动力换挡驱动桥驱动桥翻译

对叉车动力换挡驱动桥性能的分析和评估

S. M. PARK1）, T. W. PARK2)*, S. H. LEE1), S. W. HAN3) and S. K.

KWON4)

1) 韩国京畿道443 – 749，亚州大学，机械工程学院的研究生;2) 韩国京畿道443 – 749，亚州大学，机械工程系；3) 韩国仁川南洞区405-817，古栈洞642-4，南洞区工业园72BL-5L，佑荣液压公司;4) 韩国,忠清南道336 - 765,湖西大学工业学术合作基础

(2008年7月23日收到； 2009年7月30日修订)

摘要—在这项研究中，我们开发了一种新概念的动力传输系统。通过模拟，实现了车辆动力换挡驱动桥的建模和动态分析。考虑到各部分的具体特征，从导出方程得到的数据建立了车辆动态模型。这个模型由一个变矩器、齿轮箱、变速器、轮边减速器和一个发动机组成，这个发动机是动力换挡驱动桥一档和倒档的动力来源。对于每个部分，通过统一的数学方程，我们得到了一挡前进齿轮的数学模型。我们用基于数学模型的MATLAB仿真软件建立了动态系统模型。我们用仿真软件来评估动力换挡驱动桥的动态表现实现了模拟。此外，还用发电机的试验结果验证该模型。最后，成功创建了一个模型。本研究将会用于多挡动力换挡驱动桥系统的基本概念性设计。

关键词—动力换挡驱动桥;叉车;两个简单的行星齿轮;类比杠杆

术语表

ωs11：第一个太阳轮的输入速度 R f：锥齿轮传动比

ωpc22：第二个从动轮的输出速度 R a：轮边减速器齿轮传动比倒数

I e：发动机转动惯量 r D：轮胎半径

I t：涡轮转动惯量

I p：泵转动惯量

I s1：第一个太阳轮的转动惯量

I pc2:第二个从动轮的转动惯量

T t：涡轮转矩

T D：驱动转矩

T S1：第一个太阳轮的输入转矩

T pc2：第二个从动轮的输出转矩

1.简介

工业车辆如叉车被用在许多领域，包括重工业、造船、和制造产业。最近，油价的提高和严格的环境法规迫使人们急需一种新型技术的工业车辆.当前，在不增加成本，重量和体积的前提下，动力传动系的性能达到了他的进一步改进的极限。因此，我们急需一种基于新的模式的系统。动力输送系统的结构需要彻底的改变。首先，需要缩减重量和尺寸。另外，排挡的数量应该增加。我们需要引进各种各样的附加性能。图1所示的动力换挡驱动桥可以满足这些标准。对叉车来说，结合了传递和驱动桥功能的新概念的自动变速装置—动力换挡驱动桥比现存的自动变速装置重量减少了30%。因此它表现出很多优点，比如节约燃油和增加燃油经济性。通常车辆上安装的自动变速器和驱动桥是由转变发动机转矩的变矩器，改变

齿轮以适应驾驶状况的变速器和把动力传递到每个车轮的驱动桥组成。然而，动力换挡驱动桥安装在锥齿轮和差速器之间。对叉车来说，这个桥不同于以前的动力传动系。而且，像安全、舒适、自动制动停车、斜坡上防滑以及事件现场360度旋转这些额外的功能会增加。虽然有这么多功能，但是重量和尺寸还是大大减小了。由于自动变速器和驱动桥的组成部分都被整合到这个系统的一个部分里，所以我们需要分析和研究动力传动系。我们对车辆自动变速器，尤其是变速器的瞬态响应和齿轮变换模式以及利用商业软件对动态系统模型的仿真上做了大量的研究(Kim and Cho, 1997;Kim and Yi, 1996; Kim and Song, 1997; Shin, 1998; Kong and Park, 2006)。我们已经对像叉车（park，1999）和装载机（Lee and Lee，2006）这些施工车辆的自动变速装置进行了研究。李对叉车的自动变速器装置进行了动态建模和分析，这与轿车的结构是很相似的。

在这项研究中，我们开发了一种新概念的动力传递系统。通过数字建模，我们对动力换挡驱动桥的车辆模型和动态运动进行了分析。考虑到每个部分的具体特征，动力换挡驱动桥的动态模型是从导出方程获得数据从而建立起来的。这个模型是由一个发动机，一个变矩器，

图1：动力传输原理图

一个变速箱，一个差速器和一个轮边减速器组成的，这些都是动力换挡驱动桥的重要组成部分。通过把每个组成部分的数学方程组合成一个方程，一挡的数学模型就建立起来了。利用基于数学模型的一个仿真，一个动态系统模型就建立起来了。通过利用仿真软件来分析动力换挡驱动桥的动态行为，从而使得这个仿真得以实现。此外，发电机的试验结果用于验证这个模型的可靠性。

2.系统动态建模

2.1系统动态建模（数学模型）

为了评估车辆的性能，我们建立了一个详细的动力换挡驱动桥模型。驱动轴和轮胎被认为有相同的惯量。在一挡或倒挡的稳定状态，我们用牛顿和欧拉公式推导出了运动方程。

图2：第一个齿轮的功率流

图2展示出了一个自由体图表(Haj-Fraj and Pfeiffer, 2000; Cho and Hedrick, 1989)。通过每一部分的关系可以得到角速度方程，通过角速度方程可以得到扭矩方程。如果动力传递连接到了前进挡离合器上，通过ECU发出信号，动力就会通过向前的耦合器传递，耦合器又被连到了变速器上。然而，如果发出反向信号，动力就会通过倒挡动力传递线从反向耦合器传递到车轮。动力传递路线如下（图3）：倒挡离合器（耦合器）→倒挡驱动传递路线→差速器→驱动轴→两个简单的行星齿轮→车轮。

在第一前进挡上，太阳轮（SI）和齿圈（R）被驱动。运动方程如下：

图3：动力换挡驱动桥原理图

第一前进挡的不同部分的角速度公式如下：

运动学条件和方程被替换并且带入到了动力换挡驱动桥的第一前进挡的运动方程（10）和（11）。如果连接上离合器，这个系统可以被定义为两个部分：发动机转动速度相关部分和驱动轴转动速度相关部分。

汽车的驱动力描述如下：

2.2发动机模型

当模拟车辆动力和燃油经济性能时，用数值代表发动机的扭矩和燃油消耗率是很方便的。瞬态响应中可能包含了一个微小的测量错误。在这篇论文中，发动机的动态模型可以通过图4的发动机外特性曲线来表示发动机的性能。发动机的怠速转矩是49N.m,最大转矩是186N.m 转速是1700转/每分。方程（14）代表了发动机的动态模型。θ代表节气门开度（%），ωe 代表发动机转速。可以利用图5来配置发动机的模型。

图4：发动机扭矩和具体燃油消耗率