具体实施方式

为了更好地说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

本发明提供一种用于车辆综合传动的功率损失分析方法，包括：

步骤S1、划分综合传动工作模式

根据综合传动装置使用情况，结合不同功率流路径下的功率流动特点和损耗形式，基于行驶方向、传动模式和挡位将综合传动装置划分为8种工作模式。具体为：综合传动中的直驶和转向功能分别由直驶分路和转向分路控制，使车辆拥有了更多的转向模式，也使得不同行驶方向的功率流路径不同，所以在划分工作模式时需要区分行驶方向。相较于传统的机械传动，综合传动系统中加入了液力变矩器，提升了车辆的平顺性。液力变矩器在工作时和闭锁时，功率流路径都不同。

将综合传动工作模式划分为以下8种，如表1所示：

表1综合传动工作模式

步骤二、选择综合传动使用工况

统计各工作模式的使用占比，在占比较大的工作模式中选取频次较高的综合传动使用工况。

频次占比计算方法如下：

各工作模式的频次占比表示为各模式平均功率乘时序，计算公式为：

其中R_i指频次占比，P_i指平均功率，t_i指使用该模式的时间。

各种工作模式的平均功率计算方法不同，公式如下：

直驶机械模式和直驶液力模式：

两侧履带所受地面行驶阻力均为：

其中f为路面变形阻力系数；G为整车重力，单位N。

行驶阻力与平均车速相乘即为平均功率：

其中P为平均功率，单位kW；v为平均车速，单位km/h。

直驶转向机械模式和直驶转向液力模式：

两侧履带所受地面行驶阻力分别为：

其中μ为转向阻力系数；L为履带接地长，单位m；B为履带中心距，单位m。

平均功率为：

在差速式综合传动中，转向运动学系数q_k＝0

相对转向半径

其中R为转向半径，单位m。

中心转向机械模式和中心转向液力模式：

同上，v＝0，ρ＝0

空挡机械模式和空挡液力模式：

空挡时功率没有从车轮输出，平均功率表示为发动机输出端的平均功率。

其中T_e为发动机输出扭矩，单位Nm；n_e为发动机输出转速，单位rpm。

在占比较大的工作模式中，用同样的方法选取频次较高的综合传动使用工况。

综合传动使用工况包含发动机转速、挡位和润滑油温度，以表征综合传动系统各传动件的输入输出功率和运行状态。

例如直驶转向机械模式的使用工况如表2所示，表2直驶转向机械模式各工况使用占比

步骤三、基于仿真结果的功率损失分类

基于不同的功率损失类型和部件，对其涉及的参数类型进行分析，提取工况参数和结构参数。

首先分析综合传动功率损失包含的部件，包括前传动、液力元件、离合器和制动器、控制润滑液压系统、转向泵马达、行星机构、油封、动密封，共8种部件。再分别分析各部件的功率损失方式，例如液力元件的流动损失和搅油损失，行星机构的齿轮啮合损失，共28种功率损失方式。将28种功率损失方式按照类型划分为4大类：机械摩擦损失、搅油损失、液压损失和功率取出，其中机械摩擦损失又可以根据摩擦原理划分为滚动摩擦损失和滑动摩擦损失，液压损失可根据流动方向划分为流动阻力损失和液压泄漏损失，共4大类，6种功率损失类型。如表3所示。

表3功率损失方式

基于不同的功率损失类型和部件，将功率损失涉及的参数分为两类：工况参数和结构参数。工况参数主要描述综合传动的工作环境和运行状态，包括输入转速、转矩、温度、工作模式、挡位、油液参数和浸油深度；结构参数与参与综合传动的零部件相关，具体如表4所示，共6类零部件，28种结构参数。

表4结构参数

步骤四、基于工况的功率损失分析

根据选取频次较高的综合传动使用工况下的功率损失包含的部件及对应功率损失方式，得到工况参数和结构参数。

首先选择占比较大的工作模式下频次较高的综合传动使用工况，如直驶机械模式的六挡、转速2200r/min、温度90℃的工况。然后分析该工况下的功率损失部件及对应的功率损失方式，如直驶机械模式下综合传动的转向分路不工作，液力变矩器闭锁，于是不存在液力变矩器的流动损失、机械损失和转向泵马达的泄漏损失、溢流损失。

分析过该工况下的功率损失零部件和零部件的工作方式之后，可以从工况和结构两个层面分析参数体系。从工况参数的层面讲，不同工作模式下的工况参数不同，如直驶机械模式适用于几种高挡位，而空挡机械模式仅适用于空挡。从结构参数的层面讲，将各功率损失部件拆分为最底层的零件，再将相同的零件重组，分析该零件存在的功率损失参数。如行星变速机构和前传动中都存在齿轮，便可以统一分析该工况下齿轮功率损失的影响参数。

步骤五、基于工况的功率损失分类

对结构参数划分为主导参数、被动参数和需要协调的参数，分别对应于综合传动效率匹配优化的不同阶段。

将结构参数分为三类：主导参数、被动参数和需要协调的参数。被动参数指零件加工完成后便无法调整的参数，例如齿轮的齿数和模数，在综合传动的设计阶段就需要确定，以完成传动系统效率提升的目标。需要协调的参数指多个零件间的安装位置和相对运动决定的参数，如液力元件周向间距和离合器中摩擦副间隙，在安装过程中可以实时调整。主动参数指综合传动系统运行过程中仍可以调整的参数，例如润滑油的特性和浸油面积。

在考虑综合传动效率提升时，不同阶段需要调整的参数不同。零部件设计制造阶段需要考虑被动参数，安装阶段考虑需要调整的参数，使用阶段考虑主动参数。三个阶段考虑的参数也同样与工况相关。

如图2所示，本发明还提供一种用于车辆综合传动的功率损失分析装置，实现上述功率损失分析方法，包括：

划分模块，用于划分综合传动工作模式；

选择模块，用于统计各综合传动工作模式的使用占比，在占比较大的工作模式中选取频次较高的综合传动使用工况；

分析模块，用于根据所述综合传动使用工况下的功率损失包含的部件及对应功率损失方式，得到工况参数和结构参数；

分类模块，用于对所述结构参数划分为主导参数、被动参数和需要协调的参数，分别对应于综合传动效率匹配优化的不同阶段。

实施例1：

选择某车辆作为实例，原车为液力机械六挡综合传动。以直驶转向液力模式为例，功率流如图3所示。动力由发动机输出到锥齿轮机构换向，再经过分流机构分为两路。其中直驶分路如实线所示，经过液力变矩器后输出到行星变速机构，再输出到两侧汇流行星排的齿圈。转向分路如虚线所示，经过转向泵马达传递到汇流行星排的太阳轮。转向分路和直驶分路的功率在汇流后从行星架输出到两侧主动轮。

步骤一、综合传动工作模式划分

从机械/液力、直驶/转向这两方面出发，可以将综合传动工作模式划分为8种：直驶机械模式，直驶液力模式，直驶转向机械模式，直驶转向液力模式，中心转向机械模式，中心转向液力模式，空挡机械模式和空挡液力模式，具体如表1所示。

步骤二、综合传动典型工况选择

首先统计8种工作模式的使用占比情况，再统计各模式下不同工况的占比。

直驶机械模式和直驶转向机械模式应用于对环境要求高的高速行驶，具体工况如表5所示，

表5直驶机械模式和直驶转向机械模式的工况

直驶液力模式和直驶转向液力模式应用于对环境要求不高的低速行驶，具体工况如表6所示，

表6直驶液力模式和直驶转向液力模式的工况

剩余4种工作模式对挡位没有要求，具体工况如表7所示，

表7中心转向模式和空挡模式的工况

选取频次较高的三个使用工况来分析综合传动功率损失，如表8所示，

表8典型工况

步骤三、基于仿真结果的功率损失影响参数分类

首先分析综合传动功率损失包含的部件，包括8类：前传动、液力元件、离合器和制动器、控制润滑液压系统、转向泵马达、行星机构、油封、动密封。再分析各部件的功率损失方式，以液力元件的功率损失为例。

液力元件包括液力变矩器和闭锁离合器两部分，功率损失包括：1)流动损失

包括摩擦阻力损失和局部阻力损失。

摩擦阻力损失是影响液力变矩器性能的因素。计算公式为：

其中，λ为各工作轮的沿程阻力系数；L为各工作轮流道的长度；R_n为工作轮流道的水力直径；V为工作轮的平均相对速度。沿程阻力系数主要与叶片粗糙度和和雷诺数相关。

除此之外，摩擦阻力损失还与流体的流动状态有关。流速较小时主要是层流，油液粘度是影响摩擦阻力大小的主要因素；流速较大时主要是紊流，流速是影响摩擦阻力大小的主要因素。冲击损失是局部阻力损失的主要组成部分，它的计算公式为：

其中，h_c为冲击损失能头；为冲击损失系数；ω_c为冲击损失速度。

2)机械损失

油液在流动过程中克服的机械损失有泵轮轴的轴承和密封损失、工作轮外表面和液体摩擦损失等。摩擦损失可以表示为：

M_YP＝λ_YPρR⁵ω²

其中，λ_YP为圆盘摩擦系数，其大小与圆盘与壳体间参数有关；ρ为工作液体的密度；R为工作液体的运动粘性系数；ω为圆盘与壳体间的相对角速度。

3)容积损失

为了使工作轮在工作过程中相互之间无接触，油液在循环流动过程中，上游出口和下游入口的内环之间存在着一定的空间和间隙，且间隙内存在一定的压差，使环形间隙中有油液流出，造成了容积损失。

4)闭锁离合器带排损失

在不接合的工况下，摩擦片间的存在速差，进而引起带排损失。带排损失主要与摩擦片结构和接触面积、摩擦系数和泵轮与涡轮的相对速度有关。

8类综合传动部件的功率损失方式如表4所示，共28种。

步骤四、基于工况的功率损失分析

选取表8的三种使用工况，分析该工况下的功率损失方式和参数类型。

工况1中，液力变矩器闭锁，泵轮与涡轮整体回转，功率损失与叶片无关，但变矩器壳体的搅油损失依然存在。同时转向分路不工作，不存在转向泵马达的泄漏损失和定压阀的溢流损失，功率损失与排量无关。

分析可知，工况1的功率损失不包括液力元件的流动损失、机械损失、闭锁离合器带排损失以及转向泵马达的泄漏损失和溢流损失，涵盖了82％的部件损失类型，同时涵盖了100％的工况参数。

工况2中，液力变矩器闭锁，只存在变矩器壳体的搅油损失。直驶分路不工作，不存在行星机构的功率损失和动密封的泄漏损失。各挡位离合器分离，不存在离合器滑摩损失，但摩擦片与油液的摩擦损失和带排损失依然存在。

分析可知，工况2的功率损失不包括液力元件的流动损失、机械损失和闭锁离合器带排损失，行星机构的功率损失，动密封的泄漏损失和离合器的滑摩损失，涵盖了68％的部件损失类型。同时工况2的挡位固定为N挡，两侧没有转矩输出，即工况2的工况参数不包含挡位和转矩，只涵盖了71％的工况参数。

工况3中，直驶分路不工作，不存在行星机构和动密封的功率损失。各挡位离合器分离，不存在离合器滑摩损失。

分析可知，工况3的功率损失不包括行星机构的功率损失，动密封的功率损失和离合器的滑摩损失，涵盖了75％的部件损失类型。同时工况3的挡位固定为PT挡，工况参数不包含挡位，涵盖了86％的工况参数。

步骤五、基于工况的功率损失分类

在车辆设计过程中，传动系统效率是一项重要指标。将步骤四划分出的各工况下的参数分为三类，可以满足车辆设计各阶段的效率提升要求。

被动参数在零件加工完成后便无法调整，需要在零部件设计制造阶段考虑，具体如表9所示。

表9被动参数

需要协调的参数指多个零件间的安装位置和相对运动决定的参数，主要包括：液力元件周向间距，离合器中摩擦副间隙等，在安装阶段可以实时调整。

主动参数指综合传动系统运行过程中仍可以调整的参数，主要与工况相关，包括润滑油的特性、浸油面积和密封环工作压力等，是在工作阶段需要考虑的参数。

综上，本发明的功率损失分析方法和装置，用来分析综合传动的功率损失。本发明一方面考虑了不同工况下参与工作的零部件及其损失类型的差异，使得功率损失计算更精确；另一方面将功率损失类型按车辆设计各阶段划分，为效率提升工作打下基础。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。