周能文

（西安雙特智能傳動(dòng)有限公司，陜西 西安 710119）

自動(dòng)變速器傳動(dòng)路線選擇方法

周能文

（西安雙特智能傳動(dòng)有限公司，陜西 西安 710119）

∶文章簡(jiǎn)要介紹了自動(dòng)變速器傳動(dòng)路線的選擇方法和過(guò)程，通過(guò)價(jià)格，長(zhǎng)度，性能，效率，可維修性，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，控制難易和NVH等選擇標(biāo)準(zhǔn)，利用AHP(層次分析法)對(duì)經(jīng)過(guò)初步篩選的5個(gè)傳動(dòng)路線進(jìn)行進(jìn)一步分析和評(píng)比，最后選出綜合性能最優(yōu)的傳動(dòng)路線。

∶傳動(dòng)路線；選擇層次分析法

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.052

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

引言

在進(jìn)行自動(dòng)變速器設(shè)計(jì)時(shí)，選擇傳動(dòng)路線是第一步的工作。傳動(dòng)路線通常有兩種來(lái)源：一是開發(fā)全新的傳動(dòng)路線，二是查詢過(guò)期或即將過(guò)期的現(xiàn)有傳動(dòng)路線專利。由于開發(fā)全新的傳動(dòng)路線本身有比較大的難度，而且很難保證開發(fā)出來(lái)的傳動(dòng)路線不侵犯現(xiàn)有的或正在申請(qǐng)的專利，因?yàn)楫?dāng)前傳動(dòng)路線的專利基本上被國(guó)際上幾個(gè)大的自動(dòng)變速器廠商壟斷。所以從過(guò)期的或即將過(guò)期的傳動(dòng)路線專利中查詢合適的傳動(dòng)路線成為必然的選擇。但如何從海量的傳動(dòng)路線中篩選出適合自身的傳動(dòng)路線呢？本文就是基于此背景，探討了自動(dòng)變速器傳動(dòng)路線選擇方法，并介紹了一種比較實(shí)用的傳動(dòng)路線選擇分析方法—AHP(層次分析法)。

1、傳動(dòng)路線選擇方法和過(guò)程

面對(duì)海量的傳動(dòng)路線，首先需要進(jìn)行初步篩選，過(guò)濾掉大量不適用的傳動(dòng)路線，篩出5個(gè)左右的傳動(dòng)路線留作最終選擇。初步篩選時(shí)需要設(shè)定幾個(gè)關(guān)鍵的篩選條件，通常設(shè)定檔位數(shù)，長(zhǎng)度目標(biāo)，速比目標(biāo)，效率目標(biāo)和換擋性能目標(biāo)等條件。此時(shí)長(zhǎng)度目標(biāo)主要指行星排的數(shù)量，速比目標(biāo)主要指最大速比和最小速比范圍，效率目標(biāo)主要指離合器和制動(dòng)器數(shù)量，參與換擋的離合器和制動(dòng)器數(shù)量，換擋性能主要指離合器的利用率。

由于篩選出的5個(gè)傳動(dòng)路線都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，如何從中選出綜合性能最優(yōu)的傳動(dòng)路線呢？這就涉及到本文將介紹的一種傳動(dòng)路線選擇分析方法—AHP(層次分析法)。首先設(shè)定幾個(gè)選擇標(biāo)準(zhǔn)，通常設(shè)定價(jià)格，長(zhǎng)度，性能，效率，可維修性，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，控制難易和NVH作為選擇標(biāo)準(zhǔn)。為了確定各個(gè)選擇標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重，需要在各個(gè)選擇標(biāo)準(zhǔn)之間相互進(jìn)行比較，這就是AHP方法的首次使用。表1為使用AHP后各選擇標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重。各選擇標(biāo)準(zhǔn)之間互相評(píng)分參考Saaty重要度評(píng)分表，見表2。下面分別對(duì)每項(xiàng)選擇標(biāo)準(zhǔn)如何使用進(jìn)行說(shuō)明。

表1　各選擇標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重

表2　Saaty重要度評(píng)分表

成本：根據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)某款自動(dòng)變速器中和傳動(dòng)路線有關(guān)的關(guān)鍵零件的成本，比如齒輪，行星架，軸，離合器，制動(dòng)器和軸承，統(tǒng)計(jì)其相對(duì)成本作為成本分析的基礎(chǔ)，如表3所示?；谝延械?個(gè)傳動(dòng)路線，統(tǒng)計(jì)各路線中表3中零部件數(shù)量，并計(jì)算得到各個(gè)傳動(dòng)路線的總成本。利用AHP和Saaty評(píng)分表對(duì)各個(gè)傳動(dòng)路線總成本進(jìn)行相互比較，得到各個(gè)傳動(dòng)路線總成本的相對(duì)權(quán)重，分值最高的傳動(dòng)路線即為成本最低的傳動(dòng)路線。

表3　關(guān)鍵零件相對(duì)成本

長(zhǎng)度是指在軸向方向?qū)⒆兯倨鞣譃橐毫ψ兙仄鞑糠珠L(zhǎng)度，油泵部分長(zhǎng)度，離合器部分長(zhǎng)度，行星輪系部分長(zhǎng)度和輸出軸部分長(zhǎng)度，并且在分析時(shí)可以假定變矩器部分，油泵部分和輸出軸部分具有相同的軸向長(zhǎng)度。分析時(shí)主要考慮不同的傳動(dòng)路線引起的離合器部分和行星輪系部分軸向長(zhǎng)度不一致。這樣可以統(tǒng)計(jì)出5個(gè)傳動(dòng)路線的總長(zhǎng)度，利用AHP和Saaty評(píng)分表相互比較各個(gè)傳動(dòng)路線的長(zhǎng)度，得到各個(gè)傳動(dòng)路線長(zhǎng)度的相對(duì)權(quán)重，分值最高的為長(zhǎng)度最短的傳動(dòng)路線。

性能主要考量的是加速性，分項(xiàng)考慮0-30km/h，30-60km/h，60-100km/h和100km/h以上后每增加1km/h所需時(shí)間4個(gè)指標(biāo)，每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重都為25%。分析時(shí)需要選擇某一發(fā)動(dòng)機(jī)和車型進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)需要在有近似頭檔和最高檔速比的前提下，給每個(gè)傳動(dòng)路線設(shè)定一組速比。分析時(shí)需要在每一個(gè)指標(biāo)下對(duì)5個(gè)傳動(dòng)路線進(jìn)行AHP分析，獲取每個(gè)傳動(dòng)路線的權(quán)重，最后統(tǒng)計(jì)每個(gè)傳動(dòng)路線4個(gè)指標(biāo)的總權(quán)重，分值最高的為性能最優(yōu)的傳動(dòng)路線。

效率主要考慮離合器和制動(dòng)器拖曳損失、齒輪嚙合損失及變速器重量增加對(duì)效率影響3項(xiàng)指標(biāo)。先利用AHP方法對(duì)這3項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)比，得到各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。其中離合器和制動(dòng)器拖曳損失對(duì)效率影響最大，權(quán)重最大，主要統(tǒng)計(jì)在所有檔位時(shí)，不參與工作的離合器和制動(dòng)器數(shù)量。齒輪嚙合損失主要統(tǒng)計(jì)在所有檔位參與功率傳遞的行星排數(shù)量來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，權(quán)重次之。重量對(duì)效率的影響很小，權(quán)重最低。分析時(shí)也需要在每項(xiàng)指標(biāo)下對(duì)5個(gè)傳動(dòng)路線進(jìn)行AHP分析，根據(jù)每項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，得到各個(gè)傳動(dòng)路線的總權(quán)重，分值最高的是效率最高的傳動(dòng)路線。

可維修性主要是判斷變速器有多少需要維修的部件，以及這些部件是否維修方便，主要有離合器數(shù)量，制動(dòng)器數(shù)量以及離合器在變速器中位置3項(xiàng)指標(biāo)。先利用AHP方法對(duì)這3項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)比，得到各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，其中離合器和制動(dòng)器數(shù)量權(quán)重一樣，離合器在變速器中位置權(quán)重最高。離合器在變速器中位置又分為前部，中部和后部，其中假設(shè)前部和后部可維修性一致，權(quán)值為1，離合器位于變速器中部是最難維修的，權(quán)值為3。分析時(shí)在每項(xiàng)指標(biāo)下對(duì)5個(gè)傳動(dòng)路線進(jìn)行AHP分析，根據(jù)每項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，得到各個(gè)傳動(dòng)路線的總權(quán)重，分值最高的是可維修性最好的傳動(dòng)路線。

技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)主要考慮行星輪尺寸，太陽(yáng)輪尺寸和行星輪系功率利用率3項(xiàng)指標(biāo)。先用AHP對(duì)這3項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行比較，得到每項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。其中行星輪尺寸和太陽(yáng)輪尺寸是權(quán)重最高的因素，因?yàn)檫@直接影響到整個(gè)變速器的空間尺寸。分析時(shí)假定5個(gè)傳動(dòng)路線具有相同的齒圈尺寸，根據(jù)速比可以計(jì)算出行星輪和太陽(yáng)輪的分度圓直徑，行星輪軸承外徑最小為20mm，可以計(jì)算5個(gè)傳動(dòng)路線中每個(gè)行星齒輪的輪輻厚度，選取其中最小值用AHP進(jìn)行比較，得到5個(gè)傳動(dòng)路線在行星齒輪輪輻厚度這一指標(biāo)下的權(quán)重。由于許多傳動(dòng)路線在太陽(yáng)輪內(nèi)側(cè)嵌套好幾根軸，根據(jù)軸的最小尺寸和嵌套軸的數(shù)量可以計(jì)算5個(gè)傳動(dòng)路線每個(gè)太陽(yáng)輪的輪輻厚度。選取其中最小值用AHP進(jìn)行比較，同樣可以得到5個(gè)傳動(dòng)路線在太陽(yáng)輪輪輻厚度這一指標(biāo)下的權(quán)重。功率利用率假定每個(gè)傳動(dòng)路線輸入相同的1Nm和1rpm(即輸入功率為0.105w)，計(jì)算每個(gè)檔位下每個(gè)行星排的功率，然后將功率相加得到每個(gè)傳動(dòng)路線傳遞的總功率，總功率值大的傳動(dòng)路線需要容量更大的軸承或尺寸更大的齒輪。然后把各個(gè)傳動(dòng)路線的總功率值用AHP進(jìn)行比較，得到5個(gè)傳動(dòng)路線在行星輪系功率利用率這一指標(biāo)下的權(quán)重。最后根據(jù)3項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，匯總各個(gè)傳動(dòng)路線的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重。

控制難易主要考慮離合器和制動(dòng)器的能容和跳檔數(shù)量?jī)身?xiàng)指標(biāo)。離合器和制動(dòng)器能容指在每個(gè)檔位時(shí)，離合器和制動(dòng)器需要傳遞最大扭矩的能力，由于不同檔位需要傳遞的最大扭矩不一樣，其比值叫做能容比。為保證最大的扭矩傳遞，系統(tǒng)最大壓力按最大扭矩設(shè)計(jì)，如果遇到能容比非常大的傳動(dòng)路線，就會(huì)造成液壓系統(tǒng)的分辨率不適合需要最低壓力工作的情況，造成潛在的換檔沖擊，對(duì)控制影響非常大，所以權(quán)重很高。實(shí)際分析時(shí)，在空載和后橋速比最大的情況下計(jì)算每個(gè)傳動(dòng)路線的換檔沖擊，再對(duì)所有的換檔沖擊值用AHP進(jìn)行比較，得到5個(gè)傳動(dòng)路線在離合器能容方面的權(quán)重。跳檔數(shù)量可以根據(jù)每個(gè)傳動(dòng)路線的換檔邏輯圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)跳檔數(shù)量用AHP進(jìn)行比較。然后根據(jù)兩項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，匯總各個(gè)傳動(dòng)路線的控制難易權(quán)重。

NVH是假定1Nm輸入下，計(jì)算5個(gè)傳動(dòng)路線每個(gè)行星排最大/最小扭矩的比值。選取其中最大值用AHP進(jìn)行比較，得到5個(gè)傳動(dòng)路線關(guān)于NVH的權(quán)重，權(quán)值最大的路線為NVH表現(xiàn)最好的傳動(dòng)路線。

最后基于上述分析結(jié)果，根據(jù)價(jià)格，長(zhǎng)度，性能，效率，可維修性，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，控制難易和NVH的權(quán)重，匯總各個(gè)傳動(dòng)路線的權(quán)重，分值最高的即為綜合性能最優(yōu)的傳動(dòng)路線。在實(shí)際操作時(shí)，可以選取分值最高的兩個(gè)傳動(dòng)路線留作進(jìn)一步分析和匯報(bào)。

2、結(jié)論

綜上所述，采用本文介紹的過(guò)程和方法，利用價(jià)格，長(zhǎng)度，性能，效率，可維修性，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，控制難易和NVH等判據(jù)，可以對(duì)經(jīng)過(guò)初步篩選后的傳動(dòng)路線進(jìn)行進(jìn)一步的分析，最后選出綜合性能最優(yōu)的傳動(dòng)路線，為下一步進(jìn)行自動(dòng)變速器詳細(xì)開發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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，工程師，就職于西安雙特智能傳動(dòng)有限公司，主要從事汽車自動(dòng)變速器研發(fā)工作。