摘要：通過(guò)對(duì)某型自動(dòng)變速器的不同換擋執(zhí)行元件的組合， 得到了該變速器各擋的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和各個(gè)工作元件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，并對(duì)此傳動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上并基于仿真軟件AMESim與Matlab/Simulink建立了七擋自動(dòng)變速器傳動(dòng)系統(tǒng)模型，通過(guò)聯(lián)合仿真，對(duì)該型自動(dòng)變速器模型進(jìn)行了驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明此模型的傳動(dòng)規(guī)律完全滿足實(shí)際情況。通過(guò)此建模與仿真的過(guò)程，得到一種針對(duì)此型自動(dòng)變速器建模的新方法。

關(guān)鍵詞：七擋自動(dòng)變速器； 行星齒輪；傳動(dòng)比；AMESim； Matlab/Simulink

中圖分類號(hào)：U463.212 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2013）04-0051-04

隨著我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始加大具有高附加值自動(dòng)變速器的研發(fā)力度。自動(dòng)變速器作為現(xiàn)化汽車傳動(dòng)技術(shù)中的關(guān)鍵總成之一，接收發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩、經(jīng)過(guò)變速增扭，通過(guò)主減速器傳遞給車輪，自動(dòng)變速器匹配的好壞直接關(guān)系到汽車的總體性能。自動(dòng)變速器是集機(jī)械、液壓、電子于一體的復(fù)雜系統(tǒng)。相對(duì)手動(dòng)變速器具有操縱簡(jiǎn)化、駕駛平順舒適、改善汽車排放、保證汽車在行駛過(guò)程中經(jīng)常處于良好的性能狀態(tài)等一系列優(yōu)勢(shì)而被越來(lái)越多地裝備于車輛上[1]。在自動(dòng)變速器開(kāi)發(fā)階段借助模擬仿真技術(shù)是研究自動(dòng)變速器的有效手段，可以提前確定各個(gè)重要參數(shù)，并對(duì)參數(shù)間的相互關(guān)系進(jìn)行分析，并不斷進(jìn)行優(yōu)化分析，從而具有縮短研發(fā)時(shí)間、減少研發(fā)經(jīng)費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)。因此模擬仿真作為汽車研究與設(shè)計(jì)部門的一種有效方法而被廣泛采用。研究自動(dòng)變速器模擬仿真方法對(duì)于我國(guó)自動(dòng)變速器自主研發(fā)具有重要意義[2]。

1 理論依據(jù)

圖1為市場(chǎng)上某型7擋自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)示意圖和離合器接合圖表。此型變速器前面是行星齒輪組，后面是拉維娜行星齒輪組。前排齒輪組行星輪P3與太陽(yáng)輪S3嚙合。從前排齒圈B1通過(guò)離合器E輸出到拉維娜行星架C1；從前排行星架D1一路經(jīng)過(guò)離合器A連接拉維娜太陽(yáng)輪S2，一路經(jīng)過(guò)離合器B連接拉維娜太陽(yáng)輪S1。

拉維娜式行星齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下。

（1）在一個(gè)行星架上安裝有相互嚙合的兩套行星齒輪，長(zhǎng)行星輪P1同時(shí)與大太陽(yáng)輪S1、短行星輪P2、內(nèi)齒圈A1相嚙合；短行星輪P2與長(zhǎng)行星輪S1和小太陽(yáng)輪S2相嚙合；兩套行星齒輪共用一個(gè)齒圈A1和一個(gè)行星架C1。

（2）有5組離合器， 離合器C、D分別制動(dòng)大太陽(yáng)輪S1和共用行星架C1。離合器E使拉維娜式行星齒輪小太陽(yáng)輪S2與前排行星輪外齒圈B1結(jié)合，離合器A、B分別拉維娜式行星齒輪小太陽(yáng)輪S2、大太陽(yáng)輪S1與前排行星輪齒輪架D1結(jié)合， A1為動(dòng)力輸出為共用齒圈。各齒輪的齒數(shù)如下：ZA1=84；ZB1=70；ZS1=36；ZS2=32；ZS3=44；ZP1=24；ZP2=24；ZP3=13；

1.1 傳動(dòng)比計(jì)算

（1）一擋傳動(dòng)比

（2）四擋傳動(dòng)比

（3）五擋傳動(dòng)比

（4）倒擋傳動(dòng)比

2 模型建立與分析

AMESim是法國(guó)達(dá)索公司推出的液壓、機(jī)械等系統(tǒng)建模及動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件，除了擁有常規(guī)的機(jī)械、液壓模型庫(kù)外，針對(duì)變速器的模擬仿真，AMESim專門開(kāi)發(fā)了一個(gè)傳動(dòng)系Powertrain庫(kù)專門用于車輛傳動(dòng)系統(tǒng)建模和仿真，它包括發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、同步器、傳動(dòng)軸、差速器、輪胎、車身以及傳感器等模塊的多種元件級(jí)模型。利用所需模塊可以簡(jiǎn)便地構(gòu)建自動(dòng)變速器的傳動(dòng)系統(tǒng)仿真模型，并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分析[4]。

在AMESim中建立仿真模型，此模型包括發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)變速器、傳動(dòng)軸、主減速器、差速器、車輪等模塊，并有發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的控制邏輯模塊。自動(dòng)變速器模型包括的行星齒輪組、離合器、液力耦合器和鎖止器。前排是行星齒輪組，后排是拉維娜行星齒輪組的模型。變速器的控制邏輯模塊將升擋信號(hào)轉(zhuǎn)化為各個(gè)離合器接合信號(hào)，并在MATLAB/Simulink中對(duì)離合器的接合規(guī)律建立模型，通過(guò)時(shí)間積分再通過(guò)查表的方法，對(duì)離合器換擋規(guī)律進(jìn)行模擬，從而建立七擋變速器的仿真模型。

如圖2所示，在AMESim模型中，換擋信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯表后轉(zhuǎn)化為相應(yīng)離合器控制信號(hào)，傳入AMESim-Simulink Co-simulation interface模塊后再傳輸?shù)礁鱾€(gè)離合器。齒輪的傳動(dòng)模型從前排齒圈B1通過(guò)離合器E輸出到拉維娜行星架C1，從前排行星架D1一路經(jīng)過(guò)離合器A連接太陽(yáng)輪S2，一路經(jīng)過(guò)離合器B連接太陽(yáng)輪S1。太陽(yáng)輪S2經(jīng)過(guò)行星輪P2傳動(dòng)到行星輪P1，最后經(jīng)過(guò)A1傳出。

設(shè)置完參數(shù)后，試運(yùn)行后，可使S-function的接口在AMESim中的Simulink聯(lián)合仿真模塊定義的輸入輸出接口相同。隨后建立如圖4所示的控制模型，其中Clutch模塊從AMESim接口模塊輸出端口接收信號(hào)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化輸出到AMESim接口模塊輸入端口。其中If Action rise模塊當(dāng)有上升擋位信號(hào)時(shí)，便能子模塊，內(nèi)部計(jì)時(shí)器開(kāi)始積分計(jì)時(shí)，輸出時(shí)間函數(shù)，并經(jīng)過(guò)查表，輸出接合率的函數(shù)。當(dāng)有下降擋位信號(hào)時(shí)，便能子模塊，同樣的內(nèi)部計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)并查表，輸出接合率的函數(shù)。此時(shí)接合率是下降的。如果需要更改接合曲線，只需更改查表函數(shù)曲線即可。

3 分析

換擋仿真結(jié)果如下。

從圖5可以得出變速器在5擋時(shí)為直接擋；通過(guò)數(shù)據(jù)分析，各個(gè)擋位的傳動(dòng)比與理論分析的傳動(dòng)比相同。圖6是自動(dòng)變速器輸入與輸出的轉(zhuǎn)矩圖，當(dāng)傳動(dòng)為直接擋時(shí)，可以看出輸出轉(zhuǎn)矩小于輸入轉(zhuǎn)矩，這是因?yàn)樽兯倨鲀?nèi)部有阻尼引起的轉(zhuǎn)矩?fù)p耗。為了使換擋沖擊最小，需優(yōu)化換擋時(shí)離合器結(jié)合與分離曲線，使換擋時(shí)的最大值降低，從而減小換擋沖擊。

4 結(jié)論

1）根據(jù)自動(dòng)變速器各組成部分結(jié)構(gòu)及功能，在AMESim，建立了自動(dòng)變速器機(jī)械、離合器仿真模型以及整車模型，在MATLAB中建立了離合器接合規(guī)律模型，通過(guò)AMESim與Simulink聯(lián)合仿真。最后由仿真結(jié)果分析，所建模型基本符合實(shí)際情況。

2）通過(guò)對(duì)模型的仿真，得出變速器的轉(zhuǎn)矩變化曲線，為使換擋沖擊最小，以曲線上最大值作為最優(yōu)目標(biāo)，變更離合器控制方案不斷優(yōu)化，確定自動(dòng)變速器控制參數(shù)，從而在自動(dòng)變速器的初始總體設(shè)計(jì)中提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙志強(qiáng).濕式雙離合器自動(dòng)變速器建模及仿真分析[D]. 湖南：湖南大學(xué)車輛工程， 2009：1-2.

[2] 陳真，胡寧，許亮.自動(dòng)變速器模擬仿真技術(shù)[J].機(jī)床與液壓，2007（8）：203-206

[3] 公彥軍，趙韓，黃康， 陳奇.自動(dòng)變速器模擬仿真技術(shù)[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2010（9）：9-11.

[4] 陳強(qiáng)，李聰聰，喻凡，倪春生，李淑英，李君. 拉維娜行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和傳動(dòng)效率計(jì)算[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2011（10）：34-36.