行星齿轮功率分流式无级变速器的设计研究

1、第4期2010年4月文章编号：1001-3997（2010）04-0141-02机械设计与制造MachineryDesignManufacture141行星齿轮功率分流式无级变速器的设计研究*罗绍新1王芙蓉2（1南京工程学院车辆工程系，南京211167）（2南京工程学院机械工程学院，南京211167）TheresearchanddesignofplanetarygearforthepowersplitCVTLUOShao-xin1，WANGFu-rong2（1DepartmentofVehicleEngineering，NanjingInstituteofTechnology，Nanjing2

2、11167，China）（2CollegeMechanicalEngineering，NanjingInstituteofTechnology，Nanjing211167，China）【摘要】针对液力自动变速器传动效率低、油耗大、结构复杂的缺陷，提出了一种新型的行星齿轮功率分流式无级变速器，它取消了液力变矩器，在辛普森双行星排变速机构的基础上，通过功率分流并调节发电机输入功率来实现无级变速，该变速器结构简单，传动效率高，具有较高的实用价值。关键词：行星齿轮变速机构；功率分流；无级变速Keywords：Planetarygeartransmission；Powersplit；Continuous

3、lyvariabletransmission1引言液力自动变速器（AT）以其良好的乘坐舒适性、方便的操纵优越的动力性、良好的安全性而被广泛应用1。液力自动变速性、器实际上是能够实现局部无级变速的有级变速器，目前是国内外采用最多的自动变速器，在美国采用液力自动变速器的轿车已达90%以上2。但其存在结构复杂、传动效率低、油耗大等缺陷，因此，替代产品之一是电研究其替代产品是自动变速器发展的必然趋势。），它在原有机械变速器基本结构不变控机械式自动变速器（AMT的情况下，通过加装微机控制的自动操纵机构，取代原来由驾驶员人工完成的离合器分离与接合、摘挡与挂挡以及发动机的转速同步调节等操作，最终实现换挡过程

4、的操纵自动化34。但由于其控制的复杂性及非动力换挡造成应用受到限制。替代产品之二是无级变速器（CVT），它可以自动连续改变传动比，实现发动机、变燃油经速器与道路载荷的最佳匹配，使车辆具有最佳的动力性、济性和排放性能，使汽车变速更加平稳，提高了乘坐的舒适性5。但其传动效率不高，特别是传动效率受车辆变化的工况影响较大，另外，其传送带的使用寿命较短，故其应用也受到一定的限制6。研究的行星齿轮功率分流式无级变速器是在最简单的辛普森双行星排变速机构的基础上，通过增加湿式起步离合器和微型电传动机构，97%以上的功率依靠封闭行星齿轮传递，3%以下的功率依靠电机传递7，具有传动效率高、功率容量范围宽、成本低、

5、实用性强等特点，为替代液力自动变速器提供一种可行的选择方案。2无级变速器总体方案设计行星齿轮功率分流式无级变速器总体方案框图，如图1所来稿日期：2009-06-22中图分类号：TH16，U463.212文献标识码：A使汽车获得最佳的动力性和燃油经济性。发动机转速传感器发动机节气门位置传感器冷却水温度传感器感觉湿式起步离合器数字阀意愿定量油泵行星离合器C1齿轮功率离合器C2/C3/分流C4/制动器B变器发电机电动机数字阀换挡阀电磁阀A/B比例电磁溢流阀变速器控制单元TCU输出轴输出轴转速传感器变速器控制单元TCU根据驾驶员意图（加速踏板、制动踏板、示。变速杆挡位开关等）和车辆运行状态（发动机转速

6、、车速、节气门冷却水温度等），依据设定的控制规律，综合判断，确定驾驶位置、员的意图及路面情况，采用相应的控制策略，发出控制指令：由比例电磁溢流阀控制变速器传递的功率大小；一个数字阀来控制湿式起步离合器的工作，实现平稳起步；另一个数字阀控制一个湿式多片摩擦离合器工作，来实现功率分流控制，再通过控制发电机输入功率或电动机输出功率来实现无级变速控制；两个换挡电磁阀组合控制换挡阀使相关的湿式多片摩擦离合器和制动器分别工作，实现基本挡位的变换，使发动机与变速器获得最佳匹配，外部环境驾驶员加速踏板/制动踏板/变速杆挡位开关图1行星齿轮功率分流式无级变速器总体方案框图基金项目：江苏省高校自然科学基础研究项目

7、资助（08KJB580003、08KJD580003）142罗绍新等：行星齿轮功率分流式无级变速器的设计研究离合离合离合离合电磁电磁数字数字手控阀手挡位器C1器C2器C3器C4阀A阀B阀1阀2柄位置缸缸缸缸P驻车OFFOFFOFFOFF松开松开松开松开RN第4期制动器B缸松开压紧松开压紧松开松开3无级变速器的传动方案设计行星齿轮功率分流式无级变速器传动方案图，如图2所示。其传动机构主要由辛普森双行星排结构加一个湿式起步离合器和功率分流控制机构组成。发动机的动力通过湿式起步离合器输该变速器可实入，经过辛普森双行星排传动，由后排行星架输出。现驻车挡、空挡、倒挡和自动挡，自动挡包括低速起步挡、高速直

8、接挡和无级变速挡。该变速器通过选择合适的行星排参数可避免各挡位离合器、制动器工作状态和动力传递路线，出现功率循环。如表1所示。单向离合器主传动前行星排制动器B主传动后行星排驻车齿轮电动机输入轴输出轴表2变速器挡位与电磁阀、数字阀、离合器缸、制动器缸关系起步离合器缸松开逐渐倒OFFOFFONOFF松开松开压紧松开压紧空OFFOFFOFFOFF松开松开松开松开松开低速逐渐OFFONONOFF松开松开松开压紧起步压紧高速ONOFFONOFF松开压紧压紧松开压紧直接无级ONONONON压紧松开松开压紧压紧变速D5无级变速器电控系统设计行星齿轮功率分流式无级变速器电控系统组成框图，如图4所示。电控系统由

9、车辆参数测量系统、执行机构和变速器控制单元TCU组成。车辆参数测量系统包括获得模拟信号的节气门位置传感器和冷却水温度传感器，获得脉冲信号的变速器输出轴转速传感器和发动机转速传感器，获得开关信号的加速踏板开关、制动踏板开关和变速杆挡位开关；执行机构包括受PWM控制的2个数字阀、1个比例电磁溢流阀、1个发电机和1个电动机，受开关信号控制的2个电磁阀；变速器控制单元TCU包括模拟输入接口电路、脉冲输入接口电路、开关输入接口电路、A/D转换模块、微处理器、处理器电源电路、看门狗电路、PWM控制的数字阀PWM控制的电机驱动电路和开关阀驱动电路。驱动电路、节气门位置传感器冷却水温度传感器输出轴转速传感器发

10、动机转速传感器加速踏板开关制动踏板开关变速杆档位开关模拟输入接口电路脉冲输入接口电路开关输入接口电路A/D转换模块PWM信号数字阀驱动电路比例电磁澄流阀数字阀1数字阀2发电机电动机蓄电池发电机起步离合器离合器C1离合器C1离合器C1离合器C1控制传动行星排图2行星齿轮功率分流式无级变速器传动方案图表1变速器各挡位离合器、制动器工作状态和动力传递路线起步离合离合离合离合制动变速杆挡位离合器器C1器C2器C3器C4器B位置P驻车松开松开松开松开松开松开RN动力传递路线无前排太阳轮前排齿圈即倒松紧松开松开压紧松开压紧后排行星架输出反转空松开松开松开松开松开松开无后排太阳轮后排行星架低速松紧松开松开松

11、开压紧压紧输出正转起步前排太阳轮与行星架同高速压紧松开压紧压紧松开松开速前排齿圈即后排行星直接架同速输出正转后排太阳轮和经功率分流无级由发电机或电动机控制的压紧压紧松开松开压紧松开变速后排齿圈后排行星架输出正转D微处理器PWM信号电机驱动电路看门狗电源电路电路开关信号4无级变速器液压控制系统设计行星齿轮功率分流式无级变速器液压控制系统原理图，如图3所示。系统由定量油泵供油，执行机构有5个离合器缸和1个3个换挡阀、1个比例电制动器缸，控制调节装置有1个手控阀、磁溢流阀、2个数字阀和2个电磁换向阀。变速器挡位与电磁阀、数字阀、离合器缸、制动器缸关系，如表2所示。制动器B起步离合器换挡阀3数字阀2离

12、合器C1离合器C2离合器C3数字阀1电磁阀A手控阀PR.ND比例电磁滥流阀换挡阀1电磁阀B离合器C4开关阀驱动电路电磁阀A电磁阀B图4行星齿轮功率分流式无级变速器电控系统组成框图工作时由车辆参数测量系统采集发动机转速、变速器输出轴转速、节气门位置、冷却水温度、加速踏板开关、制动踏板开关、变速杆挡位开关等信号，通过不同的接口电路输入微处理器，其中节气门位置传感器与冷却水温度传感器提供的模拟信号需提供A/D转换再输入微处理器。微处理器根据控制策略对采集获得的参数进行运算处理，输出PWM控制信号经数字阀驱动电路控制比例电磁溢流阀调节主油路压力，以满足传递不同转矩的需要；输出PWM控制信号经数字阀驱动

13、电路控制数字阀1动作，控制起步离合器的接合力，保证了汽车的平稳起步；输出PWM控制信号经数字阀驱动电路控制数字阀2动作，实现低速起步挡、高速直接挡与无级变速挡的平稳过渡；输出PWM控制信号经电机驱动电路控制发电机输出功率，转而控制发电机的输入功率，以实现无级变速；输出PWM控制信号经电机驱动电路控制电动机输出功率，使无级变速的低速段获得较大加速度，使汽车在克服相同阻力矩时加快提速；输出开关控制信号经开关阀驱动电路来换挡阀2图3行星齿轮功率分流式无级变速器液压控制系统原理图第4期2010年4月文章编号：1001-3997（2010）04-0143-02机械设计与制造MachineryDesign

14、Manufacture143独立悬架前横向稳定杆改进设计方法*刘永臣）（淮阴工学院交通工程系，淮安223001ImprovementdesignmethodsoffrontstabilizerbarLIUYong-chen【摘要】独立悬架前横向稳定杆的改进设计，可采用经典的计算方法，但存在需已知受力大小等问（HuaiyinInstituteofTechnology，Huaian223001，China）题。采用计算自振频率的方法能直接根据结构参数得出加长后的前横向稳定杆的直径的改变量。以原型件和改动件的第一阶自振频率相等为标准，分别用理论计算和Ansys模态分析两种方法得出了一致性很好的结论。

15、关键词：前横向稳定杆；改进设计；模态分析【Abstract】ImprovementDesignonfrontstabilizerbarofIndependentSuspension，theclassicalcalculationmethodcanbeused，butitneedknownforcesetc.Themethodofcalculatingfreevibrationfrequencycandirectlyobtainfrontstabilizerbarschangeddiameteronbasisofitsstructureparameters.Takingthefirstfreev

16、ibrationfrequencybeingequaloforiginalpartanddeformedpartascriteria，usingtheorycalculationandAnsystoanalyses，finally，theresultsisconsistent.Keywords：Frontstabilizerbar；Improvementdesign；Modalanalysis1引言置在汽车的前端和后端。杆身的中部，用套筒与车架铰接，杆的两端分别固定在左右两侧悬架变形相悬架上，如图1所示。当车身只作垂直运动时，同，横向稳定杆不起作用。当车身侧倾时，两侧悬架跳动不一致，横向稳定杆

17、发生扭转，杆身的弹力成为继续侧倾的阻力，起到横向稳定的作用。在有些悬架中，前横向稳定杆还兼起部分导向杆系的作用。来稿日期：2009-06-25图1前横向稳定杆结构图基金项目：淮阴工学院大学生科技实践计划项目（314309006）控制2个电磁阀动作，实现基本挡位的换挡。液力自动变速器替代产品的实用开发奠定了坚实的基础。参考文献1胡建军，徐佳曙，秦大同.液力机械自动变速传动系统控制仿真及试验J.农业机械学报，2006，37（7）：142严运兵，钟东阶.机械自动变速器在专用汽车上的应用前景J.专用汽车，2001（2）：18212005（5）Sept，6PSetlur，JRWagner，DMDawson，andBSamuels.NonlinearControlofa）J.IEEETransactionsonconContinuouslyVariableTransmission（CVTtrolsystemstec