CN108386495A - 一种双离合变速器结构及其车辆行驶控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双离合变速器结构及其控制方法。在所述双离合器变速器结构中，在输入轴上装有两个湿式多片离合器，两个湿式多片离合器面对面布置，共用一个离合器控制拨叉，组成一个双离合系统，结构紧凑轴向尺寸小，控制零件少，相比传统两个单独的离合器而言控制上避免由于故障或者控制错误导致两个离合器同时结合的危险；此外，通过优化离合器结合过程控制，离合器结合推力p采用随时间变化的抛物线方程方式控制，有效的避免了以往内外摩擦片之间过快接触进而产生结合冲击造成摩擦片磨损或者寿命较短，驾驶体验感较差的缺陷，同时，提高了车辆行驶过程中整车动力性能和平顺性，减少离合器磨损和冲击，提高寿命和驾驶体验感。
Description
技术领域
本发明涉及汽车领域，具体涉及一种变速器换挡结构及包含该变速器结构的控制方法，特指一种具有双离合器结构的变速器及包含该变速器结构的控制方法。
背景技术
随着我国新能源汽车的快速发展和国家一系列相关政策的引导，新能源纯电动汽车变速器也逐渐向高速化和多档位发展，但传统的AMT变速方式，由于使用传统的同步器结构，在换挡过程需要将动力断开。如果使用AT技术，需要增加液压系统来实现，使整个变速器结构复杂，零件多，技术难度大。因此增加制造成本和整车可靠性，同时也减少了整车续航里程。
发明内容
为了解决现有变速器上技术的不足，即为了解决换挡时的整车冲击或存在机构复杂、制造成本高等问题，提高车辆行驶过程中换挡期间的整车动力性能和平顺性，减少离合器磨损和冲击，提高寿命和驾驶体验感，本发明提供了一种新型的双离合器变速器结构及其控制方法，
具体提供一种双离合变速器结构，包括输入轴、输出轴，所述输入轴上依次安装有一档主动齿轮10、一档离合器11、二档离合器2和二档主动齿轮3；所述一档离合器11和二档离合器2相邻并面对面安装，所述一档离合器11和二档离合器2中间安装一个换挡控制拨叉1，所述换挡控制拨叉内圈装有离合器接合轴承12，所述离合器接合轴承外圈通过左右两个轴用弹性挡圈13与所述换挡控制拨叉1固定；所述一档主动齿轮10通过滚针9安装在输入轴上，其动力传递只能通过一档离合器11实施，所述二档主动齿轮3也通过滚针9安装在输入轴上，其动力传递只能通过二档离合器2实施；所述输出轴上安装有一档被动齿轮7和二档被动齿轮4，一档被动齿轮7和二档被动齿轮4均通过花键与输出轴5连接；并用轴用挡圈6固定，一档被动齿轮7和二档被动齿轮4分别与输入轴上对应的一档主动齿轮10和二档主动齿轮3啮合。
进一步的，其中所述一档和二档离合器均为湿式多片结构，均由离合器外齿毂14、离合器内齿毂18、外摩擦片15、内摩擦片16、离合器压盘17组成；一档离合器的外齿毂与一档主动齿轮焊接成一体；二档离合器外齿毂与二档主动齿轮焊接在一起，一档和二档离合器内齿毂18分别通过花键安装在输入轴上，一档和二档离合器压盘17内孔分别通过花键与一档和二档离合器内齿毂18配合，并可在所述一档和二档离合器内齿毂上滑动，一档和二档离合器外摩擦片15分别与一档和二档离合器外齿毂14配合，一档和二档离合器内摩擦片16分别与一档和二档离合器压盘17配合，一档和二档离合器各自的内外摩擦片相间安装；当一档或二档离合器压盘移动时，可实现内外摩擦片的贴合和分离。
进一步的，其中离合器接合轴承12外圈与所述换挡控制拨叉1连接，内圈左右端分别与一档离合器压盘和二档离合器压盘接触，当所述换挡控制拨叉移动时，可实现变速器快速地在空档、一档和二档之间切换；当换挡控制拨叉向右移动时，其离合器接合轴承压向一档离合器压盘，使一档离合器内外摩擦片贴合，动力即从输入轴通过一档离合器内轮毂传递给离合器压盘，再通过内外摩擦片带动一档离合器外齿毂和一档主动齿轮，实现一档主被动齿轮工作；当换挡控制拨叉向左移动时，其离合器接合轴承压向二档离合器压盘，使二档离合器内外摩擦片贴合，动力即从输入轴通过二档离合器内轮毂传递给离合器压盘，再通过内外摩擦片带动二档离合器外齿毂和二档主动齿轮，实现二档主被动齿轮工作。
还提供一种车辆行驶控制方法，所述车辆的动力系统包括电机、电池、整车控制器、变速器；其中，变速器采用前述任一项所述的双离合变速器结构；所述的车辆行驶控制方法包括：起步阶段，先通过整车控制器获取驾驶者的油门踏板被踩下的油门开度，计算出整车需求转矩，整车控制器再根据整车需求转矩和变速器一档减速比计算出电机的目标输出转矩，同时整车控制器控制变速器的换挡控制拨叉向一档离合器侧施加推力，使得离合器接合轴承压向一档离合器压盘，一档离合器压盘受到推力后，使一档离合器内外摩擦片贴合，整车控制器根据计算出的电机的目标输出转矩控制电机输出动力，电机输出动力即从输入轴通过一档离合器内轮毂传递给离合器压盘，再通过内外摩擦片带动一档离合器外齿毂和一档主动齿轮，实现一档主被动齿轮工作，进而最终驱动车辆起步行驶；行驶阶段，在行驶过程中，当车辆需要换挡时，整车控制器控制换挡控制拨叉1快速回到中间位置并迅速控制换挡控制拨叉1向目标挡位离合器侧施加满足预定曲线方程的推力，使得离合器接合轴承压向目标挡位离合器压盘，目标挡位离合器压盘受到推力后，使目标挡位离合器内外摩擦片贴合，电机输出动力即从输入轴通过目标挡位离合器内轮毂传递给离合器压盘，再通过内外摩擦片带动目标挡位离合器外齿毂和目标挡位主动齿轮，实现目标挡位主被动齿轮工作，完成挡位切换；其中，所述的换挡控制拨叉1向目标挡位离合器侧施加的推力p满足的预定曲线方程为p＝k(其中，k＞0)，其中t为离合器结合时间，t＝[0，tmax]，t＝0时离合器完全断开，tmax为离合器达到完全闭合所需时间；p为换挡控制拨叉施加到离合器压盘上的压力，p＝[0，pmax]，p＝0时换挡控制拨叉施加到离合器压盘上的压力为0，p＝pmax时离合器达到完全闭合状态；其中k为预设标定系数。
本发明在所述双离合器变速器结构，在输入轴上装有两个湿式多片离合器。两个湿式多片离合器面对面布置，共用一个离合器控制拨叉，组成一个双离合系统。在上述的双离合器系统中，两个离合器外侧分别连接一档和二档主动齿轮。在输出轴上两个一档和二档被动齿轮与输入轴上两个相对应的主动齿轮分别啮合，两个被动齿轮与输出轴采用花键连接。当换挡机构控制拨叉处于中间位置时，一档离合器和二档离合器均处于脱开状态，一档齿轮和二档齿轮均无动力传递，变速器处于空档位。当离合器控制拨叉向右移动时，右侧一档离合器接合，动力通过一档齿轮组传递，变速器处于一档运行状态，当离合器控制拨叉移向左侧时，二档离合器接合，一档离合器自然分离，变速器二档齿轮组处于运行状态。
上述双离合变速器优点：两个离合器面对面安装，共用一个控制拨叉，结构紧凑轴向尺寸小，控制零件少，此外，拨叉放在中间，且共用，有效节省了组成零件数量和成本，相比传统两个单独的离合器而言控制上避免由于故障或者控制错误导致两个离合器同时结合的危险。
两个离合器安装在输入轴中间，由于输入轴传递扭矩小，转速高的特点，可使离合器外径尺寸做的较小，减少了转动惯量，并可以使输入轴和输出轴中心距做小一些，使整个变速器结构小型化。此外，两个离合器共用一个控制拨叉，可以防止一档和二档同时工作的状态，消除了变速器发生锁死的重大故障，提高了整车的安全性。
由于采用湿式多片离合器结构，换挡过程不需动力中断使换挡时间减少，消除汽车行驶的顿挫感，提高行驶的舒适性。此外，由于拨叉处于中间时，两侧离合器刚好不产生结合力，当拨叉左右运动时，相应侧离合器逐渐结合，结合力逐渐增大，直到最终结合，使得换挡不存在换挡冲击，过渡均匀，也不会产生冲击和顿挫感。
由于推力p采用了上述随时间t变化的抛物线方程方式控制，即在离合器受推力结合初期，p随时间t增加平缓，此时离合器中的摩擦片受力挤压平缓，内外摩擦片之间产生较大的滑动位移，滑动摩擦力缓慢增大，有效的避免了以往内外摩擦片之间过快接触进而产生结合冲击造成摩擦片磨损或者寿命较短，驾驶体验感较差的缺陷。此外，在上述基础上为了提高了车辆行驶过程中整车动力性能和平顺性，减少离合器磨损和冲击，提高寿命和驾驶体验感，通过上述特定曲线的设置保证了离合器后半段结合尽可能在较短时间内完成。综上，本发明分别通过结构的创新和/或换挡离合器结合控制方式的改进，从不同手段入手对现有缺陷进行了改进，到达了较好的效果。
附图说明
图1为本发明专利双离合器变速器一档和二档齿轮啮合及相应的两个离合器装配示意图
图2为两个离合器在输入轴上的安装结构示意图
图3为离合器所受推力变化曲线示意图
附图标注列表
1.换挡控制拨叉 2.二档离合器 3.二档主动齿轮 4.二档被动齿轮 5.输出轴 6.轴用弹性挡圈 7.一档被动齿轮 8.输入轴 9.滚针 10.一档主动齿轮 11.一档离合器 12.离合器接合轴承 13.轴用弹性挡圈 14.离合器外轮毂 15.离合器外摩擦片 16.离合器内摩擦片 17.离合器压盘 18.离合器内齿毂。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的具体实施方式，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
如图1所示，输入轴上安装有一档主动齿轮10和二档主动齿轮3，一档离合器11和二档离合器2。两个离合器面对面安装，中间安装一个换挡控制拨叉1，控制拨叉内圈装有离合器接合轴承12，接合轴承外圈通过左右两个轴用弹性挡圈13与控制拨叉1固定。仍然参照图一所示，一档主动齿轮10通过滚针9安装在输入轴上，其动力传递只能通过一档离合器11实施，相同的情况，二档主动齿轮3也通过滚针9安装在输入轴上，其动力传递只能通过二档离合器2实施。
仍然参照图1所示，输出轴上安装有一档被动齿轮7和二档被动齿轮4，二个被动齿轮均通过花键与输出轴5连接；并用轴用挡圈6固定，两个被动齿轮分别与输入轴上的对应主动齿轮啮合。
下面结合图2来说明离合器的装配结构，如图二所示，变速离合器利用湿式多片结构，离合器由离合器外齿毂14、离合器内齿毂18、外摩擦片15、内摩擦片16、离合器压盘17等组成。一档离合器的外齿毂与一档主动齿轮焊接成一体。相同的，二档离合器外齿毂与二档主动齿轮焊接在一起，离合器内齿毂18则通过花键安装在输入轴上，离合器压盘17内孔通过花键与离合器内齿毂18配合，并可在内齿毂上滑动，离合器外摩擦片15与外齿毂14配合，离合器内摩擦片16与离合器压盘17配合，内外摩擦片相间安装。当离合器压盘移动时，可实现内外摩擦片的贴合和分离。
离合器接合轴承12外圈与控制拨叉1连接，内圈左右端分别与一档离合器压盘和二档离合器压盘接触，当换挡控制拨叉移动时，可实现变速器快速地在空档、一档和二档之间切换。当换挡控制拨叉向右移动时，其离合器接合轴承压向一档离合器压盘，使一档离合器内外摩擦片贴合，动力即从输入轴通过一档离合器内轮毂传递给离合器压盘，再通过内外摩擦片带动一档离合器外齿毂和一档主动齿轮，实现一档主被动齿轮工作。相同的原理也可以在二档齿轮实现。
根据上述变速结构，本发明还提供一种车辆行驶控制方法，其目的是提高车辆行驶过程中的换挡期间的整车动力性能和平顺性，减少离合器磨损和冲击，提高寿命和驾驶体验感。本发明的车辆的动力系统包括电机、电池、整车控制器、变速器；其中，变速器采用前述带有两个面对面安装的湿式离合器的变速器结构。
所述的车辆行驶控制方法包括，起步阶段，先通过整车控制器获取驾驶者的油门踏板被踩下的油门开度，计算出整车需求转矩，整车控制器再根据整车需求转矩和变速器一档减速比计算出电机的目标输出转矩，同时整车控制器控制变速器的换挡控制拨叉1向一档离合器侧施加推力，使得离合器接合轴承压向一档离合器压盘，一档离合器压盘受到推力后，使一档离合器内外摩擦片贴合，整车控制器根据计算出的电机的目标输出转矩控制电机输出动力，电机输出动力即从输入轴通过一档离合器内轮毂传递给离合器压盘，再通过内外摩擦片带动一档离合器外齿毂和一档主动齿轮，实现一档主被动齿轮工作，进而最终驱动车辆起步行驶。
行驶过程中，当车辆需要换挡时，为了提高车辆由一档切换到二档过程中整车动力性能和平顺性，减少离合器磨损和冲击，提高寿命和驾驶体验感，本发明提出一种换挡离合器结合控制方法，即当车辆以一档状态行驶期间，当需要切换到二档时，整车控制器控制换挡控制拨叉1快速回到中间位置并迅速控制换挡控制拨叉1向二档离合器侧施加满足预定曲线方程的推力，使得离合器接合轴承压向二档离合器压盘，二档离合器压盘受到推力后，使二档离合器内外摩擦片贴合，电机输出动力即从输入轴通过二档离合器内轮毂传递给离合器压盘，再通过内外摩擦片带动二档离合器外齿毂和二档主动齿轮，实现二档主被动齿轮工作，完成挡位切换。同理，行驶过程中，进一步的变速器升档或者降档都采用上述预定曲线方程的方法控制挡位切换。
参见图3，其中，换挡控制拨叉1向二档离合器侧施加的推力p满足的预定曲线方程为抛物线方程，即满足p＝k(k＞0)，其中t为离合器结合时间，t＝[0，tmax]，t＝0时离合器完全断开，tmax为离合器达到完全闭合(各内外摩擦片间不存在滑动位移)所需时间(tmax根据离合器不同结构和控制要求，可进行实验标定)；p为换挡控制拨叉施加到离合器压盘上的压力，p＝[0，pmax]，p＝0时换挡控制拨叉施加到离合器压盘上的压力为0(此时，换挡控制拨叉处于中间初始位置，离合器压盘处于初始空挡位置)，p＝pmax时为离合器达到完全闭合(各内外摩擦片间不存在滑动位移)；其中k为预设标定系数(根据离合器结构、离合器闭合响应时间以及车辆控制要求进行实验标定值)。由于推力p采用了上述随时间t变化的抛物线方程方式控制，即在离合器受推力结合初期，p随时间t增加平缓，此时离合器中的摩擦片受力挤压平缓，内外摩擦片之间产生较大的滑动位移，滑动摩擦力缓慢增大，有效的避免了以往内外摩擦片之间过快接触进而产生结合冲击造成摩擦片磨损或者寿命较短，驾驶体验感较差的缺陷。但，换挡时，摩擦片结合时间不能过长，过长会造成动力连续性变弱或者驾驶者动力中断感受随着过长的时间会增强，因此为了平衡驾驶中断感受，并尽快完成离合器换挡结合，离合器在后半段结合期间，推力p随时间需要快速增加(图3所示，抛物线曲线斜率随t增大而增大)，尽可能在较短时间内完成离合器结合。通过上述手段了提高了车辆行驶过程中整车动力性能和平顺性，减少离合器磨损和冲击，提高寿命和驾驶体验感。
至此，已经接合附图所示的实施方式描述了本发明的技术方案，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围，在不偏离本发明原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种双离合变速器结构，包括输入轴、输出轴，所述输入轴上依次安装有一档主动齿轮10、一档离合器11、二档离合器2和二档主动齿轮3；所述一档离合器11和二档离合器2相邻并面对面安装，所述一档离合器11和二档离合器2中间安装一个换挡控制拨叉1，所述换挡控制拨叉内圈装有离合器接合轴承12，所述离合器接合轴承外圈通过左右两个轴用弹性挡圈13与所述换挡控制拨叉1固定；所述一档主动齿轮10通过滚针9安装在输入轴上，其动力传递只能通过一档离合器11实施，所述二档主动齿轮3也通过滚针9安装在输入轴上，其动力传递只能通过二档离合器2实施；所述输出轴上安装有一档被动齿轮7和二档被动齿轮4，一档被动齿轮7和二档被动齿轮4均通过花键与输出轴5连接；并用轴用挡圈6固定，一档被动齿轮7和二档被动齿轮4分别与输入轴上对应的一档主动齿轮10和二档主动齿轮3啮合；其中所述一档和二档离合器均为湿式多片结构，均由离合器外齿毂14、离合器内齿毂18、外摩擦片15、内摩擦片16、离合器压盘17组成；一档离合器的外齿毂与一档主动齿轮焊接成一体；二档离合器外齿毂与二档主动齿轮焊接在一起，一档和二档离合器内齿毂18分别通过花键安装在输入轴上，一档和二档离合器压盘17内孔分别通过花键与一档和二档离合器内齿毂18配合，并可在所述一档和二档离合器内齿毂上滑动，一档和二档离合器外摩擦片15分别与一档和二档离合器外齿毂14配合，一档和二档离合器内摩擦片16分别与一档和二档离合器压盘17配合，一档和二档离合器各自的内外摩擦片相间安装；当一档或二档离合器压盘移动时，可实现内外摩擦片的贴合和分离，其中离合器接合轴承12外圈与所述换挡控制拨叉1连接，内圈左右端分别与一档离合器压盘和二档离合器压盘接触，当所述换挡控制拨叉移动时，可实现变速器快速地在空档、一档和二档之间切换；当换挡控制拨叉向右移动时，其离合器接合轴承压向一档离合器压盘，使一档离合器内外摩擦片贴合，动力即从输入轴通过一档离合器内轮毂传递给离合器压盘，再通过内外摩擦片带动一档离合器外齿毂和一档主动齿轮，实现一档主被动齿轮工作；当换挡控制拨叉向左移动时，其离合器接合轴承压向二档离合器压盘，使二档离合器内外摩擦片贴合，动力即从输入轴通过二档离合器内轮毂传递给离合器压盘，再通过内外摩擦片带动二档离合器外齿毂和二档主动齿轮，实现二档主被动齿轮工作。
2.一种车辆行驶控制方法，所述车辆的动力系统包括电机、电池、整车控制器、变速器；其中，所述变速器采用前述权利要求1所述的双离合变速器结构；所述的车辆行驶控制方法包括：起步阶段，先通过整车控制器获取驾驶者的油门踏板被踩下的油门开度，计算出整车需求转矩，整车控制器再根据整车需求转矩和变速器一档减速比计算出电机的目标输出转矩，同时整车控制器控制变速器的换挡控制拨叉向一档离合器侧施加推力，使得离合器接合轴承压向一档离合器压盘，一档离合器压盘受到推力后，使一档离合器内外摩擦片贴合，整车控制器根据计算出的电机的目标输出转矩控制电机输出动力，电机输出动力即从输入轴通过一档离合器内轮毂传递给离合器压盘，再通过内外摩擦片带动一档离合器外齿毂和一档主动齿轮，实现一档主被动齿轮工作，进而最终驱动车辆起步行驶；行驶阶段，在行驶过程中，当车辆需要换挡时，整车控制器控制换挡控制拨叉1快速回到中间位置并迅速控制换挡控制拨叉1向目标挡位离合器侧施加满足预定曲线方程的推力，使得离合器接合轴承压向目标挡位离合器压盘，目标挡位离合器压盘受到推力后，使目标挡位离合器内外摩擦片贴合，电机输出动力即从输入轴通过目标挡位离合器内轮毂传递给离合器压盘，再通过内外摩擦片带动目标挡位离合器外齿毂和目标挡位主动齿轮，实现目标挡位主被动齿轮工作，完成挡位切换；其中，所述的换挡控制拨叉1向目标挡位离合器侧施加的推力p满足的预定曲线方程为p＝k(其中，k＞0)，其中t为离合器结合时间，t＝[0，tmax]，t＝0时离合器完全断开，tmax为离合器达到完全闭合所需时间；p为换挡控制拨叉施加到离合器压盘上的压力，p＝[0，pmax]，p＝0时换挡控制拨叉施加到离合器压盘上的压力为0，p＝pmax时离合器达到完全闭合状态；其中k为预设标定系数。
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