新能源插电混动式轿车的变速器设计
新能源插电混动式轿车的变速器设计
摘 要：需要研究和设计适合新能源插电混动式轿车的变速器。在设计中，需要
充分考虑车辆的电机、发动机、电池等关键部件的特性和参数，以确保变速器与整车的
匹配性和协调性。同时，需要注重变速器的轻量化、紧凑化设计，以适应新能源车辆对
空间和重量的要求。针对新能源插电混动式轿车的特点，需要研究和制定合适的变速
器控制策略。控制策略应包括变速器的起步控制、换挡控制、能量回收控制等方面，以
实现车辆的平稳起步、快速换挡、高效能量回收等目标。同时，控制策略还需要考虑车
辆的行驶工况和驾驶员意图，以提高车辆的驾驶舒适性和动力性能。利用仿真软件对
所设计的变速器进行性能仿真，分析其在不同工况下的性能表现。根据仿真结果，对
变速器设计进行优化，以提高其各项性能指标。优化内容包括变速器的传动效率、换挡
平顺性、能量回收效果等方面。在优化过程中，可以利用现代设计方法和优化算法，如
有限元分析、多体动力学仿真、遗传算法等。最后，需要对所设计的变速器进行试验验
证和实际应用。在试验室条件下，通过台架试验和整车试验，测试变速器的各项性能
指标是否达到设计要求。本设计以新能源插电混动式轿车变速器的结构和工作原理为
基础，针对干式新能源插电混动式轿车的变速器的设计方法，分析了各种不同变速器
的布置方案并选定了本变速器的最终布置方案。对变速器中的主要零件包括齿轮形式、
换挡结构形式作了阐述并进行了选择并对变速器的传动比的范围、中心距做初步的选
择和设计。对变速器中的齿轮的模数、压力角、螺旋角、进行了选择并计算出齿轮其他
的相关参数和对齿轮的校核。
关键词：双离合器；自动变速器；传动比；齿轮；轴
Design of The Transmission Mechanism of Dual ClutchTransmission
Abstract ：DCT duo to Mechanical Transmission.Itinherits the advantages of Automatic
Transmission(AT) and Automated Mechanical Transmission (AMT).It has the ability of power shifing
that can reduce shift time andimprove shift quality.And the comfort and maneuverability of vehicle will
be greatly improved.
In this thesis,the study of dry type Dual Clutch Transmission is based on the Structural
characteristics and working principle of DCT. For dry-type dual-clutch automatic transmission design,
analyzed the layout of the various transmission options and selected the final layout of the transmission
scheme. The major part of gear, including gear form, elaborated shift structure and make the choice and
range of transmission gear ratio, center distance a preliminary selection and design. The gear on the
transmission module, pressure angle, helix angle, were calculated gear selection and other relevant
parameters and checking on the gear.
Key words: Dual Clutch Transmission；Automatic transmission；Transmission Ratio；Gear ；
Axis
1
1 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
随着传统燃油车的普及，石油资源日益枯竭，同时汽车尾气排放也对环境造成了
严重污染。新能源汽车的发展可以有效缓解能源和环境压力，符合绿色、可持续发展的
理念。电池技术、电机技术以及电力电子技术的不断进步，新能源汽车的技术基础已经
逐渐成熟。插电混动式轿车作为一种融合了燃油车和纯电动车技术的汽车，具有更大
的灵活性和市场适应性。消费者对于汽车的需求日益多样化，不仅要求汽车具有优良
的驾驶性能，还要求汽车具有较低的能耗和排放。插电混动式轿车可以满足消费者对
于环保、节能以及高性能的需求。新能源汽车的发展已成为各国政府和汽车工业的重点
插电混动式轿车作为一种兼具燃油车和纯电动车优点的新型汽车，具有广阔的市场前
景。而变速器作为汽车传动系统的重要组成部分，其设计对于整车的动力性、经济性和
排放性能有着重要影响。
AT 具有起步平稳、柔和，以及换挡迅速、无冲击等优点。除其装有的液力变矩器可
以改善车辆性能外，还主要归功于它实现了动力换挡，即换挡过程中不切断动力传递，
只是通过两个离合器(或制动器)间的切换完成，换挡时间极短，换挡品质与车辆性能
好。但是它也具有效率低、动力性略差、结构复杂、成本高等缺点[1]；CVT 虽具有速比无
级变化的优点，可以实现转矩的无级传递，提高无级自动变速汽车的乘车舒适性、加
速性以及燃油经济性。但是其起动性能差，一般需另加起动装置，并且无级自动变速
器的设备更换量大、制造困难和价格也较高等缺点。AMT 的工作原理决定了它在换挡过
程中首先要分离离合器，然后将变速器摘空挡，再选挡、换挡，最后接合离合器。这样
当离合器分离后，直到离合器再重新接合之前，发动机的动力将不能被传递到车轮去
驱动车辆运行，所以换挡过程中产生了动力传递的中断，这对车辆的动力性、舒适性
以及燃油经济性和排放带来了一定的影响。特别是在舒适性方面，由于换挡过程的动
力中断，必然会产生动力传动系统的冲击，影响了汽车的行驶平顺性，使得其在对舒
适性要求高的车型上的应用受到了限制。同时动力中断也会造成一定的动力损失，影
响了汽车的加速性能。
为了解决中断动力换挡给车辆性能带来的影响，需要对电控机械式自动变速器的
换挡过程进行精确的控制。特别是为了减少换挡过程中的冲击度，需要对发动机与变
速器构成的动力总成在转速差、转矩等方面进行精确匹配和控制，但是这些仅在一定
程度上改善其换挡性能，并不能从根本上解决问题。如果要进一步提高电控机械式自
动变速器的性能，则需要增加发动机起、停等一些其它控制手段，反而增加了车辆的
复杂程度和成本，得不偿失。所以，电控机械式自动变速器在对车辆舒适性等方面要
求不高的车型上，例如低挡轿车、军用车辆、公共汽车、载重车等，由于其具有结构简
单、成本低等优点，仍具有优势，但是在对舒适性要求高的车型上，其应用就具有了
局限性。为了既可以充分利用 AMT 所具有的优点，又可以消除 AMT 中断动力换挡的缺
点，新能源插电混动式轿车变速器（DCT）应运而生，它继承了手动变速器传动效率
2
高、安装空间紧凑、重量轻、价格便宜等许多优点。DCT 的优点体现在对车辆性能的提高
和对自动变速器生产成本的降低两个方面。
首先，因为DCT 是按照动力换挡的原理来设计的，在换挡过程中避免了动力中断，
保留了AT、CVT 等换挡品质好的优点。车辆在换挡过程中，发动机的动力始终可以传递
到车轮，换挡迅速平稳，不仅保证了车辆的加速性，而且由于车辆不再产生由于换挡
时动力中断引起的冲击，也极大的改善了车辆运行的舒适性。而且，它大大缩短了换
挡时间，两个离合器的切换时间通常在0.3～0.4 秒左右，换挡完成时间非常短，所
以不易被车辆乘客感觉到，极大的提高了换挡舒适性，保证了车辆具有良好的动力性
与换挡品质[2]。
其次，由于新能源插电混动式轿车变速器是在传统的手动变速器基础上进行自动
化的，从而以结构简单的平行轴式结构达到了结构复杂的旋转轴（行星齿轮）式自动
变速器的效果，但结构更加紧凑，成本更低。并且挡位是在离合器分离的情况下预先
挂挡的，因此可以有较充分的转速同步时间，原来的同步器还可以改用啮合套，其结
构更为简单，其成本远远低于 AT、CVT 等自动变速器。所以它与AMT 一样、可以充分利
用原有手动变速器的生产设备，只需增加少量的生产设备即可，生产继承性好，很适
合现有的手动变速器生产厂，具有很高的经济效益和社会效益。
总之，新能源插电混动式轿车的变速器既继承了手动变速器传动效率高、结构紧
凑、重量轻、价格便宜等许多优点，而且实现了自动变速器的动力性换挡，又保留了液
力机械自动变速器和无级自动变速器换挡品质好的优点，使车辆具有很好的动力性和
经济性，相对于电控机械式自动变速器，是一个巨大的进步。
1.2 课题的研究现状
在国外，尤其是欧洲和美国，新能源汽车的发展也十分迅速。许多国际知名的汽
车企业如宝马、奔驰、奥迪、特斯拉等都在插电混动式轿车的研发和推广方面取得了显
著的成果。这些企业在变速器设计方面积累了丰富的经验，并且拥有先进的研发设施
和团队。例如，特斯拉的电动驱动系统就是一个典型的例子，其采用的简单、高效的设
计理念，为整车的性能和续航里程提供了有力保障。国外的一些企业在变速器材料方
面采用了高强度、轻量化的材料，如碳纤维复合材料、铝合金等，这有助于提高变速器
的效率和性能。国外的许多企业在变速器的制造工艺方面进行了大量的研究和投入，
采用了先进的加工设备和工艺方法，如激光焊接、热处理等，确保了变速器的精度和
可靠性。国外的汽车企业在变速器的控制系统方面也具有较高的技术水平，采用了先
进的控制算法和电子元件，实现了更加智能化的控制和管理。然而，国外的插电混动
式轿车市场仍存在一些挑战。例如，充电设施不够完善、消费者认知度不高等问题。同
时，由于环保法规日益严格和市场竞争加剧，国外汽车企业也在不断加大研发投入，
以应对技术和市场的变化。随着电子控制技术的飞速发展，新能源插电混动式轿车的
变速器的研究开发取得了很大的突破，并且其量产和大范围的应用于普通轿车也成为
可能性。7挡DSG 变速器在德国大众汽车公司进入量产，这款变速器有较强的抗疲劳
强度的能力，在结构紧凑型、燃油经济性方面比湿式双离合器更胜一筹；截至 2023 年
底，除大众公司外，另有保时捷、宝马、尼桑、福特、沃尔沃、奥迪等多家公司向市场推
出了配备DCT 的车型。预计到 2024 年底欧洲生产的车辆约6.5%采用双离合器传动技
术，而福特汽车将成为采用双离合器传动汽车的第二大汽车生产商。
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摘要：
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新能源插电混动式轿车的变速器设计摘要：需要研究和设计适合新能源插电混动式轿车的变速器。在设计中，需要充分考虑车辆的电机、发动机、电池等关键部件的特性和参数，以确保变速器与整车的匹配性和协调性。同时，需要注重变速器的轻量化、紧凑化设计，以适应新能源车辆对空间和重量的要求。针对新能源插电混动式轿车的特点，需要研究和制定合适的变速器控制策略。控制策略应包括变速器的起步控制、换挡控制、能量回收控制等方面，以实现车辆的平稳起步、快速换挡、高效能量回收等目标。同时，控制策略还需要考虑车辆的行驶工况和驾驶员意图，以提高车辆的驾驶舒适性和动力性能。利用仿真软件对所设计的变速器进行性能仿真，分析其在不同工况下的...
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作者：闻远设计
分类：非标机械电气自动化
价格：50光币
属性：27 页
大小：1.23MB
格式：DOC
时间：2024-08-27
