CN101846175A

CN101846175A - 可避免换挡过程中负转矩现象的双离合器式自动变速机构

Info

Publication number: CN101846175A
Application number: CN200910131657A
Authority: CN
Inventors: 杨伟斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2010-09-29

Abstract

本发明属于一种可避免换挡过程中负转矩现象的双离合器式自动变速机构，它包括各挡位齿轮副、单向离合器轴承和换挡同步装置。其特征在于其动力输入轴上设置有两个离合器，两个离合器的从动片通过两对同步器、单向离合器轴承和齿轮副，分别与两个中间轴相连接，各挡位的主动齿轮按奇、偶数挡位分别与两个中间轴相连接。两个离合器交替传递动力以实现挡位切换，当换挡过程中发生负转矩现象时，单向离合器轴承空转，防止了负转矩传递到输出轴。本发明机构中的输入轴、中间轴和输出轴，采用平行四边形柱体结构的空间三维布置方式，减少了轴向尺寸，输入轴和输出轴相邻且平行布置，在两轴之间仅通过一套齿轮副即可实现倒挡，简化了变速器的结构。

Description

可避免换挡过程中负转矩现象的双离合器式自动变速机构

技术领域

本发明属于车辆中的自动变速器，特别是一种新型结构的双离合器式自动变速器。

背景技术

双离合器自动变速器(Dual Clutch Transmission，简称DCT)是一种新型的自动变速器，它将变速器挡位按奇、偶数分别布置在与两个离合器所联接的两个输入轴上，通过离合器的交替切换完成换挡过程，实现动力换挡。DCT综合了液力机械自动变速器(Automatic Transmission，简称AT)和电控机械自动变速器(Automatic Mechanical Transmission，简称AMT)的优点，不仅保证了车辆的动力性和经济性，而且极大地改善了车辆运行的舒适性。

当前广泛使用的DCT机构可分为两类，一种主要由美国的博格华纳公司研制，并装配于德国大众汽车公司的多个车型上；该DCT为双中间轴式结构，采用湿式离合器。另一种由德国的LuK公司研制，为单中间轴式结构，采用干式离合器。

国内的多所汽车企业和高校也开展了DCT的研究工作，在机械结构方面申请的专利有两个，分别为专利1：中国，公开号CN1616853A，2005年5月18日；专利2：中国，公开号CN1415876A，2003年5月7日。

文献[双离合器式自动变速器传动系统的建模及换挡特性[J].机械工程学报，2007，43(7)：188-194]分析了DCT的换挡过程，将当前已有双离合器式自动变速机构的换挡过程简化为离散化当量系统，建立了换挡过程的动力学微分方程。并指出在低挡升高挡的末期、高挡降低挡的初期，如果控制稍有不当，离合器传递的转矩对车辆是阻力矩，产生了负转矩，必将导致换挡时间长、冲击度大和离合器磨损严重。

当前DCT主要是采用控制策略优化的方法来消除负转矩现象，由于受执行机构响应精度和跟踪品质的限制，完全基于控制方法来消除负转矩的思想，不易在实际应用中实现。此外，车辆在使用过程中，随着离合器磨损及执行机构响应速度的减慢，控制策略的执行效果与预想结果存在一定偏差，很难保证控制策略被完全准确地执行。

以上分析可见，在DCT使用过程中，仅依靠控制方法不易完全避免负转矩现象，在DCT机械结构中，应采用单向离合器，来避免负转矩现象。但包括美国博格华纳公司和德国LuK公司的当前所有结构，如果采用单向离合器轴承来避免负转矩现象，会导致结构非常复杂，不是最佳方案。

发明内容

本发明的目的是提出一种新型的双离合器式自动变速机构，以避免换挡过程中的负转矩现象，又能保证溜坡过程中具有发动机制动的功能，输入轴、中间轴和输出轴采用空间三维布置方式，整体结构简单、尺寸紧凑，能满足轿车底盘空间的约束。

本发明双离合器式自动变速机构，包括各挡位齿轮副、单向离合器轴承和换挡同步装置。其特征在于其动力输入轴上设置有两个离合器，两个离合器的从动部分通过两对同步器、单向离合器轴承和齿轮副，分别与两个中间轴相连接，各挡位主动齿轮按奇、偶数挡位分别与两个中间轴相连接，各挡位从动齿轮与输出轴连接。

本发明的工作原理是：当车辆以某一挡位行驶时，DCT的电控单元根据控制信号判断即将进入工作的下一挡位，由于该挡位还未传递动力，所以可预先啮合该挡位的同步器。当达到换挡点时，使与两个离合器从动部分相连接的同步器处于分离状态，将正在工作的离合器分离，同时接合另一个离合器，两个离合器交替传递工作动力以实现挡位切换。当换挡过程完成后，使与传递动力离合器的从动部分相连接的同步器处于接合状态。在换挡过程中，发动机动力可始终不断地被传递到车轮，当发生负转矩现象时，单向离合器轴承空转，防止了负转矩传递到输出轴。

本发明的积极功效在于：

1)采用了单向离合器轴承和同步器组合设计的结构。一方面，可以防止换挡过程中的负转矩传递到输出轴。另一方面，可以保证溜坡工况时具有发动机制动功能。此外可以防止车辆颠簸引起单向离合器轴承不传递动力的意外情况。

2)本发明机构中的输入轴、中间轴和输出轴，采用截面为平行四边形的柱体结构的空间三维布置方式。一方面，可根据齿轮副、同步器和单向离合器轴承径向尺寸的不同，进行交错、搭接布置，在保证各零部件运动不产生干涉的前提下，减少了变速器的轴向尺寸，使整个结构更加紧凑。另一方面，输入轴和输出轴相邻且平行布置，在两轴之间通过一套齿轮副就可实现倒挡，而且倒挡还可以与其他齿轮副共用一个同步器；博格华纳和Luk公司的结构中都是通过添加倒挡轴和倒挡中间齿轮而形成倒挡，新型结构中仅通过一套齿轮副就可实现倒挡，简化了变速器的结构。

附图说明

图1为本发明双离合器式自动变速机构的结构原理示意图；

图2、3和4为根据图1结构原理设计的双离合器式自动变速机构。其中，

图2为所设计双离合器式自动变速结构中输入轴、中间轴和输出轴的布置方式；

图3和图4为所设计双离合器式自动变速结构在两个视图方向上的主视图。

具体实施方式

请参阅附图所示，对本发明作进一步的描述。

图1中，1为离合器2，2为离合器1，3为齿轮副G₁的从动齿轮，4为中间轴1，5为四挡主动齿轮，6为四、二挡同步器，7为二挡主动齿轮，8为输入轴1，9为单向离合器轴承O₁，11为单向离合器轴承O₂，12为齿轮副G₂的主动齿轮，13为一挡从动齿轮，14为四、五挡从动齿轮，15为三挡从动齿轮，16为倒挡从动齿轮，17为输出轴，18为动力输入轴，19为输入轴2，20为齿轮副G₁的同步器，21为齿轮副G₁的主动齿轮，22为齿轮副G₂的同步器，23为二挡从动齿轮，24为倒挡中间齿轮，25为齿轮副G₂的从动齿轮，26为一挡主动齿轮，27为一、五挡同步器，28为五挡主动齿轮，29为三挡主动齿轮，30为三、倒挡主动齿轮，31为中间轴2，32为倒挡主动齿轮。

图2、3和4中，1为输出轴，2为中间轴2，3为中间轴1，4为输入轴1，5为输入轴2，6为齿轮副G₁从动齿轮，7为三挡主动齿轮，8为三挡同步器SYN₃，9为五挡主动齿轮，10为五、一挡同步器，11为一挡主动齿轮，12为倒挡从动齿轮，13为齿轮副G₁的同步器SYN₁，14为齿轮副G₁主动齿轮，15为单向离合器轴承1，16为单向离合器轴承2，17为齿轮副G₂主动齿轮，18为齿轮副G₂、倒挡同步器SYN₂，19为倒挡主动齿轮，20为一挡从动齿轮，21为四挡和五挡从动齿轮，22为二挡从动齿轮，23为三挡从动齿轮，24为齿轮副G₂从动齿轮，25为四挡主动齿轮，26为四、二挡同步器，27为二挡主动齿轮。

参照图1，具有六个变速挡位(包括倒挡)的双离合器式自动变速器机构，主要由两个离合器(湿式或干式)、两个单向离合器轴承、六个变速挡位齿轮副组成。具体结构为：输入轴1和中间轴1通过G₁连接在一起，输入轴2和中间轴2通过G₂连接在一起。G₁的主动齿轮通过O₁和SYN₁，与输入轴1相连接；G₂的主动齿轮通过O₂和同步器SYN₂，与输入轴2相连接。2、4挡的主动齿轮与中间轴1相连接，1、3、5和倒挡的主动齿轮与中间轴2相连接。各挡位的从动齿轮与输出轴相连接。

参照图2，输入轴1为空心轴，与输入轴2空套在一起。输入轴1和2、中间轴1、中间轴2和输出轴采用截面为平行四边形柱体结构的空间三维布置方式，这样可使双离合器式自动变速器的结构更加紧凑。

参照图3和图4，当处于换挡阶段时，使同步器SYN₁和SYN₂处于分离状态。在换挡过程中，当离合器从动部分的转速大于主动部分的转速时，离合器向输出轴传递的是负转矩。由于图中的结构采用了单向离合器轴承，当发生负转矩现象时，单向离合器轴承空转，防止了负转矩传递到输出轴。除换挡阶段外，同步器SYN₁和SYN₂中与传递动力离合器所连接的同步器处于接合状态，一方面可以保证溜坡工况时具有发动机制动功能，此外可以防止车辆颠簸引起单向离合器轴承不传递动力的意外情况。以一挡升二挡的换挡过程进行详细说明，换挡前，车辆以一挡行驶，与一挡连接在一起的离合器处于接合状态、与二挡连接在一起的离合器处于分离状态，同步器SYN₂与G₂的主动齿相接合，同步器SYN₄与一挡主动齿轮相接合，同步器SYN₁、SYN₃和SYN₅处于分离状态，动力经发动机和离合器传递至输入轴2，然后动力由输入轴2——G2主动齿轮——G2从动齿轮——中间轴2——一挡主动齿轮——一挡从动齿轮——输出轴。当接近2挡换挡点时，电控单元发出指令使同步器SYN₃和2挡主动齿轮相接合。当达到2挡换挡点时，电控单元发出指令使SYN₂分离，同时与一挡连接在一起的离合器开始分离、与二挡连接在一起的离合器开始接合，在此过程中、特别是接近换挡结束时，与一挡连接在一起的离合器上容易产生负转矩，但由于在动力传递路线安装了单向离合器O₂，即使产生负转矩现象，此时O₂空转，防止了换挡过程中产生的负转矩传递到输出轴。当换挡过程完成后，车辆以2挡行驶，同步器SYN₁和SYN₃分别与G1和二挡的主动齿轮相结合，其余同步器处于分离状态，动力经发动机和离合器传递至输入轴1，然后由输入轴1——G₁主动齿轮——G₁从动齿轮——中间轴1——2挡主动齿轮——2挡从动齿轮——输出轴。其余挡位的换挡过程与此相同。倒档时，与倒档连接的离合器处于接合状态、另一离合器处于分离状态，同步器SYN₂与倒挡主动齿轮接合，其余同步器分离，发动机动力传递至输入轴2后，动力由输入轴2——倒挡主动齿轮——倒动从动齿轮——输出轴，实现倒挡的动力传递。

以上仅就具有五个前进挡和一个倒挡的变速器的实例说明了本发明技术的结构原理，按此发明可以实现更多变速挡位或布置方式，但只要是以单向离合器轴承和平行四边形柱体结构的布置方式组成的变速器结构，均属本发明技术权利要求的保护范围。

Claims

1.一种可避免换挡过程中负转矩现象的双离合器式自动变速机构，包括各挡位齿轮副、单向离合器轴承和换挡同步装置。其特征在于其动力输入轴上设置有两个离合器，通过两对同步器、单向离合器轴承和齿轮副，两个离合器的从动片分别与两个中间轴相连接，各挡位主动齿轮按奇、偶数挡位分别与两个中间轴相连接，各挡位从动齿轮与输出轴连接。两个离合器交替传递工作动力以实现挡位切换，当换挡过程中发生负转矩现象时，单向离合器轴承空转。

2.双离合器式自动变速机构中的输入轴、中间轴和输出轴，采用截面为平行四边形柱体结构的空间三维布置方式。根据齿轮副、同步器和单向离合器轴承径向尺寸的不同，进行交错、搭接布置，输入轴和输出轴相邻且平行布置，在两轴之间仅通过一套齿轮副即可实现倒挡，倒挡齿轮副与其他齿轮副共用一个同步器。