CN110056639A

CN110056639A - 用于齿轮系统的计算方法及系统

Info

Publication number: CN110056639A
Application number: CN201910339869.1A
Authority: CN
Inventors: 占华龙; 任亚楠; 阮鸥; 蓝晓东
Original assignee: Zhejiang Geely Holding Group Co Ltd; Zhejiang Geely Automobile Research Institute Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Geely Holding Group Co Ltd; Zhejiang Geely Automobile Research Institute Co Ltd
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2019-07-26

Abstract

本发明提供了一种用于齿轮系统的计算方法及系统，涉及齿轮传动领域。用于齿轮系统的计算方法包括：根据齿轮系统中每个齿轮的齿数范围生成多个待定解；输出多个待定解中满足预设条件的合格解。在上述方法中，通过对齿数范围和预设条件的限定，在预设的解的空间内对所有的可能解进行判定，同时可得出多个满足要求的方案解，理论上在计算机性能允许的情况下不会漏过任何合格解，计算效率高且可有效提高计算结果的精度。

Description

用于齿轮系统的计算方法及系统

技术领域

本发明涉及齿轮传动领域，特别是涉及一种用于齿轮系统的计算方法及系统。

背景技术

在传统MT、AT以及DCT变速箱中，减速比包含主减齿轮速比和档位齿轮速比两部分，正向开发过程中，齿数和速比的匹配是产品设计的重要部分，国内往往参考国外的量产产品，或者根据以往经验做一定修改。

然而随着新能源汽车产业的兴起，各主机厂对新能源变(减)速箱的正向开发能力提出了更高的要求，其中一些产品具有比传统产品更复杂的齿轮传动系统，例如多模减速箱、多动力源多档位变速箱等。因此造成了传统齿数匹配方法无法完全满足新能源变(减)速箱的要求。

新能源混合动力变(减)速箱及类似复杂齿轮系统，具有两个共同点：1)动力传递路径的复杂性。传动变(减)速箱只有发动机至轮端的一条传递路径，混合动力具有发动机至发电机、发动机至轮端、电机至轮端三条传递路径。2)齿轮啮合系统的复杂性。基于上述的结构特征，如果要同时满足三条传递路径的速比要求，往往采用三联齿轮、多级行星排等齿轮结构，以往只有主减齿轮为共用齿轮，新能源混动变(减)速箱出现共用档位齿轮或者减速齿轮。按照公知的传统速比计算及设计方法，存在以下问题：1)无法精确满足基于整车和动力匹配的速比要求；2)无法同时提出多个满足要求的方案；3)计算效率较慢。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种用于齿轮系统的计算方法，以解决现有技术中计算效率低、计算结果精度差的问题。

本发明一个进一步的目的是要将速比精度作为合格解的判定条件之一，对于多档位齿轮系统，可以使多个速比能同时得到保证。

本发明另一个目的是提供一种用于齿轮系统的计算系统，以提高计算效率和计算结果精准度。

一方面，本发明提供了一种用于齿轮系统的计算方法，包括：

根据所述齿轮系统中每个齿轮的齿数范围生成多个待定解；

输出所述多个待定解中满足预设条件的合格解。

可选地，所述预设条件包括：

根据所述待定解计算出的目标速比与预设目标速比相匹配，其中，所述预设目标速比包括所述齿轮系统中每个传动链和每个档位的预设速比。

可选地，所述待定解计算出的目标速比与预设目标速比相匹配包括：

当所述预设目标速比为定值时，所述目标速比与所述预设目标速比相等；

当所述预设目标速比为数值范围时，所述目标速比在所述数值范围内。

可选地，所述预设条件还包括以下条件中的至少一个：

每个齿轮副中两个齿轮的齿数相匹配；

两个齿轮副的中心距之比和两个齿轮副之间的齿数和之比相匹配；

变位系数在预设范围内。

可选地，所述每个齿轮副中两个齿轮的齿数相匹配包括：

每个齿轮副中两个齿轮的齿数互质。

可选地，若所述合格解为空集，则重新调整所述每个齿轮的齿数范围或/和调整所述预设条件以使所述合格解为非空集。

另一方面，本发明还提供了一种用于齿轮系统的计算系统，包括：

待定解生成单元，配置成根据所述齿轮系统中每个齿轮的齿数范围生成多个待定解；

处理单元，配置成计算所述多个待定解中满足预设条件的合格解并将所述合格解输出。

可选地，还包括：

录入单元，配置成录入所述每个齿轮的齿数范围和所述预设条件。

可选地，所述预设条件包括：

可选地，所述预设条件还包括以下条件中的至少一个：

每个齿轮副中两个齿轮的齿数相匹配；

变位系数在预设范围内。

本发明的用于齿轮系统的计算方法包括：根据齿轮系统中每个齿轮的齿数范围生成多个待定解；输出多个待定解中满足预设条件的合格解。在上述方法中，通过对齿数范围和预设条件的限定，在预设的解的空间内对所有的可能解进行判定，同时可得出多个满足要求的方案解，理论上在计算机性能允许的情况下不会漏过任何合格解，计算效率高且可有效提高计算结果的精度。

进一步地，本发明的计算方法中，预设条件包括根据待定解计算出的目标速比与预设目标速比相匹配，其中，预设目标速比包括齿轮系统中每个传动链和每个档位的预设速比。将速比精度作为合格解的判定条件之一，对于多档位齿轮系统，使多个速比能同时得到保证。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的计算方法的示意性流程图；

图2是一个的混合动力系统的原理图；

图3是针对图2所示的混合动力系统进行齿轮计算的流程图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的计算方法的示意性流程图。图2是一个的混合动力系统的原理图。图3是针对图2所示的混合动力系统进行齿轮计算的流程图。下面参照图1至图3来描述本发明实施例的用于齿轮系统的计算方法及系统。

如图1所示，本实施例中的用于齿轮系统的计算方法包括：根据齿轮系统中每个齿轮的齿数范围生成多个待定解；输出多个待定解中满足预设条件的合格解。在上述方法中，通过对齿数范围和预设条件的限定，在预设的解的空间内对所有的可能解进行判定，同时可得出多个满足要求的方案解，理论上在计算机性能允许的情况下不会漏过任何合格解，计算效率高且可有效提高计算结果的精度。

继续参考图1，在一个优选的实施例中，计算方法可以其包括以下步骤：设定速比目标、生成解的空间、合格条件判定、合格解输出，以及两个否返回路：判定条件调整和扩展解的空间。下面详细介绍计算方法：

第一步，确定整个齿轮系统各传动链或者档位的目标速比i₁、i₂、i₃、、、i_n，这里的速比可以理解为发动机输出轴的转速与轮胎的转速之间的比值，对于正向开发而言，该数值往往为范围值，可在后续判定中判定是否属于范围内，该范围或者具体值可由整车和动力总成的动力性匹配结果而得出。对于逆向开发而言，该数值为一精确数值，在后续判定条件中可判定是否相等。

第二步，生成解的空间。根据每个齿轮副的功能定位，依据常识经验确定每个齿轮齿数范围，例如对于主减齿轮副，主动齿轮应为齿数较少的齿轮，依据经验约为20齿，而从动齿轮齿数依据常用主减速比设定一个范围。类似，对于行星排齿轮，依据特征参数设定太阳轮及内齿圈的齿数范围。类似，对于档位齿轮及其他齿轮，因为参考范围较大，可设置较大的范围区间。上述范围可根据设计经验取值，不作为限定条件，在电脑计算性能允许的条件下，各齿轮齿数范围皆可设置为较大范围区间。因此，对于每一个齿轮齿数可设置如下齿数范围：

Z1∈[Z1a，Z1b]

Z2∈[Z2a，Z2b]

Z3∈[Z3a，Z3b]

…

Zm∈[Zma，Zmb]

且Z1、Z2、Z3…Zm皆为正整数，因此解的空间内包含的解的数量为

其中，Zi1、Zi2为正整数，且Zi2≥Zi1。

第三步，合格解的判定。基于一般齿轮系统，判定条件可分为以下几类：

1)i₁’、i₂’、i₃’、、、i_n’各档位速比是否符合速比目标i₁、i₂、i₃、、、i_n，速比目标既可以是范围值，也可以是四舍五入后的精确值，该判定条件可以为核心判断条件。对于确定构型的齿轮系统进行梳理，每个齿轮确定齿数代号分别为Z1、Z2、Z3、、、Zm，则每个速比可表示为各齿数的函数，如下：

i₁’＝f₁(Z1，Z2，Z3、、、Zm)

i₂’＝f₂(Z1，Z2，Z3、、、Zm)

i₃’＝f₃(Z1，Z2，Z3、、、Zm)

……

I_n’＝f_n(Z1，Z2，Z3、、、Zm)

2)各啮合齿轮副优选齿数配对，一般情况下，齿数互质是最优的，特殊情况下可允许存在较小的公约数，例如公约数为2。

3)中心距判定条件，两个齿轮副的中心距之比和两个齿轮副之间的齿数和之比相匹配。由于各个动力系统的结构不同，导致齿轮系统也大不相同，故这里没有详细描述匹配调节，该匹配条件可根据本领域技术人员的设计经验或设计标准而定。优选地，对于相同模数不同齿数的齿轮系统，中心距之比约为齿轮副齿数和之比，因此该判定条件尤其适用于已知中心距条件而判定齿数的情境中。

4)变位系数判定条件，同中心距判定条件相似，中心距的决定因素除模数和齿数外，还由变位系数决定，因此可通过调整中心距判定条件的严格程度来限制变位系数的变化范围，这个范围一般在-0.5-0.5之间。该方法在正向开发中使用范围较广。

在上述计算步骤中，上述判定条件可因项目设计意图而变动，可增可减，不作限定。

第四步，合格解的输出。

如所输出的解为非空集，则该集合内所有解通过了第三步的判定条件，则可认为其符合设计意图。解的集合可如下标识：

[Z₁₁，Z₁₂，Z₁₃…Z_1m]

[Z₂₁，Z₂₂，Z₂₃…Z_2m]

[Z₃₁，Z₃₂，Z₃₃…Z_3m]

……

[Z_k1，Z_k2，Z_k3…Z_km]

如果解为空集，则需要返回第三步或者第二步，亦或者需要同时进行。返回第二步，则需要拓展解的空间，即减小Z1a，增大Z1b；返回第三步，则需要调整判定条件的严格程度，例如调整实际速比与目标速比的差值大小，或者调整目标速比的范围大小。如此调整后再进行第三步的条件判定计算，直至解为非空集。

参考图2和图3，以一个具体的例子说明上述计算方法。

上图为某混合动力系统的原理构型图，双电机结构，电机和发动机的档位齿轮共用从动齿，驱动电机和发动机单独配置两个档位。应用上述实施例中的计算框图，如下图，可通过C、VB、matlab等编程语言实现。

第一步：确定速比目标，发动机一档iice1＝5.2，发动机二档iice2＝3.1，驱动电机一档itm1＝13.5，驱动电机二档itm2＝7.46。

第二步：Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Z9、Z10分别为图示标识处齿轮齿数，并根据经验初步却动Z1～Z10的范围，该范围的大小可根据设计者的经验缩小或拓展，本算例中取Z1∈[27，38]、Z2∈[53，62]、Z3∈[18，27]、Z4∈[38，57]、Z5∈[27，38]、Z6∈[33，47]、Z7∈[17，21]、Z8∈[58，73]、Z9∈[37，63]、Z10∈[17，26]，空间内总共存在933.12亿组解。

第三步：确定判定条件，包括1)发动机两档位iice1、iice2、TM电机两档位itm1、itm2偏差小于0.1；2)各啮合齿轮齿数互质，3)由于Z1、Z2、Z3模数相等，Z4、Z5、Z6模数相等，而Z1-Z2齿轮副与Z4-Z5齿轮副中心距相等，Z2-Z3齿轮副与Z5-Z6齿轮副中心距相等，可要求ABS[(Z1+Z2)/(Z2+Z3)-(Z4+Z5)/(Z5+Z6)]小于0.02以得出较合理的变位系数。在这一步中，提前考虑基于全局布置的判定条件。公知的传统计算和设计方法都是后期验算设计参数是否符合特定的设计条件和特定性能的优劣，本实施中可提前把此类条件加入判定条件。

第四步：经过筛选后得出422组满足第三步条件的解，下表列出一部分。

在合格解中可根据额外条件择优选择，当然这些额外条件也可加入判定条件中，减少合格解的范围，如果出现空解，则可以放宽判定条件或者扩展穷举范围，使更多的解出现在合格解范围内以供选择。

采用上述计算方法，可以精确满足基于整车和动力匹配的速比要求。将速比精度作为合格解的判定条件之一，对于多档位齿轮系统，可以使多个速比能同时得到保证。同时计算出多个满足要求的方案。在预设的解的空间内对所有的可能解进行判定，理论上计算机性能允许的情况下不会漏过任何合格解。

上述方法计算效率高，相较于传统的计算设计方法，该计算流程图逻辑关系简洁明了，更容易通过编程实现，而传统的计算方法较难通过编程实现，所以一般情况下传统的方法皆以人力计算为主，因此对比于传统算法本发明具有更高的效率。

进一步地，本计算方法中，把枚举法应用于齿轮系统的设计，由于枚举法的应用，同时在计算时加入判定条件，改变了齿轮系统速比和齿数的设计逻辑流程，使得计算逻辑流程简单明了，并可在判定条件内满足精确的基于整车和动力匹配的速比要求，同时可得出多个满足要求的方案解。

本发明的一实施例中还提供了一种用于齿轮系统的计算系统，包括待定解生成单元、处理单元和录入单元。待定解生成单元用于根据齿轮系统中每个齿轮的齿数范围生成多个待定解。处理单元用于计算多个待定解中满足预设条件的合格解并将合格解输出。录入单元用于录入每个齿轮的齿数范围和预设条件。预设条件包括：

根据待定解计算出的目标速比与预设目标速比相匹配，其中，预设目标速比包括齿轮系统中每个传动链和每个档位的预设速比。

进一步地，预设条件还包括以下条件中的至少一个：

每个齿轮副中两个齿轮的齿数相匹配；

变位系数在预设范围内。

采用上述极端系统，把枚举法应用于齿轮系统的设计，由于枚举法的应用，同时在计算时加入判定条件，改变了齿轮系统速比和齿数的设计逻辑流程，使得计算逻辑流程简单明了，并可在判定条件内满足精确的基于整车和动力匹配的速比要求，同时可得出多个满足要求的方案解。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims

1.一种用于齿轮系统的计算方法，其特征在于，包括：

根据所述齿轮系统中每个齿轮的齿数范围生成多个待定解；

输出所述多个待定解中满足预设条件的合格解。

2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，

所述预设条件包括：

3.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，

所述待定解计算出的目标速比与预设目标速比相匹配包括：

4.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，

所述预设条件还包括以下条件中的至少一个：

每个齿轮副中两个齿轮的齿数相匹配；

变位系数在预设范围内。

5.根据权利要求4所述的计算方法，其特征在于，

所述每个齿轮副中两个齿轮的齿数相匹配包括：

每个齿轮副中两个齿轮的齿数互质。

6.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，

若所述合格解为空集，则重新调整所述每个齿轮的齿数范围或/和调整所述预设条件以使所述合格解为非空集。

7.一种用于齿轮系统的计算系统，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的计算系统，其特征在于，还包括：

9.根据权利要求7所述的计算系统，其特征在于，

所述预设条件包括：

10.根据权利要求7所述的计算系统，其特征在于，

所述预设条件还包括以下条件中的至少一个：

每个齿轮副中两个齿轮的齿数相匹配；

变位系数在预设范围内。