一種新型的新能源變速器設(shè)計(jì)(二)

譚 榮

綦江齒輪傳動有限公司重慶市綦江(401421)

5.1 變速器系統(tǒng)硬件組成

用于純電動車變速器硬件系統(tǒng)由變速器加裝自動換檔機(jī)構(gòu)、電控單元(ECU)、傳感器、和連接電纜組成。ECU根據(jù)動力性和經(jīng)濟(jì)性的要求,對變速器和牽引電機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制,從而使整車的性能更優(yōu)越。該系統(tǒng)適合純電動客車等的匹配,其動力為交流或直流電機(jī),電機(jī)與變速器直接通過花鍵相連,中間沒有安裝普通汽車的離合器,為了實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制,在AMT系統(tǒng)中引入CAN總線,實(shí)現(xiàn)AMT電控單元(ECU)與交流電機(jī)控制器(MC)之間的通信。AM T系統(tǒng)可在任何時刻對電機(jī)提出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩要求,提高了控制系統(tǒng)集成度,降低了制造和維修成本,并且改善換檔品質(zhì),提高整車的動力性和舒適性。其系統(tǒng)組成如圖8。

5.2 換檔規(guī)律的設(shè)計(jì)及換檔品質(zhì)的控制

換檔規(guī)律即換檔時刻及檔位控制規(guī)律,AMT變速器的換檔規(guī)律的制定對汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性以及換檔品質(zhì)均有很大的影響,現(xiàn)在的常規(guī)自動變速器通常都是采用車速和發(fā)動機(jī)的油門開度來控制換檔,即兩參數(shù)控制的換檔規(guī)律,油門開度反映了一定轉(zhuǎn)速下的功率特性,可用加速踏板控制,實(shí)現(xiàn)了人工干預(yù)換檔的可能,也辨證地考慮了整車的動力性。對于電動車變速器也同樣可以用加速踏板控制?，F(xiàn)介紹兩參數(shù)控制的換檔規(guī)律的制定方法。

由汽車?yán)碚撝繹14]：

表3 傳動系各部件傳動效率表 Table 3 Drive system each parts gear efficiency

汽車驅(qū)動力

Ft——驅(qū)動力 Ttq——發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩 ig——變速器傳動比 io——主減速比 ηT——機(jī)械傳動效率

圖9 電機(jī)的特性曲線 Fig.9 Motor characteristic curve

根據(jù)電機(jī)的特性曲線可以得出每—踏板開度下的 Ttq對應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線如圖9：

那么每一特定的踏板開度α可作如下的牽引力曲線,如圖10,從曲線上以交點(diǎn)做換檔點(diǎn)可以獲得最佳換檔點(diǎn),這樣能獲得最佳的加速性和功率。

圖10 牽引力-車速曲線Fig.10 T raction force-speed curve

每一特定的踏板開度α可以作出對應(yīng)的換檔點(diǎn)車速,一個連續(xù)的踏板開度α便可作出一組連續(xù)的換檔點(diǎn)車速曲線,如圖11。

圖12為電機(jī)的特性場曲線,對于如何實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)換檔在此不再討論,請看參考論文《整車換檔規(guī)律的分析方法》。

圖11 踏板開度a對應(yīng)的換檔點(diǎn)車速曲線Fig.11 pedal opening αcorresponding shift point speed curve

圖12 電機(jī)的特性場曲線Fig.12 Motor characteristic curve

目前使用較多的是兩參數(shù)的發(fā)散型換檔規(guī)律,做一簡單的發(fā)散型換檔規(guī)律圖(圖13)分析用類似油門踏板實(shí)現(xiàn)人工干預(yù)換檔的理論,當(dāng)汽車在較好的路面行駛,其速度由ua1升至ua2時,自然進(jìn)入升檔區(qū),當(dāng)車速僅在ua1而駕駛員此時卻強(qiáng)行要升高一級檔位,僅須松抬油門使α降低就自然進(jìn)入升檔區(qū),如果汽車由好的路面進(jìn)入不好的路面,車速由 ua2降至ua1,時,自然進(jìn)入降檔區(qū),但當(dāng)當(dāng)車速僅在 ua2,而駕駛員此時卻強(qiáng)行要降一級檔位,僅須加踏油門使α增大就自然進(jìn)入降檔區(qū)。

圖13 兩參數(shù)的發(fā)散型換檔規(guī)律Fig.13 Two parameter diversity shift regularity

5.3 換檔品質(zhì)的控制原理及方法

對不帶離合器的電動車輛換檔的要求是換檔平穩(wěn)、沖擊小、換檔過程迅速、動力中斷時間短,然而這幾種要求又是相互牽制而且矛盾的,對該變速器換檔品質(zhì)的評價(jià)有三個指標(biāo);即換檔時間t、滑磨功w和沖擊度j。

5.3.1 換檔時間t

tz——摘檔操作時間

tg——掛檔操作時間

關(guān)鍵的控制時間在tg。

5.3 。2 滑磨功w

Ms(t)——同步器處于滑磨時傳遞的摩擦力矩

ts——同步器的同步時間

ω1(t)、ω2(t)——分別為發(fā)動機(jī)、變速器輸入軸、變速器輸出軸的轉(zhuǎn)速

λ——為符號值,升檔為正,降檔為負(fù)

igin——為掛入的目標(biāo)檔位的傳動比

從公式看只有減小相對滑磨件的轉(zhuǎn)速差和滑磨時間,才能減少滑磨功。

5.3.3 沖擊度j

v(t)—車輛行駛速度(km/h),a(t)—車輛加速度(m/s2)

沖擊度直接反映了人乘坐的舒適性,是換檔品質(zhì)評價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo),德國的推薦值為10 m/s3。對于不帶離合器的電動車輛的換檔沖擊主要來源于換檔同步過程的沖擊：

I2——換算至變速器輸出軸上的轉(zhuǎn)動慣量

從換檔品質(zhì)的三項(xiàng)指標(biāo)不難看出,影響換檔品質(zhì)的關(guān)鍵在于同步器同步環(huán)和錐轂兩個滑磨件間的速差控制,因此基于轉(zhuǎn)速信號為控制主體的同步控制系統(tǒng)便是該變速器換檔品質(zhì)研究的主要課題。主要方法是通過轉(zhuǎn)速信號的檢測反饋控制電動機(jī)的類似油門的開度,使相對滑磨件間的速差在結(jié)合時盡量小,實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)快速的換檔。電機(jī)的慣量較原離合器的摩擦片大得多,如果不調(diào)控電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)行中換檔是極不現(xiàn)實(shí)的。

6 結(jié)果及總結(jié)

該機(jī)械變速器目前用戶群有：清華大學(xué)、上海瑞華公司、廈門金龍旅行車有限公司、浙江萬向、揚(yáng)州亞星客車股份有限公司、一汽客車有限公司、中通客車股份有限公司、深圳市雷天電動車動力總成有限公司、同濟(jì)大學(xué)等近20家企業(yè)及院所,在國內(nèi)已產(chǎn)生重要影響。主要技術(shù)特點(diǎn)及適應(yīng)性如下：

●主要適用于電動車、新能源車,變速器殼體通過帶止口的連接盤直接固定在輸入電機(jī)上,電機(jī)動力通過外花鍵與變速器輸入軸內(nèi)花鍵相連直接傳人變速器。

●輸入輸出不在同一軸線上,變速器可以各自適宜的角度傾斜安裝,更便于電動車、新能源車以及門式橋等低地板布置。

●安裝尺寸短(408 mm),承載能力強(qiáng)(輸入扭矩1100 Nm),主體結(jié)構(gòu)僅兩根軸,兩軸直接由殼體的錐軸承支撐,剛性好,改變了過去輸入輸出軸斷開由軸承銜接的傳統(tǒng)方式。

●兩檔之間采用帶鋼基噴鉬同步環(huán)的同步器換檔。

●可由電磁閥控制的氣缸助力換檔,也可由驅(qū)動電機(jī)執(zhí)行自動換檔。

●變速器殼體由對分式殼體組成,對于殼體采用特殊設(shè)計(jì),在變速器底部加帶散熱筋的儲油腔。

●所有齒輪均采用增加齒高系數(shù)的辦法增加重疊系數(shù)以減少噪音(輸入轉(zhuǎn)速3500轉(zhuǎn)/分時噪音不足80 Db)。

目前該變速器AMT機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)正在研制中。感謝清華大學(xué)、北京理工大學(xué)仇斌等教授對該變速器的研制及其論文的寫作所提供的幫助與支持!

[1]丁華榮.車輛自動換擋[J].北京：北京理工大學(xué)出版社,1992.

[2]葛安林.車輛自動變速理論與設(shè)計(jì)[J].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1997.

[3]李寶志.試論汽車變速器總成的噪音源及降噪措施[J].

[4]張俊智,王麗芳,葛安林.自動換檔規(guī)律的研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),1999(8).

[5]余志生.汽車速理論[J].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[6]孫業(yè)保.車用內(nèi)燃機(jī)[J].北京：北京理工大學(xué)出版社,1997.

[7]潘旭峰.現(xiàn)代汽車電子技術(shù)[J].北京：北京理工大學(xué)出版社,1998.

[8]汪健夫.汽車變位齒輪設(shè)計(jì)與測繪[J].綦齒傳動,1996(2).

[9]譚 榮.整車換檔規(guī)律的分析方法[J].重大學(xué)學(xué)報(bào),2005(2).