CN113108047A - 一种自动变速器齿轮副油膜厚度估算控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动变速器齿轮副油膜厚度估算控制方法，步骤为：工控机发送指定转速指令控制驱动电机恒速运行，工控机发送指定扭矩指令控制负载电机转矩稳定；压力传感器获得导油孔压力值，摄像头获得齿轮副啮合间隙值，计算齿轮副啮合时的油膜厚度；对驱动电机和负载电机发送多组指定转速和指定转矩值，计算齿轮副啮合时的油膜厚度；以转速、转矩、齿轮副啮合时的油膜厚度制作成三维Map数值表；任意自动变速器的齿轮副油膜厚度的估算值根据其承载的转速和转矩值进行实时查询三维Map数值表获得。本发明能够有效地估算齿轮副间的油膜厚度，可为齿轮传动系统改善其润滑状态、合理设计齿轮传动系统以及延长齿轮的使用寿命提供参考借鉴。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动变速器齿轮副油膜厚度估算控制系统及方法。
背景技术
高转速运行条件下，自动变速器的齿轮容易产生较大的振动和噪声，严重影响了驾乘舒适性和可靠性，导致其使用寿命急剧下降。现有自动变速器的齿轮传动系统日渐趋于高速化和重载化，对高可靠性的需求日益迫切，而齿轮传动系统的效率和寿命，很大程度上取决于其润滑性能。
研究表明，齿轮副的啮合齿之间的油膜厚度是反映齿轮副润滑状态的重要参数，极大地影响了齿轮副的工作性能和使用寿命。而齿轮副啮合的润滑油膜又极薄，属微米级动态测量，目前测量齿轮油膜厚度的方法主要有电阻法、电容法、放电电压法等方法。但是以上方法都不同程度地存在标定困难和干扰大等缺点。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单，成本低下，能够有效测量出不同工况下的齿轮副啮合的润滑油膜厚度的自动变速器齿轮副油膜厚度估算控制系统，并提供自动变速器齿轮副油膜厚度估算控制方法。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种自动变速器齿轮副油膜厚度估算控制系统，包括工控机、驱动电机控制器、驱动电机、负载电机控制器、负载电机、壳体；所述驱动电机固定在壳体外部一侧，驱动电机与驱动电机控制器电连接，接收驱动电机控制器的控制信号，驱动电机与电机输入轴固连，电机输入轴与位于壳体内一侧的输入齿轮轴通过第一花键连接，输入齿轮轴上装有输入齿轮，输入齿轮中开有导油孔，所述负载电机固定在壳体外部另一侧，负载电机与负载电机控制器电连接，接收负载电机控制器的控制信号，负载电机与电机输出轴固连，电机输出轴与位于壳体内另一侧的输出齿轮轴通过第二花键连接，输出齿轮轴上装有输出齿轮，输出齿轮与输入齿轮啮合，所述导油孔与输出齿轮和输入齿轮啮合点位置处相通；所述工控机与驱动电机控制器、负载电机控制器电连接。
上述自动变速器齿轮副油膜厚度估算控制系统，所述壳体上开有第一安装孔，第一安装孔与导油孔相通，第一安装孔内设有压力传感器，压力传感器与工控机电连接。
上述自动变速器齿轮副油膜厚度估算控制系统，所述壳体中间开有第二安装孔，第二安装孔内设有摄像头，摄像头与工控机电连接。
一种自动变速器齿轮副油膜厚度估算控制方法，包括以下步骤：
1)工控机发送指定转速指令给驱动电机控制器，控制驱动电机运行，驱动电机恒速运行后，工控机再发送指定扭矩指令给负载电机控制器，控制负载电机运行，直至负载电机转矩稳定；
2)负载电机转矩稳定后实时检测压力传感器信号和摄像头信号，分别通过压力传感器获得导油孔压力值、通过摄像头获得齿轮副啮合间隙值，用于计算齿轮副啮合时的油膜厚度；
3)重复步骤1)和2)，对驱动电机和负载电机发送多组指定转速和指定转矩值，计算齿轮副啮合时的油膜厚度；
4)以转速和转矩分别为x和y轴，齿轮副啮合时的油膜厚度为z轴，制作成三维Map数值表；任意自动变速器的齿轮副油膜厚度的估算值根据其承载的转速和转矩值进行实时查询三维Map数值表获得。
上述自动变速器齿轮副油膜厚度估算控制方法，所述步骤2)中，齿轮副啮合时的油膜厚度Δx的计算公式如下：
式中，x1代表摄像头检测的齿轮副啮合间隙值；x2代表油液受挤压后的最大弹性变形量；p代表压力传感器的压力值；d代表导油孔直径。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的估算控制方法以单级减速器作为被测对象，通过检测导油孔压力值及齿轮副啮合间隙值，离线计算齿轮副啮合时的油膜厚度，然后进行多组工况实验，进而可以制作出转速、转矩与齿轮副油膜厚度的三维Map数值表。该数值表可用于任意自动变速器，只要某齿轮所承载的转速和转矩已知，其齿轮副油膜厚度便可以通过该表进行估算。
2、本发明的估算控制系统结构简单，成本低下，能够有效地估算齿轮副间的油膜厚度，可为齿轮传动系统改善其润滑状态、合理设计齿轮传动系统以及延长齿轮的使用寿命提供参考借鉴。
附图说明
图1为本发明估算控制系统的结构示意图。
图2为本发明估算控制方法的流程图。
图3为本发明计算齿轮副油膜厚度的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1、图2所示，一种自动变速器齿轮副油膜厚度估算控制系统，包括工控机1、驱动电机控制器2、驱动电机3、负载电机控制器4、负载电机5、壳体13；所述驱动电机3固定在壳体13外部一侧，驱动电机3与驱动电机控制器2电连接，接收驱动电机控制器2的控制信号，驱动电机3与电机输入轴11固连，电机输入轴11与位于壳体13内一侧的输入齿轮轴10通过第一花键连接，输入齿轮轴10上装有输入齿轮8，输入齿轮8中开有导油孔9，所述负载电机5固定在壳体13外部另一侧，负载电机5与负载电机控制器4电连接，接收负载电机控制器4的控制信号，负载电机5与电机输出轴6固连，电机输出轴6与位于壳体13内另一侧的输出齿轮轴17通过第二花键连接，输出齿轮轴17上装有输出齿轮7；所述工控机1与驱动电机控制器2、负载电机控制器4电连接。
如图2所示，输出齿轮7与输入齿轮8啮合，所述导油孔9与输出齿轮7和输入齿轮8啮合点位置处相通，为更好的说明齿轮副油膜厚度的计算原理，齿轮副啮合处进行了拉长处理，即实际间隔远小于图中间隔，x1代表摄像头检测的齿轮副啮合间隙值；x2代表油液受挤压后的最大弹性变形量。
所述壳体13上开有第一安装孔12，第一安装孔12与导油孔9相通，第一安装孔12内设有压力传感器16，压力传感器16与工控机1电连接。
所述壳体13中间开有第二安装孔14，第二安装孔14内设有摄像头15，摄像头15与工控机1电连接。
一种自动变速器齿轮副油膜厚度估算控制方法，包括以下步骤：
1)工控机1发送指定转速指令给驱动电机控制器2，控制驱动电机3运行，驱动电机3恒速运行后，工控机1再发送指定扭矩指令给负载电机控制器4，控制负载电机5运行，直至负载电机5转矩稳定。
2)负载电机5转矩稳定后实时检测压力传感器16信号和摄像头15信号，分别通过压力传感器16获得导油孔9压力值、通过摄像头15获得齿轮副啮合间隙值，用于计算齿轮副啮合时的油膜厚度；
齿轮副啮合时的油膜厚度Δx的计算公式如下：
式中，x1代表摄像头15检测的齿轮副啮合间隙值；x2代表油液受挤压后的最大弹性变形量；p代表压力传感器16的压力值；d代表导油孔9直径。
3)重复步骤1)和2)，对驱动电机3和负载电机5发送多组指定转速和指定转矩值，计算齿轮副啮合时的油膜厚度。
4)以转速和转矩分别为x和y轴，齿轮副啮合时的油膜厚度为z轴，制作成三维Map数值表；任意自动变速器的齿轮副油膜厚度的估算值根据其承载的转速和转矩值进行实时查询三维Map数值表获得。
Claims (5)
1.一种自动变速器齿轮副油膜厚度估算控制系统，其特征在于：包括工控机、驱动电机控制器、驱动电机、负载电机控制器、负载电机、壳体；所述驱动电机固定在壳体外部一侧，驱动电机与驱动电机控制器电连接，接收驱动电机控制器的控制信号，驱动电机与电机输入轴固连，电机输入轴与位于壳体内一侧的输入齿轮轴通过第一花键连接，输入齿轮轴上装有输入齿轮，输入齿轮中开有导油孔，所述负载电机固定在壳体外部另一侧，负载电机与负载电机控制器电连接，接收负载电机控制器的控制信号，负载电机与电机输出轴固连，电机输出轴与位于壳体内另一侧的输出齿轮轴通过第二花键连接，输出齿轮轴上装有输出齿轮，输出齿轮与输入齿轮啮合，所述导油孔与输出齿轮和输入齿轮啮合点位置处相通；所述工控机与驱动电机控制器、负载电机控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的自动变速器齿轮副油膜厚度估算控制系统，其特征在于：所述壳体上开有第一安装孔，第一安装孔与导油孔相通，第一安装孔内设有压力传感器，压力传感器与工控机电连接。
3.根据权利要求2所述的自动变速器齿轮副油膜厚度估算控制系统，其特征在于：所述壳体中间开有第二安装孔，第二安装孔内设有摄像头，摄像头与工控机电连接。
4.一种根据权利要求3所述的自动变速器齿轮副油膜厚度估算控制系统的自动变速器齿轮副油膜厚度估算控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)工控机发送指定转速指令给驱动电机控制器，控制驱动电机运行，驱动电机恒速运行后，工控机再发送指定扭矩指令给负载电机控制器，控制负载电机运行，直至负载电机转矩稳定；
2)负载电机转矩稳定后实时检测压力传感器信号和摄像头信号，分别通过压力传感器获得导油孔压力值、通过摄像头获得齿轮副啮合间隙值，用于计算齿轮副啮合时的油膜厚度；
3)重复步骤1)和2)，对驱动电机和负载电机发送多组指定转速和指定转矩值，计算齿轮副啮合时的油膜厚度；
4)以转速和转矩分别为x和y轴，齿轮副啮合时的油膜厚度为z轴，制作成三维Map数值表；任意自动变速器的齿轮副油膜厚度的估算值根据其承载的转速和转矩值进行实时查询三维Map数值表获得。
5.根据权利要求4所述的自动变速器齿轮副油膜厚度估算控制方法，其特征在于：所述步骤2)中，齿轮副啮合时的油膜厚度Δx的计算公式如下：
式中，x1代表摄像头检测的齿轮副啮合间隙值；x2代表油液受挤压后的最大弹性变形量；p代表压力传感器的压力值；d代表导油孔直径。
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