复合式变速器临界速度的研究

姚渊 张磊 张靖雯

摘要：介绍了复合式变速器的工作原理，综合考虑汽车动力性和经济性，基于simulationX进行建立整车动力性模型和运动学模型进行模拟仿真并对其结果进行分析。最终得到一个比较理想的临界切换速度，复合式变速器在这个临界速度时由无级传动切换到有级传动，能够有效的结合无级金属带式变速器和有级变速器的优点，提高汽车传动的效率和可靠性。

关键词：复合式变速器；临界速度；建模仿真

绪论

现有汽车变速器包括机械变速器、自动变速器、手自一体变速器和无级变速器，无级变速器已成为当前汽车发展较快的一种无级变速器。在汽车变速器中最初普遍使用的是有级式机械变速器，有级式机械变速器具有效率高、结构简单、制造容易、工作可靠、维修容易和成本低等优点，但存在一些缺点。金属带式无级变速器可通过改变主、被动带轮的直径从而在一定的数值范围内连续改变传动比，具有结构紧凑、工作可靠、噪音低等优点。这不仅简化了驾驶操作，减轻了劳动强度，提高了行车安全性，而且由于发动机运转平稳，非稳定工况较少，空燃比相对稳定，降低了汽车有害排放物。但由于摩擦面的摩擦系数和零件承受单位压力的限制，加之工艺和控制上的问题，导致传递功率小，传动效率低，特别是高速大负荷行驶时功率损失较大，约束了金属带式无级变速器的广泛应用。为了克服现有金属带式无级变速器的不足，复合式汽车变速器应运而生，它由金属带式无级变速器传动装置和有级变速传动装置组成的，汽车低速行驶是，金属带式无级变速传动装置工作，高速行驶时，有级变速传动装置工作。它综合了金属带式无级变速传动和机械变速传动的优点，减少了高速大负荷行驶时功率损耗，简化了驾驶操作，减轻了劳动强度，提高了传动效率和可靠性。

1.复合式变速器的工作原理

汽车在低速范围内行驶时，金属带式无级变速传动装置工作，发动机的动力通过飞轮及减振盘传给输入轴，此时前进挡离合器接合，优级变速离合器松开，动力经输入轴、太阳轮、前进挡离合器传给主动带轮固定盘，并通过金属带传给从动带轮，再传给无级变速输出齿轮，然后经中间减速从动齿轮、主减速器主动齿轮和主减速器从动齿轮传给差速器输出。主、从动带轮滑动盘可在主、从动带轮伺服油缸的作用下轴向移动，来改变主、从动带轮的有效直径，从而实现金属带式无级变速传动速比的调节。当汽车在高速行驶时，有级变速传动装置工作，此时前进挡离合器松开，有级变速离合器接合，发动机传给输入轴的动力，经有级变速输入齿轮、有级变速中间齿轮、有级变速输出齿轮，直接传到无级变速输出齿轮并输出，无需经金属带式无级变速传动装置。当倒挡制动器制动时，齿圈被固定，太阳轮带动行星齿轮架转动，由于行星架上有两排行星齿轮，所以行星架的转向玉太阳轮转向相反，即前进挡离合器鼓的转向玉太阳轮转向相反，变速器输出倒挡。

2.整车模型的建立与仿真

对于整车，简化其模型受到的空气阻力为

（2.1）

式中 ——空气阻力系数；

——空气密度；

——迎风面积；

——汽车速度。

滚动阻力为

（2.2）

式中 ——滚动阻力系数；

——汽车质量；

——重力加速度。

便可得到如下图所示的仿真模型

图2.1整车仿真模型

3.仿真结果的分析

综合考虑汽车的动力性和经济性经过多次仿真最终得出比较理想的速度和油耗曲线图我们可以看出复合式变速器的从无级切换到到有级的临界速度为60km/h，当速度汽车在低速（0～60km/h）行驶时复合式变速器实现金属带式无级变速传动，当汽车在高速（60km/h以上）行驶时自动转换为机械齿轮传动，从而克服了金属带式无级变速器和机械变速器的不足同时也提高了传效率和可靠性。

4.结语

复合式变速器综合金属带式无级变速器和机械式无级变速器优点，然而，无级和有级切换的临界速度是研究的重点。文章在建立车模是时忽略了连接之间的刚度和阻尼，在模型的仿真过程之中，离合器是在理想状态下进行的，没有考虑离合器的结合与分离的控制，所可以增加起步离合器的控制。还有在本文中采用的控制策略的算法导致金属带式无级变速器的速比有波动不是很稳定，可以考虑更深层次的模糊的控制或者其他的策略。

参考文献：

[1]陈家瑞.汽车构造（上册）.北京：人民交通出版社，第四版，2002.

[2]邱绪云，冯晋祥.复试汽车变速器.发明专利.山东：山东交通学院，2008.6.

[3]陈勇.自动变速器技术的最新动态和发展趋势.汽车工程，2008，30（10）：938-945.

[4]韩林森.CVT液压控制系统建模与仿真：硕士学位论文 .四川：西华大学，2012.

作者简介：姚渊（1988—），男，长安大学汽车学院硕士研究生，车辆工程。