一种行星传动方案的选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种方案的选择方法，具体讲涉及一种行星传动方案的选择方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代车辆逐渐向多档化、大功率、高转速及高功率密度方向的发展，对传动技 术提出了更高的要求，在这种情况下，能实现大功率、结构紧凑、高转速动力换挡的行星变 速装置在传动系统中得到了广泛的应用。在行星传动方案设计过程中，已知传动方案，需对 其进行绝对转速、绝对转矩和传动效率等性能分析，由计算结果来分析该传动方案是否满 足预定的各项性能指标(行星轮相对转速、操纵力矩、传动效率等）。考虑到满足给定传动比 系列要求的传动方案数量较多，如果依靠人工对它们逐一进行性能分析，其计算效率低且 易于出错。并且得到满足各项预定的性能指标且结构上不发生干涉的方案往往不是唯一 的，需要设计者从各个方面来对方案进行权衡分析，实现最佳的传动方案选择，以往方案决 策完全依赖设计者的经验知识和思维特征，缺乏科学的评价体系和方法。
【发明内容】
[0003] 为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种行星传动方案的选择方 法。
[0004] 本发明提供的技术方案是：一种行星传动方案的选择方法，所述方法包括如下步 骤：
[0005] 所述方法包括如下步骤：
[0006] I、建立传动误差的多目标优化模型；
[0007] II、分析传动性能；
[0008] III、分析结构几何矛盾；
[0009] IV、确定行星传动方案。
[0010]优选的，所述步骤I建立传动误差的多目标优化模型包括：
[0011] (1)确定结构参数与挡位数的最优匹配；
[0012] (2)建立多目标优化模型。
[0013]优选的，所述步骤（1)所述结构参数包括自由度数、行星排数、制动器数和离合器 数；
[0014] 用下式确定结构参数与挡位数的最优匹配的目标函数：
[0015]
⑴
[0016] 所述目标函数的约束条件如下式所示：
[0017]
(2)
[0018] 其中，η表示自由度数，P表示行星排数，Z表示制动器数，L表示离合器数，dg表示挡 位数。
[0019] 优选的，所述步骤(1)多目标优化模型如下式所示：
[0020]
(4)
[0021] 输入构件与机架顶点的有向边el和输出构件与机架顶点的有向边e2,在实际的方 案设计时各独立挡传动比大小难以准确地给出其具体数值，通常带有一定的误差范围，如 下式所示：
[0022]
(3)
[0023] 其中，nxmax:所有可用的非直接挡位中各行星排行星轮的最大相对转速;ΜΦ_Χ表示 所有可用的非直接挡位中各操纵元件的最大操纵力矩;η? ιη:所有可用的非直接挡位中最小 传动效率；il、i2、…、ip分别表示P个独立挡传动比，i jmax :第j个挡位传动比允许的最大值； 第j个挡位传动比允许的最小值；
[0024] 所述多目标优化模型的约束条件如下式所示：
[0025]
(5)
[0026] kmin < kj(il, 12, ··· , ip) ^ kmax, (j = 1,2, ··· ,ρ) (6)
[0027] 式中，kmin、kmax分别表示行星排特性参数所允许的下限值和上限值;kj表示行星排 特性参数;表示方案第j个非挡位需要准确实现的传动比；i ?表示方案实际能实现的传动 比;Rj表示第j个挡位传动比允许的相对误差;j = l，2,…，p表示p个独立挡。
[0028] 优选的，所述步骤II分析传动性能包括:采用图论建模方法，将传动方案中各基本 运动件映射为图的顶点，它们之间联接关系映射为图的边，建立用于传动性能分析的系统 图模型。
[0029] 优选的，对所述系统图模型进行拓扑变换得到的模型包括:性能分析图论模型、运 动学分析图论模型、动力学分析图论模型和行星传动损失效率计算公式。
[0030] 优选的，所述性能分析图论模型包括:在系统图G基础上删去离合器主、被动边顶 点所关联的边，以及虚线边仅使两个相关联的顶点，得到构件分析图模型G1，在系统图G模 型基础上删除其余的未接合操纵元件所对应的细实线边，则得到相对应的工况图G2模型；
[0031] 其中，基本构件数J构件分析图G1的连通分支数Q(G)，用下式表示：
[0032] J = Q(G) (7);
[0033] 所述运动学分析图论模型包括:将对应的虚线边从工况图G2中删除，变换为相对 应的转速分析图G3模型；
[0034]每个行星排三个基本运动件的转速关系式为：
[0035] nti+kiXnqi_(l+ki) Xnji = 0(i = l，2，...，p) (8)
[0036] 式中，ntl、nql、r^分别表示第i个行星排的太阳轮、齿圈和行星架转速表示第i 个行星排的特性参数；
[0037] 对每条边相关联的两个顶点自动建立的转速相等关系式如下式所示：
[0038] nai-nbi = 〇(i = i，2，."，E(G3)) (9)
[0039] 式中，nai、nbi表示转速分析图G3中第i条边相关联的两个顶点(ai、bi)转速，E(G3) 为图G3的边数；
[0040] 行星轮相对转速nxi如下式所示：
[0041 ]
(
[0042]工况的传动比i如下式所示：
[0043] ·? = '~ (11) nb
[0044] 其中no表示输入转速，nb表示输出转速，行星轮相对转速nxi中的i = l，2,…，p;
[0045] 所述动力学分析图论模型包括每个行星排三个基本运动件的转矩关系式，已接合 离合器主、被动边(L1、L2)的转矩关系式和未结合离合器主、被动边(L3、L4)的转矩关系式；
[0046] 用下式表示所述每个行星排三个基本运动件的转矩关系：
[0047] Mti:Mqi:Mji = 1 :ki：-( 1+ki) (i = 1,2, ··· ,p) (12)
[0048] 式中，Mtl、Mql、M#分别表示第i个行星排太阳轮、齿圈和行星架所承受的转矩，1^表 示第i个行星排的特性参数；
[0049] 用下式表示所述已接合离合器主、被动边(L1、L2)的转矩关系：
[0050] Mli+Ml2 = 0 (13)
[0051] 用下式表示所述未接合离合器主、被动边(L3、L4)转矩关系：
[0052]
(14 >,
[0053] 用下式计算所述行星传动损失效率η:
[0054]
(15)
[0055]式中，Ρ。表不输入构件功率，Psl、Ps2分别表不各行星排功率损失，nxl、nx2分别表不 各行星排的相对运动效率，β?、β2表示各行星排的相对功率系数，此1、]\^2、]^3、]^4分别表示边 Ll、L2、L3、L4 的转矩。
[0056]优选的，所述步骤III分析结构几何矛盾图论包括对图模型进行简化处理和运用 D.M.P算法检测图的可平面性；
[0057]对图模型进行的简化处理包括如下步骤：
[0058] (1)如果图不是连通图，则需要对其每一个连通分支进行检测；
[0059] (2)如果图是可分图，对每个连通块分别进行检测，当且仅当它的每个连通块都是 平面图，则图是可平面性；
[0060] (3)将图的所有自环删除；
[0061] (4)在每一对顶点之间，除保留一条边外，删除其余的平行边；
[0062] (5)与二次顶点关联的两条相邻边用一条边来代替。
[0063] 优选的，所述步骤IV确定行星传动方案包括:指标权重的确定和综合评价值的计 算。
[0064] 优选的，所述指标权重的确定包括：
[0065] (1)用下式表示1~9级标度判断的矩阵A:
[0066]
(16)
[0067]式中，元素表示从判断矩阵A角度得到的因素 Bi对因素 Bj的相对重要性，元素 a#表示从判断矩阵A角度得到的因素 Bj对因素 Bi的相对重要性，元素 ajk表示从判断矩阵A 角度得到的因素 Bj对因素 Bk的相对重要性，元素 ail表示从判断矩阵A角度得到的因素 Bi对 自身的重要性，因素 Bi、Bj、Bk分别表示作为主准则层的7项指标之一，ω ,、ω」、ω汾别为因 素 i、j和k的权重值；
[0068]用下式计算一致性指标C.I:
[0069]
(17)
[0070] 式中，Amax为判断矩阵A的最大特征值，n = l~9;
[0071] 用下式表示一致性比率C.R:
[0072]
U8)
[0073] 式中，R.I表示平均随机一致性指标，将C.R〈0.10作为矩阵的一致性判断标准时， 用它的最大特征值对应的特征向量作为各要素的权重，否则对该矩阵作适用修正，得到决 策标准化矩阵Y=(yi,j)mXn，，再进行归一化处理；
[0074] 用下式讲行归一化处理：
[0077]
(20) (19)
[0075]
[0076]用下式计算第j个指标的熵值e1:
[0078]用下式计算第j个指标的差异系数gJ: (22)
[0079] gj = l-ej(j = l，2，···，]!'）（21)[0080] 用下式确定第j个指标的权重ω j:
[0081]
[0082] 用下式计算各主准则各因素仏对总目标A的相对权重：
[0083] co( ^_B) - (ω|0), ω(20) ,·· ·, ω<7°, )τ (23)
[0084] 式中的m，n'均表示整数，Of,…,ω(7("分别表示表示各个主准则层权重；
[0085] 用下式计算Cu对子目标仏的相