自动变速器模拟仿真技术

　　1 前言

　　随着我国汽车行业实施自主创新，新产品的研发成为我国汽车工业的重点。在产品的研发阶段采用模拟仿真技术具有缩短研发时间、减少研发经费开支等优点。因此模拟仿真作为汽车研究与设计部门的一种有效方法而被广泛采用。

　　自动变速器（AT）相对手动变速器（MT）具有容易驾驶、减轻驾驶员疲劳、换档平顺、减少排放、通过性好等一系列优势，而被越来越多装备于车辆上，汽车自动传动也是未来汽车发展的方向。国内，吉林工业大学于80年代中期开始对机械式自动变速器（AMT）进行了深入的研究，并于93年完成了试验样车鉴定[1]。同济大学对自动变速器液压控制系统及行星齿轮传动方案做了深入研究[2]-[5]。吉利汽车也于今年通过了我国第一台自主研发且批量生产的自动变速器评审鉴定。但是我国对自动变速器的研发技术水平相对国外处于落后阶段。

　　自动变速器作为实现汽车自动传动技术的最关键总成之一，是集机械、液压、电子于一体的复杂系统。在自动变速器开发阶段借助模拟仿真技术是研究自动变速器的有效手段。研究自动变速器模拟仿真方法对于我国自动变速器自主研发具有重要意义。

　　本文对自动变速器各组成部分建模的各种方法进行了归纳和总结。最后利用机械、液压等领域的专业建模软件AMESim (Advanced Modeling Environment for performing Simulations of engineering systems)对典型自动变速器进行了模拟仿真研究。

　　2 自动变速器动力学分析方法

　　对自动变速器进行模拟仿真，首先需要对自动变速器建立比较准确的数学模型。由于自动变速器的复杂性，按照各组成部分的作用将自动变速器分为四个子系统：液力变矩器、行星齿轮传统子系统、液压控制子系统、电子控制子系统。

　　2．1 液力变矩器

　　液力变矩器是自动变速器上不可缺少的重要组成部分，起着将发动机与行星齿轮传动系统的“柔性”连接的作用。Kotwicki在文献[6]中提出了拟合变矩器外力矩特性曲线为：

　　TT、wT——变矩器涡轮扭矩与角速度；

　　wi——变矩器外特性系数。

　　2．2 行星齿轮传动系统

　　常用的复合式行星齿轮机构有辛普森式、拉维纳式和CR-CR等形式。

　　对于行星齿轮机构的动力学分析方法有：杠杆分析法（The Lever analogy）[7]、键合图分析法（Bond graph）[8]以及传统的数学建模法。以CR-CR结构为例分别建立其杠杆分析模型和键合图分析模型。

　　杠杆分析法是将一个行星排等效为一根杠杆和三个支点。对于单行星行星排，中间支点为行星架（PC），两端支点分别为太阳轮（S）和齿圈（R）。对于双行星行星排，中间支点为齿圈（R），两端支点为PC与S。支点S、R距支点PC的长度（力臂）分别与齿圈齿数KZR和太阳轮齿数KZS成正比（K为比例常数）。图1（a）、（b）分别是单行星行星排和双行星行星排的等效杠杆图。图2（a）、（b）分别是CR-CR行星齿轮结构图与等效杠杆图。