登高车无级变速器换挡品质因素分析？？ 惠州登高车租赁

   　　登高车无级变速器换挡品质因素分析？？  惠州登高车租赁,   惠州登高车出租,  登高车出租 　　登高车无级变速器将自主设计的一款分段式登高车无级变速器作为研究主体。变速器动力经输入端齿轮副分为两路，由液压调速系统实现无级变速，由刚体轴实现高效传动，通过行星排离合器和换挡机构离合器的切换，使动力从输出轴输出。通过理论分析可知，由登高车负向传动中挡位向登高车正向传动高挡位换挡的过程决定着变速器全速范围内换挡品质的好坏。因此，将以此为模型，建立ITI仿真模型。ITI是一款分析机电液系统内部各部件相互作用的权威软件，是多学科领域系统动力学建模、仿真和分析的通用CAE工具，其强大标准的元件库及后处理系统使得车辆系统的建模更为简便。主要由变速器输入模块（恒转速）、变速器负载模块（恒转矩）、变速器机械传动模块和液压调速模块，以及离合器液压控制系统模块等组成。离合器由电磁换向阀控制，由于主油路需要流量较少，采用小排量定量泵供油，供油油路兼作冷却油路，通过溢流阀控制主油路油压。单向调速阀控制各支路流量，断开时保证快速回油。

      1．2 换挡评价指标很多，文中主要选用输出轴速度降幅度、输出轴动载荷系数、输出轴最大冲击度和换挡时间作为基于物理参数的换挡评价指标；在基于换挡时序的换挡评价指标中，由于离合器切换时序的变化对中间轴的冲击影响很大，故将中间轴最大冲击度也作为评价指标之一。湿式离合器采用油冷方式，工作油路兼作冷却油路，故不将滑磨功（率）作为评价指标之一。

      1．2.1轴速度降幅度体现了转速的波动程度，其定义式为：δ=no-nominno：no———输出轴稳态输出转速，r/min；nomin———输出轴最低输出转速，r/min。

     1.2．2输出轴动载荷系数输出轴动载荷系数体现了转矩的波动程度，其定义式为：γ=TomaxTo（2）式中：To———输出轴稳态输出转矩，N·m；Tomax———输出轴最大输出转矩，N·m。

      1.2.3中间轴/输出轴最大冲击度冲击度定义为车辆行驶过程中，纵向速度的二阶微分。中间轴最大冲击度是假设将中间轴直接接入后桥时产生的冲击度，在基于换挡时序的研究中，是一种虚拟但极端重要的冲击状况。最大冲击度的定义式为：jmax=rqird2dt2πno30max：rq———驱动轮半径，m；ir———后桥传动比。

  1.2.4换挡时间每个离合器接合经历着切换前、转矩相、惯性相及切换后等多个过程，多个离合器的接合和分离则更为复杂，文中选取到达稳速99％的时刻作为换挡结束点。

     2基于物理参数的换挡品质分析,    基于物理参数的换挡品质研究，是多指标多因素的优化问题，文中选用L9正交表进行研究。对于仿真模型，结果具有唯一性，使用极差法进行分析；对于试验验证，进行多次试验，通过对各因素的离差平方和与误差平方和的比较，使用F检验法得出方差分析的结论。发动机转速作为因素A，其三水平依次为：900，1200，1500r/min；负载转矩作为因素B，其三水平依次为：75，100，125N·m；主油路油压作为因素C，其三水平依次为3，4，5MPa；调速阀流量作为因素D，其三水平依次为3，4，5L/min。输出轴速度降幅度、输出轴动载荷系数、输出轴最大冲击度和换挡时间分别作为评价指标Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ，各指标进行9次试验，得到基于物理参数换挡品质极差分析表。根据极差分析法，最优方案各评价指标有一定冲突，可以根据极差数值，着重解决矛盾的主要方面。输出轴速度降幅度选用ABD组合取代ABDC，可使速度降幅度上限从29．38％减小到10．88％，而A3B1D3的下限可达到9．91％；输出轴动载荷系数选用BC组合取代BCAD，可使动载荷系数上限从3．24减小到1．97，而B3C1的下限可达到1．88；输出轴最大冲击度选用BCA组合取代BCAD，可使最大冲击度上限从13．63减小到8．64，而B1C1A2的下限可达到7．95；换挡时间选用DB组合取代DBCA，可使换挡时间上限从2．23s减小到1．37s，而D3B1的下限可达到1．24s。

   　 2．2试验验证,    该试验包括机械传动系统和计算机测控系统两部分。机械传动系统包括动力源、阻力矩、变速器本体、离合器控制系统和检测装置；计算机测控系统，由一台上位PC机和两台下位单片机构成，上位机通过串口和数据采集卡进行数据交换，下位机主要负责采集数据。上位机和下位机由CAN网络建立通信联系，测控系统选择LabVIEW作为软件开发平台。基于物理参数的换挡品质因素试验，采用正交试验方差法进行分析。每个评价指标分9组试验，每组试验4次，使用F检验法得出各评价指标的显著性结论。其中，当Fa（2，27）＞5．49时，显著性为***；当5．49≥Fa（2，27）＞3．47时，显著性为**；当3．47≥Fa（2，27）＞2．51时，显著性为*；当Fa（2，27）≤2．51时，不显著，并将仿真分析和试验结果进行对比分析。通过对仿真分析和试验结果的对比，各影响因素在主次及水平要求上会出现一定的差异，这是由于模型搭建时忽略了一些次要因素，以及试验的误差造成的，但仿真和试验数据基本吻合。即：发动机转速和负载转矩对输出轴速度降起主要作用，调速阀流量次之；负载转矩对输出轴动载荷系数和输出轴最大冲击度起主要作用，主油路油压次之；调速阀流量对换挡时间起主要作用，负载转矩和主油路油压次之。根据仿真分析和试验验证，该变速器基于物理参数的换挡策略是：采取较小的发动机转速、负载转矩及主油路油压，以及较大的调速阀流量。值得注意的是，这是整体的控制策略。当换挡对某项指标有特殊要求时，应当另行选择对应的控制策略。

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      3基于换挡时序的换挡品质分析,     变速器从登高车中挡位向登高车高挡位切换时，涉及3组6个离合器（第1组离合器为L1和L3，第2组离合器为L2和L4，第3组离合器为L6和L7）的切换。离合器切换时间过长，造成速度降幅度加大，过短会造成过大的冲击，同时分离会造成动力中断，同时接合会影响离合器寿命。因而，先对变速器进行组间分析，再对组内离合器的切换进行分析，是符合事实规律的。

   　1．1离合器组间换挡时序对换挡品质的影响,    第1，2，3组离合器分别作为因素A，B，C，其三水平分别为：各组离合器提前0．5s、按时和推后0．5s切换，因素D为空白列。输出轴速度降幅度、输出轴动载荷系数、中间轴最大冲击度和输出轴最大冲击度作为评价指标Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ。各指标进行9次试验，得到基于换挡时序组间换挡品质极差分析表。根据极差分析法，输出轴速度降幅度选用CB组合取代CBA，可使速度降幅度上限从49．07％减小到5．01％，而C1B3的下限可达到－1．30％，这表明在某一时刻，可实现无速度波动换挡。输出轴动载荷系数用BC（CB）组合取代CB（BC）A，可使动载荷系数上限从3．08减小到2．34，而B3C2（C2B3）的下限可达到2．02；中间轴最大冲击度用BA组合取代BAC，可使中间轴最大冲击度上限从54．08减小到25．50，而B3A3的下限可达到9．19；输出轴最大冲击度用AC组合取代ACB，可使输出轴最大冲击度上限从21．02减小到6．25，而A3C2的下限可达到4．56。根据以上分析，离合器组间换挡时序为：第3组离合器早于第1、第2组离合器。据此，将第3组离合器与前两组离合器分开讨论有了理论依据。3.1.2第3组离合器换挡时序对换挡品质的影响由于第3组离合器仅涉及一组2个离合器的切换，采用单因素加载试验进行仿真分析。仿真条件：第1、第2组离合器在10．00s时同时切换，第3组离合器分3种情况进行仿真：离合器L6在9．00s时分离，L7在9．50s时接合；离合器L6和L7同时在9．50s时切换；离合器L6在9．50s时分离，L7在9．00s时接合。输出轴速度分别在10．94，11．05，10．85s达到最低转速1066．27，1021．80，1059．50r/min，其速度降幅度分别为：7．15％，6．39％和7．74％。表明第3组离合器切换时序对输出轴速度降幅度影响不大，在同时切换时，速度降幅度略低，稳定性略好。速度降最低点时刻对应离合器L7传递转矩与负载转矩相平衡瞬间。输出轴转矩分别在11．21，11．35，11．07s达到最大转矩187．90，189．59，203．11N·m，其动载荷系数分别为：1．88，1．89和2．03，这表明离合器L6分离时间不晚于离合器L7接合时间时，动载荷差异不大。动载荷最高点时刻对应离合器L7接合的瞬间。中间轴冲击度分别在11．13，11．13，10．99s达到峰值27．40，19．76和20．32，这表明离合器L6分离时间不早于离合器L7接合时间时，中间轴最大冲击度较为理想。中间轴冲击度最大时刻对应离合器L4接合的瞬间。输出轴冲击度分别在11．23，11．36，11．09s达到峰值8．24，8．48和13．03，这表明离合器L6分离时间不晚于离合器L7接合时间时，输出轴最大冲击度较为理想。输出轴冲击度最大时刻对应离合器L7接合的瞬间。综上，离合器L6和L7在同一时间切换，可得较好的换挡品质。

    3．1.3第1、第2组离合器换挡时序对换挡品质的影响,    由于第1、第2组离合器的切换涉及两组4个离合器的接合和分离，采用正交试验极差法进行分析。仿真条件：第3组离合器在10．00s时同时切换，第1、第2组离合器设定11．00s为标准切换点，而10．50s和11．50s为提前和推后切换点作为正交设计三水平，离合器L1～L4作为四因素，建立L9（34）正交表，基于换挡时序组内换挡品质极差分析表。根据极差分析法，输出轴速度降幅度选用ABC组合取代ABCD，可使速度降幅度上限从11．02％减小到4．14％，而A3B3C3的下限可达到3．58％。输出轴动载荷系数用ACB组合取代ACBD，可使动载荷系数上限从2．68减小到2．17，而A1C1B1的下限可达到1．91；中间轴最大冲击度用DCB组合取代DCBA，可使中间轴最大冲击度上限从39．43减小到13．64，而D3C1B1的下限可达到11．70；输出轴最大冲击度用ACB组合取代ACBD，可使输出轴最大冲击度上限从53．55减小到2．56，而A1C1B2的下限可达到－3．99，即在某特定时刻换挡，可消除冲击。综上，得到变速器第1、第2组离合器基于组内换挡时序对换挡品质因素的控制策略。仿真分析表明，基于换挡时序的换挡策略是：先切换第3组离合器，再切换第1组离合器，最后切换第2组离合器。

     3．2试验验证试验分3组进行：试验1设定第1，2，3组离合器分别在9．50，10．00，10．50s进行切换；试验2设定第1，2，3组离合器分别在10．50，9．50，10．00s进行切换；试验3设定第1，2，3组离合器分别在10．00，10．50，9．50s进行切换，得到基于换挡时序试验对比图。对试验数据进行分析，输出轴最低转速分别为677，836，1091r/min（对应速度降幅度分别为41．03％，27．18％和4．97％）；输出轴最大转矩分别为286，275，237N·m（对应动载荷系数分别为2．86，2．75和2．37）；中间轴在11．26，10．99，11．09s达到最大冲击度26．81，26．90和20．13；输出轴在12．52，11．94，11．22s达到最大冲击度11．80，10．81和18．15；换挡时间分别为4．58，3．25，1．83s。可见试验3除输出轴冲击度指标略输一筹外，其他指标都远胜其他两组试验。

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