Механика или автомат: какая коробка передач лучше?
Выбор типа коробки передач часто становится дилеммой не только для водителей-новичков, но и для опытных автолюбителей. Какой вариант лучше: автомат или механика? А если выбирать автоматическую трансмиссию, на чем лучше остановиться: на роботе, вариаторе или гидротрансформаторе? Мы подготовили материал, который поможет вам выбрать тип коробки передач.
Механика и автомат: изучаем матчасть
Прежде чем рассказывать о преимуществах и недостатках той или иной коробки передач, стоит разобраться, какими они бывают. И начнём мы с механики. Её полное название МКПП (механическая коробка переключения передач). Такой тип трансмиссии обладает простым устройством. Двигатель передаёт ей мощность при помощи сцепления. А несколько шестерен внутри коробки определяют скорость вращения колёс. Эти шестерни переключаются вручную при помощи рычага в салоне автомобиля. Перед переключением необходимо нажимать педаль сцепления.
У автомата или АКПП (автоматической коробки переключения передач) может быть несколько типов устройства, но их объединяет один принцип работы. Водитель при помощи рычага выбирает только режим движения: вперёд, назад, паркинг или нейтраль. Остальное автомобиль сделает сам. А теперь углубимся в виды автоматических коробок передач.
Какими бывают автоматы?
Начнём с гидротрансформатора. Это один из древнейших типов коробок передач, появившийся более 100 лет назад. Он представляет собой камеру, заполненную специальной жидкостью. В ней друг напротив друга расположены несколько колёс с лопастями. Одно колесо соединено с двигателем напрямую и осуществляет вращение, при этом колёса друг с другом не соприкасаются, а в движение их приводит циркуляция жидкости. Среди всех автоматических трансмиссий этот вариант самый надёжный.
Второй вид коробки передач – робот, также известный как РКПП (роботизированная коробка переключения передач). Он представляет собой сильно переработанную механику. Ей добавили устройство выжима сцепления, а также механизм выбора и переключения скоростей. В итоге система сама переключает передачи при помощи электроники. Иногда такой коробке добавляют подрулевые лепестки переключения передач. С их помощью водитель может принудительно менять передачу, в каком-то смысле имитируя механическую коробку.
Последний тип автоматической трансмиссии – вариатор. Он сильно отличается от других коробок своим устройством. Он представляет собой два шкива и соединяющий их клиновидный ремень. У вариатора нет ступеней, а скорость вращения регулируется при помощи изменения диаметра шкивов, состоящих из двух конусовидных элементов. Вариатор – самая плавная коробка передач, так как у неё отсутствуют скорости. Единственный уязвимый элемент его конструкции – клиновидный ремень.
Плюсы и минусы механики
Первый и самый главный плюс механической коробки передач – простое устройство и высокая надёжность. Механика практически не ломается, её ресурса хватает на долгое время из-за минимального количества электроники. А если поломка всё же произошла, МКПП лучше поддаётся ремонту. Да и обслуживать механику проще, и опытные автолюбители справляются с этой задачей самостоятельно. Другой плюс, вытекающий из простой конструкции, – низкая цена. Автомобили, оснащённые МКПП, стоят примерно на 10% меньше аналога с автоматом. При этом такой автомобиль дешевле обслуживать.
Также стоит отметить, что в умелых руках плюсами механической трансмиссии станут низкий расход топлива, лучшая динамика и больший потенциал на бездорожье. А если у автомобиля с механикой сел аккумулятор, его можно запустить «с толкача». К тому же часто механической трансмиссией оснащают высокопроизводительные спортивные автомобили с мощными моторами. Дело в том, что МКПП вызывает больше интереса у любителей высокоскоростного вождения. При этом у механики есть и обратная сторона. Пришло время познакомиться с её минусами.
Прежде всего, МКПП сложнее в эксплуатации: необходимо ловко управлять сцеплением и выбирать нужную передачу. При этом механическую трансмиссию невозможно оснастить современными функциями помощи водителю, например, экстренным торможением, адаптивным круиз-контролем. А функции, которые можно установить на такие автомобили, часто ограничены. Так, при активации автоматической парковки, водитель всё равно самостоятельно выжимает сцепление, переключает скорости и осуществляет рулевое управление автомобилем. Также при управлении механикой сильнее устают ноги, особенно при езде в пробках. Дело в том, что педаль придётся часто нажимать, отчего к концу поездки ноги могут наливаться свинцом.
Плюсы и минусы автомата
Преимущества автоматической коробки передач вполне очевидны. Прежде всего, это высокий комфорт во время движения. Так, водителю не нужно переключать передачи и «орудовать» сцеплением. Такой тип коробки передач оптимален для крупных городов с частыми пробками и неспешным ритмом движения. А вот во время движения по трассе автоматическая коробка и механика практически не различаются, ведь движение, в основном, происходит на одной скорости без переключений.
У отдельных видов автоматов есть свои особенные плюсы. Как мы уже отметили ранее, вариатор признан самой плавной коробкой передач, лучше всего подходящей для неспешного ритма движения. Роботизированная коробка, напротив, подойдёт для динамичного движения за счёт более быстрых переключений. А меньшая скорость переключения передач и небольшая масса самого робота позволят снизить расход топлива. Что касается гидротрансформатора, то он лёгок в обслуживании и обеспечивает довольно высокую плавность хода.
Среди минусов автоматов отметим повышенную стоимость обслуживания, меньшую надёжность и необходимость прогрева. Гидротрансформаторы и вариаторы медлительны при переключении, что может стать неприятным сюрпризом на трассе. А робот отличается более резкими переключениями, которые могут показаться некомфортными. Автомобили с АКПП нельзя возить на буксире. Пробуксовки и перегазовки могут привести к перегреву и повреждению коробки. Такой же эффект может иметь и выезд на бездорожье. А ещё один значительный минус касается водителя: если он обучался ездить на автомате, то не сможет управлять машинами с МКПП.
Подведение итогов
Так что же лучше выбрать: механику или автомат? Однозначный ответ на этот вопрос дать тяжело. Если вы начинающий водитель, то лучше остановиться на автоматической коробке передач. В этом случае поездки будут проходить более комфортно, а вы сможете не отвлекаться на переключение передач, уделяя больше внимания ситуации на дороге. К тому же, отдельные модели АКПП по надёжности могут сравниться с механикой.
А если вы опытный водитель, и заинтересованы в снижении затрат на владение автомобилем, рациональнее остановиться на механической трансмиссии. МКПП стоит рассмотреть и в том случае, если вы любитель активного вождения и хотите получать максимум эмоций от поездки. При этом учиться в автошколе лучше на механике, такое решение будет более универсальным.
Тут же стоит отметить, что механическая трансмиссия – это «вымирающий вид» коробок передач. Как показывает опыт стран с развитой автомобильной промышленностью, от механики постепенно отказываются, замещая её автоматами. Эта тенденция характерна и для китайских автомобилей, широко представленных на нашем рынке. Так как в Поднебесной автомобили, в основном, предназначены для движения в мегаполисах, механика там считается крайне дискомфортной. Поэтому большая часть китайских автомобилей, за исключением доступного сегмента, комплектуется автоматами. Чаще всего это вариаторы и роботы. Таким образом, механика постепенно уходит из мирового автопрома. Но в России данный тип коробки широко распространён и пользуется популярностью.
Итак, выбор коробки передач и автомобиля зависит только от предпочтений покупателя. Очевидно, что автоматы – более современное и комфортное решение. А через несколько десятков лет такие коробки и вовсе могут вытеснить механику. Но сейчас и у того и у другого вида есть как значительные преимущества, так и досадные недостатки. Изучив их, автолюбитель может сделать окончательный выбор.
Переключение передач на механике и автомате: инструкция
Механическая коробка передачПятиступенчатая механическая коробка передач
Для обеспечения плавного переключения все передачи переднего хода синхронизированы. В коробке передач имеется блокировочное устройство, которое исключает возможность непосредственного переключения с пятой передачи на передачу заднего хода.
Шестиступенчатая механическая коробка передач
Применяемое в шестиступенчатой коробке передач блокировочное устройство исключает возможность непосредственного переключения с любой передачи переднего хода на передачу заднего хода, если автомобиль движется быстрее некоторой заранее заданной скорости
При любых переключениях передач полностью выключайте сцепление. После перевода рычага переключения коробки передач в положение следующей передачи плавно отпустите педаль сцепления. Во время движения на какой-либо передаче не держите ногу на педали сцепления. Это может привести к быстрому износу деталей сцепления.
Включайте передачу заднего хода только после полной остановки автомобиля. Попытка включить передачу заднего хода на движущемся автомобиле может стать причиной поломки трансмиссии. Перед тем, как включить передачу заднего хода, полностью выключите сцепление и сделайте короткую паузу в несколько секунд. Вместо короткой паузы можно включить и выключить одну из передач переднего хода и затем сразу перевести рычаг в положение передачи заднего хода. Описанные приемы включения заднего хода позволяют предотвратить ударное включение передачи из-за остаточного вращения шестерен.
Для замедления автомобиля вы можете использовать торможение двигателем, переключив коробку передач иа одну из пониженных ступеней. Торможение двигателем позволяет поддерживать скорость автомобиля на безопасном уровне и предотвращает перегрев тормозных механизмов при движении по длинным спускам со значительным уклоном. Переключайте коробку передач на пониженные ступени последовательно, по мере снижения скорости, чтобы не допустить превышение максимально допустимой частоты вращения коленчатого вала двигателя. После включения пониженной передачи контролируйте частоту вращения вала двигателя по тахометру.
ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ
При движении по дороге со скользким покрытием интенсивное замедление или излишне резкий разгон могут привести к потере контроля над автомобилем и аварии, в результате которой вы рискуете получить травму.
Будьте особенно осторожны, если состояние дорожного покрытия не обеспечивает его надежного сцепления с колесами автомобиля.
Для некоторых вариантов исполнения автомобиля
Если ваш автомобиль оснащен рычагом переключения передач из алюминиевого сплава, то после долгой стоянки автомобиля в солнечный летний день он может сильно нагреться. Будьте осторожны. Напротив, при низкой температуре воздуха погоду рычаг заметно охлаждается.
Двигатели 1. |
|
Переключения на высшие передачи |
Скорость, при которой рекомендуется переключить передачу |
С 1-й на 2-ю передачу |
25 км/ч |
С 2-и на 3-ю передачу |
43 км/ч |
С 3-й на 4-ю передачу |
65 км/ч |
С 4-й на 5-ю передачу |
85 км/ч |
Автомобили, оснащенные шестиступенчатой механической коробкой передач |
|
Переключения нд высшие передачи |
Скорость, при которой рекомендуется переключить передачу |
С 1-й на 2-ю передачу |
25 км/ч |
С 2-й на 3-ю передзчу |
43 км/ч |
С 3-й на 4-ю передачу |
62 км/ч |
С 4-и на 5-ю передачу |
76 км/ч |
С 5-й на 6-ю передачу |
94км/ч |
Рекомендации по переключению передач Двигайтесь на высшей передаче, которая обеспечивает нормальную работу двигателя при равномерном движении и возможность плавного разгона автомобиля. Двигатель 1,6 л с пятиступенчатой механической коробкой передач |
|
Переключения на высшие передачи |
Скорость, при которой рекомендуется переключить передачу |
С 1-й на 2-ю передачу |
23 км/ч |
С 2-й на 3-ю передачу |
39 км/ч |
С 3-й на 4-ю передачу |
59 км/ч |
С 4-й на 5-ю передачу |
77 км/ч |
Максимальные скорости движения автомобиля на различных передачах Ниже в таблицах приведены максимальные допустимые скорости движения автомобиля на различных передачах. Если вы превысите указанные значения скорости, стрелка тахометра перейдет в красную зону шкалы, указывая на недопустимо высокую частоту вращения коленчатого вала двигателя. При этом электронный блок, управляющий работой систем двигателя, начинает ограничивать обороты коленчатого вала. уменьшая подачу топлива. Вы можете почувствовать это по изменению режима работы двигателя. Как только стрелка тахометра выйдет из красной зоны шкалы, работа двигателя нормализуется.
Во избежание поломки двигателя, перед переключением с высшей на низшую передачу убедитесь в том. что скорость автомобиля не превышает максимально разрешенной скорости движения на низшей передаче.
Автомобили с двигателем 2.0 л |
|
Передача |
Максимально допустимая скорость движения |
1-я |
54 км/ч |
2-я |
94 км/ч |
3-я |
147 км/ч |
4-я |
193 км ч |
Автомобили с двигателем 1,8ли шестиступенчатой механической коробкой передач |
|
Передача |
Максимально допустимая скорость движения |
1-я |
58 км/ч |
2-я |
97 км/ч |
3-я |
139 км/ч |
4-я |
172 км/ч |
5-я |
213 км/ч |
Смотрите также:
Ежедневный контрольный осмотр
Положения рычага селектора диапазонов передач
Тормозная система
Парковка автомобиля
Запуск двигателя
Модели автомобилей:
Pilot
Odyssey
Clarity
Civic седан
CR-V
Accord
Анализ процессов переключения передач в АКПП при малых скоростях движения автомобиля | Extrica
Корендясев Г. , Саламандра К., Тайвс Л., «Анализ процессов переключения передач в автоматической коробке передач на малых скоростях автомобиля», Виброинженерия PROCEDIA , Vol. 29, стр. 106–111, ноябрь 2019 г., https://doi.org/10.21595/vp.2019.21066
- Рис
- Бибтекс
- IEEE
- Чикаго
ТУ — ЖУР
ДО — 10.21595/вп.2019.21066
УР — https://doi.org/10.21595/vp.2019.21066
ТИ — Анализ процессов переключения передач в АКПП при малых скоростях движения автомобиля
T2 — Вибротехника PROCEDIA
AU — Саламандра, Константин
AU — Корендясев Георгий
AU — Тайвес, Леонид
ПГ — 2019ДА — 28. 11.2019
ПБ — JVE International Ltd.
СП — 106-111
ВЛ — 29
СН — 2345-0533
СН — 2538-8479
Скорая помощь —
@статья{Саламандра_2019, дои = {10.21595/вп.2019.21066}, URL = {https://doi.org/10.21595/vp.2019.21066}, год = 2019, месяц = {ноябрь}, издатель = {{JVE} International Ltd.}, громкость = {29}, страницы = {106—111}, автор = {Константин Саламандра и Георгий Корендясев и Леонид Тайвес}, title = {Анализ процессов переключения передач в АКПП при малых скоростях движения автомобиля}, журнал = {Виброинженерия {PROCEDIA}} }
[1]К. Саламандра, Г. Корендясев, Л. Тайвс, «Анализ процессов переключения передач в автоматической коробке передач на малых скоростях движения автомобиля», Виброинженерия PROCEDIA, vol. 29, стр. 106–111, ноябрь 2019 г., doi: 10.21595/vp.2019.21066.
Саламандра, Константин, Георгий Корендясевы и Леонид Тайвес. «Анализ процессов переключения передач в автоматической коробке передач на малых скоростях автомобиля». Виброинженерия PROCEDIA 29 (28 ноября 2019 г.
Содержание Загрузить PDFБлагодарностиСсылки
Процитировать эту статью
Просмотров 874
Чтение 428
Загрузки 1806
Ссылки на перекрестные ссылки 1
18 мая 2023 г. в Шанхай, Китай
21-22 сентября 2023 г. в Триест, Италия
20-21 октября 2023 г. в
Решица, Румыния
25 ноября 2023 г. в Стамбул, Турция
www.jveconferences.com
Аннотация.
Увеличение числа скоростей в АКПП автомобилей приводит к сближению передаточных чисел между соседними передачами. При низких скоростях автомобиля периодические изменения внешних условий движения (например, холмистые или извилистые участки дорог) могут привести к петлевому переключению между соседними передачами. Для моделирования этого процесса предлагается динамическая модель трансмиссии, которую можно использовать при разработке систем управления переключением передач, а также для калибровки двигателя и АКПП на различных режимах работы и состояниях автомобиля.
Ключевые слова: переключение передач, автоматическая коробка передач, калибровка, динамическая модель, система управления.
1. Введение
Основой системы управления АКПП автомобиля является карта переключения передач. Обычно карта строится в координатах скорости автомобиля, определяемой датчиком частоты вращения выходного вала АКПП, и проценте открытия дроссельной заслонки двигателя (рис. 1) [1-5].
Рис. 1. Схема переключения передач 6-ступенчатой АКПП [1]
Сплошные линии 1-2, 2-3, 3-4 и т.д. на карте переключения – это линии переключения с низших на высшие передачи, а штриховые линии 2-1, 3-2 и т.д. – линии переключения с верхних на низшие передачи. Сплошные линии в первую очередь определяются техническими характеристиками двигателя (крутящий момент, частота вращения, расход топлива) и требованиями водителя. Открытие дроссельной заслонки близко к 100 % означает, что скорость автомобиля должна быть максимальной. Среднее переключение передач должно быть сделано для достижения некоторой экономии топлива при среднем ускорении. При малом открытии дроссельной заслонки переключение передач должно обеспечивать наименьший расход топлива. Штриховые линии переключения заднего хода выбраны в результате компромисса между условиями движения, требованиями водителя и запасом крутящего момента двигателя.
Как видно из рис. 1, при скорости автомобиля менее 60 км/ч линии переключения между соседними передачами достаточно близки. Периодические изменения внешних условий движения автомобиля могут привести к тому, что система автоматического управления переключением передач будет зацикливаться при движении с постоянной скоростью в зоне близких значений скоростей переключения к соседним передачам. Например, такой режим может наблюдаться на холмистых дорогах, при движении под уклон происходит повышение передачи, а при движении в гору — понижение. Увеличение частоты переключения передач приводит к дополнительным потерям энергии, увеличению расхода топлива, сокращению срока службы коробки передач и дискомфорту пассажиров [3, 4].
Целью статьи является исследование и моделирование процесса переключения передач контура с использованием упрощенной динамической модели трансмиссии автомобиля. Моделирование процесса переключения передач с целью прогнозирования возникновения этого явления и его предотвращения важно для создания адаптивных систем автоматического круиз-контроля, а также систем автоматического управления автономными транспортными средствами.
2. Динамическая модель
Динамическая модель автомобиля с АКПП основана на анализе схемы подключения и характеристик ее компонентов. К элементам быстроходной трансмиссии относятся подвижные элементы двигателя, преобразователь крутящего момента (или сцепление) и первичный вал коробки передач с включенными муфтой и ведущей шестерней. Среднескоростными элементами являются вторичный вал коробки передач с ведомыми шестернями и карданный вал с ведущей шестерней дифференциала. Тихоходными элементами трансмиссии являются подвижные звенья дифференциала и полуоси с ведущими колесами. Масса кузова, приведенная к осям, равна m=P/g, где P – масса автомобиля, зависит от пробуксовки ведущих колес по дорожному покрытию. Коэффициент скольжения ε=V/ΩR, где V – скорость автомобиля, Ω – угловая скорость вращения колес; R — радиус колеса. Коэффициент ε зависит от дорожного покрытия.
Упрощенная динамическая модель 2-ступенчатой АКПП автомобиля в соответствии с приведенным выше описанием представлена на рис. 2.
Рис. 2. Упрощенная динамическая модель трансмиссии автомобиля с 2-ступенчатой коробкой передач
Динамическая Представленная выше модель является общей [3, 5, 6] для любых АТ с дискретными передаточными числами, включая планетарные трансмиссии с гидротрансформатором и трансмиссии с двойным сцеплением с неподвижными осями зубчатых колес.
Предположим, что гидротрансформатор заблокирован блокирующей муфтой, а выходной вал двигателя соединен с входным валом I коробки передач для анализа динамических процессов переключения передач в АКПП. Поэтому инерционный элемент JI на входном валу коробки передач учитывает моменты инерции подвижных частей двигателя и гидротрансформатора в динамической модели. Наиболее гибким элементом является карданный вал после выходного вала О редуктора в трансмиссии. Его упругие и демпфирующие свойства в динамической модели можно представить в виде упругого элемента (пружины) с жесткостью с и демпфером b. Следовательно, инерционный элемент JO характеризует сумму моментов инерции выходного вала коробки передач с моментами инерции шестерен коробки передач и половиной момента инерции карданного вала. JVT – это вторая половина момента инерции карданного вала с моментами инерции последующих звеньев трансмиссии и кузова автомобиля.
Длительность переключения передач в современных АКПП составляет 0,2-0,5 с [3, 5]. Столь короткое время переключения передач позволяет рассматривать этот процесс как столкновение. Инерционные моменты, вызванные резким изменением скоростей элементов трансмиссии, значительно превышают в этом случае момент двигателя и приведенный момент силы сопротивления. Сказанное позволяет отнести рассматриваемую модель (рис. 2) к виброударным системам [7] и, во-первых, рассмотреть реальный процесс переключения передач в коробке передач с использованием теории удара и теоремы об изменении момента количества движения механической системы при ударе [8], и, во-вторых, определить начальные условия для решения дифференциальных уравнений движения автомобиля на промежутках между переключениями передач.
Переключение с первой на вторую передачу происходит при ускорении ω˙O>0, а переключение со второй на первую передачу происходит при ω˙O<0. Ударное взаимодействие элементов редуктора сопровождается быстрым изменением кинематических связей, определяемых передаточными числами. Чем больше разница между передаточными числами, тем больше величина ударного импульса. Скорость вращения входного вала I коробки передач связана с частотой вращения выходного вала O передаточными числами: ωI(12)=i1ω(12) при переключении с первой передачи на вторую, ωI(21)=i2ω(21) при переключении со второй передачи на первую (ω(12) и ω(21) - частота вращения вала О, при которой происходит переключение с первой передачи на вторую и со второй передачи на первую соответственно). i1>i2 берутся абсолютные значения передаточных чисел от входного вала I к выходному валу O, так как направление вращения выходного вала не учитывается. Скорость вращения элемента JI будет уменьшаться при переключении на вторую передачу и увеличиваться при переключении на первую [8]. Скорость вращения элемента JO перед переключением с первой передачи на вторую равна ω(12), а скорость вращения элемента JI в этот момент равна i1ω(12). Момент инерции элемента JI, приведенный к выходному валу О перед включением второй передачи, равен JIi22.
Теорема сохранения момента импульса при ударе для инерционных элементов JI и JO до и после включения второй передачи:
JIi22ωI(2)i2+JOω(12)=JIi22+JOω(2),
где ω( 2) — частота вращения вторичного вала после переключения на вторую передачу. При этом ωI(2)=i1ω(12), тогда получаем:
ω(2)=JIi1i2+JOJIi22+JOω(12).
Аналогично теорема сохранения момента импульса при ударе для инерционных элементов JI и JO до и после включения первой передачи:
JIi12ωI(1)i1+JOω(21)=JIi12+JOω(1),
где ω(1) — частота вращения выходного вала после переключения на первую передачу. При этом ωI(1)=i2ω(21), тогда получаем:
ω(1)=JIi1i2+JOJIi12+JOω(21).
Суммарный момент инерции элементов двигателя и коробки передач JIi2+JO перед звеном с максимальной гибкостью можно учитывать в промежутках между переключениями передач после уменьшения момента инерции JI на выходной вал. Это устраняет одну из трех степеней свободы в динамической модели (рис. 2).
Движение модели на i-й передаче (i=1, 2) между переключениями передач описывается системой двух линейных дифференциальных уравнений:
(1)
JIi2+JOω˙(i)+ bω(i)-ωVT(i)+cφ(i)-φVT(i)=iMI,
JVTω˙VT(i)+bωVT(i)-ω(i)+cφVT(i)-φ(i)= -МИСТЕР.
В ур. (1) верхний индекс в скобках указывает номер включенной передачи; φ — угловая координата инерционного элемента JIi2+JO; φVT — угловая координата инерционного элемента JVT.
Частоты свободных колебаний модели при отсутствии демпфирования: k1=0;k2(i)=cJIi2+JO+JVT/JIi2+JOJVT. Частота затухающих колебаний: k2*(i)=k2(i)2-h(i)2, где h(i)=bJIi2+JO+JVT/2JIi2+JOJVT.
3. Перемещения модели между переключениями передач
Движение модели между переключениями передач представляет собой крутильные колебания инерционных элементов JIi2+JO и JVT относительно центра масс, вращающихся под действием крутящего момента двигателя и моментов силы сопротивления MI=const≠0, MR=const≠0. Центр масс движения модели является абсолютным движением модели. Относительным движением элементов JIi2+JO и JVT являются их синхронные крутильные колебания в противофазе, причем величины амплитуд колебаний обратно пропорциональны моментам инерции [9].]. Общее решение полученного уравнения (1) имеет вид:
(2)
φ(i)=A(i)e-h(i)tsink2*(i)t+β(i)+C1(i)+C2(i) t+a(i)t2/2,
φVT(i)= μ(i)A(i)e-h(i)tsink2*(i)t+β(i)+C1(i)+C2(i )t+a(i)t2/2,
, где µ(i)=AVT(i)/A(i)=-(JIi2+JO)/JVT, a(i)=iMI-MR/JIi2+JO +ДВТ.
Константы A, β, C1 и C2 определяются через начальные условия, то есть через начальные угловые координаты и скорости инерционных элементов модели. В уравнении В (2) параметры C1, C2 и a — характеристики абсолютного движения, т. е. движения центра масс модели, параметры A и β — характеристики относительного движения.
Дифференцируя уравнение (2) получаем общий вид уравнений массовых скоростей на i-й передаче (i=1, 2) между переключениями передач:
ω(i)=A(i)e-h(i)tk2* (i)cosk2*(i)t+β(i)-h(i)sink2*(i)t+β(i)+C2(i)+a(i)t,
ωVT(i )=µ(i)A(i)e-h(i)tk2*(i)cosk2*(i)t+β(i)-h(i)sink2*(i)t+β(i) +C2(i)+a(i)t.
Абсолютная скорость C2(i) – начальная скорость центра масс модели на i-й передаче. Подставив sinα(i)=h(i)/h(i)2+k2*(i)2 и cosα(i)=k2*(i)/h(i)2+k2*(i) 2 выражения массовых скоростей преобразуются к виду:
(3)
ω(i)=A(i)e-h(i)th(i)2+k2*(i)2cosk2*(i)t+β(i)+α(i)+ C2(i)+a(i)t,
ωVT(i)=µ(i)A(i)e-h(i)th(i)2+k2*(i)2cosk2*(i)t+β (i)+α(i)+C2(i)+a(i)t.
Режимы движения модели трансмиссии определяются скоростями переключения передач. Переключение с первой на вторую передачу произойдет при ω(1)=ω(12) и ω˙(1)>0; переключение передач со второй на первую при ω(2)=ω(21) и ω˙(2)<0.
Угловая координата Ур. (2) и функция скорости ωVT непрерывна на всем интервале движения, а непрерывная функция скорости ω на интервалах является разрывной функцией с конечными скачками между интервалами. Последнее обстоятельство является признаком нелинейности рассматриваемой системы, для решения динамики которой применим метод сшивания.
Условия сшивания координат и скоростей модели на соседних интервалах при переключении с первой передачи на вторую:
(4)
О/ JIi22+JO, ωVT20=ωVT1tk1,
, где tki — период времени между переключениями передач.
Должны быть заданы или известны угловые координаты и скорости элементов модели перед первым переключением с первой передачи на вторую, если как-то задано движение модели на первой передаче: Ур. (2) и (3).
Начальные значения угловых координат и скоростей элементов модели на второй передаче, полученные из условий сшивания (уравнение). (4) определить константы A(2), β(2), C1(2) и C2(2) для решений дифференциальных уравнений модельного движения на второй передаче:
(5)
φ20=A2sinβ2+ C12, φVT20=μ(2)A2sinβ2+C12,
ω20=A2h(2)2+k2*(2)2cosβ2+α(2)+C22,
ωVT20=μ(2)A2h(2)2+ k2*(2)2cosβ2+α(2)+C2(2).
Рис. 3. График изменения угловой скорости при переменном ускорении
Общий алгоритм вычисления констант на интервалах непрерывных движений по известным начальным условиям включает следующие шаги:
1) Вычитание левой и правой частей второго уравнения системы Ур. (5) из аналогичных частей первого уравнения: φ20-φVT20=1-µ2A2sinβ2.
2) Аналогичные действия с четвертым и третьим уравнениями системы Eq. (5) и следующие идентичные перестановки:
ω20-ωVT20+h3φ20-φVT20=1-µ2A2k2*2cosβ2.
3) Умножение правой и левой частей третьего уравнения системы Eq. (5) на µ и последующим вычитанием из четвертого уравнения третьего: ωVT20-µ2ω20=1-µ2C22.
Первые два уравнения позволяют определить A2 и β2, последнее уравнение позволяет определить C2(2). Постоянную C1(2) на первом интервале движения модели можно принять равной нулю, а на последующих интервалах она равна сумме перемещений центра масс модели на предыдущих интервалах.
Движение модели на второй передаче, описываемое уравнениями. (2) и (3), заканчивается в момент времени tk2, когда будут выполнены условия ω2tk2=ω(21) и ω˙(2)tk2<0. Это важный момент для решения вопроса о существовании эффекта петли переключения передач.
4. Численное моделирование
Численное моделирование движения модели проведено с использованием полученных зависимостей. График изменения угловой скорости при переменном ускорении показан на рис. 3.
5. Выводы
Разработана математическая модель для моделирования процессов зацикливания переключения передач, возникающих при движении автомобиля с постоянной малой скоростью по холмистому (или извилистому) участку дороги. Модель содержит упругие и диссипативные элементы, систему управления, формирующую команды переключения передач в соответствии с показаниями датчика скорости вращения выходного вала.
Выведены соотношения для определения координат и скоростей элементов трансмиссии до и после переключения передач. Проведено численное моделирование процессов переключения передач, показана возможность возникновения петель переключения передач. Наиболее эффективным способом устранения нежелательной петли переключения передач является использование навигационных карт, учитывающих рельеф дороги [10]. Кроме того, эффективным методом является расширение границ переключения передач на карте переключения передач в случае диагностирования петель [11].
Полученная математическая модель позволяет при любом движении автомобиля определить условия возникновения петель переключения передач и разработать мероприятия по устранению этого явления. Модель также может быть использована при разработке систем управления переключением передач АКПП и для калибровки двигателя и трансмиссии на различных режимах работы и условиях движения.
Благодарности
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 19-19-00065).
Каталожные номера
- Бай Ш., Магуайр Дж., Пэн Х. Динамический анализ и проектирование системы управления автоматической трансмиссией.
SAE International, Уоррендейл, Пенсильвания, 2013 г. [Издатель]
- Нго В. Д., Хофман Т., Стейнбух М., Серраренс А. Методология проектирования карт переключения передач для автомобильных трансмиссий. Труды Института инженеров-механиков, часть D: Journal of Automobile Engineering, Vol. 228, выпуск 1, 2014, с. 50-72. [Издатель]
- Фишер Р., Кучукай Ф., Юргенс Г., Найорк Р., Поллак Б. Книга автомобильных трансмиссий. Спрингер, Чам, 2015. [Издатель]
- Джента Г., Морелло Л. Автомобильное шасси. Серия Машиностроение. Спрингер, Дордрехт, 2009 г. [Издатель]
- Наунхаймер Х.
, Берче Б., Рыборз Дж., Новак В. Автомобильные трансмиссии. Спрингер, Берлин, Гейдельберг, 2011. [Издатель]
- Пфайффер Ф. Динамика механических систем. Исправленное второе издание, Springer, Berlin Heidelberg, 2008. [Поиск перекрестной ссылки]
- Кобринский А. Механизмы с упругими связями. Наука, Москва, 1964. [Поиск перекрестной ссылки]
- Саламандра К., Тайвс Л. Интегральный принцип в задачах динамического анализа переключения передач в автоматических коробках передач. Журнал машиностроения и надежности, Vol. 46, выпуск 5, 2017, с. 434-441. [Издатель]
- Пановко Ю.
В. Введение в теорию механических колебаний: Учебник. 3-е издание, Наука, Москва, 1991. [Поиск перекрестной ссылки]
- Васильев В. Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований алгоритмов управления автоматическими трансмиссиями колесных машин. Журнал ААИ, Vol. 102, выпуск 1, 2017, с. 12-19. [Поиск перекрестной ссылки]
- Дуглас А., Тодд А., Джеффри Л. Метод изменения точек переключения автоматической коробки передач. Патент США 5806370, 1998 г. [Поиск перекрестной ссылки]
Процитировано
Этот веб-сайт использует файлы cookie, чтобы обеспечить вам максимальное удобство на нашем веб-сайте. Узнать больше
JVE Journals переименовывается в Extrica
Вдохновленные инновациями прошлого века и быстрым ростом в последние годы, мы совершенствуемся, чтобы улучшить ваш издательский опыт. Energy Education
Меню навигации
ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
ИНДЕКС
Поиск
Рис. 1: Зубчатая передача [1]
Шестерня (также называемая зубчатым колесом ) представляет собой тип простого механизма, который используется для управления величиной или направлением силы. Зубчатые колеса используются в комбинации и соединяются друг с другом своими зубьями, называемыми шестернями , чтобы сформировать «зубчатую передачу» . Эти зубчатые передачи полезны для передачи энергии от одной части системы к другой. Системы, в которых используются шестерни и зубчатые передачи, включают велосипеды, автомобили, электрические отвертки и многие другие распространенные машины. [2]
Как они работают
Механизмы используют принцип механического преимущества, который представляет собой отношение выходной силы к входной силе в системе. Для зубчатых колес механическое преимущество определяется передаточным числом , которое представляет собой отношение скорости конечной передачи к начальной скорости передачи в зубчатой передаче. [3] Передаточное число задается уравнением: [4]
Рисунок 2: Анимация зубчатой пары, видно, что меньшее колесо вращается быстрее, чтобы не отставать от большего числа зубьев на большей шестерне. 9где
- [math]N[/math] — количество зубьев на шестерне,
- [math]\omega[/math] — это угловая скорость шестерни, а
- [math]r[/math] — радиус шестерни.
Таким образом, если механическое преимущество зубчатой передачи равно 3, это означает, что радиус последней передачи в цепочке в 3 раза больше радиуса первой передачи. При таком передаточном числе входная шестерня может вращаться с усилием, в 3 раза меньшим, чем выходная шестерня, но взамен она должна вращаться в 3 раза быстрее, чем конечная шестерня.
Это соотношение для зубчатых передач принципиально зависит от закона сохранения энергии. При анализе зубчатых передач эту концепцию легче понять, используя анализ сохраняемой мощности системы. Этот анализ связывает крутящие моменты шестерен с их угловыми скоростями. Полный анализ данного вида обмена можно посмотреть здесь ССЫЛКА БОРОТА .
Использование
Шестерни служат двум основным целям: увеличение скорости или увеличение сила . Для увеличения одного из них необходимо идти на компромиссы. Например, чтобы увеличить скорость вращения колес велосипеда, необходимо увеличить усилие, прикладываемое к педалям. Точно так же, чтобы увеличить усилие на колесах, педали нужно крутить быстрее. Эта техника используется, когда гонщик пытается подняться на холм на велосипеде. Все это связано с законами сохранения энергии и мощности.
Шестерни широко используются во многих системах, но их легче всего распознать в повседневной жизни в автомобилях, на которых мы ездим. Автомобили должны использовать шестерни, чтобы эффективно и безопасно передавать энергию от двигателя к колесам. Двигатель на холостом ходу работает со скоростью около 1000 об/мин. Если бы двигатель был подключен непосредственно к колесам, это означало бы, что автомобиль должен двигаться со скоростью примерно 120 км/ч. Это означает, что если двигатель автомобиля будет включен, он немедленно разгонится до этой скорости. Когда двигатель переходил в диапазоны с высокими оборотами — около 7000 — автомобиль двигался со скоростью 840 км/ч! Хотя это кажется очень забавным, это крайне непрактично. Это непрактично из-за того, что для движения автомобиля требуется большое количество энергии, поэтому двигатель, пытающийся разогнаться до полной скорости сразу после запуска, не будет генерировать достаточной силы для движения автомобиля. Поэтому в автомобиле используются шестерни в трансмиссии или, альтернативно, «коробка передач», которая начинается с использования более низких передач, которые генерируют большую силу, чтобы заставить автомобиль двигаться, и в конечном итоге переходит на более высокие передачи, ориентированные на скорость. [3]
Тот же принцип передач применим к велосипедам; для подъема в гору требуются более низкие передачи, чтобы обеспечить большую силу для противодействия силе тяжести, и как только гонщик снова окажется на ровной поверхности, он может переключиться на более высокие передачи, чтобы увеличить скорость своего велосипеда.
Для дополнительной информации
Для получения дополнительной информации см. соответствующие страницы ниже:
- Механическое преимущество
- Простая машина
- Наклонная плоскость
- Шкив
- Рычаг
- Колесо и ось
- Случайная страница
Ссылки
- ↑ HowStuffWorks, Как работают передаточные числа [Онлайн], Доступно: http://auto.