《变速器的文献总结》
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摘 要：变速器是汽车传动系中最主要的部件之一.变速箱由变速传动机构和变速操纵机构两部分组成.变速传动机构的主要作用是改变转距和转速的数值和方向;操纵机构的主要作用是控制传动机构,实现变速器传动比的交换,即实现换档,以达到变速变距.
关键词：变速器;中间轴;设计;传动比;齿轮
目前国际上存在5种自动變速器,即液力机械式自动变速（automatictranission,AT）、电控机械式自动变速器（automated mechanicaltranission,AMT）、机械无级式自动变速器（continuously variabletranission,CVT）、无限变速机械式自动变速器（infinitely variabletranission,IVT）、双离合器式自动变速器（dual clutch traniss ion,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.
一 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NI-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,Rudolf Franke首先提出DCT的想法.1985年,保时捷将双离合器（Porsche doppel kupplungen,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（odirect shiftgearbox,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.
二 汽车自动变速器的建模
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.
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.
三 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.
硬件在环仿真（hardware- in-the-loop simulation）：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.
四 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.
参考文献
[1]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
[2]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
[3]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
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文献引用文献:
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