混合動構設計及性能分析

韓啟鋒 張彤 張寶勝 章金樂 陽華萍

摘 要：混合動力變速器已經在汽車行業得到越來越廣泛的應用，駐車機構作為混合動力變速器中實現可靠駐車的一種安全裝置，是混合動力變速器中不可缺少的關鍵部件。文章參考相關文獻，結合項目實際開發經驗，通過對駐車機構功能、性能要求分析，闡述了駐車機構的設計關鍵點，對駐車棘爪自動彈出能力、非正常駐車、駐車速度、安全駐車及防止自動脫檔等進行了分析計算，希望對駐車機構的開發有所幫助。

關鍵詞：混合動力變速器;駐車機構;性能要求

中圖分類號：U463.5? 文獻標識碼：B? 文章編號：1671-7988（2019）04-19-04

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

前言

混合動力變速器駐車機構是用于車輛靜止時將機動車輛鎖止，通過將車輛傳動軸在旋轉方向上鎖止來確保停車后不會出現滑移、溜坡等危險情況，它是混合動力車輛上不可或缺的安全裝置。對于混合動力變速器，在車輛停車狀態下，由于液壓系統不工作，變速器內各零部件處于空轉自由狀態，無法借助于發動機實現反制動，此時，需要借助駐車機構鎖止動力傳輸。目前，關于駐車機構的設計資料較少，本文從駐車機構的功能、性能方面出發，闡述了關鍵零件的設計思路和方法。

1 液壓驅動駐車機構結構

液壓式駐車機構的設計一般要求結構簡單，功能可靠，其基本結構一般包括駐車棘輪、駐車棘爪、液壓驅動裝置、駐車搖臂、駐車作動裝置、作動塊導軌、轉動銷、自鎖板簧及棘爪回位彈簧等零部件。具體根據匹配空間要求布置駐車機構，見上圖1。

2 液壓驅動駐車機構性能分析

駐車機構的駐車能力是以車輛在良好路面上可靠而無時間限制地停駐的最大坡度來衡量的，一般要求不低于25%的坡度，行業內駐車機構的駐車效能一般按30%坡度設計，駐車機構的主要性能目標包括以下幾點。

2.2 防脫檔性能分析

掛入駐車檔時駐車棘爪與駐車棘輪存在齒頂相抵的情況，此時作動塊被導軌和駐車棘爪卡住，導桿作動彈簧處于極限壓縮狀態，對駐車搖臂的作用力也是最大的。此時自鎖板簧提供的鎖止力矩必須能夠克服導桿作動彈簧對駐車搖臂的作用力矩，確保在沒有外力作用的情況下不會脫檔。駐車搖臂受自鎖板簧的作用力Fn，導桿作動彈簧的作用力Ft，設定駐車搖臂的型線角為γ，自鎖板簧在鎖止狀態時的彈力為Fb。駐車搖臂的受力如下圖4所示。

要確保在掛入駐車檔后不脫檔，自鎖板簧力值需滿足式（6）要求。并可根據此要求設計自鎖板簧的參數，駐車搖臂的型線角、結構及安裝位置。

2.3 棘爪自動彈出性能分析

當車輛解鎖時，作動塊從駐車棘爪的上部移開，駐車棘輪由于受坡道車重或發動機驅動影響，有轉動趨勢，此時，駐車棘爪應能及時從駐車棘輪的齒槽中脫出，不能影響車輛行駛。此時駐車棘爪受棘輪的正壓力Fwp， 棘輪的摩擦力fwp。其受力關系如下圖5所示：

2.4 避免異常駐車性能分析

行車過程中，有可能遇到顛簸路、追尾或被追尾等情況影響，震動較大。此時駐車棘爪應保持穩定，不能駐入棘輪，也即無論發生任何異常情況，駐車機構不能自動駐車，以免造成事故。這就要求棘爪回位彈簧提供足夠的支撐力，但又不能過大，否則會影響換擋力，增加驅動電機或液壓系統負載，一般按5倍的安全系數進行設計。駐車棘爪受作動塊的作用力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 換擋力計算分析

駐車機構按驅動方式分為機械式駐車機構、液壓式駐車機構和電機式駐車機構。對于機械式駐車機構，水平路面脫檔力一般20N-40N。坡道路面脫檔力一般不超過60N。以下圖示是國內一款DCT的脫檔力測試結果。

對于液壓式駐車機構和電機式駐車機構，在滿足以上各種性能要求的前提下，其換擋力設計應盡可能小，以盡可能減小驅動電機或液壓系統的負載。下面以此駐車機構為例進行說明。

棘爪和導軌對作動塊的合力F通過作動桿作用于駐車搖臂，除此之外，搖臂還受到自鎖板簧的鎖止力Tn，以駐車搖臂為分析對象，其受力情況如下圖9所示：

3 結語

駐車機構是車輛停車安全的關鍵部件，要求其設計結構簡單，功能可靠，對其各方面性能要求比較高。根據驅動形式的不同，駐車機構的結構也形式多樣，但對其功能及性能要求一般大同小異。

本文是結合國內一款混合動力變速箱駐車機構的設計及驗證經歷，總結的一篇設計心得。主要從駐車機構的結構、功能及性能要求、相關關鍵零件的參數設計方面進行了論述。目前該駐車機構已完成全部臺架及整車試驗驗證，望能提供一些駐車機構設計方面的參考。鑒于作者能力有限，文中仍有許多不足和錯誤，望專家及讀者批評指正。

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