混合動(dòng)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能分析

韓啟鋒 張彤 張寶勝 章金樂(lè) 陽(yáng)華萍

摘 要：混合動(dòng)力變速器已經(jīng)在汽車(chē)行業(yè)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，駐車(chē)機(jī)構(gòu)作為混合動(dòng)力變速器中實(shí)現(xiàn)可靠駐車(chē)的一種安全裝置，是混合動(dòng)力變速器中不可缺少的關(guān)鍵部件。文章參考相關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)駐車(chē)機(jī)構(gòu)功能、性能要求分析，闡述了駐車(chē)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)駐車(chē)棘爪自動(dòng)彈出能力、非正常駐車(chē)、駐車(chē)速度、安全駐車(chē)及防止自動(dòng)脫檔等進(jìn)行了分析計(jì)算，希望對(duì)駐車(chē)機(jī)構(gòu)的開(kāi)發(fā)有所幫助。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力變速器;駐車(chē)機(jī)構(gòu);性能要求

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.5? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B? 文章編號(hào)：1671-7988（2019）04-19-04

CLC NO.： U463.5? Document Code： B? Article ID： 1671-7988（2019）04-19-04

前言

混合動(dòng)力變速器駐車(chē)機(jī)構(gòu)是用于車(chē)輛靜止時(shí)將機(jī)動(dòng)車(chē)輛鎖止，通過(guò)將車(chē)輛傳動(dòng)軸在旋轉(zhuǎn)方向上鎖止來(lái)確保停車(chē)后不會(huì)出現(xiàn)滑移、溜坡等危險(xiǎn)情況，它是混合動(dòng)力車(chē)輛上不可或缺的安全裝置。對(duì)于混合動(dòng)力變速器，在車(chē)輛停車(chē)狀態(tài)下，由于液壓系統(tǒng)不工作，變速器內(nèi)各零部件處于空轉(zhuǎn)自由狀態(tài)，無(wú)法借助于發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)反制動(dòng)，此時(shí)，需要借助駐車(chē)機(jī)構(gòu)鎖止動(dòng)力傳輸。目前，關(guān)于駐車(chē)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)資料較少，本文從駐車(chē)機(jī)構(gòu)的功能、性能方面出發(fā)，闡述了關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)思路和方法。

1 液壓驅(qū)動(dòng)駐車(chē)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

液壓式駐車(chē)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一般要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能可靠，其基本結(jié)構(gòu)一般包括駐車(chē)棘輪、駐車(chē)棘爪、液壓驅(qū)動(dòng)裝置、駐車(chē)搖臂、駐車(chē)作動(dòng)裝置、作動(dòng)塊導(dǎo)軌、轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)、自鎖板簧及棘爪回位彈簧等零部件。具體根據(jù)匹配空間要求布置駐車(chē)機(jī)構(gòu)，見(jiàn)上圖1。

2 液壓驅(qū)動(dòng)駐車(chē)機(jī)構(gòu)性能分析

駐車(chē)機(jī)構(gòu)的駐車(chē)能力是以車(chē)輛在良好路面上可靠而無(wú)時(shí)間限制地停駐的最大坡度來(lái)衡量的，一般要求不低于25%的坡度，行業(yè)內(nèi)駐車(chē)機(jī)構(gòu)的駐車(chē)效能一般按30%坡度設(shè)計(jì)，駐車(chē)機(jī)構(gòu)的主要性能目標(biāo)包括以下幾點(diǎn)。

2.2 防脫檔性能分析

掛入駐車(chē)檔時(shí)駐車(chē)棘爪與駐車(chē)棘輪存在齒頂相抵的情況，此時(shí)作動(dòng)塊被導(dǎo)軌和駐車(chē)棘爪卡住，導(dǎo)桿作動(dòng)彈簧處于極限壓縮狀態(tài)，對(duì)駐車(chē)搖臂的作用力也是最大的。此時(shí)自鎖板簧提供的鎖止力矩必須能夠克服導(dǎo)桿作動(dòng)彈簧對(duì)駐車(chē)搖臂的作用力矩，確保在沒(méi)有外力作用的情況下不會(huì)脫檔。駐車(chē)搖臂受自鎖板簧的作用力Fn，導(dǎo)桿作動(dòng)彈簧的作用力Ft，設(shè)定駐車(chē)搖臂的型線(xiàn)角為γ，自鎖板簧在鎖止?fàn)顟B(tài)時(shí)的彈力為Fb。駐車(chē)搖臂的受力如下圖4所示。

要確保在掛入駐車(chē)檔后不脫檔，自鎖板簧力值需滿(mǎn)足式（6）要求。并可根據(jù)此要求設(shè)計(jì)自鎖板簧的參數(shù)，駐車(chē)搖臂的型線(xiàn)角、結(jié)構(gòu)及安裝位置。

2.3 棘爪自動(dòng)彈出性能分析

當(dāng)車(chē)輛解鎖時(shí)，作動(dòng)塊從駐車(chē)棘爪的上部移開(kāi)，駐車(chē)棘輪由于受坡道車(chē)重或發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)影響，有轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，此時(shí)，駐車(chē)棘爪應(yīng)能及時(shí)從駐車(chē)棘輪的齒槽中脫出，不能影響車(chē)輛行駛。此時(shí)駐車(chē)棘爪受棘輪的正壓力Fwp， 棘輪的摩擦力fwp。其受力關(guān)系如下圖5所示：

2.4 避免異常駐車(chē)性能分析

行車(chē)過(guò)程中，有可能遇到顛簸路、追尾或被追尾等情況影響，震動(dòng)較大。此時(shí)駐車(chē)棘爪應(yīng)保持穩(wěn)定，不能駐入棘輪，也即無(wú)論發(fā)生任何異常情況，駐車(chē)機(jī)構(gòu)不能自動(dòng)駐車(chē)，以免造成事故。這就要求棘爪回位彈簧提供足夠的支撐力，但又不能過(guò)大，否則會(huì)影響換擋力，增加驅(qū)動(dòng)電機(jī)或液壓系統(tǒng)負(fù)載，一般按5倍的安全系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。駐車(chē)棘爪受作動(dòng)塊的作用力Fkj，自身重力Gj，棘爪回位彈簧力Tt。棘爪受力如下圖6所示：

2.5 換擋力計(jì)算分析

駐車(chē)機(jī)構(gòu)按驅(qū)動(dòng)方式分為機(jī)械式駐車(chē)機(jī)構(gòu)、液壓式駐車(chē)機(jī)構(gòu)和電機(jī)式駐車(chē)機(jī)構(gòu)。對(duì)于機(jī)械式駐車(chē)機(jī)構(gòu)，水平路面脫檔力一般20N-40N。坡道路面脫檔力一般不超過(guò)60N。以下圖示是國(guó)內(nèi)一款DCT的脫檔力測(cè)試結(jié)果。

對(duì)于液壓式駐車(chē)機(jī)構(gòu)和電機(jī)式駐車(chē)機(jī)構(gòu)，在滿(mǎn)足以上各種性能要求的前提下，其換擋力設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能小，以盡可能減小驅(qū)動(dòng)電機(jī)或液壓系統(tǒng)的負(fù)載。下面以此駐車(chē)機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行說(shuō)明。

棘爪和導(dǎo)軌對(duì)作動(dòng)塊的合力F通過(guò)作動(dòng)桿作用于駐車(chē)搖臂，除此之外，搖臂還受到自鎖板簧的鎖止力Tn，以駐車(chē)搖臂為分析對(duì)象，其受力情況如下圖9所示：

3 結(jié)語(yǔ)

駐車(chē)機(jī)構(gòu)是車(chē)輛停車(chē)安全的關(guān)鍵部件，要求其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能可靠，對(duì)其各方面性能要求比較高。根據(jù)驅(qū)動(dòng)形式的不同，駐車(chē)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)也形式多樣，但對(duì)其功能及性能要求一般大同小異。

本文是結(jié)合國(guó)內(nèi)一款混合動(dòng)力變速箱駐車(chē)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及驗(yàn)證經(jīng)歷，總結(jié)的一篇設(shè)計(jì)心得。主要從駐車(chē)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、功能及性能要求、相關(guān)關(guān)鍵零件的參數(shù)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了論述。目前該駐車(chē)機(jī)構(gòu)已完成全部臺(tái)架及整車(chē)試驗(yàn)驗(yàn)證，望能提供一些駐車(chē)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的參考。鑒于作者能力有限，文中仍有許多不足和錯(cuò)誤，望專(zhuān)家及讀者批評(píng)指正。

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