自动变速器传动路线选择方法

周能文

（西安双特智能传动有限公司，陕西 西安 710119）

自动变速器传动路线选择方法

周能文

（西安双特智能传动有限公司，陕西 西安 710119）

∶文章简要介绍了自动变速器传动路线的选择方法和过程，通过价格，长度，性能，效率，可维修性，技术风险，控制难易和NVH等选择标准，利用AHP(层次分析法)对经过初步筛选的5个传动路线进行进一步分析和评比，最后选出综合性能最优的传动路线。

∶传动路线；选择层次分析法

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.052

CLC NO.: U463.212Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-148-03

引言

在进行自动变速器设计时，选择传动路线是第一步的工作。传动路线通常有两种来源：一是开发全新的传动路线，二是查询过期或即将过期的现有传动路线专利。由于开发全新的传动路线本身有比较大的难度，而且很难保证开发出来的传动路线不侵犯现有的或正在申请的专利，因为当前传动路线的专利基本上被国际上几个大的自动变速器厂商垄断。所以从过期的或即将过期的传动路线专利中查询合适的传动路线成为必然的选择。但如何从海量的传动路线中筛选出适合自身的传动路线呢？本文就是基于此背景，探讨了自动变速器传动路线选择方法，并介绍了一种比较实用的传动路线选择分析方法—AHP(层次分析法)。

1、传动路线选择方法和过程

面对海量的传动路线，首先需要进行初步筛选，过滤掉大量不适用的传动路线，筛出5个左右的传动路线留作最终选择。初步筛选时需要设定几个关键的筛选条件，通常设定档位数，长度目标，速比目标，效率目标和换挡性能目标等条件。此时长度目标主要指行星排的数量，速比目标主要指最大速比和最小速比范围，效率目标主要指离合器和制动器数量，参与换挡的离合器和制动器数量，换挡性能主要指离合器的利用率。

由于筛选出的5个传动路线都有优点和缺点，如何从中选出综合性能最优的传动路线呢？这就涉及到本文将介绍的一种传动路线选择分析方法—AHP(层次分析法)。首先设定几个选择标准，通常设定价格，长度，性能，效率，可维修性，技术风险，控制难易和NVH作为选择标准。为了确定各个选择标准的权重，需要在各个选择标准之间相互进行比较，这就是AHP方法的首次使用。表1为使用AHP后各选择标准的权重。各选择标准之间互相评分参考Saaty重要度评分表，见表2。下面分别对每项选择标准如何使用进行说明。

表1　各选择标准权重

表2　Saaty重要度评分表

成本：根据现有经验数据统计某款自动变速器中和传动路线有关的关键零件的成本，比如齿轮，行星架，轴，离合器，制动器和轴承，统计其相对成本作为成本分析的基础，如表3所示。基于已有的5个传动路线，统计各路线中表3中零部件数量，并计算得到各个传动路线的总成本。利用AHP和Saaty评分表对各个传动路线总成本进行相互比较，得到各个传动路线总成本的相对权重，分值最高的传动路线即为成本最低的传动路线。

表3　关键零件相对成本

长度是指在轴向方向将变速器分为液力变矩器部分长度，油泵部分长度，离合器部分长度，行星轮系部分长度和输出轴部分长度，并且在分析时可以假定变矩器部分，油泵部分和输出轴部分具有相同的轴向长度。分析时主要考虑不同的传动路线引起的离合器部分和行星轮系部分轴向长度不一致。这样可以统计出5个传动路线的总长度，利用AHP和Saaty评分表相互比较各个传动路线的长度，得到各个传动路线长度的相对权重，分值最高的为长度最短的传动路线。

性能主要考量的是加速性，分项考虑0-30km/h，30-60km/h，60-100km/h和100km/h以上后每增加1km/h所需时间4个指标，每个指标的权重都为25%。分析时需要选择某一发动机和车型进行计算，同时需要在有近似头档和最高档速比的前提下，给每个传动路线设定一组速比。分析时需要在每一个指标下对5个传动路线进行AHP分析，获取每个传动路线的权重，最后统计每个传动路线4个指标的总权重，分值最高的为性能最优的传动路线。

效率主要考虑离合器和制动器拖曳损失、齿轮啮合损失及变速器重量增加对效率影响3项指标。先利用AHP方法对这3项指标进行评比，得到各项指标的权重。其中离合器和制动器拖曳损失对效率影响最大，权重最大，主要统计在所有档位时，不参与工作的离合器和制动器数量。齿轮啮合损失主要统计在所有档位参与功率传递的行星排数量来进行统计，权重次之。重量对效率的影响很小，权重最低。分析时也需要在每项指标下对5个传动路线进行AHP分析，根据每项指标的权重，得到各个传动路线的总权重，分值最高的是效率最高的传动路线。

可维修性主要是判断变速器有多少需要维修的部件，以及这些部件是否维修方便，主要有离合器数量，制动器数量以及离合器在变速器中位置3项指标。先利用AHP方法对这3项指标进行评比，得到各项指标的权重，其中离合器和制动器数量权重一样，离合器在变速器中位置权重最高。离合器在变速器中位置又分为前部，中部和后部，其中假设前部和后部可维修性一致，权值为1，离合器位于变速器中部是最难维修的，权值为3。分析时在每项指标下对5个传动路线进行AHP分析，根据每项指标的权重，得到各个传动路线的总权重，分值最高的是可维修性最好的传动路线。

技术风险主要考虑行星轮尺寸，太阳轮尺寸和行星轮系功率利用率3项指标。先用AHP对这3项指标进行比较，得到每项指标的权重。其中行星轮尺寸和太阳轮尺寸是权重最高的因素，因为这直接影响到整个变速器的空间尺寸。分析时假定5个传动路线具有相同的齿圈尺寸，根据速比可以计算出行星轮和太阳轮的分度圆直径，行星轮轴承外径最小为20mm，可以计算5个传动路线中每个行星齿轮的轮辐厚度，选取其中最小值用AHP进行比较，得到5个传动路线在行星齿轮轮辐厚度这一指标下的权重。由于许多传动路线在太阳轮内侧嵌套好几根轴，根据轴的最小尺寸和嵌套轴的数量可以计算5个传动路线每个太阳轮的轮辐厚度。选取其中最小值用AHP进行比较，同样可以得到5个传动路线在太阳轮轮辐厚度这一指标下的权重。功率利用率假定每个传动路线输入相同的1Nm和1rpm(即输入功率为0.105w)，计算每个档位下每个行星排的功率，然后将功率相加得到每个传动路线传递的总功率，总功率值大的传动路线需要容量更大的轴承或尺寸更大的齿轮。然后把各个传动路线的总功率值用AHP进行比较，得到5个传动路线在行星轮系功率利用率这一指标下的权重。最后根据3项指标的权重，汇总各个传动路线的技术风险权重。

控制难易主要考虑离合器和制动器的能容和跳档数量两项指标。离合器和制动器能容指在每个档位时，离合器和制动器需要传递最大扭矩的能力，由于不同档位需要传递的最大扭矩不一样，其比值叫做能容比。为保证最大的扭矩传递，系统最大压力按最大扭矩设计，如果遇到能容比非常大的传动路线，就会造成液压系统的分辨率不适合需要最低压力工作的情况，造成潜在的换档冲击，对控制影响非常大，所以权重很高。实际分析时，在空载和后桥速比最大的情况下计算每个传动路线的换档冲击，再对所有的换档冲击值用AHP进行比较，得到5个传动路线在离合器能容方面的权重。跳档数量可以根据每个传动路线的换档逻辑图进行统计，对跳档数量用AHP进行比较。然后根据两项指标权重，汇总各个传动路线的控制难易权重。

NVH是假定1Nm输入下，计算5个传动路线每个行星排最大/最小扭矩的比值。选取其中最大值用AHP进行比较，得到5个传动路线关于NVH的权重，权值最大的路线为NVH表现最好的传动路线。

最后基于上述分析结果，根据价格，长度，性能，效率，可维修性，技术风险，控制难易和NVH的权重，汇总各个传动路线的权重，分值最高的即为综合性能最优的传动路线。在实际操作时，可以选取分值最高的两个传动路线留作进一步分析和汇报。

2、结论

综上所述，采用本文介绍的过程和方法，利用价格，长度，性能，效率，可维修性，技术风险，控制难易和NVH等判据，可以对经过初步筛选后的传动路线进行进一步的分析，最后选出综合性能最优的传动路线，为下一步进行自动变速器详细开发打下坚实的基础。

Method for selecting transmission route of automatic transmission

Zhou Nengwen
（Xi'an FC intelligence transmission co., LTD, Shaanxi Xi'an 710119）

The filtered method and process of automatic transmission layouts will be introduced in this paper. And this paper demonstrates how a most suitable automatic transmission layout is selected by analyzing5 layouts in turn against 8 selection criteria,including cost,length,performance,efficiency,serviceability,technical risk,ease of control and NVH.

Layout selection; AHP

∶U463.212

∶A

∶1671-7988 (2016)09-148-03

周能文（1981-），男，工程师，就职于西安双特智能传动有限公司，主要从事汽车自动变速器研发工作。