汽车变速器偏值速比分配方法.pdf

汽车变速器偏值速比分配方法，由推出的计算公式(1)推出二挡速比(2)；其中n为汽车选型后所设定的变速器挡数变量；m为汽车变速器设定的最高挡数，λ为汽车各挡速比的二次比；然后汽车选型并设定变速器挡数变量n后，在一挡速比I1和最高挡速比In均已确定的情况下，选择汽车二次速比λ值，然后将λ、I1、In和n代入公式I2，求出I2值，再将λ、I1、I2及n代入公式In求出其余各挡速比。本发明公式简单，计算方便，不仅提高了汽车整体的动力性、燃料经济性及高速时的换挡性能，而且理论计算精确，大大缩短设计周期。

1.  汽车变速器偏值速比分配方法，其特征在于：
1)设： I 1 I 2 = q 1 , I 2 I 3 = q 2 , · · · , I i I i + 1 = q i , · · · , I n - 1 I n = q n - 1 - - - ( 1 - 1 ) ]]>
其中I_i为汽车各挡速比，q_i为汽车各挡速比的一次比；(i＝1，2…n)；
2)设： q 1 q 2 = q 2 q 3 = · · · = q i q i + 1 = · · · q n - 2 q n - 1 = λ - - - ( 1 - 2 ) ]]>
其中λ为汽车各挡速比的二次比；
因为 q i q i + 1 = I i / I i + 1 I i + 1 / I i + 2 = I i · I i + 2 I i + 1 2 = λ - - - ( 1 - 3 ) ]]>
由(1-3)式推出： I i + 2 = λ · I i + 1 2 I i - - - ( 1 - 4 ) ]]>
则当i＝1时： I 3 = λ · I 2 2 I 1 - - - ( 1 - 5 ) ]]>
当i＝2时： I 4 = λ · I 3 2 I 2 = λ · ( λ · I 2 2 / I 1 ) 2 I 2 = λ 3 · I 2 3 I 1 2 - - - ( 1 - 6 ) ]]>
当i＝3时： I 5 = λ · I 4 2 I 3 = λ · ( λ 3 · I 2 3 / I 1 2 ) 2 λ · I 2 2 / I 1 = λ 6 · I 2 4 I 1 3 - - - ( 1 - 7 ) ]]>
根据(1-5)、(1-6)和(1-7)式规律，推出通项公式为
I n = λ ( n - 1 ) ( n - 2 ) 2 · I 2 n - 1 I 1 n - 2 ]]>其中n＝3，4，…m，           (1-8)
n为汽车选型后所设定的变速器档数变量；m为汽车变速器设定的最高档数。
由(1-8)式推出二档速比： I 2 = I n · I 1 n - 2 λ ( n - 1 ) ( n - 2 ) 2 n - 1 - - - ( 1 - 9 ) ]]>
汽车选型并设定变速器挡数变量n后，在一挡速比I₁和最高挡速比I_n均已确定的情况下，选择汽车二次速比λ值，然后将λ、I₁、I_n和n代入公式(1-9)求出I₂值，再将λ、I₁、I₂及n代入通项公式(1-8)求出其余各档速比。

汽车变速器偏值速比分配方法
技术领域
本发明涉及一种汽车变速器偏值速比分配方法。
背景技术
速比分配问题一直是汽车变速器设计的核心问题。传统上，一般按照等比级数原则进行速比分配。而理论上，按等比级数排列的各档速比，在汽车换档过程中，总可使发动机保持在同一转速范围内工作，从而容易实现离合器无冲击结合，使驾驶员换档操作更为方便。
但现代汽车理论认为，速比阶越小越省油，换档也越轻便。通过对汽车行驶工况分析统计表明：汽车多在高档位工作，换档频次也多于低档，各档间速比相同会造成发动机燃料的浪费和高速档换档的操纵滞重，因此，在实际上进行变速器设计时应使高档速比阶比低档速比阶小。
为此，余志生在《汽车理论》(北京，机械工业出版社，2000年10月)中提出使用偏置等比级数方法进行速比分配的概念。该理论考虑到了汽车高速档的时间利用率较高这一特点，利用这种理念来进行速比分配，可提高使用高速档时汽车的换档性能和燃油经济性。然而，仅仅是只给速比分配的一种理念，并未具体说明在符合此原则条件下的具体计算分配方法，使得速比分配仍无法准确进行。
目前实际速比的调整方法尚无确定的依据和计算公式可循，在很大程度上还是根据经验设定初始值，然后反复试算、调整来完成。对设计者经验的依赖性很大，且计算、调整过程复杂，往往会使设计周期过长，试算、调整过程主观性因素较大，参数调整方向不明确，难以实现同时兼顾低、高速档的动力性、经济性及换档性能的设计目标。
发明内容
本发明公开了一种汽车变速器偏值速比分配方法。可以克服传统汽车变速器速比确定主要依赖经验设定和反复试算，主观因素大，计算过程复杂，设计周期过长，参数调整方向不明确，难以同时兼顾低高速档的动力性、经济性及换档性能等缺点。本发明基于各档时间利用率的不同，通过对发动机功率的实际使用率最大化进行优化设计，不仅提高了汽车整体的动力性、燃料经济性及高速时的换档性能，而且有计算公式，理论计算精确，大大缩短了设计周期。
汽车变速器偏值速比分配方法，其特征在于：计算步骤如下：
1)设： I 1 I 2 = q 1 , I 2 I 3 = q 2 , · · · , I i I i + 1 = q i , · · · , I n - 1 I n = q n - 1 - - - ( 1 - 1 ) ]]>
其中I_i为汽车各挡速比，q_i为汽车各挡速比的一次比；i＝1，2…n，由于各q_i值不相等，故称之为偏值速比分配方法；
2)设： q 1 q 2 = q 2 q 3 = · · · = q i q i + 1 = · · · q n - 2 q n - 1 = λ - - - ( 1 - 2 ) ]]>
其中λ为汽车各挡速比的二次比；
因为 q i q i + 1 = I i / I i + 1 I i + 1 / I i + 2 = I i · I i + 2 I i + 1 2 = λ - - - ( 1 - 3 ) ]]>
由(1-3)式推出：
I i + 2 = λ · I i + 1 2 I i - - - ( 1 - 4 ) ]]>
则当i＝1时：
I 3 = λ · I 2 2 I 1 - - - ( 1 - 5 ) ]]>
当i＝2时：
I 4 = λ · I 3 2 I 2 = λ · ( λ · I 2 2 / I 1 ) 2 I 2 = λ 3 · I 2 3 I 1 2 - - - ( 1 - 6 ) ]]>
当i＝3时：
I 5 = λ · I 4 2 I 3 = λ · ( λ 3 · I 2 3 / I 1 2 ) 2 λ · I 2 2 / I 1 = λ 6 · I 2 4 I 1 3 - - - ( 1 - 7 ) ]]>
根据(1-5)、(1-6)和(1-7)式规律，推出通项公式为
I n = λ ( n - 1 ) ( n - 2 ) 2 · I 2 n - 1 I 1 n - 2 ]]>其中n＝3，4，…m，          (1-8)
n为汽车选型后所设定的变速器档数变量；m为汽车变速器设定的最高档数。
(1-8)式由数学归纳法证明，结论正确。
由(1-8)式推出二档速比： I 2 = I n · I 1 n - 2 λ ( n - 1 ) ( n - 2 ) 2 n - 1 - - - ( 9 ) ]]>
汽车在选型并设定挡数后，在一挡速比I₁和最高挡速比I_n均已确定的情况下，选择汽车二次速比λ值，然后将λ、I₁、I_n和n代入公式(1-9)求出I₂值，再将λ、I₁、I₂及n代入通项公式(1-8)求出其余各档速比。其中λ值的取值范围是通过选取十几种国际现有成功机型的速比反算获得。
若汽车手动变速器设定为五档，则手动变速器λ值的取值范围为1～1.2，若汽车手动变速器设定为六档，则手动变速器λ值的取值范围为0.8～1.2。
本发明推出的公式，改变了汽车变速器各档速比完全依赖于试验模型反复试算，计算过程复杂，设计周期过长，参数调整方向不明确，难以同时兼顾低高速档的动力性、经济性及换档性能等缺点。本发明公式简单，计算方便，不仅提高了汽车整体的动力性、燃料经济性及高速时的换档性能，而且理论计算精确，大大缩短设计周期。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
以新MAZDA6 2.0MT为例，设定汽车手动变速器为六档，则手动变速器λ值的取值范围为0.8～1.2，取λ＝1.10；已知一档及最高挡的速比分别为I₁＝3.454，I₆＝0.680，，由于这是六档变速器，即n＝6，将各参数代入公式(1-9)得：
I 2 = I n · I 1 n - 2 λ ( n - 1 ) ( n - 2 ) 2 n - 1 = 0.680 × 3.454 6 - 2 1.1 0 ( 6 - 1 ) ( 6 - 2 ) 2 6 - 1 = 2.062 ]]>
将I₁＝3.454，I₂＝2.062，λ＝1.10和n＝3代入通项公式(1-8)可解得三档速比：
I 3 = λ ( 3 - 1 ) ( 3 - 2 ) 2 · I 2 3 - 1 I 1 3 - 2 = 1.10 × 2.062 2 3.454 = 1.354 - - - ( 1 - 11 ) ]]>
同理分别将I₁＝3.454，I₂＝2.062，λ＝1.10和n＝4代入通项公式(1-8)可解得I₄＝0.978，
将I₁＝3.454，I₂＝2.062，λ＝1.10和n＝5代入通项公式(1-8)可解得I₅＝0.777；经过以上计算，可得所设计六档手动变速器一至六档的速比依次为：I₁＝3.454；I₂＝2.062；I₃＝1.354；I₄＝0.978；I₅＝0.777；I₆＝0.680。
由表1可见，使用本发明汽车变速器偏值速比分配方法分配的速比，十分接近现有车型的速比分配结果，相应的差距一般都在5％之内。由此说明本发明较好地反映了现代变速器设计过程中速比分配的实际情况。
下面将现有成熟车型的速比与使用本发明方法计算所得的结果进行对比：
表1  几种乘用车变速器原设计速比与偏置等比级数计算结果对比

本发明提出汽车变速器各档速比的分配方法，根据各档实际的时间利用率进行速比分配，可使汽车在加速或爬坡时发动机能处于最大功率范围内运转，有助于汽车低速动力性能的发挥；而高速档则限制在较窄的经济转速区内工作，有利于改善汽车的燃油经济性。