CN104358861A - 半干半湿式双离合器及其频繁起步工况控制方法 - Google Patents

Abstract

一种半干半湿式双离合器,涉及车辆的传动系统技术领域,要解决干式双离合器无法适应频繁起步等恶劣工况以及湿式双离合器效率偏低而成本偏高的问题，其特征在于：包括一个干式离合器和一个湿式离合器，湿式离合器的离合器毂通过其中心的花键与第一变速器输入轴相连，干式离合器反作用盘固定在湿式离合器后壳体外表面，干式离合器的离合器盖固定在湿式离合器后壳体的外表面上，干式离合器的摩擦盘通过花键与第二变速器输入轴相连。本发明可改善单一干式双离合器对频繁起步等恶劣工况的适应性，并克服单一湿式双离合器结构复杂、效率低、成本高的缺点。

Description

半干半湿式双离合器及其频繁起步工况控制方法

技术领域

本发明属于车辆的传动系统技术领域，具体涉及一种用于双离合自动变速器(DCT)的半干半湿式双离合器，即将一组干式和一组湿式离合器集成在一起工作的双离合器装置，使动力可以通过这两组离合器之间的切换从双离合器装置的输入端传递到输出端。

背景技术

由于性能和效率上的优势，双离合变速器（DCT）在乘用车中的应用日益普遍。在这种变速器中，升挡或降挡时挡位在当前挡位摘开（分离）之前可以预选，因此实际升挡或降挡基本上只涉及将原先接合的离合器分离并将另一原先分离的离合器接合这一简单动作，一般在一百毫秒数量级时间内即可完成。这一特点使得采用双离合器变速器的汽车具有很好的动力加速性能。由于双离合器变速器基本上就是集成了几对啮合齿轮副和两个离合器的手动变速器，它也具有非常好的燃油经济性。与传统的自动变速器相比，双离合变速器的零部件数量较少，而且去掉了液力变矩器，因而比相同扭矩等级的自动变速器的制造费用更低。

在目前流行的多挡双离合变速器（DCT）中，一般均采用两种形式的双离合器，即湿式双离合器和干式双离合器。通常以其中的一组离合器用于奇数挡位的动力传递，而另一组离合器用于偶数挡位的动力传递。因而，在传动比变化的过程中没有动力中断。动力中断是指在换挡过程中发动机到车轮之间的动力耦合发生中断，在这一段时间没有发动机扭矩传递到车轮。

目前汽车双离合变速器中采用的双离合器不是干式就是湿式的。干式双离合器是指在两个离合器的主动盘和被动盘（摩擦盘）之间的摩擦表面上都没有润滑油的冷却，而湿式双离合器是指在摩擦表面上有润滑油的冷却。从结构上看，两个离合器既可以是轴向平行布置的，也可以是径向套装的。一般来说，干式双离合器比湿式双离合器更加高效，成本也更低。

随着双离合变速器的逐渐普及，近年来业界已做了大量研发工作，改进其结构和运转。其中的重点之一就是双离合器的布置，使得可以有选择地并且相互排斥地将驱动扭矩传递到通常为平行布置的相应齿轴组件上。

目前的双离合器，无论干式或湿式，都有各自的优缺点。

湿式双离合器的优点是因为采用油浸冷却方式工作，所以适用于较高扭矩的应用场合，能够传递较高的能量并耗散较多热量，尤其是对频繁起步的堵车工况适应性较好。但是，湿式双离合器的缺点是结构较复杂因而制造成本较高，另外因为冷却油的循环、离合器的作动需要油泵提供动力，它的寄生损失也较高，因而系统效率较低，最高可达94%左右。

干式双离合器的优点是结构相对简单，其体积、重量都比湿式双离合变速器要小，比较适合紧凑型、小型车本已受限的空间，另外，其制造成本也较低，尤其是其寄生损失小，系统效率较高，最高可达97%左右。干式双离合的缺点是它的散热能力、耐受性都比湿式离合器较为逊色，可承受的扭矩也较低。在频繁起步的恶劣工况下离合器容易过热，使其寿命受到影响，换挡平顺性不易保证。

因此，业界非常需要一种兼具目前湿式、干式双离合器优点，又避免二者缺点的双离合器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是解决目前单一干式或湿式双离合器的突出问题，尤其是干式双离合器无法适应频繁起步等恶劣工况以及湿式双离合器效率偏低而成本偏高的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种半干半湿式双离合器，包括一个包含可接合或分离的多片式离合器盘、摩擦片以及压盘的湿式离合器和一个包含可接合或分离的摩擦盘、压盘和反作用盘的干式离合器，其特征在于：

所述湿式离合器的前壳体固定于发动机飞轮的后平面，所述湿式离合器盘通过花键与湿式离合器的后壳体上的内毂相连，所述摩擦片通过花键与湿式离合器的离合器毂相连，离合器毂通过其中心的花键与第一变速器输入轴相连，

所述湿式离合器还包含一个可由第一换挡执行机构作动的环形活塞，环形活塞上置有可作用于所述湿式离合器压盘的环形凸缘，环形活塞通过回位弹簧与湿式离合器的后壳体内表面连接；

所述干式离合器反作用盘固定在所述湿式离合器的后壳体外表面，所述干式离合器的离合器盖固定在所述湿式离合器的后壳体的外表面上，所述干式离合器压盘与干式离合器的离合器盖以铆钉连接，所述干式离合器的摩擦盘通过花键与第二变速器输入轴相连，

所述干式离合器还包含通过支承圈夹持在干式离合器的离合器盖上的膜片弹簧，膜片弹簧与可由第二换挡执行机构作动的分离轴承连接。

所述第一换挡执行机构和第二换挡执行机构可以各自采用电控液压、电控气动或者电控电动方式。

所述湿式离合器的前壳体和后壳体之间置有减震器。

所述干式离合器的摩擦盘上集成有减震弹簧。

所述的半干半湿式双离合器应用于频繁起步工况控制法，其特征在于：以干式离合器起步，当干式离合器摩擦表面温度高于一定阈值时，换挡控制程序切换到湿式离合器起步，待干式离合器摩擦表面温度低于某一阈值时，再切换回干式离合器起步。

所述干式离合器摩擦表面温度可以根据一段时间内干式离合器滑摩功的累计值进行实时估算获得。

与现有的湿式双离合器相比，本发明的燃油经济性提高来自于：首先，采用一个干式离合器代替两个湿式离合器中的一个可以降低对油泵的要求，即一个流量更小的油泵即可满足要求，这就直接降低了油泵的功耗，提高了系统效率；其次，湿式离合器中的执行机构采用电控电动式将可进一步降低对油泵的要求；第三，采用本发明特定的换挡规律使干式离合器相关挡位工作时间更长则能够进一步降低油耗，提高传动效率。

为了改善对频繁起步等恶劣工况的适应性，可以根据摩擦表面温度或一定时间内累计滑摩功等指标性参数的估算值对起步离合器进行选择性控制。为使燃油经济性最大化，通常应以干式离合器起步，当指标性参数超过某一阈值时表明继续采用干式离合器起步将对其性能和耐久性产生不可接受的影响，这时换挡控制程序将切换到湿式离合器起步。待干式离合器摩擦表面温度低于某一阈值时，再切换回干式离合器起步。

成本的降低源于采用了一个干式离合器，由于其结构比湿式离合器简单，因而成本较低。另外，可以在湿式离合器中采用电控电动式换挡执行机构以进一步降低系统成本。

附图说明

图1是本发明的结构方案示意图（1）；

图2是本发明的结构方案示意图（2）；

图3是本发明的具体实施例结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

本发明的半干半湿式双离合器由一个湿式离合器组件和一个干式离合器组件构成，其结构如图1所示。来自于发动机的动力通过挠性板1传递到飞轮2以及固定于发动机飞轮后平面的湿式离合器前壳体3上，经过减振器4，传递到湿式离合器后壳体5，再通过其上内毂上的外花键与湿式离合器盘8上的内花键相连，传递扭矩。湿式离合器由可接合或分离的多片式离合器盘8、摩擦片9以及压盘10组成，摩擦片9的外花键与离合器毂6的内花键相连，传递扭矩。湿式离合器的接合和分离可以通过第一换挡执行机构39进行作动，而换挡执行机构39的作动可以通过电控液压、电控气动或者电控电动方式。第一换挡执行机构39在环形活塞32的表面上施加一个向右方向的作用力，推动环形活塞32并通过其上的环形凸缘47在压盘10上施加作用力，以压紧湿式离合器，使之接合；当换挡执行机构39在环形活塞32的表面上不再施加向右方向的作用力时，连接环形活塞32及湿式离合器后壳体5内表面的回位弹簧31将推动环形活塞32向左移动，使湿式离合器分离。离合器毂6通过其中心的花键42将扭矩传递到第一变速器输入轴24上。湿式离合器后壳体5上的动力还传递到固定在其外表面的干式离合器反作用盘11上。干式离合器由可接合或分离的摩擦盘12、压盘15和反作用盘11组成。其中压盘15与离合器盖13以铆钉14连接，而离合器盖13则固定在上述湿式离合器后壳体5的外表面上，集成有减振弹簧19的摩擦盘12则与第二变速器输入轴23以花键20相连，以传递扭矩。干式离合器还包含通过支承圈17夹持在干式离合器的离合器盖上的膜片弹簧，膜片弹簧与可由第二换挡执行机构作动的分离轴承连接。干式离合器的接合和分离通过第二换挡执行机构22进行作动，而第二换挡执行机构22的作动可以通过电控液压、电控气动或者电控电动方式。当采用电控电动方式作动时，执行电机的扭矩通过蜗轮蜗杆或蜗轮丝杠转变为线性推力后推动分离轴承21，继而推动膜片弹簧16松开离合器，使之分离。当执行电机反转时，膜片弹簧16恢复到不受力的自然位置，干式离合器受到弹簧力压紧而接合。

根据湿式离合器的离合器毂与摩擦片相对位置不同，本发明的结构方案还有第二种，见图2。来自于发动机的动力从挠性板1传递到飞轮2以及固定于发动机飞轮后平面的湿式离合器前壳体3上，经过减振器4，传递到湿式离合器后壳体5，再通过其上内毂上的内花键与湿式离合器盘8的外花键相连，传递扭矩。湿式离合器由可接合或分离的多片式离合器盘8、摩擦片9以及压盘10组成，摩擦片9的内花键与离合器毂6的外花键相连，传递扭矩。湿式离合器的接合和分离可以通过第一换挡执行机构39进行作动，而第一换挡执行机构39的作动可以通过电控液压、电控气动或者电控电动方式。换挡执行机构39在环形活塞32表面上形成液压力，从而推动环形活塞32并通过其上的环形凸缘47在压盘10上施加向右的作用力，以压紧湿式离合器，使之接合；当第一换挡执行机构39在环形活塞32表面上不再施加作用力时，则连接环形活塞32及湿式离合器后壳体5内表面的回位弹簧31推动环形活塞32回到原来的位置，使湿式离合器分离。离合器毂6通过其中心的花键42将扭矩传递到第一变速器输入轴24上。上述湿式离合器后壳体5上的动力还传递到固定在其外表面的干式离合器反作用盘11上，干式离合器由可接合或分离的摩擦盘12、压盘15和反作用盘11组成。其中压盘15与离合器盖13以铆钉14连接，而离合器盖13则固定在上述湿式离合器后壳体5的外表面上，集成有减振弹簧19的摩擦盘12则与第二变速器入轴23以花键20相连，以传递扭矩。干式离合器还包含通过支承圈17夹持在干式离合器的离合器盖上的膜片弹簧，膜片弹簧与可由第二换挡执行机构作动的分离轴承连接。干式离合器的接合和分离通过第二换挡执行机构22进行作动，而第二换挡执行机构22的作动可以通过电控液压、电控气动或者电控电动方式。当采用电控电动方式作动时，执行电机的扭矩通过蜗轮蜗杆或蜗轮丝杠转变为线性推力后推动分离轴承21，继而推动膜片弹簧16松开离合器，使之分离。当执行电机反转时，膜片弹簧16恢复到不受力的自然位置，干式离合器受到弹簧力压紧而接合。

显然，这两种方案不同于现有的双离合器中由同为湿式或者同为干式的两个离合器构成的方案。本发明的湿式离合器置于一个封闭的壳体中，而干式离合器则位于一个半封闭的离合器盖中。

图3为本发明的一种具体实施例的结构示意图。

如图所示，来自于发动机的动力通过挠性板1传递到飞轮2以及湿式离合器前壳体3上，飞轮2和湿式离合器前壳体3构成系统的初级质量。动力经过减振器4，传递到湿式离合器后壳体5，湿式离合器后壳体5组件构成系统的次级质量。在设计时对初级质量、次级质量和减振器的阻尼以及弹簧刚度进行适当配比会有助于减小发动机扭振带给传动系的振动，防止系统发生振动噪声问题。湿式离合器后壳体5上的内毂的外侧有外花键，它们与离合器盘8的内花键配合，以传递扭矩。湿式离合器由可接合或分离的多片式离合器盘8、摩擦片9以及压盘10组成，摩擦片9的外花键与离合器毂6的内花键相配合，传递扭矩。湿式离合器的接合和分离可以通过电控液压换挡执行机构进行作动。当具有一定压力的液压油通过毂轴25中的环形油槽35进入轴套30上的油孔36进入由环形活塞32和环形油缸39以及油封34、油封38、油封46之间的密闭空间时，在环形活塞32的表面上形成液压力，从而推动环形活塞32向右移动，并通过其上的环形凸缘47在压盘10上施加向右方向的轴向作用力，以压紧湿式离合器，使之接合；关断液压油则回位弹簧31推动环形活塞32回到原来的位置，使湿式离合器分离。油封33和油封37对环形油槽35进入油孔36的液压油起密封的作用。离合器毂6通过其中心的花键42将扭矩传递到第一变速器输入轴24上。卡箍45阻止环形油缸39在轴套30上向左移动，从而保证液压力在环形活塞32上形成。毂轴25依靠轴承28和轴承40支承在输入轴24上，而轴套30依靠轴承29和轴承41支承在毂轴上。湿式离合器前壳体3依靠轴承43支承在输入轴24上，并以油封44将液压油密封在壳体内部，从而保证液压油的清洁度和循环使用。湿式离合器后壳体5依靠轴承27支承在毂轴25上，并以油封26将液压油密封在湿式离合器壳体中，防止其进入干式离合器中。

湿式离合器后壳体5上的动力还传递到固定在其上的干式离合器反作用盘11上，干式离合器由可接合或分离的摩擦盘12、压盘15和反作用盘11组成。其中压盘15与离合器盖13以铆钉14连接，而离合器盖13则固定在上述湿式离合器后壳体5的外表面上，集成有减振弹簧19的摩擦盘12则与第二变速器输入轴23以花键20相连，以传递扭矩。干式离合器的接合和分离通过电控电动执行机构22进行作动，执行电机的扭矩通过蜗轮蜗杆或蜗轮丝杠转变为线性推力后推动分离轴承21，继而推动膜片弹簧16松开离合器，使之分离。当执行电机反转时，膜片弹簧16恢复到不受力的自然位置，干式离合器受到其弹簧力压紧而接合。

本发明的半干半湿式双离合器应用于频繁起步工况控制方法：以干式离合器起步，当干式离合器指标性参数（如表面温度）高于一定阈值（设定限值）时，换挡控制程序切换到湿式离合器起步，待干式离合器摩擦表面温度低于某一阈值时，再切换回干式离合器起步，从而保证车辆在包括频繁起步的任何工况下都能够正常运行。

上述干式离合器指标性参数可以是干式离合器摩擦表面温度，或者是一段时间内干式离合器滑摩功的累计值。

更具体地说，假定该双离合器用于6速DCT，则干式离合器第二变速器输入轴23与1挡、3挡、5挡齿轮副相连，而湿式离合器第一变速器输入轴24与2挡、4挡、6挡齿轮副相连。为了在保证起步动力性的同时使燃油经济性最大化，通常起步时均以干式离合器配合1挡起步。为了避免在频繁起步等恶劣工况时干式离合器受损，控制程序不断对其摩擦表面温度或一段时间内干式离合器滑摩功的累计值进行实时估算，当干式离合器的指标性参数超过某一阈值时（比如说干式离合器摩擦表面温度的估算值超过300℃），表明继续采用干式离合器起步将对其性能和耐久性产生不可接受的影响，这时系统控制程序将先接合2挡同步器，在分离干式离合器的同时接合湿式离合器，完成向2挡起步的切换。虽然2挡起步的扭矩因传动比的原因一般不如1挡扭矩大，会对起步加速度和加速时间有一定的影响，但可以通过发动机的扭矩控制进行一定程度的弥补。通常在频繁起步工况，油门开度不会很大，因此对车辆动力性的影响不大。待干式离合器摩擦表面温度的估算值低于某一阈值（比如说250℃）时，再切换回干式离合器起步。一干一湿离合器的搭配避免了干式离合器因长期在恶劣工况下工作引起的失效，提高了其可靠性、耐久性和使用寿命。

本发明能够比湿式双离合器有更高的传动效率。因为干式离合器不需要油泵来为离合器摩擦表面提供冷却油，因而降低了寄生损失，具有比湿式离合器更高的传动效率。一般而言，湿式双离合变速器的最高效率仅在94%左右，而干式双离合变速器的最高效率则可达到97%。湿式离合器中的寄生损失一般包括几个来源，一是油泵的功耗，从系统角度看它百分之百都是有用功率的损失；二是在分离状态多片式摩擦片与相邻的离合器盘之间的残余油膜给系统造成的粘性阻力矩导致的功耗；三是在油流经过转动部件时由于油流与空气混合的两相流对其造成的风阻，油流和油雾的存在使风阻导致的功耗升高；四是在采用液压换挡执行机构时，该机构的几处油封若存在泄漏，则会造成油泵流量的不必要增加，从而导致系统功耗的增加。与湿式双离合器相比，本发明的技术方案以一个干式离合器替代两个湿式离合器之中的一个，避免了上述寄生损失之中的相当一部分。以6速双离合变速器为例，当干式离合器连接1、3、5挡齿轮副，湿式离合器连接2、4、6齿轮副时，假如采用特殊的换挡规律使变速器更多时间在1、3、5挡而非2、4、6挡工作，则该变速器传动效率最高将可能达到95～96%。

可望比湿式双离合器成本更低。由于湿式离合器的结构包括数个摩擦片以及离合器盘，若是采用液压换挡执行机构还要加上液压油缸、柱塞阀、电磁阀、蓄能器等液压部件，不仅其零部件数量明显多于干式离合器，而且加工精度要求也更高，这会使湿式离合器的材料和制造成本显著高于干式离合器。本发明以一个干式离合器替代两个湿式离合器之中的一个，将使成本显著低于湿式双离合器，因而使该产品的性价比高于目前的湿式双离合器，在市场竞争中取得有利地位。

提高双离合器的寿命和可靠性，降低因离合器失效所带来的维修、售后服务等费用。湿式离合器由于采用较为精密的液压系统，对液压油的清洁度要求高，系统设计不当较易出现卡滞、磨损、泄露、堵塞等问题。干式离合器系统简单，维护、修理方便。一干一湿离合器的搭配还避免了干式离合器因长期在恶劣工况下工作引起的失效，提高了其可靠性、耐久性和使用寿命。

Claims (5)

1.一种半干半湿式双离合器，包括一个包含可接合或分离的多片式离合器盘、摩擦片以及压盘的湿式离合器和一个包含可接合或分离的摩擦盘、压盘和反作用盘的干式离合器，其特征在于：

所述湿式离合器的前壳体固定于发动机飞轮的后平面，所述湿式离合器盘通过花键与湿式离合器的后壳体上的内毂相连，所述摩擦片通过花键与湿式离合器的离合器毂相连，离合器毂通过其中心的花键与第一变速器输入轴相连，

所述湿式离合器还包含一个可由第一换挡执行机构作动的环形活塞，环形活塞上置有可作用于所述湿式离合器压盘的环形凸缘，环形活塞通过回位弹簧与湿式离合器的后壳体内表面连接；

所述干式离合器反作用盘固定在所述湿式离合器的后壳体外表面，所述干式离合器的离合器盖固定在所述湿式离合器的后壳体的外表面上，所述干式离合器压盘与干式离合器的离合器盖以铆钉连接，所述干式离合器的摩擦盘通过花键与第二变速器输入轴相连，

所述干式离合器还包含通过支承圈夹持在干式离合器的离合器盖上的膜片弹簧，膜片弹簧与可由第二换挡执行机构作动的分离轴承连接。

2.根据权利要求1所述的半干半湿式双离合器，其特征在于：所述第一换挡执行机构和第二换挡执行机构可以各自采用电控液压、电控气动或者电控电动方式。

3.根据权利要求1所述的半干半湿式双离合器，其特征在于：所述湿式离合器的前壳体和后壳体之间置有减震器。

4.根据权利要求1所述的半干半湿式双离合器，其特征在于：所述干式离合器的摩擦盘上集成有减震弹簧。

5.权利要求1所述的半干半湿式双离合器及其频繁起步工况控制法，其特征在于：以干式离合器起步，当干式离合器摩擦表面温度高于一定阈值时，换挡控制程序切换到湿式离合器起步，待干式离合器摩擦表面温度低于某一阈值时，再切换回干式离合器起步。