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| 編輯推薦： |
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本书是国家科技进步一等奖“前置前驱8档自动变速器（8AT）研发及产业化”项目成果专著，并获得2018年国家出版基金支持。中国汽车工程学会前任会长付于武和现任会长李俊院士分别写序推荐，可见本书对推动我国自动变速器自主研发、自主创新的重要意义。本书凝聚了作者徐向阳教授十年的研发成果，值得参考借鉴。
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| 內容簡介： |
传动方案设计是自动变速器或混合动力机电耦合系统研发的核心技术之一，是自动变速器或混合动力机电耦合系统设计开发的首步。传动方案的好坏，直接决定了系统的结构、性能和成本等关键技术指标。本书在系统总结前人研究的基础上，提出了4自由度行星变速机构方案综合和优选方法，该方法基于图论和矩阵理论，解决了变速机构方案综合中复杂组合数学问题的优化难题，提出了系统的模型和算法，并实现了方案综合和优选的自动化，为自动变速器和混合动力机电耦合系传动方案设计原始创新，提供了系统的理论、方法和工具。
本书提出的理论与方法，既可以适用于多自由度行星齿轮变速机构，也可适用于定轴齿轮变速机构或“行星齿轮+定轴齿轮”复合传动机构，同时也可以用于多动力源输入的混合动力机电耦合机构的方案综合与优选。
本书可以作为高等院校车辆工程专业大学生和研究生的参考教材，对从事汽车自动变速器、混合动力机电耦合系统和多档位自动电驱动系统开发的工程技术人员具有非常重要的指导意义。
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| 關於作者： |
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徐向阳,北京航空航天大学交通科学与工程学院教授，博士研究生导师，中国汽车工程学会会士。徐向阳教授长期从事车辆传动与控制领域的教学和科研工作，先后主持完成了国际科技合作重点研究计划“8档自动变速器8AT联合研发”、国家科技支撑计划“AT自动变速器电控系统（TCU）应用软件关键技术研究”、国家重大科技成果转化项目“可动力换档多档自动变速器产业化”等多项国家重点项目；发表SCIEI高水平学术论文50余篇；获得发明专利16项；出版多部图书。徐向阳教授主持完成的“前置前驱8档自动变速器（8AT）研发及产业化”项目获得2016年国家科技进步一等奖，“前置前驱8档自动变速器”项目获得2015年中国汽车工业科学技术奖一等奖，“可动力换档多档变速器”2014年获得山东省技术发明二等奖等。
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| 目錄：
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序一
序二
前言
第1 章 绪论… ……………………………………………………… 1
1.1 背景及意义 ……………………………………………………………… 2
1.2 行星齿轮传动方案综合优选研究现状 ………………………………… 6
1.2.1 国外研究现状 …………………………………………………… 6
1.2.2 国内研究现状 …………………………………………………… 8
1.3 混合动力方案构型研究现状 ………………………………………………10
1.4 本书主要内容 ……………………………………………………………… 11
参考文献 ………………………………………………………………………13
第２章 行星齿轮变速器构型优选方法概述……………………… 17
2.1 基于原有方案的优化设计法 ……………………………………………18
2.2 线图分析法 ………………………………………………………………19
2.3 构件分析综合法 …………………………………………………………23
2.4 杠杆分析综合法 …………………………………………………………24
2.5 本章小结 …………………………………………………………………25
参考文献 ………………………………………………………………………26
第３章 行星齿轮变速机构方案特性分析………………………… 27
3.1 行星齿轮机构的结构特征 ………………………………………………28
3.2 行星齿轮变速机构方案运动学分析 ……………………………………30
3.3 行星齿轮变速机构方案动力学分析 ……………………………………33
3.4 行星齿轮变速机构方案传动效率与功率流分析 ………………………36
目 录
CONTENT
自动变速器行星变速机构方案优选理论与方法
3.4.1 行星齿轮变速机构功率计算 ……………………………………36
3.4.2 功率流分析 ………………………………………………………38
3.5 实例分析 …………………………………………………………………38
3.6 本章小结 …………………………………………………………………42
参考文献 ………………………………………………………………………43
第４章 行星齿轮变速机构方案优选约束条件…………………… 44
4.1 行星齿轮变速机构方案性能约束条件 …………………………………45
4.2 行星齿轮变速机构方案工程约束条件 …………………………………46
4.3 行星齿轮变速机构方案结构约束条件 …………………………………52
4.4 本章小结 …………………………………………………………………56
第５章 行星齿轮变速机构方案综合方法………………………… 57
5.1 行星排向量综合 …………………………………………………………59
5.1.1 行星齿轮机构的自由度 …………………………………………59
5.1.2 行星齿轮机构编码定义 …………………………………………60
5.1.3 行星排向量综合方法 ……………………………………………63
5.2 换档元件矩阵的综合 ……………………………………………………65
5.2.1 换档元件的定义 …………………………………………………65
5.2.2 换档元件向量的遍历 ……………………………………………67
5.2.3 换档元件矩阵的遍历 ……………………………………………67
5.3 行星齿轮变速机构方案综合 ……………………………………………69
5.3.1 结构矩阵的规范表示 ……………………………………………70
5.3.2 排除不合理矩阵 …………………………………………………72
5.3.3 同构方案检测 ……………………………………………………73
5.4 行星齿轮变速机构方案理论档位检测 …………………………………75
5.4.1 理论档位的综合 …………………………………………………76
5.4.2 理论档位的检测方法 ……………………………………………77
5.5 多动力源输入的传动方案综合 …………………………………………84
5.6 本章小结 …………………………………………………………………84
参考文献 ………………………………………………………………………86
第６章 行星齿轮变速机构方案平面度检测方法………………… 87
6.1 图论基本概念介绍 ………………………………………………………88
6.2 图模型的建立 ……………………………………………………………88
目录
6.2.1 壳体的图模型 ……………………………………………………89
6.2.2 行星排图模型 ……………………………………………………90
6.2.3 换档元件的图模型 ………………………………………………91
6.2.4 元件连接模型 ……………………………………………………91
6.3 同名元件多重模型的综合 ………………………………………………92
6.3.1 同名元件之间的连接方式综合 …………………………………93
6.3.2 同名元件与换档元件之间的连接方式综合 ……………………93
6.3.3 行星齿轮机构图模型综合 ………………………………………94
6.4 行星齿轮机构图模型的矩阵表示 ………………………………………94
6.5 平面性检测算法 …………………………………………………………97
6.5.1 图的预处理与数据初始化 ………………………………………97
6.5.2 图模型平面性检测的实现 ………………………………………98
6.6 实例分析 ……………………………………………………………… 102
6.7 本章小结 ……………………………………………………………… 109
参考文献 …………………………………………………………………… 110
第7 章 行星齿轮变速机构传动比优化设计… ………………… 111
7.1 优化理论方法概述 …………………………………………………… 112
7.1.1 动态规划算法 ………………………………………………… 112
7.1.2 蚁群算法 ……………………………………………………… 113
7.1.3 粒子群算法 …………………………………………………… 114
7.1.4 遗传算法 ……………………………………………………… 115
7.2 理想传动比序列的确定 ……………………………………………… 116
7.3 目标函数的定义 ……………………………………………………… 121
7.4 设计变量的定义 ……………………………………………………… 124
7.5 约束函数的定义 ……………………………………………………… 125
7.6 传动比优化示例 ……………………………………………………… 126
7.6.1 实际传动比序列 ……………………………………………… 128
7.6.2 换档逻辑的优化 ……………………………………………… 129
7.6.3 建立传动比优化模型 ………………………………………… 130
7.6.4 优化模型的验证 ……………………………………………… 132
7.7 本章小结 ……………………………………………………………… 136
参考文献 …………………………………………………………………… 137
第8 章 行星齿轮变速机构方案评价方法… …………………… 138
8.1 评价指标定义 ………………………………………………………… 139
自动变速器行星变速机构方案优选理论与方法
8.2 层次分析法概述 ……………………………………………………… 140
8.3 行星齿轮变速机构方案层次化优化评价模型 ……………………………………141
8.4 实例分析 ……………………………………………………………… 143
8.5 本章小结 ……………………………………………………………… 144
参考文献 …………………………………………………………………… 145
第9 章 4 自由度行星齿轮变速机构方案综合与优选软件
应用… …………………………………………………… 146
9.1 方案设计模型的工作流程 …………………………………………… 147
9.2 设计实例与结果分析 ………………………………………………… 148
9.2.1 现有行星齿轮变速机构的方案设计 ………………………… 148
9.2.2 新的行星齿轮变速机构方案综合与优选 …………………… 153
9.3 本章小结 ……………………………………………………………… 164
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| 內容試閱：
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自动变速器是集机、电、液、控于一体的汽车核心总成，是汽车行业公认的技术含量最高、工程化和产业化难度最大的汽车总成。我国是世界第一大汽车产销国，但不是汽车强国，核心总成技术空心化是制约我国汽车工业由大变强的最大障碍。我国自动变速器市场需求巨大，但其市场、技术却被外资高度垄断，因此实现自动变速器的自主创新成了几代中国汽车人的共同梦想。
在国家自然科学基金、国家科技支撑计划、重大科技成果转化等项目支持下，本人带领8AT团队，历时10年，产学研用协调创新，开展了扎实的基础研究和工程技术开发，突破了自动变速器“结构方案寻优、机电液精准控制和制造一致性”三大核心技术，成功开发了世界首款前置前驱8档自动变速器（8AT）及其系列产品，并与一汽、北汽、江铃等8家整车企业的18款车型实现配套。2016年，“前置前驱8档自动变速器（8AT）研发及其产业化”项目获得国家科技进步一等奖，这是汽车行业获得的第三个国家科技进步一等奖，也是唯一一个汽车零部件获得的国家科技进步一等奖。
自动变速器行星变速机构方案设计是自动变速器设计开发的第一步，传动方案设计直接决定了自动变速器的结构、成本和性能等关键经济技术指标，传动方案专利是跨国公司自动变速器知识产权保护最严密的内容，也是制约我国自动变速器技术发展的最主要因素之一。2002年，德国采埃孚公司率先推出了国际最最先进的前置前驱6档自动变速器（6AT），采用3自由度行星机构。随后日本爱信、美国通用等跨国公司先后研发出了自己的前置前驱6AT产品，并对行星变速机构传动方案进行了系统的专利保护。为了突破国外专利封锁，实现我国自动变速器技术从空白到引领，必须跳出国外既有的3自由度行星变速机构方案设计方法，在4自由度乃至更高自由度行星变速机构中，寻求更高档位、更优的传动方案。
为此，在8AT项目研发过程中，我们提出了4自由度行星变速机构方案优选理论和方法，该方法基于图论和矩阵理论，解决了变速机构方案综合中复杂组合数学问题的优化难题，提出了系统的模型和算法，并实现方案综合和优选的自动化，为自动变速器和混合动力机电耦合系传动方案设计原始创新提供了系统的理论、方法和自动化软件工具。《自动变速器行星变速机构方案优选理论与方法》就是对这一研究成果的系统总结。《自动变速器行星变速机构方案优选理论与方法》就是对这一研究成果的系统总结。
需要特别说明的是，本书提出的基本理论与方法不仅可以用于多自由度行星齿轮变速机构方案综合与优选，还可用于定轴齿轮变速机构或“行星齿轮+定轴齿轮”复合传动机构方案综合与优选，以及多动力源输入的混合动力机电耦合机构的方案综合与优选。
北京航空航天大学交通科学与工程学院刘艳芳副教授，我的博士研究生马明月、孙汉乔等为自动变速器行星变速机构方案优选理论与方法的形成做出了重要贡献。盛瑞传动股份有限公司刘祥伍董事长、周立亭副董事长及盛瑞传动股份有限公司为本书的理论与方法的工程应用创造了非常好的条件。北京航空航天大学与盛瑞传动股份有限公司的产学研深度合作为本书的出版奠定了坚实的基础。在此，特别向刘祥伍董事长、周立亭副董事长及北航、盛瑞、江铃等8AT团队的所有成员表示特别的感谢。
在8AT项目研发过程中，围绕相关理论与方法，原机械工业部何光远部长，中国汽车工程学会名誉理事长付于武，吉林大学郭孔辉院士，中国汽车工程学会理事长、中国工程院院士李俊，中国汽车工程研究院有限公司董事长李开国等国内著名的专家学者给予了非常专业的指导和帮助，也得到了科技部、国家自然科学基金委、山东省科技厅、中国汽车工程学会、中国汽车工业协会等单位的大力支持。在此，对曾经给予8AT项目关心和支持的所有国内外专家学者、配套企业、中央和地方政府、学会和协会等单位和组织表示特别感谢！
特别感谢国家出版基金对本书的出版提供的支持！
希望此书的出版能够为我国自动变速器、混合动力机电耦合系统和多档位电驱动总成传动方案设计的原始创新，为新能源汽车技术和产业的发展尽微薄之力。
徐向阳
2018年3月30日于北京航空航天大学
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