載了AMT.1996年，寶馬M3轎車M序列式變速器采用了全新電液控制系統，有自動和手動2種模式.ZF公司也推出了新產品ASTronic系列，可以靈活選擇各種駕駛模式（動力型或經濟型），并將變速器所有功能集成在一個單元里，提高其可靠性，是世界上第一臺完全一-體化的AMT.2006年，馬瑞利公司推出了第3代AMT產品，換擋時間大幅縮短，控制在300ms以內。

19世紀70年代，出現了機械式CVT，但發展緩慢。20世紀70年代以后，隨著先進制造加工技術的出現及完善，其獲得了迅速和廣泛的發展。20世紀80年代以后，美國，日本等國研究重點是高效率大轉矩CVT開發.21世紀以來，其發展更為迅猛，全球超過700萬輛帶式CVT汽車，應用車型超過60多款。

1905年，IVT就已經誕生，它主要使用圓盤和滾輪構成的速變器，結構簡單，但由于摩擦本身帶來的能量損耗大、發熱量高、傳遞轉矩小和材料不耐用等缺點，沒有進行批量生產后來英國Torotrak公司研發出IVT并注冊專利，業界一直將它視為CVT.2002年，美國Torvec公司開發出另一種類型IVT.2003年3月，在美國底特律舉行的汽車工程師學會年會上將其單獨分類。

20世紀30年代末，Rudolf Franke首先提出DCT的想法.1985年，保時捷將雙離合器（Porsche doppel kupplungen，PDK）技術應用在跑車上.1999年，大眾公司和美國BorgWarner公司合作，制造出直接換擋變速箱（odirect shiftgearbox，DSG）即DCT，于2003年初率先裝車使用.實車結果表明DCT車輛換擋平順性與AT相當，百公里油耗及加速性能都優于MT.截至2007年底，全球DCT轎車已經超過100萬輛.2008年初大眾在高爾車上裝載采用干式雙離合器技術的第二代DCT。

二、汽車自動變速器的建模

數學建模法：自動變速器中應用數學建模主要在傳動裝置的力學分析和換擋過程的運動學、動力學分析方面。運動學分析中常用的方法有特征方程法、相對速度法、杠桿法等;動力學分析的主要方法有牛頓第二定律法、Lagrange 方程法等。在進行力學分析的時候為了簡化模型有時會假設剛性、準靜態平衡或穩態的條件。研究顯示為了準確研究橫向軸的撓性對齒輪動力學的影響，進行可靠地動力學分析，在嚙合狀態附近應該考慮橫向軸的撓度和齒隙的因素;慣性、加速度等特別是在速比或負載急劇變化時對扭矩傳遞有很大影響，準靜態簡化會使模型精度下降，對后續控制過程、滑動的分析等造成不利的影響;某些非線性因素如帶輪彈性和余隙等對CVT系統的推力比、扭矩容量和滑移性能有很大的影響。

信號方塊建模法：仿真軟件以信號方塊圖的形式提供給用戶各種功能模塊，用戶可以直接用鼠標對其拖放，建立它們之間的信號連接，從而完成建模。模型中各個功能模塊連接之間的信息傳遞是單向的。該建模方式要求使用者對所研究對象的系統方程比較熟悉，因此，模型的正確與否很大程度上取決于建模人員對研究對象本質了解程度的高低。該建模方式主要適用于控制系統。

三、仿真技術

有限元法仿真：有限元法由于具有能夠解決結構形狀和邊界條件等任意力學問題的優點，在汽車自動變速器結構分析中得到廣泛應用。目前，市場上有大量成熟的通用化有限元軟件，如ANSYS，NASTRAN。各種自動變速器結構件，尤其是軸、齒輪和殼體，都可以用有限元法進行靜態分析、固有特性分析和動分析。

傳動系統軟件仿真：對傳動系或整體自動變速器進行仿真時，由于涉及的學科較多，一般采用專業的商業系統建模軟件。較為常用的有MatlabSimulink，SimulationX，Cruise 和Advisor等。

硬件在環仿真（hardware- in-the-loop simulation）：簡稱HILS，HILS系統構件包括：車輛模型，軟硬件接口模型，HILS系統硬件，HILS系統管理與應用軟件，部分真實車輛零部件負載和需要測試的控制器。HILS基本原理是利用車輛實時仿真模型代替實車，仿真模型運行于實時處理器中，通過電氣I/0接口與實際控仿真模型代替實車，仿真模型運行于實時處理器中，通過電氣I/0接口與實際控制器相連接，實現控制器測試，HILS系統為控制器提供了等同于實際車輛的運行環境。HILS 仿真可以用于自動變速器輔助自動測試技術和換擋。

四、結論

從各種自動變速器的傳動機理出發，給出了其發展歷史和研究現狀，詳細分析了當前自動變速器的共性關鍵技術，綜合對比了各種自動變速器的優缺點，最后提出今后自動變速器的發展趨勢。

參考文獻

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