周能文

（西安雙特智能傳動有限公司，陜西 西安 710119）

自動變速器傳動路線選擇方法

周能文

（西安雙特智能傳動有限公司，陜西 西安 710119）

∶文章簡要介紹了自動變速器傳動路線的選擇方法和過程，通過價格，長度，性能，效率，可維修性，技術(shù)風(fēng)險，控制難易和NVH等選擇標(biāo)準(zhǔn)，利用AHP(層次分析法)對經(jīng)過初步篩選的5個傳動路線進行進一步分析和評比，最后選出綜合性能最優(yōu)的傳動路線。

∶傳動路線；選擇層次分析法

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.052

CLC NO.: U463.212Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-148-03

引言

在進行自動變速器設(shè)計時，選擇傳動路線是第一步的工作。傳動路線通常有兩種來源：一是開發(fā)全新的傳動路線，二是查詢過期或即將過期的現(xiàn)有傳動路線專利。由于開發(fā)全新的傳動路線本身有比較大的難度，而且很難保證開發(fā)出來的傳動路線不侵犯現(xiàn)有的或正在申請的專利，因為當(dāng)前傳動路線的專利基本上被國際上幾個大的自動變速器廠商壟斷。所以從過期的或即將過期的傳動路線專利中查詢合適的傳動路線成為必然的選擇。但如何從海量的傳動路線中篩選出適合自身的傳動路線呢？本文就是基于此背景，探討了自動變速器傳動路線選擇方法，并介紹了一種比較實用的傳動路線選擇分析方法—AHP(層次分析法)。

1、傳動路線選擇方法和過程

面對海量的傳動路線，首先需要進行初步篩選，過濾掉大量不適用的傳動路線，篩出5個左右的傳動路線留作最終選擇。初步篩選時需要設(shè)定幾個關(guān)鍵的篩選條件，通常設(shè)定檔位數(shù)，長度目標(biāo)，速比目標(biāo)，效率目標(biāo)和換擋性能目標(biāo)等條件。此時長度目標(biāo)主要指行星排的數(shù)量，速比目標(biāo)主要指最大速比和最小速比范圍，效率目標(biāo)主要指離合器和制動器數(shù)量，參與換擋的離合器和制動器數(shù)量，換擋性能主要指離合器的利用率。

由于篩選出的5個傳動路線都有優(yōu)點和缺點，如何從中選出綜合性能最優(yōu)的傳動路線呢？這就涉及到本文將介紹的一種傳動路線選擇分析方法—AHP(層次分析法)。首先設(shè)定幾個選擇標(biāo)準(zhǔn)，通常設(shè)定價格，長度，性能，效率，可維修性，技術(shù)風(fēng)險，控制難易和NVH作為選擇標(biāo)準(zhǔn)。為了確定各個選擇標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重，需要在各個選擇標(biāo)準(zhǔn)之間相互進行比較，這就是AHP方法的首次使用。表1為使用AHP后各選擇標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重。各選擇標(biāo)準(zhǔn)之間互相評分參考Saaty重要度評分表，見表2。下面分別對每項選擇標(biāo)準(zhǔn)如何使用進行說明。

表1　各選擇標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重

表2　Saaty重要度評分表

成本：根據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計某款自動變速器中和傳動路線有關(guān)的關(guān)鍵零件的成本，比如齒輪，行星架，軸，離合器，制動器和軸承，統(tǒng)計其相對成本作為成本分析的基礎(chǔ)，如表3所示?；谝延械?個傳動路線，統(tǒng)計各路線中表3中零部件數(shù)量，并計算得到各個傳動路線的總成本。利用AHP和Saaty評分表對各個傳動路線總成本進行相互比較，得到各個傳動路線總成本的相對權(quán)重，分值最高的傳動路線即為成本最低的傳動路線。

表3　關(guān)鍵零件相對成本

長度是指在軸向方向?qū)⒆兯倨鞣譃橐毫ψ兙仄鞑糠珠L度，油泵部分長度，離合器部分長度，行星輪系部分長度和輸出軸部分長度，并且在分析時可以假定變矩器部分，油泵部分和輸出軸部分具有相同的軸向長度。分析時主要考慮不同的傳動路線引起的離合器部分和行星輪系部分軸向長度不一致。這樣可以統(tǒng)計出5個傳動路線的總長度，利用AHP和Saaty評分表相互比較各個傳動路線的長度，得到各個傳動路線長度的相對權(quán)重，分值最高的為長度最短的傳動路線。

性能主要考量的是加速性，分項考慮0-30km/h，30-60km/h，60-100km/h和100km/h以上后每增加1km/h所需時間4個指標(biāo)，每個指標(biāo)的權(quán)重都為25%。分析時需要選擇某一發(fā)動機和車型進行計算，同時需要在有近似頭檔和最高檔速比的前提下，給每個傳動路線設(shè)定一組速比。分析時需要在每一個指標(biāo)下對5個傳動路線進行AHP分析，獲取每個傳動路線的權(quán)重，最后統(tǒng)計每個傳動路線4個指標(biāo)的總權(quán)重，分值最高的為性能最優(yōu)的傳動路線。

效率主要考慮離合器和制動器拖曳損失、齒輪嚙合損失及變速器重量增加對效率影響3項指標(biāo)。先利用AHP方法對這3項指標(biāo)進行評比，得到各項指標(biāo)的權(quán)重。其中離合器和制動器拖曳損失對效率影響最大，權(quán)重最大，主要統(tǒng)計在所有檔位時，不參與工作的離合器和制動器數(shù)量。齒輪嚙合損失主要統(tǒng)計在所有檔位參與功率傳遞的行星排數(shù)量來進行統(tǒng)計，權(quán)重次之。重量對效率的影響很小，權(quán)重最低。分析時也需要在每項指標(biāo)下對5個傳動路線進行AHP分析，根據(jù)每項指標(biāo)的權(quán)重，得到各個傳動路線的總權(quán)重，分值最高的是效率最高的傳動路線。

可維修性主要是判斷變速器有多少需要維修的部件，以及這些部件是否維修方便，主要有離合器數(shù)量，制動器數(shù)量以及離合器在變速器中位置3項指標(biāo)。先利用AHP方法對這3項指標(biāo)進行評比，得到各項指標(biāo)的權(quán)重，其中離合器和制動器數(shù)量權(quán)重一樣，離合器在變速器中位置權(quán)重最高。離合器在變速器中位置又分為前部，中部和后部，其中假設(shè)前部和后部可維修性一致，權(quán)值為1，離合器位于變速器中部是最難維修的，權(quán)值為3。分析時在每項指標(biāo)下對5個傳動路線進行AHP分析，根據(jù)每項指標(biāo)的權(quán)重，得到各個傳動路線的總權(quán)重，分值最高的是可維修性最好的傳動路線。

技術(shù)風(fēng)險主要考慮行星輪尺寸，太陽輪尺寸和行星輪系功率利用率3項指標(biāo)。先用AHP對這3項指標(biāo)進行比較，得到每項指標(biāo)的權(quán)重。其中行星輪尺寸和太陽輪尺寸是權(quán)重最高的因素，因為這直接影響到整個變速器的空間尺寸。分析時假定5個傳動路線具有相同的齒圈尺寸，根據(jù)速比可以計算出行星輪和太陽輪的分度圓直徑，行星輪軸承外徑最小為20mm，可以計算5個傳動路線中每個行星齒輪的輪輻厚度，選取其中最小值用AHP進行比較，得到5個傳動路線在行星齒輪輪輻厚度這一指標(biāo)下的權(quán)重。由于許多傳動路線在太陽輪內(nèi)側(cè)嵌套好幾根軸，根據(jù)軸的最小尺寸和嵌套軸的數(shù)量可以計算5個傳動路線每個太陽輪的輪輻厚度。選取其中最小值用AHP進行比較，同樣可以得到5個傳動路線在太陽輪輪輻厚度這一指標(biāo)下的權(quán)重。功率利用率假定每個傳動路線輸入相同的1Nm和1rpm(即輸入功率為0.105w)，計算每個檔位下每個行星排的功率，然后將功率相加得到每個傳動路線傳遞的總功率，總功率值大的傳動路線需要容量更大的軸承或尺寸更大的齒輪。然后把各個傳動路線的總功率值用AHP進行比較，得到5個傳動路線在行星輪系功率利用率這一指標(biāo)下的權(quán)重。最后根據(jù)3項指標(biāo)的權(quán)重，匯總各個傳動路線的技術(shù)風(fēng)險權(quán)重。

控制難易主要考慮離合器和制動器的能容和跳檔數(shù)量兩項指標(biāo)。離合器和制動器能容指在每個檔位時，離合器和制動器需要傳遞最大扭矩的能力，由于不同檔位需要傳遞的最大扭矩不一樣，其比值叫做能容比。為保證最大的扭矩傳遞，系統(tǒng)最大壓力按最大扭矩設(shè)計，如果遇到能容比非常大的傳動路線，就會造成液壓系統(tǒng)的分辨率不適合需要最低壓力工作的情況，造成潛在的換檔沖擊，對控制影響非常大，所以權(quán)重很高。實際分析時，在空載和后橋速比最大的情況下計算每個傳動路線的換檔沖擊，再對所有的換檔沖擊值用AHP進行比較，得到5個傳動路線在離合器能容方面的權(quán)重。跳檔數(shù)量可以根據(jù)每個傳動路線的換檔邏輯圖進行統(tǒng)計，對跳檔數(shù)量用AHP進行比較。然后根據(jù)兩項指標(biāo)權(quán)重，匯總各個傳動路線的控制難易權(quán)重。

NVH是假定1Nm輸入下，計算5個傳動路線每個行星排最大/最小扭矩的比值。選取其中最大值用AHP進行比較，得到5個傳動路線關(guān)于NVH的權(quán)重，權(quán)值最大的路線為NVH表現(xiàn)最好的傳動路線。

最后基于上述分析結(jié)果，根據(jù)價格，長度，性能，效率，可維修性，技術(shù)風(fēng)險，控制難易和NVH的權(quán)重，匯總各個傳動路線的權(quán)重，分值最高的即為綜合性能最優(yōu)的傳動路線。在實際操作時，可以選取分值最高的兩個傳動路線留作進一步分析和匯報。

2、結(jié)論

綜上所述，采用本文介紹的過程和方法，利用價格，長度，性能，效率，可維修性，技術(shù)風(fēng)險，控制難易和NVH等判據(jù)，可以對經(jīng)過初步篩選后的傳動路線進行進一步的分析，最后選出綜合性能最優(yōu)的傳動路線，為下一步進行自動變速器詳細開發(fā)打下堅實的基礎(chǔ)。

Method for selecting transmission route of automatic transmission

Zhou Nengwen
（Xi'an FC intelligence transmission co., LTD, Shaanxi Xi'an 710119）

The filtered method and process of automatic transmission layouts will be introduced in this paper. And this paper demonstrates how a most suitable automatic transmission layout is selected by analyzing5 layouts in turn against 8 selection criteria,including cost,length,performance,efficiency,serviceability,technical risk,ease of control and NVH.

Layout selection; AHP

∶U463.212

∶A

∶1671-7988 (2016)09-148-03

周能文（1981-），男，工程師，就職于西安雙特智能傳動有限公司，主要從事汽車自動變速器研發(fā)工作。