CN102168754A - 用于湿式双离合器自动变速器的液压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车变速器类，具体是一种用于湿式双离合器自动变速器的液压控制系统，由两个独立的子系统组成，一个是离合器和换挡机构液压控制子系统，该子系统主要根据电子控制单元发出的控制信号操纵奇数挡离合器、偶数挡离合器的分离与结合，并操纵换挡机构控制油缸完成各个挡位同步器的切换；另一个是离合器冷却润滑子系统。本发明由于采用了更科学合理的液压控制系统，提高了湿式双离合器自动变速器液压控制系统的效率，降低了燃油消耗、达到节能减排效果，并增强系统工作的可靠性和结构的紧凑型。

Description

用于湿式双离合器自动变速器的液压控制系统

技术领域

本发明涉及变速器类，具体是一种用于湿式双离合器自动变速器的液压控制系统。

背景技术

双离合器自动变速器是在平行轴式手动机械变速器基础上发展起来的一种新型的自动变速系统，它既保持了电控机械式自动变速器(AMT)的结构简单、传动效率高的优点，又能够通过对两个离合器分离和结合的配合控制，实现在不中断动力的情况下转换传动比，大大缩短了换挡时间并提高了换挡品质，使整车具有优良的燃油经济性和动力性，目前已经得到了广泛的应用。

在双离合器式自动变速器中，存在两套彼此独立的传动机构，其中一个传动机构由变速器的奇数挡齿轮对组成，另一个传动机构则由变速器中的偶数挡齿轮对组成，这两个传动机构分别与输入轴上设置的两个离合器(奇数挡离合器和偶数挡离合器)连接。工作时，自动变速器电控单元根据相关传感器的信号判断即将进入工作的下一挡位，因该挡位离合器此时处在分离状态，尚未传递动力，故控制系统可以十分方便的控制换挡执行机构，预先啮合这一挡位。在车辆运行达到换挡点时，只需将当前离合器分离，同时将另一个目标离合器接合，就可以实现挡位切换。由于是通过离合器交替传递动 力来实现挡位切换，当两个离合器配合准确时，发动机的动力就会始终不断的被传递到车轮，实现了动力换挡。

双离合器式自动变速器根据所采用的离合器结构形式的不同可以分为干式双离合器自动变速器和湿式双离合器自动变速器两大类。与干式离合器相比，湿式离合器工作时摩擦副可以用油液润滑和冷却，具有磨损较小、摩擦系数稳定、工作可靠、寿命长、传递扭矩容量大和不用专门调整摩擦片间隙等优点，所以在双离合器自动变速器中得到了更广泛的使用。

现有的湿式双离合器自动变速器技术方案中均采用液压控制系统操纵离合器分离结合和切换挡位。这种液压控制系统一般由油泵、吸油滤清器、控制阀组、过滤器、双离合器液压执行机构、换挡液压执行机构和离合器冷却润滑系统等部分组成。该系统主要存在以下一些不足：

1.现有技术方案中的油源是一个定排量齿轮泵，该油泵直接与发动机输出端相连，其转速与发动机的转速保持一致。它除了要为双离合器控制和换挡执行机构提供一定压力和流量的液压油，同时还要为变速箱压力润滑系统和离合器冷却系统提供液压油。由于必须在发动机怠速(转速通常较低)时满足各系统正常工作的流量需求，所以要求油泵具有较大的排量，这会产生较大的功率损失。

2.由于定量油泵直接与发动机输出端相连，随着发动机转速的提高，油泵输出流量也会相应增加，增加的这一部分流量远远超过系统工作时所要求的流量，在阀控系统中会造成较大的节流能量损失，这些节流能量损失会转化为系统油液的温升，并会造成系统油液老化、密封硬化、泄漏量增加等问题，同时带来能源浪费，噪声污染等不足。

3.双离合器液压执行机构和换挡液压执行机构只在车辆执行换挡动作的过程中需要一定的流量，在其他工况下仅需很少的流量维持工作压力。但定量油泵却是一个常流系统，其输出流量无法根据需要进行调节，造成了很大一部分流量的浪费，引起了系统效率的降低、需要更大容积的油箱等问题。

4.在现有技术方案中，双离合器液压执行机构和换挡液压执行机构所需的液压油同时也被用来作为离合器冷却润滑油和变速器齿轮润滑油。这样一方面对油液的要求很高，带来了油液成本的增加，另一方面液压控制系统的油液易受到污染，会造成系统工作可靠性大大下降。

5.由于系统工作流量较大，系统中的油泵、液压控制阀、滤清器、油箱和管路等液压元件的尺寸较大，不利于液压控制系统结构的紧凑化和小型化。

总之，现有的湿式双离合器自动变速器液压控制系统的技术方案存在着流量使用不合理、功率损失大、温升较大和油液易污染、工作可靠性不高的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种结构更合理、节能减排效果更好、效率更高的用于湿式双离合器自动变速器的液压控制系统。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明是一种用于湿式双离合器自动变速器的液压控制系统，由两个独立的子系统组成，一个是离合器和换挡机构液压控制子系统，该子系统主要根据电子控制单元发出的控制信号操纵奇数挡离合器、偶数挡离合器的分离与结合，并操纵换挡机构控制油缸完成各个挡位同步器的切换；另一个是离 合器冷却润滑子系统，该子系统根据工况需要，为两个湿式离合器提供所需的冷却润滑流量。

离合器和换挡机构液压控制子系统主要由油泵和蓄能器组成的节能调速液压油源、小流量电液比例压力控制阀、大流量电液比例压力控制阀、离合器压力控制阀、换挡机构电液比例流量控制阀、离合器控制油缸、换挡机构控制油缸、双离合器、换挡拨叉等组成。

油泵由电机通过轴联接并驱动，其转速可以根据需要由电子控制单元进行调节，油泵的吸油口从带通气器的油箱中吸入液压油，油泵的出油口经过一个单向阀后连接蓄能器，并连接两个完全一致并对称布置的液压回路，一个液压回路为奇数挡离合器和偶数挡、倒挡液压控制回路，另一个液压回路为偶数挡离合器和奇数挡液压控制回路。在两个液压回路中分别设置小流量电液比例压力控制阀与大流量电液比例压力控制阀、湿式离合器、离合器控制油缸、离合器压力控制阀、换挡机构电液比例流量控制阀、换挡拨叉。

大流量电液比例压力控制阀进油口与蓄能器相连，出油口与离合器控制油缸相连，泄油口与油箱相连，主要用来在离合器结合过程的前期向离合器控制油缸中快速充油，消除离合器摩擦片之间的间隙。同时，在离合器分离过程的后期，将离合器控制油缸与泄油口连接，起到快速泄油的作用；小流量电液比例压力控制阀的进油口与蓄能器相连，出油口分别与离合器压力控制阀和若干个换挡机构电液比例流量控制阀的进油口连接，泄油口与油箱相连，用来为离合器控制油缸和换档机构控制油缸提供较高设定压力的液压油。离合器压力控制阀的出油口与离合器控制油缸相连，泄油口与油箱相连，用来在离合器结合过程的后期，即离合器摩擦片之间的间隙消失之后精确控 制离合器控制油缸中的压力上升规律。另外，在离合器分离过程的前期，可以精确控制离合器控制油缸中的压力下降规律。在离合器控制油缸进油口分别设置有一个弹簧蓄能器、一个压力传感器和一个单向阀。弹簧蓄能器用来消除离合器分离与结合工作过程中的压力波动。压力传感器用来测量离合器控制油缸的压力，以便对其进行精确控制。单向阀连接到小流量电液比例压力控制阀的出油口，当离合器控制油缸压力超过最大许可压力，即小流量电液比例压力控制阀设定的压力时起安全保护作用。

双离合器自动变速器中每一个同步器对应一个换档机构控制油缸。换档机构控制油缸是一个单出杆的差动液压缸，无杆腔与一个换挡机构电液比例流量控制阀的出油口相连，有杆腔与小流量电液比例压力控制阀的出油口直接相连。换挡机构电液比例流量控制阀的进油口与小流量电液比例压力控制阀的出油口相连，泄油口与油箱相连。当换挡机构电液比例流量控制阀向无杆腔提供压力油时，换档机构控制油缸的无杆腔和有杆腔压力相等但活塞作用面积不同，无杆腔活塞作用面积大而有杆腔活塞有效作用面积小，所以换档机构控制油缸活塞将向有杆腔运动。当换挡机构电液比例流量控制阀泄油时，换档机构控制油缸活塞将向无杆腔运动。

离合器冷却润滑子系统是独立于离合器和换挡机构液压控制子系统之外，专门用来保证湿式离合器润滑和冷却的需要。它由循环油泵、润滑油箱、热交换器和管路组成。循环油泵直接由发动机驱动，优选地可以使用一个低成本的摆线齿轮泵。在循环油泵的吸油口一侧设置有一个吸油控制阀，它可以控制离合器的冷却润滑流量。散热器设置于油泵的出油管路上，用来对油液进行冷却。油液经过散热器后被输送到奇数挡离合器和偶数挡离合器的摩 擦副表面，进行冷却和润滑。

本专利的技术方案具有如下一些突出的优点：

一.采用液压蓄能器作为湿式双离合器自动变速器液压控制系统的辅助能量源，减小了液压泵的排量和驱动功率，可以大大降低能源消耗，降低设备运行成本。在湿式双离合器自动变速器液压控制系统中，离合器控制油缸和换挡机构操纵油缸都属于间歇性动作的执行机构，仅仅在换挡过程中需要系统提供一定的流量，而其他非工作时间所需流量很小(理论上为零)。该系统设置蓄能器后，在非工作期问，油泵向蓄能器充油，在工作期间，蓄能器可以单独也可以与油泵一起向执行元件供油，这样就可以采用一个很小的泵和电机来完成工作，大大减小了动力机的功率。

二.离合器控制油缸工作时所需要的流量较大，但是这部分流量需求主要集中在低压快速充油阶段。通过在系统中设置专门的低压快速充油回路，大大降低了系统其他部分回路的流量要求，有利于液压控制系统整体尺寸的减小和结构的紧凑化设计，同时也减小了不必要的节流损失，提高了效率。

三.在湿式双离合器自动变速器液压控制系统中设置蓄能器还可以消除系统中的压力和流量脉动，吸收和缓冲这种液压冲击，显著降低噪声并起到热膨胀补偿功能。此外由于车辆运行期间绝大部分时间都处在某一离合器结合的工况，所以需要长时间保持离合器控制系统的压力，此时如果持续开动油泵来补偿内部泄漏是很不经济的，利用蓄能器可以补偿内部泄漏来保持所需的压力，而油泵可以停止工作，这样可以延长油泵和电机的使用寿命并减小能耗。

四.蓄能器还可以在系统中作为紧急动力源使用。当油泵或电机发生故 障时，蓄能器中储存的能力在需要时可以立即释放出来，以便执行元件可以继续完成必要的应急动作。提高了系统工作的可靠性。

五.由于离合器冷却润滑子系统和离合器和换挡机构液压控制子系统彼此独立，所以液压控制系统无需负担离合器的冷却和润滑任务，降低了系统流量和功率需求。同时，两个子系统用油可以分开，避免了油液易受污染的问题，进一步增强了系统工作的可靠性。

本发明由于采用了更科学合理的液压控制系统，提高了湿式双离合器自动变速器液压控制系统的效率，降低了燃油消耗、达到节能减排效果，并增强系统工作的可靠性和结构的紧凑型。

附图说明

附图为本发明工作原理框图。

具体实施方式

下面结合附图中的液压系统原理图来说明本发明的一种具体实施方案。

如图所示，一种用于湿式双离合器自动变速器的液压控制系统由两个独立的子系统组成，一个离合器和换挡机构液压控制子系统，该子系统主要根据电子控制单元发出的控制信号操纵奇数挡离合器、偶数挡离合器的分离与结合，并操纵换挡机构控制油缸完成各个挡位同步器的切换；另一个是离合器冷却润滑子系统，该系统根据工况需要，可以为两个湿式离合器提供所需的冷却润滑流量。

离合器和换挡机构液压控制子系统由电机2驱动的油泵3和蓄能器8组成的节能调速液压油源，油泵3是一个排量较小的定量齿轮泵，由电机2通过轴联接并驱动，电机2优选地可以采用高速直流无刷电机，其转速可以 根据需要由电子控制单元进行调节，从而改变油泵3的转速，这样可以很方便地对油泵3的流量进行调整。当电机停止工作时，油泵输出流量为零。电机转速越高，则油泵输出流量就会越大。油泵3的吸油口通过管路从带通气器的油箱1中吸入液压油，油泵3的出油口经过一个带旁通阀5的滤清器4连接到蓄能器8，滤清器4与蓄能器8之间有单向阀a7。在单向阀a7之前设置有一个并联回路，该回路上设置有一个限压安全阀6，它由一个带弹簧的单向阀构成，当油泵3输出压力超过安全极限时，限压安全阀6将开启，保证系统不会出现压力过载的情况。单向阀a7连接蓄能器8，当油泵3输出压力超过蓄能器8中的压力时，单向阀a7开启，液压油可以从油泵3流向蓄能器8和其他液压回路，反之则不行。蓄能器8在系统中作为一个辅助能量源存在，其容量比较大，可以为离合器控制油缸、换挡机构控制油缸提供足够的瞬时工作流量。蓄能器8连接的管路中设置一个压力传感器a9，用来测量蓄能器中液压油的压力并将压力信号传递到电子控制单元。

在蓄能器8后部设置有两个分支，分别是奇数挡离合器和偶数挡(二、四、六挡)、倒挡(R挡)液压控制回路及和偶数挡离合器和奇数挡(一、三、五、七挡)液压控制回路。这两路液压控制回路的结构原理完全一致并对称布置。下面仅以奇数挡离合器和偶数挡(二、四、六挡)、倒挡(R挡)液压控制回路说明其具体实施方案。

奇数挡离合器和偶数挡(二、四、六挡)、倒挡(R挡)液压控制回路设置两个分支，分别设置有压力控制阀a10和压力控制阀b12。压力控制阀a10和压力控制阀b12均为三位三通电液比例阀，压力控制阀b12是一个低压大流量阀，起着快速充油、消除奇数挡离合器23摩擦片间隙的作用。压 力控制阀b12的一个进油口与蓄能器8连接，两个出油口分别连接油箱1相通和离合器控制油缸15的压力腔。节流孔b13将离合器控制油缸15中的压力反馈到压力控制阀b12的弹簧负载端。所以，压力控制阀b12在工作时，阀芯在电磁力、弹簧负载力和液压反馈力的共同作用下可以对输出压力进行调节和控制。压力控制阀a10是一个具有较高压力但流量较小的阀。压力控制阀a10的一个进油口与蓄能器8连接，两个出油口分别油箱1和离合器压力控制阀a19、换挡机构电液比例流量控制阀a24、换挡机构电液比例流量控制阀b27的进油口相连。节流孔a11将压力控制阀a10出油口的压力反馈到弹簧负载端。所以，压力控制阀a10在工作时，阀芯在电磁力、弹簧负载力和液压反馈力的共同作用下可以对输出压力进行调节和控制。

离合器压力控制阀a19的进油路上设置有一个滤芯18。离合器压力控制阀a19是一个两位三通比例阀，用来精确控制离合器控制油缸15中的压力。离合器压力控制阀a19的两个出油口分别连接油箱1和离合器控制油缸15的压力腔。节流孔d17和节流孔e20同时与离合器压力控制阀a19的出油口连接，将压力反馈到离合器压力控制阀a19的阀芯两端。所以离合器压力控制阀a19在工作时，阀芯在电磁力和两端液压反馈力的共同作用下可以对离合器控制油缸15中的压力进行快速准确的控制。

单向阀b21设置在离合器压力控制阀a19的出油口和进油口之间，主要对奇数挡离合器23起安全保护作用，防止操纵离合器控制油缸15中的压力超过压力控制阀a10出油口的压力。在离合器控制油缸15进油路上设置有一个压力传感器b22，用来测量离合器控制油缸15中液压油的压力并将压力信号传递到电子控制单元。小型弹簧蓄能器14通过一个节流孔c16与离合 器控制油缸15的进油路连接，小型弹簧蓄能器14的容量较小，主要起消除压力波动的作用。

换挡机构电液比例流量控制阀a24的进油口与压力控制阀a10的出油口连接，换挡机构电液比例流量控制阀a24是一个三位三通阀，两个出油口分别连接油箱1和换挡机构控制油缸a25的无杆腔。换挡机构控制油缸a25的有杆腔通过管路直接与压力控制阀a10的出油口连接。换挡机构电液比例流量控制阀a24的进油口与压力控制阀a10的出油口连接，换挡机构电液比例流量控制阀b27也是一个三位三通阀，两个出油口分别连接油箱1和换挡机构控制油缸b28的无杆腔。换挡机构控制油缸b28的有杆腔通过管路直接与压力控制阀a10的出油口连接。换挡机构控制油缸a25和换挡机构控制油缸b28的活塞杆与偶数挡换挡拨叉a26和偶数挡换挡拨叉b29固定连接在一起，当活塞杆在操纵油缸内往复运动时，带动拨叉完成同步器换挡动作。换挡机构控制油缸a25、换挡机构控制油缸b28均采用差动油缸的结构形式，使得液压回路得到了一定程度的简化。

本发明离合器冷却润滑子系统是独立于离合器和换挡机构液压控制子系统之外，专门用来保证湿式离合器润滑和冷却的需要。它由循环油泵32、润滑油箱30、散热器33和管路组成。循环油泵32直接由发动机34驱动，优选地可以使用一个低成本的摆线齿轮泵。在循环油泵32的吸油口一侧设置有一个吸油控制阀31，它可以控制离合器的冷却润滑流量。散热器33设置于油泵32的出油管路上，用来对油液进行冷却后输送到奇数挡离合器和偶数挡离合器的摩擦副表面，进行冷却和润滑。因为循环油泵32只用来冷却和润滑离合器，且只需考虑散热器和管路的压力损失，泵的压力很低，这 使得泵的制造材料可以有很多低成本的选择，如塑料。吸油控制阀31也可以很容易地集成在泵体内。在吸油控制阀31的控制下，系统只在离合器摩擦片分离发热、和保证工作离合器在小幅度滑差控制时需要提供较大的流量来保证冷却能力，其他场合系统所需流量有限。所以，循环油泵32产生的功率损失很小，并能够在整个变速器中保持稳定的热平衡。

下面将结合附图1中的具体实施方案来说明本发明技术方案的工作过程。

双离合器自动变速器液压控制系统启动时，电机2高速转动，驱动油泵3工作，从油箱1中吸入液压油，出口压力油通过滤清器4、单向阀a7进入蓄能器8中，给蓄能器充油。当压力传感器a9监测到蓄能器8中的压力达到上限压力值时，电子控制单元将使电机2停止工作，油泵同时停止供油。此时整个液压控制系统将使用蓄能器作为辅助动力源。

压力控制阀a10将蓄能器提供的压力油减压后分别提供给离合器压力控制阀a19和换挡机构电液比例流量控制阀a24、换挡机构电液比例流量控制阀b27。该液压回路具有较高的压力，一般大于离合器完全结合并传递动力时所需的最高压力(如2MPa)，但流量较小。压力控制阀b12将蓄能器提供的压力油减压后分别输入到离合器控制油缸15。压力控制阀b12工作时能够输出具有较低压力但较大流量的液压油，用来在奇数挡离合器23结合的前期快速充油消除离合器摩擦片之间间隙。

当车辆需要换挡时，如要换一挡，将首先通过相应的换挡机构流量控制阀切换到操纵位置，使具有较高压力的液压油进入换档机构控制油缸的无杆腔。由于油缸的无杆腔和有杆腔压力相同，但无杆腔的活塞面积大于有杆腔， 所以无杆腔对活塞压力大于有杆腔对活塞的压力，活塞将带动换挡拨叉向右侧运动，结合一挡同步器。

下一步需要结合奇数挡离合器，此时压力控制阀a10和压力控制阀b12同时处于操纵位置，蓄能器8输出的液压油经过压力控制阀b12减压后进入离合器控制油缸15中。同时，离合器压力控制阀a19此时处于操纵位置(图1中离合器压力控制阀a19右侧机能位)。蓄能器8输出的液压油经过压力控制阀a10减压后进入离合器压力控制阀a19，将压力调整到快速充油压力后也进入离合器控制油缸15中。由于压力控制阀b12流量较大，而压力控制阀a10和离合器压力控制阀a19的流量较小，所以此时通过压力控制阀b12的液压油占离合器控制油缸15流量的绝大部分。离合器控制油缸15中的活塞在这部分低压油的作用下，首先将液压油缸剩余空间充满，然后开始推动活塞移动并压缩离合器回位弹簧，直到消除摩擦片间隙为止。此时离合器控制油缸15中压力较低，但所需流量较大，这部分流量主要来自于压力控制阀b12。当离合器摩擦片间的间隙消失之后，离合器控制油缸15中的压力需要进一步升高，但需要的流量却很少。所以此时将压力控制阀b12置于中位机能，切断低压油液的供应，同时调整离合器压力控制阀a19，使离合器控制油缸15中的压力平稳而迅速的上升，直到达到奇数挡离合器23的最高结合压力。所以，整个离合器油缸升压过程被分成了两段，前一段压力不高但所需流量较大，此时液压油主要由压力控制阀b12的低压充油回路控制；后一段流量很小但压力较高，而且压力需要精确调整，此时液压油主要由离合器压力控制阀a19的高压回路控制。在离合器结合过程中，由于需要压力控制阀a10和离合器压力控制阀a19提供的流量很小，所以它们的结构尺寸可 以做得十分紧凑。

当奇数挡离合器23需要分离时，可以分别通过离合器压力控制阀a19泄油和压力控制阀b12泄油来完成，动作过程与结合时刚好相反。

Claims (5)

1.一种用于湿式双离合器自动变速器的液压控制系统，其特征在于：由两个独立的子系统组成，一个是离合器和换挡机构液压控制子系统，该子系统主要根据电子控制单元发出的控制信号操纵奇数挡离合器、偶数挡离合器的分离与结合，并操纵换挡机构控制油缸完成各个挡位同步器的切换；另一个是离合器冷却润滑子系统，其中

离合器和换挡机构液压控制子系统包括由油泵和蓄能器组成的节能调速液压油源、小流量电液比例压力控制阀、大流量电液比例压力控制阀、离合器压力控制阀、换挡机构电液比例流量控制阀、离合器控制油缸、换挡机构控制油缸、双离合器、换挡拨叉；油泵由电机驱动，油泵的出油口连接蓄能器，并连接两个完全一致并对称布置的液压回路，一个液压回路为奇数挡离合器和偶数挡、倒挡液压控制回路，另一个液压回路为偶数挡离合器和奇数挡液压控制回路，在两个液压回路中分别设置小流量电液比例压力控制阀与大流量电液比例压力控制阀、湿式离合器、离合器控制油缸、离合器压力控制阀、换挡机构电液比例流量控制阀、换挡拨叉，大流量电液比例压力控制阀进油口与蓄能器相连，出油口与离合器控制油缸相连；小流量电液比例压力控制阀的进油口与蓄能器相连，出油口分别与离合器压力控制阀和若干个换挡机构电液比例流量控制阀的进油口连接，离合器压力控制阀的出油口与离合器控制油缸相连；

离合器冷却润滑子系统独立于离合器和换挡机构液压控制子系统之外，

它由循环油泵、润滑油箱、热交换器和管路组成，循环油泵直接由发动机驱动，在循环油泵的吸油口一侧设置有一个吸油控制阀，油液经过散热器后被输送到奇数挡离合器和偶数挡离合器的摩擦副表面。

2.根据权利要求1所述的用于湿式双离合器自动变速器的液压控制系统，其特征在于：油泵的出油口与蓄能器之间有一单向阀。

3.根据权利要求1和2所述的用于湿式双离合器自动变速器的液压控制系统，其特征在于：蓄能器连接的管路中设置一个压力传感器。

4.根据权利要求1或2所述的用于湿式双离合器自动变速器的液压控制系统，其特征在于：小流量电液比例压力控制阀的出油口和离合器控制油缸之间设置有一个单向阀恒压控制；离合器控制油缸压力由大流量电液比例压力控制阀和离合器压力控制阀共同控制。

5.根据权利要求1所述的用于湿式双离合器自动变速器的液压控制系统，其特征在于：所述换档机构控制油缸是一个单出杆的差动液压缸，无杆腔与换挡机构电液比例流量控制阀的出油口相连，有杆腔与小流量电液比例压力控制阀的出油口直接相连。

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