混合动构设计及性能分析

韩启锋 张彤 张宝胜 章金乐 阳华萍

摘 要：混合动力变速器已经在汽车行业得到越来越广泛的应用，驻车机构作为混合动力变速器中实现可靠驻车的一种安全装置，是混合动力变速器中不可缺少的关键部件。文章参考相关文献，结合项目实际开发经验，通过对驻车机构功能、性能要求分析，阐述了驻车机构的设计关键点，对驻车棘爪自动弹出能力、非正常驻车、驻车速度、安全驻车及防止自动脱档等进行了分析计算，希望对驻车机构的开发有所帮助。

关键词：混合动力变速器;驻车机构;性能要求

中图分类号：U463.5  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2019）04-19-04

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

前言

混合动力变速器驻车机构是用于车辆静止时将机动车辆锁止，通过将车辆传动轴在旋转方向上锁止来确保停车后不会出现滑移、溜坡等危险情况，它是混合动力车辆上不可或缺的安全装置。对于混合动力变速器，在车辆停车状态下，由于液压系统不工作，变速器内各零部件处于空转自由状态，无法借助于发动机实现反制动，此时，需要借助驻车机构锁止动力传输。目前，关于驻车机构的设计资料较少，本文从驻车机构的功能、性能方面出发，阐述了关键零件的设计思路和方法。

1 液压驱动驻车机构结构

液压式驻车机构的设计一般要求结构简单，功能可靠，其基本结构一般包括驻车棘轮、驻车棘爪、液压驱动装置、驻车摇臂、驻车作动装置、作动块导轨、转动销、自锁板簧及棘爪回位弹簧等零部件。具体根据匹配空间要求布置驻车机构，见上图1。

2 液压驱动驻车机构性能分析

驻车机构的驻车能力是以车辆在良好路面上可靠而无时间限制地停驻的最大坡度来衡量的，一般要求不低于25%的坡度，行业内驻车机构的驻车效能一般按30%坡度设计，驻车机构的主要性能目标包括以下几点。

2.2 防脱档性能分析

挂入驻车档时驻车棘爪与驻车棘轮存在齿顶相抵的情况，此时作动块被导轨和驻车棘爪卡住，导杆作动弹簧处于极限压缩状态，对驻车摇臂的作用力也是最大的。此时自锁板簧提供的锁止力矩必须能够克服导杆作动弹簧对驻车摇臂的作用力矩，确保在没有外力作用的情况下不会脱档。驻车摇臂受自锁板簧的作用力Fn，导杆作动弹簧的作用力Ft，设定驻车摇臂的型线角為γ，自锁板簧在锁止状态时的弹力为Fb。驻车摇臂的受力如下图4所示。

要确保在挂入驻车档后不脱档，自锁板簧力值需满足式（6）要求。并可根据此要求设计自锁板簧的参数，驻车摇臂的型线角、结构及安装位置。

2.3 棘爪自动弹出性能分析

当车辆解锁时，作动块从驻车棘爪的上部移开，驻车棘轮由于受坡道车重或发动机驱动影响，有转动趋势，此时，驻车棘爪应能及时从驻车棘轮的齿槽中脱出，不能影响车辆行驶。此时驻车棘爪受棘轮的正压力Fwp， 棘轮的摩擦力fwp。其受力关系如下图5所示：

2.4 避免异常驻车性能分析

行车过程中，有可能遇到颠簸路、追尾或被追尾等情况影响，震动较大。此时驻车棘爪应保持稳定，不能驻入棘轮，也即无论发生任何异常情况，驻车机构不能自动驻车，以免造成事故。这就要求棘爪回位弹簧提供足够的支撑力，但又不能过大，否则会影响换挡力，增加驱动电机或液压系统负载，一般按5倍的安全系数进行设计。驻车棘爪受作动块的作用力Fkj，自身重力Gj，棘爪回位弹簧力Tt。棘爪受力如下图6所示：

2.5 换挡力计算分析

驻车机构按驱动方式分为机械式驻车机构、液压式驻车机构和电机式驻车机构。对于机械式驻车机构，水平路面脱档力一般20N-40N。坡道路面脱档力一般不超过60N。以下图示是国内一款DCT的脱档力测试结果。

对于液压式驻车机构和电机式驻车机构，在满足以上各种性能要求的前提下，其换挡力设计应尽可能小，以尽可能减小驱动电机或液压系统的负载。下面以此驻车机构为例进行说明。

棘爪和导轨对作动块的合力F通过作动杆作用于驻车摇臂，除此之外，摇臂还受到自锁板簧的锁止力Tn，以驻车摇臂为分析对象，其受力情况如下图9所示：

3 结语

驻车机构是车辆停车安全的关键部件，要求其设计结构简单，功能可靠，对其各方面性能要求比较高。根据驱动形式的不同，驻车机构的结构也形式多样，但对其功能及性能要求一般大同小异。

本文是结合国内一款混合动力变速箱驻车机构的设计及验证经历，总结的一篇设计心得。主要从驻车机构的结构、功能及性能要求、相关关键零件的参数设计方面进行了论述。目前该驻车机构已完成全部台架及整车试验验证，望能提供一些驻车机构设计方面的参考。鉴于作者能力有限，文中仍有许多不足和错误，望专家及读者批评指正。

参考文献

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