自動變速器傳動效率損失及占比分析

方志勤，朱丹丹，任翔，崔剛

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

前言

傳動效率是變速箱總成的重要技術指標之一，它體現了變速箱的技術先進性，對整車油耗有重要的影響。當前國內外變速箱行業，各主機廠及零部件企業無不在提升變速箱傳動效率的技術領域進行著積極的深耕和探索，如多檔化、輕量化技術、電子油泵、電機驅動換檔、低泄漏液壓系統、低粘度潤滑油、高效冷卻潤滑、溫度補償軸承、低滾阻油封、降低齒輪嚙合損失、精細化換檔策略等等。因此，本文以某6速濕式雙離合變速器的傳動效率作為研究對象，通過理論及試驗相結合，分析研究影響變速器傳動效率的主要損失及其占比，并分析理論與試驗差異的原因，為進行變速器傳動效率優化設計提供參考和依據。

1 影響雙離合自動變速器傳動效率的主要損失

變速器傳動效率不是簡單的一個數值，相關載荷損失、寄生損失和打滑損失是影響傳動效率的主要損失類型。其中①相關載荷損失包括齒輪嚙合點的摩擦損失和載荷有關的軸承摩擦損失；②寄生損失與施加的轉矩無關，而是代表變速器內部的阻力矩。它包括：齒輪和軸的攪油損失、當齒輪進入嚙合點時的擠油損失、雙離合器在扭矩傳遞的過程中發生的功率損失、運轉時的同步器損失和油泵損失等；③打滑損失指變速器元件在摩擦傳遞動力轉速未達到同步過程中的摩擦損失。

2 理論計算

分別參考兩個標準計算：GB/Z 22559.1《齒輪 熱功率 第1部分：油池溫度在 95℃時齒輪裝置的熱平衡計算》；GB/Z 22559.2《齒輪熱功率第2部分：熱承載能力計算》。其中GB/Z 22559.1是計算工作溫度 95℃下變速箱的熱平衡狀態；GB/Z 22559.2是通過迭代計算某一穩態工況下潤滑油溫度。兩個標準都可以用來計算變速箱效率，本報告中計算的是100℃下變速箱的效率，接近95℃，故兩個標準均可用，但考慮到溫度的變化性，優先采用GB/Z 22559.2計算結果。圖1和圖2所示為分別采用兩個標準在100℃_1檔_3000rpm工況的計算結果。

圖1 基于GBZ 22559.1-2008標準計算的各種損失占比

從理論計算結果可以得出，兩個標準計算結果有一定差別，主要是齒輪嚙合損失計算的方法不同，兩個標準在計算公式中的齒面摩擦系數的計算方法不同導致計算結果的差別。GB/Z22559-1的油泵損失占比最大，GB/Z22559-2的齒輪嚙合功率損失占比最大，針對油泵和離合器的功率損失，需要零部件的專項試驗結果做支撐，從理論計算上不能準確計算離合器的功率損失，離合器的功率損失包含了離合器攪油功率損失、冷卻潤滑功率損失、滑摩功率損失等，需要通過專項試驗測量，本次計算中離合器功率損失是離合器單體試驗的拖曳扭矩損失。

3 試驗分析

通過對改制后的某6速濕式雙離合變速器樣機進行臺架試驗，分別測出齒軸傳動損失、離合器損失、油泵損失以及攪油損失等值，并計算得出各項損失的占比。

圖3 試驗過程照片

圖4 100℃_1檔_3000rpm各種損失占比（臺架試驗）

圖5 100℃_6檔_3000rpm各種損失占比

在 100℃_1檔_3000rpm工況下油泵的損失之和占比最大，達到54.85%，其次是離合器的功率損失之和為28.55%。100℃_6檔_3000rpm工況下油泵損失占比仍最大為37.27%，其次是齒軸損失為34.48%，這是由于6檔速比小，同一輸入轉速下較1檔工況主減齒輪的轉速要高很多，另軸承的功率損失與轉速成線性關系，故6檔齒軸損失較1檔高，其中因齒輪、軸承的機械損失無法分離測量，故把兩者統稱為齒軸損失。

4 理論計算與試驗結果對比

通過對比可以得出理論計算與試驗測試結果中均是油泵損失占比最高，由于理論計算中油泵損失的結果是以油泵單體試驗結果進行計算的，而試驗過程中，油泵損失還受其他諸多因素影響，故兩者會有差異。因理論計算中無法準確計算離合器的損失，故離合器的損失以試驗結果為準。另齒輪與軸承損失與檔位有很大關系，隨著檔位升高，齒軸損失占比增大，齒軸損失理論計算結果在檔位方面表現不明顯。

5 總結

通過理論與試驗結果得出油泵損失、離合器損失和齒軸損失是影響傳動效率損失的最主要因素。傳動效率提升方案：

表1

通過對變速器損失進行分析，發現主要損失源為油泵，約占總損失的50%，同時從難度和提升效果上，對油泵方案進行優化為提升傳動效率的主要方向，如將定量泵改為變量泵、采用小機械油泵加上電子油泵方案等。