摘 要

本文针对重型载货汽车传动系统，根据离合器前端惯量的变化情况，研究对装备8档变速器的重型汽车换档性能影响，并模拟在汽车不同行驶工况条件下传动系统的动载。论文建立了液力变矩器动态模型、离合器接合动态模型、同步器同步模型以及其他传动系统零部件数学模型，然后通过Simulink仿真软件搭建传动系统不同工况下的模型。

论文主要研究了重型载货汽车传动系统起步过程、驾驶员换档过程和液力变矩器闭锁过程。 研究了不同档位、整车载荷下离合器后端惯量变化对重型传动系统换档过程的变化和液力缓速器加载造成离合器前端惯量变换对重型传动系统换档过程的变化。

研究结果表明：其一，重型载货汽车起步过程中档位越低或汽车载重越轻能够加快离合器接合同步过程，但这两种方式在实际应用中是不可取的，通过合理控制液力缓速器对传动系统加载能够降低离合器接合时间，达到同样的效果；其二，在驾驶员换档过程中液力缓速器加载对于同步器同步过程不起作用，但能够降低液力换档工况下离合器接合滑磨功和机械换档工况升档过程离合器接合滑磨功，对机械降档工况是不利的；其三，液力变矩器闭锁过程的实质为离合器接合过程，液力缓速器加载同样能够降低接合过程中的滑磨；其四，液力缓速器与传动系统并联，缓速器加载过程分担了传动系统的部分载荷，降低了传动系统动载。

本文的特色在于通过重型商用车的辅助制动系统对汽车传动加载，能够加快离合器接合过程，整车零部件没有增加，零部件使用寿命增加。

关键词：换档品质；液力缓速器；离合器接合；动载

Abstract

According to the change of the front end inertia of the clutch，the paper has researched the influence of the gearshift performance with 8 gears in heavy commercial vehicle drive system and the dynamic load of the transmission system under different driving conditions is simulated. In this paper, the dynamic model of the hydraulic torque converter and clutch, the synchronization model of the synchronizer and the mathematical model of the other parts of the transmission system are established. Then the model of the drive system under different working conditions is established by Simulink simulation software.

This paper mainly studies the starting process of the drive system of heavy duty truck, the driver shift process and the torque converter lock process. The change of the inertia after clutch under different gears and the load of the heavy truck changes the gearshift performance of drive system and the change of the inertia before clutch with hydraulic retarder at different filling rate.

The results show that: First, the lower gears or the lower the vehicle load in the starting process of heavy-duty truck, can accelerate the process of clutch engagement, but these two methods are not desirable in practical application. By controlling the hydraulic retarder to increase the load of drive system of heavy truck to reduce the clutch engagement time can achieve the same effect. Second, the increasing load of hydraulic retarder load does not work for the synchronization process during the gearshift, but can reduce the clutch slip during the hydraulic torque converter in the hydraulic condition and in the mechanical upshift process. But it is not good for the mechanical downshift condition. Thirdly, the process of the hydraulic torque converter locking process is the clutch engagement process. The hydraulic retarder loading can also reduce the slip during the joining process. Fourthly, the hydraulic retarder is connected in parallel with the drive system. The hydraulic retarder loading process shares part of the load of drive system leading to the reduction of the dynamic load.

The characteristics of this paper is that through the auxiliary brake system of heavy commercial vehicles to load the drive system, which can accelerate the clutch process. Above all the method did not increase the amount of vehicle parts, but for the life of parts.

Key Words：Shift quality；Hydraulic retarder；Clutch engagement；Dynamic load

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 选题背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3论文拟研究的内容 2

第2章 重型载货汽车动力传动部件模型 4

2.1 重型载货汽车传动系统布置 4

2.2 柴油机模型 4

2.3液力变矩器模型 6

2.3.1 液力变矩器工作原理 6

2.3.2 液力变矩器变矩工况模型 7

2.3.3 液力变矩器闭锁工况模型 9

2.4 干式离合器模型 10

2.4.1 离合器动态过程理论分析 11

2.4.2 离合器动态过程动力学分析 12

2.4.3 离合器动态过程评价指标 13

2.5 同步器动态模型 16

2.5.1 同步器工作原理 16

2.5.2 同步器动力学分析 18

2.5.3 换档品质的评价指标 21

2.6 本章小结 22

第3章 Simulink模型及系统动力学分析 23

3.1 柴油发动机特性曲线及Simulink模型 23

3.2 液力变矩器特性曲线及Simulink模型 24

3.3 液力缓速器加载特性曲线 27

3.4 变速器特性参数 28

3.5 换档过程理论分析 29

3.6 本章小结 30

第4章 起步与换档过程动态仿真分析 32

4.1 起步过程离合器接合仿真 32

4.2 换档过程动态仿真 36

4.3 液力变矩器闭锁动态仿真 43

4.4 本章小结 44

第5章 不同行驶工况下传动系动载分析 46

5.1 起步过程传动系动载 46

5.2换档过程传动系动载 48

5.3闭锁过程传动系动载 50

5.4本章小结 50

第6章 总结与展望 51

6.1 全文内容总结 51

6.2 未来工作展望 51

参考文献 53

致 谢 55

攻读学士期间发表论文 56

第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

1956年7月，随着我国社会主义改造相继完成，自主生产制造的第一辆解放牌载货汽车到现在已有60多年的历史。随着国家经济实力的增强和物流行业的兴起，重型载货汽车在交通运输行业中发挥至关重要的作用^[1]。

重型载货汽车传动系统将从柴油发动机获得的动力进行传递，从而满足汽车载行驶过程中环境、动力、驾驶员的要求。除了要满足乘用车和商用车的驾驶性能和运输效能之外，传动系统对于车辆的可靠性、油耗、操纵方便性和道路安全性有重要的影响^[2]。

重型载货汽车动力传递系统部件结构较多，驾驶工况恶劣，且随着驾驶工况的变化，变速器前段的输入惯量在不断变化。输入惯量的变化必然会造成变速器换档性能的变化，影响着重型载货汽车的动力性、经济性和驾驶员的换档过程中的舒适性。并且重型载货汽车的动力传动系统为多惯量系统，驾驶员换档过程是在驾驶员切断动力的情况下完成变速器的摘、选、挂档操作，是一个复杂耗时的过程，变速器传动比的变化会造成驾驶员换档过渡顿挫，使载货汽车传动系各机构承受较大的冲击动载荷^[3]。由换档过程产生的冲击一般都有很大的数量级，严重影响了重型载货汽车传动系各零部件的使用寿命。因而，重型汽车传动系统输入惯量变化对换档性能影响的研究和模拟不同行驶工况下动载的研究，将会对重型汽车传动系统的发展产生积极的意义。

1.2国内外研究现状

为了改善车辆的性能，降低车辆的机械传动系统的动态载荷，并且根据摩擦元件的热负荷和驾驶员感受到的加速度变化提高车辆的可靠性，耐用性和乘坐舒适性。世界各国都在研究车辆传动系统的动静特性，将换档品质作为车辆传动重要的评估指标。目前国内在关于换档评价的相关研究中的研究处于起步阶段，研究内容主要涉及换档过程如何进行，如何进一步提高换档品质、减少换档冲击和车辆的动载荷等方面，且发展比较缓慢。70年代初，我国相关科研人员对汽车动态过渡过程进行了理论研究，主要涉及驾驶员手动换档动态特性、换档的品质和变速器输出端转矩变化等内容。从80年代以后，国内研究人员开始对液力传动装置的过渡过程进行研究^[4]

北京理工大学项昌乐教授课题组对于高速履带车辆传动系统进行过系统的研究，包括履带车辆换档工况瞬态的动力学分析、传动系统动载的计算等^[5-8]。吉林大学雷雨龙教授课题组对装备自动变速器新能源汽车、乘用车的换档性能的评价和控制策略进行了深入的研究，包含了双离合、电控机械式、液力式和无级自动变速器的换档策略和控制^[9]。武汉理工大学汽车工程学院与上汽通用五菱公司研制了MT换档性能试验台。模拟试验台利用步进电机模拟驾驶员手动换档过程，根据驾驶员实际的驾驶工况自动变换档位。模拟试验台通过分析变速器的拉索效率、离合器接合性能、换档性能对MT换档过程进行评价。上海汽车股份有限公司变速器工厂研制了气压驱动换档手柄的换档机械手，通过可编程逻辑控制器实现手动变速器试验过程中的换档。南京福特技术中心研发的MT变速器性能测试试验台在评价换档质量方面有相关的研究。^[10]