ZL50輪式裝載機(jī)行星式動力換擋變速箱設(shè)計(jì)含8張CAD圖.zip
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論述汽車齒輪動力換檔變速器新的控制理念
雅各布森
機(jī)器和車輛設(shè)計(jì),查爾姆斯理工大學(xué),SE-412 96,瑞典
摘要:動力換擋變速器,例如 自動變速器傳統(tǒng)上通過脫離屬于齒輪A的離合器和接合屬于齒輪B的離合器而從齒輪A切換到B。本文嘗試使用第三離合器的想法。 實(shí)際上,這樣的第三離合器可以是傳統(tǒng)上僅用于其它齒輪的離合器之一。 這意味著新概念只能在普通變速箱中使用控制軟件更新。 在傳統(tǒng)控制理念中體現(xiàn)的舒適與穿戴之間的貿(mào)易變得不那么麻煩。 磨損或不適可以減少到對應(yīng)于傳統(tǒng)控制的升檔的大約一半。 這項(xiàng)工作是在升檔中使用屬于高于高檔的檔位的額外離合器的最大潛力。 理論研究是用一般簡單的模型進(jìn)行的,但是使用更詳細(xì)的現(xiàn)有變速箱模型來增加一個(gè)模擬實(shí)例。
關(guān)鍵詞:動力換檔,自動變速箱,控制,檔位質(zhì)量,舒適度,磨損
符號
A, B 驅(qū)動電阻表達(dá)式常量
c 離合器容量,即數(shù)量
離合器中施加外力的比例
D 定義為時(shí)間的衍生物(無量綱)的扭矩
J 時(shí)刻質(zhì)量慣性
m 質(zhì)量
P 功率
S 跨度,即兩檔比
T 扭矩
W 磨損離合器,定義為能量耗散(無量綱)
ε 小正值
ω 轉(zhuǎn)速(角度/時(shí)間)
下標(biāo)
e 發(fā)動機(jī)
in, out 變速箱輸入輸出軸
Ip ,tp 慣性和扭矩相位
L,H,X 用于較低和較高的齒輪檔位和額外的離合器
trad, new 傳統(tǒng),新傳統(tǒng)和新的控制理念
0 無量綱(不用于W)
1 峰值,如圖3所示的CH01
1 背景
動力換檔變速器的優(yōu)點(diǎn)是能夠在不中斷機(jī)械功率的情況下?lián)Q擋。這個(gè)概念自第二十世紀(jì)初就一直在汽車上使用。大多數(shù)的動力換檔變速器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的自動變速器液力變矩器和液壓驅(qū)動離合器和剎車安裝在齒輪傳動行星式。
功率轉(zhuǎn)換的機(jī)械現(xiàn)象在例如參考文獻(xiàn)[1]和[2]中有很好的描述。 例如參考文獻(xiàn)[3]?[6]已經(jīng)研究了如何設(shè)計(jì)變速器的控制。 然而,這些措施除了離合器A和B之外,還要考慮使用更多的離合器,這些離合器被定義為屬于變速前和變速器后齒輪的離合器。
2 這項(xiàng)工作的驅(qū)動力和目的
自動變速箱的可能發(fā)展包括:
(a)消除轉(zhuǎn)爐,以提高燃油經(jīng)濟(jì)性并減輕重量和成本;
(b)引入更多的齒輪,以提高燃油經(jīng)濟(jì)性,排放和駕駛性能。
通過對離合器的更復(fù)雜的控制,即控制和計(jì)算機(jī)工程和執(zhí)行器技術(shù)來支持這一發(fā)展。 還有傳感器技術(shù),例如 為了估計(jì)離合器中的滑動速度是有意義的,即使這具有意味著更多成本的缺點(diǎn)。
目前的工作目的是研究使用更多的齒輪箱離合器在換檔時(shí)的潛力,而不僅僅是用于較低檔位的低檔和離合器的離合器。 這是一個(gè)例子,說明如何使用改進(jìn)的控制可能性來利用所涉及的機(jī)械部件的潛力。
這項(xiàng)工作是概念性的,它具有以下限制:
1、沒有實(shí)際的驗(yàn)證。
2、假設(shè)用于低檔的離合器以完美的時(shí)機(jī)被控制。 這可以被認(rèn)為是使用單向離合器,這消除了對外部控制的需要。
3、只有正確的功率流,即沒有發(fā)動機(jī)制動的升檔才能被仔細(xì)分析。 降檔在附錄1定性討論。
4、理論討論使用一般化簡單的系統(tǒng)模型,即恒定的發(fā)動機(jī)扭矩(發(fā)動機(jī)扭矩不隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速而變化,而在換擋期間不會降低),恒定的底盤速度,無轉(zhuǎn)換器和無彈性。 (仿真實(shí)例更加現(xiàn)實(shí);見第6節(jié))
?主要思想是,僅使用一個(gè)控制(cH),兩個(gè)控制目標(biāo)(舒適度和低磨損)無法實(shí)現(xiàn),但增加一個(gè)控制(cX)可以使目標(biāo)脫鉤,從而減少權(quán)衡。 這在圖1中可視化。
圖1目前工作主體思想的可視化
3傳統(tǒng)移位概念及其權(quán)衡
在本節(jié)中,將如何進(jìn)行傳統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)移將被描述。該演示文稿只會進(jìn)入盡可能多的細(xì)節(jié),需要令人信服的舒適和磨損之間的權(quán)衡,并找到一種方法來量化它在圖(見圖4)。一個(gè)加速,一個(gè)較低的齒輪離合器和一個(gè)更高的齒輪離合器接合。由于變速器通常是由行星齒輪設(shè)計(jì)的,所以離合器不是指每個(gè)齒輪都不是很明顯。然而,參考[ 1 ]顯示了一種以無量綱形式寫出方程的方法。然后,方程可以解釋為更簡單的系統(tǒng)如圖2所示。然后,它更直觀地清楚,移位,主要是,只是一個(gè)分支的電源開關(guān)的問題,它可以通過操作所涉及的兩個(gè)離合器。假設(shè)恒定的底盤速度,ω_out0 = 1常數(shù)和ω_out0 = 1,這幾乎是在大多數(shù)的變化。同時(shí),假設(shè)恒定的發(fā)動機(jī)扭矩,t_e0 = 1constant和t_e0 = 1,這是一個(gè)更嚴(yán)重的簡化,但它不會改變轉(zhuǎn)變的主要控制難點(diǎn)。圖2的底部版本可能看起來是一個(gè)特殊的情況,但參考[ 1 ]表明,它涵蓋了所有合理的齒輪箱布局,除了與反向動力的情況下,即發(fā)動機(jī)制動,在較低的齒輪。這臺發(fā)動機(jī)制動箱覆蓋無量綱方程參考[ 1 ],但不能給出簡單的物理解釋圖2。然而,目前的工作并不聲稱覆蓋發(fā)動機(jī)制動箱。
升檔時(shí),離合器L應(yīng)釋放,離合器H應(yīng)接合。 離合器L應(yīng)該被完全控制,即當(dāng)開始以錯(cuò)誤的方向承受扭矩負(fù)載時(shí)釋放。 這可以用離合器L作為單向離合器來實(shí)際設(shè)計(jì),這消除了對其進(jìn)行控制的需要。 如果離合器L不是單向離合器,則在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間點(diǎn)分離時(shí)會出現(xiàn)實(shí)際的問題,這將導(dǎo)致“聯(lián)結(jié)”或“擴(kuò)張”。 這些現(xiàn)象在參考文獻(xiàn)[1]和[2]中有所討論,但在現(xiàn)在的工作中沒有考慮到這些現(xiàn)象。 搭接是當(dāng)離合器過多時(shí),會迫使發(fā)動機(jī)降速。 耀斑是另一回事。
總體控制目標(biāo)是將ωin和Tout從圖A中的點(diǎn)A轉(zhuǎn)到點(diǎn)B。 首先,控制系統(tǒng)增加cHO,最終達(dá)到cHO = 1。 在此階段,扭矩相位離合器L由離合器H卸載,最終承受整個(gè)負(fù)載。 然而,傳動速度仍然保持在低檔。
圖2概括和簡化。 上部:具有行星齒輪嚙合的齒輪箱的可能布局。 較低:作為普通齒輪嚙合的解釋,基于參考文獻(xiàn)[1]的無量綱方程,
圖3基于傳統(tǒng)控制概念的參考換檔僅使用離合器L和H.離合器L被假定以完美的時(shí)序進(jìn)行控制。 離合器H被控制以避免在Tout中的步驟并且保持dTout / dt的一定絕對幅度D,以便
為了改變速度,僅具有一個(gè)舒適度。離合器H進(jìn)一步接合到值cHO>1。 然后發(fā)動機(jī)飛輪右側(cè)的扭矩Tino變?yōu)? 1,這樣使發(fā)動機(jī)飛輪減速。 該階段稱為慣性階段,當(dāng)離合器H達(dá)到零滑動速度時(shí),該階段結(jié)束。
如圖所示。 如圖3所示,假設(shè)離合器H以這樣的方式被控制,使得在換檔期間,Tout的導(dǎo)數(shù)的絕對值在D處保持恒定。 減少了完全定義班次所需的參數(shù)數(shù)量。 斜坡D將用作不適的度量。 實(shí)際上,難以找到cHO 的定時(shí),當(dāng)慣性階段結(jié)束時(shí),cHO的定時(shí)正好是1。 相反,當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí),必須確保cHO略高于1,即cHO = 1 +ε,這導(dǎo)致Tout從cHO / s =(1 +ε)/ s到1 / s的不連續(xù)變化 慣性相結(jié)束。 Tout的這種突然下降有助于不適,但是由于可以通過良好的時(shí)機(jī)消除它,因此不包括在研究中。 這也是一個(gè)不能使用新的控制概念的現(xiàn)象。 在第6節(jié)中更逼真的仿真實(shí)例中,在扭矩階段結(jié)束時(shí)假設(shè)完美的時(shí)序。
兩種措施的“不適”和“磨損”可以在圖1中確定。 確切地說,如何量化不適是有爭議的,但大多數(shù)人應(yīng)該同意,牽引扭矩的快速變化或大步驟會導(dǎo)致不良的舒適度。 因此,不適定義為扭矩變化的大?。?
類似地,磨損現(xiàn)象是非常復(fù)雜的,但是對于這種類型的離合器,或多或少地認(rèn)為離合器襯套中的熱釋放是主要的問題。 對于某個(gè)變速箱在某種換檔操作中,實(shí)際上發(fā)現(xiàn)磨損隨著滑動時(shí)間而增加,即熱能而不是熱功率是良好的磨損量度。 從這個(gè)推理,使用以下磨損定義:
由于使用單個(gè)參數(shù)D來描述移位,因此對于每個(gè)D值,將找到一定的W。由于模型簡單,并且cHO的控制被假設(shè)為在時(shí)間上是分段線性的,因此可以找到以下分析表達(dá)式 :
這意味著像圖 4可以繪制。 在這里,在舒適和穿著之間的折中,增加一個(gè)增加了另一個(gè),反之亦然。 也可以找到總移位時(shí)間的表達(dá)式:
總移位時(shí)間也繪制在圖1中。 由于正常班次,在類似換檔操作期間考慮乘用車需要大約0.5秒,D和W的實(shí)際合理值非常大致為D = 5.5和W = 0.2,應(yīng)該注意與 第5節(jié)中的新移位概念。
應(yīng)該提到的是,使用傳統(tǒng)的離合器L而不是單向離合器L開啟了新的可能性,因?yàn)樵谵D(zhuǎn)矩階段中,Tout不必一直減少到1 / s。 然而,這涉及困難的控制問題,其中在條件下發(fā)動機(jī)慣性必須平衡,即兩個(gè)離合器在正方向上滑動的情況。 這些解決方案在本文中沒有得到解決。
在圖 5,一個(gè)額外的離合器被拉出,離合器X.在這一部分,將發(fā)現(xiàn)如果離合器X需要齒輪X
圖4:使用傳統(tǒng)的控制理念換高檔換乘不便和磨損。 繪制跨度s = 1.75和無量綱慣性J0 = 1
圖5概括和簡化如圖1所示。但也使用額外的離合器X
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變速箱
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ZL50輪式裝載機(jī)行星式動力換擋變速箱設(shè)計(jì)含8張CAD圖.zip,ZL50,輪式,裝載,行星,動力,換擋,變速箱,設(shè)計(jì),CAD
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