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1、兰州理工大学硕士学位论文液力机械自动变速器的研究姓名：张金香申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：韩致信20090420硕十学位论文摘要液力机械自动变速器是当今世界汽车自动变速系统的主导产品，具有分级连续变速和变矩的能力，对外负载具有良好的自动调节和适应能力。装有液力机械自动变速器的汽车，换挡冲击小、操纵简单，而且能按最佳的换挡时机进行自动换挡，有助于提高汽车的动力性和经济性。但其传动效率低，不能满足行驶环境发生变化时的换挡要求以及换挡品质不优等问题还需要进行进一步的改进。国内有些汽车厂商正在做这方面的研究，进行液力机械自动变速系统的研究对促进国内汽车工业的发展和技术进步具有重要的理
2、论意义和实用价值。本文在5 挡液力机械自动变速器传动模型的基础上，主要针对如何提高效率、如何提升换挡品质以及如何实现智能换挡等方面进行了分析。液力变矩器的效率低于机械部分，因此，文中建立的5 挡传动模型中采用了带锁定离合器的变矩器和变矩器的打滑控制，用于提高传动效率，并通过电液控制系统提高控制的精度。由于5 挡变速器机械部分的摩擦结合元件的油压和油压的控制精度都对换挡品质有很大影响。因此，本文分别对5 挡液力机械式自动变速器的行星齿轮机构和换挡液压系统进行了动力学、运动学分析和系统优化。换挡规律是自动变速器的核心，但传统换挡规律一经存入电控单元，换挡时机就不会因外界环境的变化而改变，这种换挡不
3、具有自适应车辆状况、道路环境和驾驶员意图的能力。为此，本文在传动动力性和经济性换挡规律的基础上进行智能换挡策略分析。通过对5 挡液力机械自动变速器传动模型的分析，得出如下结论：采用模糊控制打滑率的方法可以提高效率；行星齿轮机构动力学分析是换挡品质控制的理论基础；电液控制系统能够提高控制精度；智能换挡策略综合考虑车辆运行状况、行驶环境和驾驶员操纵意图等信息，使汽车行驶能够满足车辆的动力性、经济性和驾驶性要求。关键词：液力机械自动变速器；行星齿轮机构；闭锁离合器；换挡规律；换挡品质；打滑控制I I IA b s t r a c tN o wt h eh y d r a u l i cm e c h
4、 a n i c a la u t o m a t i ct r a n s m i s s i o ni st h el e a d i n gp r o d u c to fa u t o m o b i l et r a n s m i s s i o ns y s t e mi nt h ew o r l d，w h i c hh a st h ea b i l i t yo fc h a n g i n gs p e e da n dt o r q u eg r a d u a l l ya n dc o n t i n u o u s l y，a n dh a st h eg o
5、o ds e l f-r e g u l a t i o na n da d a p t i v ea b i l i t yt ot h ee x t e r n a ll o a d L o a d e dw i t ht h eh y d r a u l i cm e c h a n i c a la u t o m a t i ct r a n s m i s s i o n，a u t o m o b i l es h i f ta t t a c k ss l i g h t l ya n dt h eo p e r a t i o ns i m p l y，m o r e o v
6、 e rc a nc a r r yo ns h i f ta u t o m a t i c a l l ya c c o r d i n gt ot h eb e s ts h i f tt i m e，w h i c hi sh e l p f u lt oe n h a n c et h ep o w e ra n de f f i c i e n c yo fa u t o m o b i l e B u ti t st r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c yi sl o w a n dh a ss o m eq u e s t i o n
7、st ob en e e d e dt om a k ef u r t h e ri m p r o v e m e n t，s u c ha sn o ts a t i s f y i n gs h i f tr e q u e s t sw i t ht h et r a v e le n v i r o n m e n tc h a n g i n g，a n dt h es h i f tq u a l i t yi sn o te x c e l l e n ta n dS Oo n S o m ed o m e s t i c a u t o m o b i l em a n u
8、f a c t u r e ri sm a k i n gt h er e s e a r c h a n dt h er e s e a r c ho nt h eh y d r a u l i cm e c h a n i c a la u t o m a t i cs e l f-s h i f t i n gt r a n s m i s s i o ns y s t e mh a st h ei m p o r t a n tt h e o r ys i g n i f i c a n c ea n dt h ep r a c t i c a lv a l u et op r o m
9、 o t et h ed o m e s t i c a u t o m o b i l ei n d u s t r yd e v e l o p m e n ta n dt h et e c h n o l o g ya d v a n c e m e n t A c c o r d i n gt o5s h i f t sh y d r a u l i cm e c h a n i c a la u t o m a t i ct r a n s m i s s i o nm o d e l，t h em a i nr e s e a r c hi sa i m e da th o wt
10、oe n h a n c et h ee f f i c i e n c y，h o wt op r o m o t et os h i f tq u a l i t ya sw e l la sh o wt or e a l i z et h ei n t e l l i g e n ts h i f ta n dS Oo n T h ee f f i c i e n c yo fh y d r a u l i ct o r q u ec o n v e r t e ri sl o w e rt h a no n eo fm a c h i n ep a r t；t h e r e f o
11、r e，e s t a b l i s h i n g5s h i f t st r a n s m i s s i o nm o d e lw h i c hu s e dt h et o r q u ec o n v e r t e rw i t hl o c k e dc l u t c ha n ds l i p p i n gc o n t r o lo ft o r q u ec o n v e r t e re n h a n c e dt h et r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c y，a n de n h a n c e dc o
12、n t r o lp r e c i s i o nt h r o u g he l e c t r i c a l h y d r a u l i cc o n t r o ls y s t e m B e c a u s et h eo i lp r e s s u r ea n di t sc o n t r o lp r e c i s i o no ft h ef r i c t i o ne l e m e n t so ft h e5s h i f t st r a n s m i s s i o nm a c h i n e r yp a r th a v ei n f l u
13、 e n c et os h i f tq u a l i t y，d y n a m i c s，t h ek i n e m a t i c a la n a l y s i sa n dt h es y s t e mo p t i m i z a t i o na b o u tt h ep l a n e t a r yg e a r sa n ds h i f th y d r a u l i cc o n t r o ls y s t e mo f5s h i f t sh y d r a u l i cm e c h a n i c a la u t o m a t i ct
14、r a n s m i s s i o nw e r es t u d i e d S h i f tl a wi st h ec o r eo fa u t o m a t i ct r a n s m i s s i o n，w h i l et h et r a d i t i o ns h i f tl a ww a ss t o r e di nt h ee l e c t r i c a lc o n t r o lu n i t，s h i f to p p o r t u n i t yc a nn o tb ec h a n g e dw i t ht h ee x t e
15、r n a le n v i r o n m e n tc h a n g e。t h i sk i n d o fs h i f td o e sn o th a v et h ea b i l i t yo fa u t o a d a p t e dv e h i c l e sc o n d i t i o n，t h ep a t he n v i r o n m e n ta n dd r i v e ri n t e n t i o n A c c o r d i n g l y，t h ei n t e l l i g e n ts h i f t i n g s t r a
16、t e g ya n a l y s i sw a sm a d eb a s e do nt h et r a n s m i s s i o np o w e ra n ds h i f tl a we f f i c i e n c y I V硕十学位论文T h r o u g ht h ea n a l y s i so f5s h i f t sh y d r a u l i cm e c h a n i c a la u t o m a t i ct r a n s m i s s i o nm o d e l，d r a w st h ef o l l o w i n gc o
17、n c l u s i o n：U s e st h em e t h o do ff u z z yc o n t r o ls l i p p i n gr a t et ob ep o s s i b l et oe n h a n c et h ee f f i c i e n c y；T h ep l a n e t a r yg e a r sd y n a m i c sa n a l y s i si st h et h e o r yf o u n d a t i o no fs h i f tq u a l i t yc o n t r o l；T h ee l e c t
18、 r i c a l h y d r a u l i cc o n t r o ls y s t e mc a ni n c r e a s et h ec o n t r o lp r e c i s i o n；T h ei n t e l l i g e n ts h i f ts t r a t e g yc o m p r e h e n s i v e l ye v a l u a t e ss o m ei n f o r m a t i o ns u c ha sv e h i c l e sm o v e m e n tc o n d i t i o n，t h et r a
19、 v e le n v i r o n m e n ta n dt h ed r i v e ro p e r a t i o ni n t e n t i o na n dS Oo n，e n a b l e st h ea u t o m o b i l et r a v e lt os a t i s f yt h ev e h i c l e sd y n a m i c s，t h ee f f i c i e n c ya n dt h ed r i v i n gr e q u e s t K e yW o r d s：H y d r a u l i cM e c h a n i
20、 c a lA u t o m a t i cT r a n s m i s s i o n；P l a n e t a r yG e a r s；L o c k e dC l u t c h；S h i f tL a w；S h i f tQ u a l i t y；S l i pC o n t r o lV兰州理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特另U：D i：l 以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到
21、本声明的法律后果由本人承担。E t 期：声口哆年厂月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密团。(请在以上相应方框内打“”)作者签名：c Y,o i _ t刷磁轹邛蛾日期：,I o o；Y 年彳月，日B 期：姆j 罗年6 其 E l硕十学位论文第1 章绪论1 1 课题研究的背景和意义我
22、国汽车工业正处于发展和提高时期，目前在国内已经形成年产8 8 0 多万辆汽车的生产能力，轿车年产量已超过5 0 0 万辆。但是，我国使用的汽车绝大多数仍为手动变速，手动变速汽车换挡操作频繁，易使驾驶员疲劳，影响行驶安全，而驾驶技术水平的不同对车辆的燃料经济性、动力性、乘坐舒适性造成很大差异。随着轿车进入家庭，非职业驾驶员越来越多，他们对简化操作的要求日益迫切。因此目前我国自动变速器在轿车、城市客车、高级旅游客车、军用车、重型载货汽车等车辆上呈现越来越大的要求。目前国产自动变速技术与国外相比还有一定差距。国内大多数企业主要还是依赖国外技术，自动变速产品的开发一直采用引进技术、实施仿制等方法，甚至
23、有些企业就是采用购买国外关键部件进行组装的方法来生产产品，导致了拥有自主知识产权的精品还不多。随着我国改革开放和社会主义现代化建设步伐的加快，基础建设、重大工程、城区改造、能源开发等项目急剧增多，随之而来的是对自动变速器的需求增加。特别是从“十五 计划起，随着西部开发战略的实施，国家将加大力度投资基础设施建设，这无疑将给自动变速器带来新的机遇。当前迫切希望加强新产品和关键零部件的研发能力，提高具有自主知识产权的产品和关键零部件的占有率。自主开发适合我国国情的自动变速器，既可以掌握先进的控制技术，提高产品综合性能，增强技术开发能力，而且还可以降低成本，提高国产自动变速器的市场竞争力。1 2 液力
24、机械式自动变速器的发展19 3 9 年，美国通用汽车公司首先成功研制了由液力耦合器和行星齿轮机构变速器组成的四挡液力变速器，装于该公司生产的轿车O l d s m o b i l e 上。该变速器被认为是自动变速器的代表，是当今自动变速器的原始形式【2】。随着新技术的不断发展，自动变速器结构不断改进，逐步走向成熟。1 9 3 9 1 9 5 0 年的1 1 年间是液力自动变速器的成长期。这期间其结构特点是液力传动部件采用液力偶合器，机械变速部分采用行星齿轮机构。这种形式，结构虽简单，成本也低，但液力传动部分只能起到联轴器的作用，不能改变扭矩，而传动扭矩的改变则完全由行星齿轮机构来完成的。19
25、5 0 年，美国福特汽车公司成功研制了装有液力变矩器的三挡液力自动变速液力机械自动变速器的研究器，从此轿车用的液力自动变速器进入了成熟期【3】【7】。1 9 7 7 年以后，日本丰田汽车公司成功研制了具有超速挡的液力自动变速器。该变速器采用三元件液力变矩器与多挡行星齿轮机构相组合的结构，这不但提高了变速器的变扭比，而且使换挡更圆滑，传动效率更高。液力自动变速器行星齿轮机构的挡数和速比范围，随着汽车的高速化、低油耗和低噪声等要求的不断提高而有所增加。l9 7 7 年丰田公司开发的四挡液力自动变速器和1 9 8 9 年日产汽车公司开发的五挡液力自动变速器都已装车使用【4】。这两种变速器都是在原三挡
26、和四挡液力自动变速器的基础上，加装了一组行星齿轮机构而形成的。19 8 3 年，日产汽车公司成功研制了四挡液力自动变速器所用的行星齿轮机构，其最大特点是结构紧凑，从而为液力自动变速器的多挡化提供了条件。液力变矩器的优点是增大起步扭矩，提高车辆的加速性能，降低变速时传动系的冲击，对发动机曲轴的扭振具有隔振作用。但由于其泵轮与涡轮之间存在转速差，使其传动效率随之降低，因此常采用锁止机构，使泵轮和涡轮在一定工况下连接起来，使发动机的动力可以直接传给变速器的行星齿轮机构，从而提高传动效率。在多挡的液力自动变速器中，一般只在最高挡位时才使锁止离合器结合。后来，为了减少滑转损失，1 9 8 2 年起在其他
27、挡位上也开始使用。由于在变速过程中进行锁止会产生较大的冲击，故需要在变速时暂将其解除，而在变速后再进行锁止，即换挡前使离合器自动分离，换挡后使离合器自动结合。为此，研制出了多种的控制方式，其中以电控方式效果较好。1 9 9 1 年，美国通用汽车公司在前轮驱动的轿车上装用4 T 6 0 E 型电控液力自动变速器。同年福特汽车公司也在两种前轮驱动的轿车上装用了A x O D E 型4 挡电控液力自动变速器，其电子控制装置并入福特E C I V 型发动机的中央控制系统。目前国外对液力自动变速控制系统的研究已经比较成熟，主要工作集中在换挡策略的开发和换挡品质的改善。九十年代初，N N a r u m
28、i 和H S u z u k i 对车辆传动系统控制的发展趋势进行了预测，认为离合器闭锁控制和挡位优化控制将是未来数十年传动控制的发展趋势，而无级变速则更具有潜在的开发前景。H i r o s h iY a m a g u c h 和Y a s u s h iN a r i t a 等利用模糊控制技术对液力机械传动车辆进行了变速器选挡控制，并取得了预期的成果。J o h nJ M o s k w a 和S c o t tA M u n n s 等在他们的论文中较为系统地阐述了车辆传动系统数学模型建立的基本原理和试验方法。A n d r e wW P h i l l i p s 和D e n n
29、 i sN A s s a n i s 利用计算机对某5 吨车辆液力机械传动系统进行了仿真研究，并且提出了改进燃油经济性和车辆性能的方案。K o h e iK u s a k a和Y a s u n o r iO h k u r a 对装备有液力机械传动的垃圾车换挡执行机构(电液控制阀)进行了大胆的改造，控制离合器的接合力，使换挡过程更加平顺。T o s h i m i c h iM i n o w a 和T a t s u y aO c h i 等也利用转矩估计的方法对换挡平顺性问题进行了研究。2硕十学位论文G a m a l A h m e dE l n a s h a r 博士建立了车辆
30、自动变速模糊和神经网络控制器，并根据选定的模糊逻辑控制参数和网络权值在计算机上进行了仿真研究。1 3 液力机械式自动变速器的特点分析自动变速器自2 0 世纪3 0 年代问世以来，应用到汽车工业中已有6 0 余年了，它使汽车具有较高的通过性、良好的自适应性、操纵轻便性等特点。与传统手动变速器相比较，液力机械自动变速器不仅能够适应汽车行驶要求，而且还具有一些显著特点。1 优点(1)操作简单、省力，提高了行车安全性；(2)使换挡时机最佳；(3)防止发动机和传动系过载，提高零件使用寿命；(4)具有良好的自适应性；(5)提高汽车的通过性；(6)汽车有害排放物下降；(7)减少换挡冲击。2 缺点(1)结构复
31、杂，成本高，维修不便；(2)传动效率低。其液力变矩器效率为8 2 一8 6，传动效率低，降低了汽车的燃油经济性。1 4 国内市场预测目前，我国汽车工业正处于发展和提高时期。据国家公安部统计数据显示，在1 9 9 5 2 0 0 1 年我国汽车保有量为1 0 4 0 万1 8 0 2 万辆，年均净增量在1 0 0 万辆左右。2 0 0 0 一2 0 0 2 年实际汽车保有量分别为1 6 0 8 9 1 万、1 8 0 2 0 4 万和2 0 5 3 1 7 万辆，年平均净增2 0 0 万辆左右；截至2 0 0 3 年底，中国汽车保有量为2 4 2 1 1 6 万辆，比2 0 0 2 年净增近4
32、0 0 万辆。这些数据预示，2 0 0 3 2 0 1 0 年我国汽车保有量以及由此带动的汽车需求量将继续呈加速增长的趋势。专家预测2 0 1 0 年中国汽车保有量可达7 0 0 0 万辆 C I O 。中国国务院发展研究中心市场经济研究所有关负责人预测，十年后中国汽车保有量能达到1 亿辆，未来1 0 年汽车工业将快速发展。按照我国汽车工业产业政策的规划，到2 0 10 年我国轿车产量将达4 0 0 万辆。根据公安部统计信息，2 0 0 2 年我国私人汽车保有量达到9 6 9 万辆，截至2 0 0 3 年底，我国私人汽车保有量己达1 2 4 2 7 7 万辆。从19 9 2 年到19 9 9
33、年，我国私人汽车保有量用了7 年时间从10 0 万辆增至5 0 0 万辆。从2 0 0 0 年到2 0 0 3 年，仅用43液力机械自动变速器的研究年的时间私人汽车保有量就从5 0 0 万辆增加到1 2 0 0 万辆。统计还显示，截至2 0 0 3年底，我国共有机动车驾驶员10 3 亿人，相比2 0 0 2 年，增长了1 24 随着轿车快速进入家庭，非职业驾驶员和女性驾驶员大量增加，对自动换挡系统的需求R旋旺盛。而由于大量非职业驾驶人员的出现和对汽车性能耍求的提高，装各自动变速器的至少占1 0，再加上部分大客车也采用自动变速器，对自动变速器的需求量将在2 0 万台以上。这对丁我国A 动变速器行
34、业的市场而言，将是一个极好的发展机遇。15 液力机械式自动变速器的组成和原理如图l1 和12 所示现代汽4 三自动变速 ；普遍采用的是液力变矩器和行星齿轮变速器组合而成的电液控制液力机械式自动变速器。其工作原理是：节气门传感器和车速传感器将发动机节气门f 度和车辆行驶速度转变为电信号，连同其它反映汽车各部分和系统作情况的传感器信号一起，送到电予撺制系统的电子控制啦元(E l e c t r o n i cC o n t r o lU n i t，简称E C U)“I。然后，输入信号与存储在E C U存储器中的控制规律进行比较计算，并由E C U 向卡H 应的若干个电液比例阀发山指令，调肯流向控
35、制削等的液压油压，使执行机构各离合器和制动器动作得到控制从而精确地控制换挡时机和锁止离合器的j 二作。电液控制涟力机械式A 动变速器的鲥成和控制原F H 如剀13 所不。它 要由液力传动装置(液力变矩器)、机械变述装置、液压择!制竹兀和r 乜了控制竹元4 部分组成。以下对各部分作简要介绍：1 液山传动装置汽车液力传动姨背分为液力偶俞鞴和液力变矩器，现代自动变速器液力传动装置大都采用液力变矩器。变矩器安装于发动机E 轮1，它通过液力传递力矩，可在定的范刚内实现增扭和无极变速。图11 前轮驱动的液力机械自动变速器结构图图12 后轮驱动的液力机械变速器结构图2 机械变速装置机械变速装置采用行星齿轮式
36、变速器。凌变速器是用行星排机构来选到变速的同的，它依靠离含器和制动器根据行车需望束连接或制动行星排的小同J O t l，从而吱现变速器的不同速比。其作H j 是进步增扭减速，通过变换挡位实现小同的化动比，以提岛汽车的适应能力。，图13 液力机械自动变速器的控制原理图3 液压控制单元液压控制单元起传递、控制、操纵、冷却和润滑等功能，主要由油泵、t 调压阀、节流阀、于控阀、电液比例阀等组成。液压控制系统受电控系统的控制，液力机械自动变速器的研究按照行车要求，把液压油输入到需要工作的离合器或制动器油缸内，以改变变速器速比，达到行车要求。4 电子控制系统：包括信号输入装置、控制电路和执行机构等三部分。
37、(1)信号输入装置：包括传感器和信号开关装置。信号输入装置负责将汽车行驶的有关状态信息转变为电信号，以便控制电路接受。传感器信号一般有模拟量、脉冲量、开关量等3 种形态。(2)E C U：电子控制单元是电子控制系统的核心，接收传感器检测到的汽车行驶状态信息和驾驶员给出的干预信息，并进行比较运算。再按照某种规律发出指令，自动控制传动系统工作。E C U 主要由输入通道、控制器和输出通道3 部分组成。输入通道接收各种输入，控制器将这些信号与内存中的数据进行对比，根据对比结果做出是否换挡等决定，输出装置将控制信号处理或直接输送给电磁阀等执行机构。(3)执行器：主要指电液比例阀，它根据E C U 的命
38、令调节液压回路压力。1 6 本论文的主要研究内容本论文围绕液力机械自动变速器的效率、换挡质量以及换挡控制技术进行如下研究：1 通过对液力机械式自动变速器组成部分的分析研究，建立5 挡液力机械式自动变速器传动模型。2 液力机械自动变速器的传动效率低，为了提高变矩器效率，采用了带锁定离合器的变矩器，并对其进行打滑控制。通过电液比例阀提高变矩器液压控制系统的精度。3 通过对换挡品质控制理论研究，并以其为目的对5 挡液力机械式自动变速器的行星齿轮机构进行动力和运动学分析。采用电磁换挡阀的换挡操纵系统结构复杂和控制精度不高，因此对5 挡液力机械式自动变速器的换挡液压系统进行优进。4 对液力机械式自动变速
39、器自动换挡技术进行分析，重点包括动力性换挡规律、经济性换挡规律和智能换挡控制。6硕+学位论文第2 章液力机械式自动变速器的传动模型2 1 液力变矩器液力变矩器是通过液体动量矩的变化来改变转矩的一种传动元件，它除了起离合器的作用外，还具有无级连续变速和改变转矩的能力，对外负载有良好的自动调节和适应性【7】。2 1 1 液力变矩器的分类和特点由于不同车辆对液力变矩器有着不同的性能要求，因此液力变矩器的结构形式多种多样，根据液力变矩器结构和性能特点，可按以下几种情况进行分类【8】：1 根据工作轮在循环圆中排列的顺序可分为B(泵轮)一T(涡轮)一D(导轮)型和B D T 型。在B T D 型液力变矩器
40、中，涡轮的旋转方向一般和泵轮旋转方向相同，称为正转液力变矩器。在B D T 型液力变矩器中，易使祸轮和泵轮的旋转方向相反，常作为反转液力变矩器。目前，在各种车辆上广泛采用的是各种类型的B T D 型液力变矩器，而B D-T 型液力变矩器应用不多。仅用在个别液力机械变矩器中，为了解决双流传动中的功率反传现象，才采用B D T 型液力变矩器。2 根据液力变矩器中各工作轮的组合和工作状态不同，液力变矩器可能实现的本质不同的液力传动形态数目可分为单相、两相和多相。3 根据液力变矩器中泵轮的数目，液力变矩器可分为单泵轮和双泵轮。双泵轮液力变矩器实际上属于多相液力变矩器的一种。4 根据液力变矩器中涡轮的数
41、目或涡轮叶栅的列数，液力变矩器可分为单级、两级、三级和多级。多级液力变矩器可获得比单级液力变矩器较高的起动变矩比，同时可扩大高效区的工作范围，但其结构比单级复杂得多，而且价格昂贵。因此，多级液力变矩器在车辆上的使用范围减小，而逐渐被单级多相或液力机械变矩器所代替。5 根据液力变矩器中涡轮的形式不同，可分为轴流式、离心式和向心式涡轮液力变矩器。6 根据液力变矩器的泵轮和涡轮能否闭锁成一体工作，可分为闭锁式和非闭锁式液力变矩器。液力变矩器在汽车液力传动中得到广泛应用，其具有以下特点：1 提高车辆通过性和低速行驶稳定性；2 提高发动机的工作效率；3 提高车辆驾驶乘坐的舒适性；7液力机械自动变速器的研
42、究4 提高车辆传动系的使用寿命；5 使汽车具有良好的自适应性；6 液力传动系统效率较机械传动系统的效率低。2 1 2 锁式液力变矩器液力耦合器只能传送动力，无法增加力矩，适用于高速；液力变矩器在低速是却能增大输出力矩，在高速时传动效率差，适用于低速。因此，三元件单级两相带锁止离合器的液力变矩器(锁式液力变矩器)就是将两者优点结合，弥补两者缺点的元件。锁式液力变矩器在静止及低速时相当于液力变矩器，在高速时又是液力耦合器，其传动简图如图2 1 所示。【R o 或M。(q 一鸭)0(M。=一M f，M。为内力矩，即行星轮对太阳轮的作用力矩M?，q 为太阳轮的角速度(r a d s)，c 0 3 为行
43、星架的角速度(r a d s)，则太阳轮为主动，其力矩关系为：M；=M 4 a r L(2 7)其中，M?一行星轮对齿圈的实际作用力矩(N I T I)；M?一行星轮对太阳轮的实际力矩(N n 1)；，仇一行星架固定时行星排的效率。如M i(o-,。一皑)0，则太阳轮为从动轮，其力矩关系为：M；=M 4 a I r l c(2 8)由式(2 6)可求的行星架和太阳轮的力矩关系为：M；=一M?一M；(2 9)1 3液力机械门动变速器的研究其中，M?一行星轮对行星架的实际力矩。2 2 3 3 单排行星齿轮效率计算传动效率是传动性能的重要指标之一。影响齿轮传动效率的因素很多，如齿轮制造质量、力矩、转
44、速、油温和润滑条件等。精确的效率值可在专门的试验台上求得。行星传动和定轴齿轮传动不同，除上述因素外，在获得同样传动比时，选择的传动方案不同，其效率值可能相差很大，所以分析行星传动时必须予以重视【10 1。求单排行星传动的效率，一般采用啮合功率法：1 先按理论力矩求出行星排理论啮合功率，其内啮合点和外啮合点的计算值应相等。M I(c o 一鸭)=一M 2(c o z 一鸭)(2 1 0)在计算效率时，只需知道啮合功率札(w)的绝对值，不计传动回转方向，故上式可写为：M=IM I(9 1 一鸭)I _ I 鸩(哆一q)l(2 11)2 然后计算行星排的功率损失虬(w)，它等于啮合功率M 从太阳轮传
45、至齿圈(或从齿圈传至太阳轮)的功率损失。2 N x(1 一r l o r l,)(2 1 2)其中，7 7 0 一太阳轮与行星轮啮合传动的效率；仇一行星轮与齿圈啮合传动的效率。3 最后计算行星排的效率：一N i Np1 7=L 上M(2 13)其中，M 一输入功率。2 3 液力机械自动变速器的传动模型根据车辆行驶要求，建立由带锁定离合器的综合液力变矩器和三排行星齿轮机构组成的5 挡液力机械自动变速器的传动模型。2 3 1 行星齿轮机构传动方案要求行星齿轮变速器传动方案要满足以下设计要求：1 传动比要求：具有1 个倒挡，1 个超速挡，1 个直速挡，2 -4 减速挡。且速比间隔要满足一定要求。1
46、4硕十学何论文2 换挡操纵简单：最好只分离一个结合元件和接合一个结合元件来实现换挡，便于操纵控制。3 传动效率要高：各挡传动要求尽可能地采用单排传动和单行星行星排传动。4 各构件转速和行星轮相对转速不应过高，减轻轴承负担，延长轴承的使用寿命。5 结构要求：(1)结构尽可能简单，轴的叠套尽可能少。(2)构件连接，最好是相邻两行星排同名构件相连，即太阳轮与太阳轮相连，行星架与行星架相连，齿圈与齿圈相连；其次，是齿圈与行星架相连，太阳轮与行星架相连；最差的是太阳轮与齿圈相连。因为，太阳轮与齿圈相连，把相邻两行星排连接的通路切断了，最易出现叠套结构。2 3 2 两排行星齿轮机构方案很多行星齿轮机构变速
47、器方案都是在两排行星齿轮机构的基础上串并联其他行星齿轮。经过长期变速器设计工程师的筛选，以下四种两排行星齿轮机构的方案在行星齿轮机构变速器上应用较广。1 方案：一个单行星行星排和一个双行星行星排组成；两行星排的太阳轮相连，行星架相连。2 方案：组成方式和方案1 相同，不同的是连接方式；两齿圈相连，两行星架相连。3 方案：两个单行星行星排组成；两太阳轮相连，齿圈与行星架相连。4 方案：也是两个单行星行星排组成；齿圈与行星架相连。方案3 称为辛普森(S i m p s o n)方案，称方案2 为拉维娜(R a v i g n e a u x)方案。2 3 3 液力机械自动变速器的传动模型单行星排根
48、本就没办法达到5 挡变速器变速要求。因此5 挡行星齿轮变速器就是把三个简单的单行星排串联起来。本模型的行星齿轮机构在4 方案的基础上串联一个单行星行星排。行星齿轮机构的输出元件是固定不变的，以行星机构中行星架作为输出构件，而其输入元件是可变的。通过离合器分别与行星齿轮机构中的不同构件相连，来实现行星齿轮机构的不同构件作为输入件。行星齿轮机构的输入件与带锁定离合器的变矩器的输出轴相连。如图2 5 所示，5 挡液力机械变速器的机械部分由前后两排行星齿轮组成。前行星排就是上述的方案4 行星机构，后行星排为单行星行星排。前后行星排互相配合完成1 加速挡、1 直速挡、1 倒挡、3 减速挡和空挡。此自动变
49、速器换挡时，只需要分离和接合结合元件各个，即此5 挡液力机械自动变速器为三自由度的。1 5液力机械自动变速器的研究它的优点是换挡比较简单、不繁琐、传动效率高、结构简单。组成5 挡液力机械自动变速器的行星排比较多，在以下的论述中太阳轮用s 表示；齿圈用R 表示；行星架用P C 表示。，锁定离合器毕，j，埤BBL!)C CC后行月星料行排星排旮单向耥图2 55 挡液力机械自动变速器的传动模型简图B 一制动器C 一离合器1 6输出轴硕十学位论文第3 章液力机械自动变速器的变矩器控制3 1 液力机械自动变速器变矩器的分析3 1 1 变矩器力矩方程在液力变矩器中，由泵轮、涡轮、导轮叶片间流道组成的工作腔
50、是一个复杂的空间三维流场，难以用精确的数学模型来描述，必须通过某些假设加以简化。首先使空间的立体流动简化为平面的二维流动，再进一步简化为单一的流线流动。将工作液体在工作轮叶片间流道内复杂的空间三维流动简化为工作液体质点沿着中间流面上的中间流线的一维流动的理论，称为一维束流理论【7 1。根据一维束流理论，仅讨论中间流面上的中间流线上的液体质点的运动，就能代表工作轮内整个液体的运动。中间流线上液体质点的速度三角形见图3 1 所示，工作轮叶片入口和出口处液体质点的速度三角形见图3 2 所示。图3 1 中间流线上液体质点的速度三角形图3 2 叶片入口和出口的速度三角形当工作轮以角速度国(r a d s