姚广辉+张亚飞

（长城汽车股份有限公司传动研究院）

摘要：本文首先分析了变速器同步器设计开发内容及评价指标概述，然后主要就国外和国内两种角度介绍了汽车同步器开发技术研究的现状和发展情况，最后对开发技术做出了发展趋势的预期。

关键词：汽车同步器；技术；趋势；原理；

汽车变速器同步器设计是一款变速器设计成功与否的关键，无论是传统的手动变速器还是技术先进的DCT，同步器设计都是其中的重点内容并决定着变速器的性能和换挡寿命，同步器设计内容繁多，评价参数也各异，在这种情况下，锁止比和X、Y值的计算推导及厘清相关设计参数的影响就成了同步器设计的关键内容。

一、变速器同步器设计开发内容及评价指标概述

1、明确变速器传动系统各个零件的转动惯量并进行转化计算；

2、换挡角度差的计算；

3、同步器齿环螺纹有效面积的计算；

4、同步力矩的计算；

5、同步容量的计算；

6、X、Y值的计算及结构参数的确立；

7、试做同步器样件并进行试验，将试验结果与设计指标对比并改善。

上述的计算内容最终得到的评价指标包括同步器锁止比、动能损失量、换挡耐久同步容量、单位面积功、换挡冲量、手球处换挡力以及X、Y值等，所有这些指标的设计基础为同步器锁止比的计算及X、Y值的计算，所以，锁止比及X、Y值的计算是整个变速器同步器设计的两个关键点。

二、国外同步器研究现状

自20世纪20年代起，同步器在国外一些汽车发达国家的变速器中得到应用；直到20世纪60年代后期，工程师们才通过探讨同步器工作过程，逐渐获得了相关同步理论的分析方法；在经历了各阶段同步理论研究后，同步器设计技术有了显著的进步。研究进展主要体现在6个方面。

1、同步工作过程初步分析。运用同步器基本理论，结合试验分析的方法，研究同步器工作过程中所需要的换档力和换档时间。在这个阶段，获得了同步器同步和锁止过程的简单力学表达式；能够运用简化的数学模型，分析同步器工作性能；开展减小换档力、缩短换档时间等一些满足汽车基本使用性能的研究；初步实现对同步器工作过程完整描述和锁止机构的轴向锁止功能定义。但是，这种基于简化数学模型的分析方法，无法直观地反应同步器零件参数在不同时刻对换档性能的影响。

2、同步器换档过程中的运动特性研究。计算机技术的发展和数值仿真软件的诞生，为应用虚拟样机技术研究同步器换档特性提供了方便。

3、同步啮合过程中相对运动和接触力动态仿真方法研究。人们习惯于将换档噪声和失效等问题归因于变速器系统的扭转振动、扭转冲击或是作用在同步器齿套上的换档力变化等因素。

4、优化设计方法研究。从20世纪末到21世纪初，日产的工程师们开始对同步器及换档系统进行优化及匹配设计研究。2002年在美国新奥尔良举行的国际机械工程会议上，MassimilianoGobbi等学者提出了一种以32个同步器设计参数为设计变量的多目标优化设计方法。2006年印度的T.M.ManozKumar等学者，采用统计学仿真方法，针对同步器锥面设计参数，进行了同步器优化设计方法的研究。2012年印度的ManishKumarSharma和JineshSavla，对变速器的换档机构进行了结构优化设计研究，达到了通过减少机构的惯量实现降低二次冲击峰值的目的。

三、国内研究现状

国内的同步器技术研究起步较晚，优化设计的研究工作，起始于20世纪90年代。目前大部分研究工作也基本建立在对国外同步器技术的消化和吸收基础上。已开展的主要研究内容如下：

1、以同步器设计理论为基础的优化设计方法研究。根据同步器结构与性能关系的经验模型，结合经典力学和摩擦力学理论，得到同步器静态特性分析方法；利用变速器和同步器台架试验与理论计算相结合的方法，实现了对同步器整体性能的试验评价；已明确材料和结构形式对同步器性能的影响作用。

2、借助于仿真分析方法，对同步器工作过程进行全面动态仿真分析评价。目前国内正在开展以虚拟样机技术为手段，借助于数值动态仿真软件，获得同步器结构参数对同步器性能的影响规律及同步器性能评价方法。根据同步器各工作过程虚拟试验的结果，针对影响各同步过程性能的重要参数进行同步器结构优化，在实机试验结果的指导下，实现提高同步器性能的目标。

3、参数化设计方法研究。现阶段，上汽变速器正借助于虚拟样机技术，开始进行同步器参数化设计方法的研究。目前已进行同步器换档过程运动状态，同步时间、各阶段冲击力、档位保持力的动态仿真分析；初步实现利用数值动态仿真模型进行参数化设计，在同步器参数化设计研究方面取得了实质性的进展，正在逐步形成同步器自主研发的能力。

四、技术发展趋势

从提高同步器产品开发速度、降低开发成本的角度出发，面向同步器工作过程仿真分析的虚拟设计方法将是同步器设计开发技术发展的基本前提；對同步器工作过程仿真的可信度和对产品实际性能的预测能力，则是同步器虚拟设计研究的重要内容。

根据对国内外近年来研究分析方法的了解，可将目前同步性能分析归结为：基于简化数学模型理论计算、基于不同工作阶段的数学建模与仿真和基于虚拟样机技术的建模与仿真3种方法。为实现对同步过程的完整评价，有学者提出了一种基于同步过程分阶段机理分析的虚拟样机仿真技术。

单纯的仿真分析方法，可对同步器产品各参数优化起到了很好的指导作用，但是每改一个同步器结构参数，都需要花费大量时间建立精确的同步器几何模型；存在参数优化匹配过程长、耗费精力大的不足。为全面缩短同步器产品的开发设计、改进周期，提升优化设计效率，需采用简化同步器设计参数优化过程，寻找无需事先精确建模的同步器参数化设计方法。

参考文献：

[1]汤海川，韩天寅.一种基于知识经验的汽车同步器设计系统开发[J].机械设计与制造，2012，（10）.

[2]李晓春，褚超美，缪国等.汽车同步器换挡二次冲击的动态仿真[J].汽车工程，2014，（12）.

[3]何莉，张为公，龚宗洋等.基于VxWorks的汽车同步器试验台测控系统[J].测控技术，2009，28（11）.

[4]俞忠新，胡萍，张涛等.汽车同步器齿环摩擦材料的制备及性能研究[J].润滑与密封，2005.endprint