ZL50轮式装载机行星式动力换挡变速箱设计含8张CAD图.zip
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论述汽车齿轮动力换档变速器新的控制理念雅各布森机器和车辆设计,查尔姆斯理工大学,SE-412 96,瑞典摘要:动力换挡变速器,例如 自动变速器传统上通过脱离属于齿轮A的离合器和接合属于齿轮B的离合器而从齿轮A切换到B。本文尝试使用第三离合器的想法。 实际上,这样的第三离合器可以是传统上仅用于其它齿轮的离合器之一。 这意味着新概念只能在普通变速箱中使用控制软件更新。 在传统控制理念中体现的舒适与穿戴之间的贸易变得不那么麻烦。 磨损或不适可以减少到对应于传统控制的升档的大约一半。 这项工作是在升档中使用属于高于高档的档位的额外离合器的最大潜力。 理论研究是用一般简单的模型进行的,但是使用更详细的现有变速箱模型来增加一个模拟实例。关键词:动力换档,自动变速箱,控制,档位质量,舒适度,磨损符号A, B驱动电阻表达式常量c离合器容量,即数量离合器中施加外力的比例D 定义为时间的衍生物(无量纲)的扭矩J 时刻质量惯性m 质量P 功率S 跨度,即两档比T 扭矩W 磨损离合器,定义为能量耗散(无量纲) 小正值 转速(角度/时间)下标e 发动机in, out 变速箱输入输出轴Ip ,tp 惯性和扭矩相位L,H,X 用于较低和较高的齿轮档位和额外的离合器trad, new 传统,新传统和新的控制理念0 无量纲(不用于W)1 峰值,如图3所示的CH011 背景动力换档变速器的优点是能够在不中断机械功率的情况下换挡。这个概念自第二十世纪初就一直在汽车上使用。大多数的动力换档变速器已经实现了传统的自动变速器液力变矩器和液压驱动离合器和刹车安装在齿轮传动行星式。功率转换的机械现象在例如参考文献1和2中有很好的描述。 例如参考文献36已经研究了如何设计变速器的控制。 然而,这些措施除了离合器A和B之外,还要考虑使用更多的离合器,这些离合器被定义为属于变速前和变速器后齿轮的离合器。2 这项工作的驱动力和目的自动变速箱的可能发展包括:(a)消除转炉,以提高燃油经济性并减轻重量和成本;(b)引入更多的齿轮,以提高燃油经济性,排放和驾驶性能。通过对离合器的更复杂的控制,即控制和计算机工程和执行器技术来支持这一发展。 还有传感器技术,例如 为了估计离合器中的滑动速度是有意义的,即使这具有意味着更多成本的缺点。目前的工作目的是研究使用更多的齿轮箱离合器在换档时的潜力,而不仅仅是用于较低档位的低档和离合器的离合器。 这是一个例子,说明如何使用改进的控制可能性来利用所涉及的机械部件的潜力。这项工作是概念性的,它具有以下限制:1、没有实际的验证。2、假设用于低档的离合器以完美的时机被控制。 这可以被认为是使用单向离合器,这消除了对外部控制的需要。3、只有正确的功率流,即没有发动机制动的升档才能被仔细分析。 降档在附录1定性讨论。4、理论讨论使用一般化简单的系统模型,即恒定的发动机扭矩(发动机扭矩不随发动机转速而变化,而在换挡期间不会降低),恒定的底盘速度,无转换器和无弹性。 (仿真实例更加现实;见第6节)主要思想是,仅使用一个控制(cH),两个控制目标(舒适度和低磨损)无法实现,但增加一个控制(cX)可以使目标脱钩,从而减少权衡。 这在图1中可视化。图1目前工作主体思想的可视化3传统移位概念及其权衡在本节中,将如何进行传统的功率转移将被描述。该演示文稿只会进入尽可能多的细节,需要令人信服的舒适和磨损之间的权衡,并找到一种方法来量化它在图(见图4)。一个加速,一个较低的齿轮离合器和一个更高的齿轮离合器接合。由于变速器通常是由行星齿轮设计的,所以离合器不是指每个齿轮都不是很明显。然而,参考 1 显示了一种以无量纲形式写出方程的方法。然后,方程可以解释为更简单的系统如图2所示。然后,它更直观地清楚,移位,主要是,只是一个分支的电源开关的问题,它可以通过操作所涉及的两个离合器。假设恒定的底盘速度,_out0 = 1常数和_out0 = 1,这几乎是在大多数的变化。同时,假设恒定的发动机扭矩,t_e0 = 1constant和t_e0 = 1,这是一个更严重的简化,但它不会改变转变的主要控制难点。图2的底部版本可能看起来是一个特殊的情况,但参考 1 表明,它涵盖了所有合理的齿轮箱布局,除了与反向动力的情况下,即发动机制动,在较低的齿轮。这台发动机制动箱覆盖无量纲方程参考 1 ,但不能给出简单的物理解释图2。然而,目前的工作并不声称覆盖发动机制动箱。升档时,离合器L应释放,离合器H应接合。 离合器L应该被完全控制,即当开始以错误的方向承受扭矩负载时释放。 这可以用离合器L作为单向离合器来实际设计,这消除了对其进行控制的需要。 如果离合器L不是单向离合器,则在适当的时间点分离时会出现实际的问题,这将导致“联结”或“扩张”。 这些现象在参考文献1和2中有所讨论,但在现在的工作中没有考虑到这些现象。 搭接是当离合器过多时,会迫使发动机降速。 耀斑是另一回事。总体控制目标是将in和Tout从图A中的点A转到点B。 首先,控制系统增加cHO,最终达到cHO = 1。 在此阶段,扭矩相位离合器L由离合器H卸载,最终承受整个负载。 然而,传动速度仍然保持在低档。 图2概括和简化。 上部:具有行星齿轮啮合的齿轮箱的可能布局。 较低:作为普通齿轮啮合的解释,基于参考文献1的无量纲方程,图3基于传统控制概念的参考换档仅使用离合器L和H.离合器L被假定以完美的时序进行控制。 离合器H被控制以避免在Tout中的步骤并且保持dTout / dt的一定绝对幅度D,以便为了改变速度,仅具有一个舒适度。离合器H进一步接合到值cHO1。 然后发动机飞轮右侧的扭矩Tino变为 1,这样使发动机飞轮减速。 该阶段称为惯性阶段,当离合器H达到零滑动速度时,该阶段结束。如图所示。 如图3所示,假设离合器H以这样的方式被控制,使得在换档期间,Tout的导数的绝对值在D处保持恒定。 减少了完全定义班次所需的参数数量。 斜坡D将用作不适的度量。 实际上,难以找到cHO 的定时,当惯性阶段结束时,cHO的定时正好是1。 相反,当这种情况发生时,必须确保cHO略高于1,即cHO = 1 +,这导致Tout从cHO / s =(1 +)/ s到1 / s的不连续变化 惯性相结束。 Tout的这种突然下降有助于不适,但是由于可以通过良好的时机消除它,因此不包括在研究中。 这也是一个不能使用新的控制概念的现象。 在第6节中更逼真的仿真实例中,在扭矩阶段结束时假设完美的时序。两种措施的“不适”和“磨损”可以在图1中确定。 确切地说,如何量化不适是有争议的,但大多数人应该同意,牵引扭矩的快速变化或大步骤会导致不良的舒适度。 因此,不适定义为扭矩变化的大小:类似地,磨损现象是非常复杂的,但是对于这种类型的离合器,或多或少地认为离合器衬套中的热释放是主要的问题。 对于某个变速箱在某种换档操作中,实际上发现磨损随着滑动时间而增加,即热能而不是热功率是良好的磨损量度。 从这个推理,使用以下磨损定义:由于使用单个参数D来描述移位,因此对于每个D值,将找到一定的W。由于模型简单,并且cHO的控制被假设为在时间上是分段线性的,因此可以找到以下分析表达式 :这意味着像图 4可以绘制。 在这里,在舒适和穿着之间的折中,增加一个增加了另一个,反之亦然。 也可以找到总移位时间的表达式:总移位时间也绘制在图1中。 由于正常班次,在类似换档操作期间考虑乘用车需要大约0.5秒,D和W的实际合理值非常大致为D = 5.5和W = 0.2,应该注意与 第5节中的新移位概念。应该提到的是,使用传统的离合器L而不是单向离合器L开启了新的可能性,因为在转矩阶段中,Tout不必一直减少到1 / s。 然而,这涉及困难的控制问题,其中在条件下发动机惯性必须平衡,即两个离合器在正方向上滑动的情况。 这些解决方案在本文中没有得到解决。在图 5,一个额外的离合器被拉出,离合器X.在这一部分,将发现如果离合器X需要齿轮X图4:使用传统的控制理念换高档换乘不便和磨损。 绘制跨度s = 1.75和无量纲惯性J0 = 1图5概括和简化如图1所示。但也使用额外的离合器X8
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