汽车变速器新技术的应用探讨

发表时间:2019/12/18   来源:《基层建设》2019年第26期   作者:郭康平
[导读] 摘要:我国的汽车行业有了很大进展,汽车变速器是汽车的关键组成构件,对汽车整体性能的稳定起到重要推动作用。
        衡阳技师学院  湖南衡阳  421101
        摘要:我国的汽车行业有了很大进展,汽车变速器是汽车的关键组成构件,对汽车整体性能的稳定起到重要推动作用。本文基于汽车变速器现状,重点阐述汽车变速器的创新技术应用及未来汽车变速器制造技术应用发展趋势。
        关键词:汽车;变速器;新技术;发展趋势
        引言
        随着能源的紧缺和环保压力的加剧,各大汽车厂都开始布局新能源汽车,如纯电动、混合动力车开发。其中,混合动力汽车耦合发动机和电机的动力,使其可以保持发动机驱动汽车的特点和优点,又可以通过电机驱动来提高燃油经济性和降低排放。但是混合动力车型的NVH问题凸显出来,尤其动力传动系的扭转振动,及其引起的其它振动或噪声问题。燃油车或纯电车,动力传动系仅是单一的动力源及传递路径,而混合动力则同时存在多个动力源和传递路径,这些源头和路径又相互影响,使其NVH问题严重且更难于解决。
        1试验台总体结构及工作原理
        试验台总体结构和工作采用完全对称分布的直线对拖结构。试验台两侧为完全相同且对称分布的电机和变速器,电机和变速器采用一体式结构,电机输出轴与变速器输入轴刚性连接装在壳体内,壳体由支撑座固定在铸铁底座上。两台变速器之间由联轴器和转矩传感器来连接。试验台的两台电机均为永磁同步电机,既可以作为驱动电机,也可以作为负载电机,可以在一台机器上测试两台变速器,提高了测试效率。试验台为电封闭功率流试验台,采用公共直流母线技术实现能量的循环利用。大功率可调电源将单相交流电转换为直流电存储在超级电容中,驱动电机作为电动机运行时,由超级电容供电,带动变速器和负载电机转动;负载电机作为发电机,其产生的电能再次回到超级电容中,从而实现了能量的循环利用,避免以热能的形式散失。
        2我国目前汽车变速器市场特点
        (1)汽车变速器市场近年一直呈现正增长发展态势,并没有随汽车市场下降而下降。近年来,我国汽车市场呈现高速增长,尽管2018年以来,我国汽车销量都出现下滑(2019年1-8月,我国汽车产销分别完成1593.9万辆和1610.4万辆,产销量比上年同期分别下降12.1%和11%),但变速器行业的销售收入一直呈现正增长,并没有随汽车市场下降而下降,主要因为自动变速器占比在增大,而自动变速器的价格显然高于手动变速器。(2)近年自动变速器市场占比在逐步提高。根据市场调研和统计数据显示,自动变速器的年销量增速一直高于汽车市场增速,国产车从20多年前没有自动变速器发展到现在自动变速器装车率已超过1/3。随着整车行业的不断发展,变速器行业也在不断壮大,形成了如法士特、吉利等一批颇具规模的企业。乘用车变速器装车率远大于商用车,但两者比值有逐年减少的迹象。
        3汽车变速器新技术的应用
        3.1变速器控制模块
        选取的待测DAT变速器内部为行星齿轮结构,通过制动器和离合器共同执行换挡工作。其换挡方式为:当制动器接合,离合器松开时,变速器处于低速一挡;当离合器接合,制动器松开时,变速器处于高速二挡;当制动器和离合器同时松开,变速器处于空挡。通过控制系统的通讯模块分别向离合器电磁阀和制动器电磁阀传递信号,并由气泵机提供换挡动力。
        3.2双离合自动变速器
        双离合自动变速器作为近年来汽车领域发展迅猛的一款变速器,在符合一定换挡条件下只需轮流自动切换离合器换挡以实现持续输出动力。双离合自动变速器具有能耗成本小、低损耗率、结构紧凑、换挡快等一系列优点,由于汽车换挡的过程中持续传动驱动,整体舒适度和平顺性均较好。双离合自动变速器主要应用在福特、大众汽车制造中。另外,集成式的双离合自动变速器具有智能化的驾驶性能,超一流的换挡体验,通过开发升级新技术可以满足不同用户的驾驶体验需求。


        3.3上位机测控界面
        用户通过上位机测控界面输入相关控制参数,并实时读取和存储待测参数。为保证试验台操作简单、界面友好,将测控界面按功能分为主界面、控制界面和采集界面3个模块。主界面用于显示试验台所测试变速器的主要参数,包括被测变速器的转矩、转速和油温;控制界面用于输入电机和变速器运行状态参数;采集界面用于显示电机和超级电容相关状态参数,并提供异常状态的警报功能。
        3.4综合解决方案
        结合CAE分析和试验验证。判断敲击来自于电驱传动链齿轮,当电机小扭矩(在问题工况,油门开度很小,电机输出扭矩也小)或无扭矩输出时,电驱动链中的齿轮对相当于空套齿轮,且其转动惯量很大(减速齿轴及电机转子),从发动机传动链传递过来的扭矩波动使电驱动链中的齿轮产生敲击。综合前面各解决方案:从硬件上,电机转子和与其连接的减速器轴齿都进行了轻量化设计,优化了双质量飞轮的弹簧刚度;软件上,稍加大电机加载扭矩,优化离合器微滑磨策略。多项方案并施,最终完全解决了问题,且对其它性能影响很小。
        4未来汽车变速器发展方向
        随着时间的推移,手动变速器的市场占有率会逐渐降低,自动变速器的市场占有率会逐渐加大。自动变速器相对手动变速器的最大优点就是操作简单,驾驶起来轻松、简便舒适,尤其在交通状况比较拥堵的城市,自动挡的车比手动挡更实用,手动挡的车需要频繁挂挡、踩离合起步。同时,未来也将紧紧围绕环保、节能、操作轻便化、换挡自动化、智能化、整车电子集成控制一体化等方向发展。汽车变速器是汽车节能技术重要的发展方向,未来汽车变速器将会更加注重环保化发展。对于汽车变速器来说,进一步降低噪声、防止渗油与漏油、与环保发动机有机协调发展,全面配置兼容各种型式的缓速器,减少来自传动制动系的污染,并同时保证车辆制动安全、可靠是变速器绿色环保的重要发展趋势。汽车变速器正朝着换挡力不断减小、操纵轻便、灵活及多元化(AT、CVT、双离合器、AMT等)自动换挡方向发展,采用的技术包括:优化设计齿形参数和操纵机构;采用新材料和高效、高精度加工方法;减少旋转零部件的传动惯量;采用短行程、双锥面、多锥面同步器等。另外,整车电子控制一体化,全面优化车辆制动控制系统也是未来重要的发展方向,即将ECU与ABS、ASR等有机地集成一体,通过CAN总线技术适时进行数据同步交换、共享、实现全面自动化控制。
        结语
        综上所述,汽车变速器技术作为汽车动力驱动系统的核心技术,在现代汽车制造领域中占有重要地位,在提升汽车整体驾驶性能的同时,推动汽车动力驱动系统朝着节能减排、舒适高效方向发展。未来应从优化设计、高集成化、精工制造等方面对汽车用变速器的控制能耗、传感精密性等进行提升,在顺应汽车主流发展趋势的同时注重发挥集成变速器的低成本优势,完善核心零部件的精密加工技术,不断挖掘研发更加经济实用的汽车用变速器新技术潜能,以此提高汽车的整体驱动传动性能,改善汽车驾驶者的行驶舒适度。
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