双离合器变速器的应用与发展

西南大学本科毕业论文（设计）目录摘要 1Abstract 20文献综述 30.1双离合器变速器 40.2双离合变速器国内外研究现状 40.2.1双离合变速器国外研究现状 40.2.2双离合变速器国内研究现状 51引言 71.1 传统变速器与双离合变速器的特点 81.2 双离合器变速器的关键技术要求 142双离合器自动变速器（DSG/DCT的结构 152.1 双离合变速器的结构 152.2 双离合器变速器工作原理 173双离合器变速器的离合器 213.1 双离合器变速器的干式离合器 213.2 双离合器变速器的湿式离合器 224双离合变速器的换挡控制策略 231.1 起步控制 231.2 顺序换挡控制策略 231.3 跳档控制 245 .双离合变速器电子控制系统 245.1 传感器系统 275.2 信号处理系统 286 .液压控制系统 296.1 DCT液压控制单元组成 296.2 DCT液压控制系统分析 306.3 DCT主油路油压调节 316.4 离合器压力调节 317 .换挡品质评价 327.1 动力性评价指标 327.2 经济性评价指标 327.3 传动耐久性指标 338 .双离合变速器的发展 348.1 双离合变速器的发展和改进方向 348.2 双离合变速器的技术缺点 359结论 36参考文献 36致谢 381西南大学本科毕业论文（设计）双离合器变速器的应用与发展庞煜西南大学工程技术学院，重庆 400716摘要：与汽车动力技术发展具有同等重要地位的是机械传动技术，技术关键的重点在于变速器。本文详细归类了当前变速器特点，分析了市场主流类型变速器的结构和工作原理，归纳出了变速器技术发展的趋势；概括描述了双离合器变速器的发展、应用汽车类型和控制技术原理，比传统变速器有非常明显的优势。在此基础上，得出了 DSG变速器将以其传动效率高、结构紧凑及节油性能好，逐步取代传动的手动变速器和自动变速器成为变速器领域佼佼者，发展前景和潜力不可估量。关键词：双离合器；变速器；应用；发展前景；1The development and application of Dual-clutch TransmissionPang YuCollege of Engineering and Technology, Southwest University, ChongQing 400716, ChinaAbstract: Besides propeller technology, drive system technique is the other crucial technology whose core technology lays on transmission. In this dissertation, present transmissions are categorized systematically, and the features of common transmissions, along with their working principles, are analyzed as well. Moreover, the automotive technologys trend of development is pointed out clearly in the essay. Based on the general situation of Double Clutch Transmission (DCT)s development, its control principle, the application of key technical details and demonstrable advantages when compared with traditional counterparts, the dissertation comes to the conclusion that DSG transmissions, which have a promising future and potentiality, will play a leading role in the transmission realm. Its high efficiency in transmission, compact design, fuel economy will gradually enable DSG transmissions to substitute for manual transmissions and automatic ones.Key Words : Dual Clutch Transmission (DCT);Structural analysis and Gear shifting characteristic ;Advantage Of Technique;Development Trend;西南大学本科毕业论文（设计）0文献综述汽车变速器，最主要的作用是调整发动机转速和车轮转速的变速变矩。发动机 飞轮转速较高，只有在特定的转速条件下才会出现最大扭矩和最大功率。为了 发挥发动机的最佳性能，就必须有一套变速装置，通过一系列齿轮的啮合，使得 发动机和车轮之间产生不同的变速比，从而使发动机工作在其最佳的动力性能状态 下。变速器是传动技术中其中重要的改善一环，变速器研究重要性可见一斑。变速器的具体作用为：改变汽车的传动比。增大驱动车轮转矩和转速的范围， 能够让车辆在各种工况和各种环境下较好行驶。 同时能够尽量使得发动机的工况处于 动力性强、燃油消耗率较低的情况下；在不改变发动机飞轮的转动方向情况下， 实 现倒车；提供空挡。切断发动机飞轮和动力传递机构之间的动力传递，保证汽车能够平稳起步、怠速。汽车变速器主要有两种类型：手动变速器和自动变速器，传统变速器主要有3种型式：电控机械自动变速器（AMT）、无级自动变速器（CVT）和液力机械自动变速器 （AT）1。根据目前变速器的发展趋势，车辆变速器的主流技术逐渐由半自动手控过 渡至全自动换挡，计算机电子技术的加入让变速器技术改革如虎添翼，车辆自动变速技术得到质的飞跃。因此，一款能够具有以上所有变速器优点的变速器将是市场的最 佳选择，正在蓬勃发展的双离合器变速器，将成为市场的宠儿。双离合器式自动变速器（DCT）不仅具有自动变速器换挡顺滑快捷、起步品质优良 的特征，还具有手动变速器（MT）布置占有较小空间、传动效率高、质量小、制造成 本低等许多优点，而且实现了不切断动力完成变速变矩，在保证了车辆能够连续加速， 同时不必受转矩切断引起的车速不连贯甚至减速现象，车辆舒适性极大改善。DSG/DCT双离合变速器较一般的手动变速器拥有更高品质的换挡操作同时能带 给驾驶者在竞技场上奔驰的感受，使驾驶更灵敏。其产品制造对M顶有非常好的适应 性，对于其加工工艺能较好地顺延，具有良好的发展潜力，能够有机会成为现有的变 速器生产线上的高性能换代产品。目前，DCT主要用于轿车，但是其离合器的变化可使得输出转矩有大范围的变 动，亦可以应用于大、中型车辆及工程机械、自走式农业机械等其他非道路车辆，具 有很好的多功能车辆适应性20对于国内尚处于模仿阶段的生产技术，研究开发DCT关键技术原理，完善产品功能，保证量产化，能够极大程度地提高我国自动变速器的 自主创新能力。0.1双离合器变速器DSG/DCT变速器技术具有非常大的创新性，其先进的关键技术博得了全球变速 器市场的瞩目。DSG/DCT设计者们走了一条具有创新性的全新技术之路，区别于传 统手动变速器，将自动变速器的方便快捷性和手动变速器的自主灵活性成功组合3 oDCT勺英文全称是Double Clutch Transmission,中文意思是双离合变速器，大众公司较 早的应用开发，故也将其称为 DSG(Direct-shift Gearbox)。除此之外还有一些称呼， 比如三菱的SST,福特沃尔沃的Power shift,宝马的DKG ,保时捷的PDK,奥迪的 S-Tonics等等。其中最具有代表性的是液压操控系统和电气智能系统的完美组合。双离合器系统由两个独立的离合器组成，将变速箱中的基数挡齿轮、倒档齿轮的操控传递与I离合器连接，偶数挡齿轮由剩下的一个离合器连接控制。 离合器和齿轮 之间的动力传递先通过套筒，其次传递给与套筒组合的实心轴，这个系统成为双传动 轴机构。齿轮之间的啮合调整与挂入特定的档位主要依靠机械电子系统的计算和液压 控制系统的操作。挂入任意档位时都有一组离合器同相应的传动轴和啮合齿轮机构配 合输出动力。在即将换挡之前，下一挡位的齿轮已被预选而与之相连的离合器则仍处 于未结合状态。当变速器挂入预选档位之后，原挂入档位所在离合器逐渐分离，切断 该传动轴动力输出。同时另一离合器迅速结合，动力经传动轴传递至啮合齿轮，输出 动力。在整个换挡期间能确保至少有一组齿轮在输出动力，转换过程也仅用极短的几毫 秒内即可完成。如此精密的离合器动作带来的效果就是在换挡时对牵引力几乎没有影 响驾驶的顺畅舒适4。0.2双离合变速器国内外研究现状 0.2.1双离合变速器国外研究现状1940年，Darmstad大学教授RudolphFranke中请了 DCT专禾之后保时捷也发明20了专用于赛车的双离合变速器（PDK）,此时的双离合技术并没有被大规模应用 世纪末期，博格华纳和大众公司通过技术合作共同研究出了第一款可大批量制造并有 较广应用适应性的双离合器变速器。2002年,DCT（DSG）应用在奥迪TT V6和德国大 众高尔夫R32上，并在2003年相继推广到高尔夫等其他车型上。2004年，德国大众途 安车型首次将DCTfTDI柴油发动机匹配。2006年，大众车辆的所有车型中累计有70 万使用DCT技术。2007年，雷诺、法拉利等公司纷纷推出应用了 DCT相关技术的变速器的赛车，同 时，Ricardo公司开发出了 DCT样机，并装备在BugattiVernon跑车上；LUK公司与 Get rag Ford公司合作共同开发装载干式离合器的 DCT称为平行轴式变速器（PSG） 5。 在国外，ZF、LUK、博格华纳、Get rag Ricardo、Ford、VW、DallierChrysler、 NISSAN、BMW等公司都在大力开发DCT,并已取得成功。近年的技术发展主要表现 在对性能的优化和系统结构的改进上。BM啮针对中、高级轿车开发了全新的7挡DCT 以进一步提高效率和运动性能。目前，双离合器技术主要搭载330N/m右的中等载重 车辆上，现在正在转型面向扭矩150N/m左右的小型车发展。国外初代DSG主要结构的特点：1）设计使用异轴平行布置的两个湿式离合器；2）6 个前进挡和1个倒挡；3）变速器传动轴分别与两个离合器相连接，每个传动轴仅布置 奇数挡（1、3、5、R挡）或偶数当（2、4、6挡）；4）为了使得结构布置更加紧凑，离合 器传递动力主要通过同心的一个实心轴和一个套在实心轴外的空心轴。区分双离合器变速器的特点主要通过其不同的驱动形式，对于变速器的初代产品，主要有两种不同类型：一类是大众高尔夫GTI等前置前驱（FF）汽车采用的三轴式DSG,主要特点是比 较短，占用空间小，正好适合前置的小空间布置，但是其中的代价就是牺牲了结构的 简洁性；另一类是奥迪Road jet前置后驱（FR）主要使用的是两个传动轴。国外目前在DCW用方面比较有着重点，重点针对的是中高档车型，主要应用在 跑车类和商务车类，应用车型主要有奥迪 TT跑车、新奥迪A3、布加迪威龙EBl64跑 车、高尔夫GTI、迈腾、速腾等汽车上。其他厂家如保时捷、宝马、沃尔沃、福特、 三菱、尼桑等汽车公司也不甘示弱，纷纷开发研制双离台自动变速器，并用于自己的汽车产品上。0.2.2双离合变速器国内研究现状相比较而言，我们国内近年的研究主要集中在控制策略仿真、系统建模和样机制5西南大学本科毕业论文（设计）作方面。国外生产厂商对DC敢术进行了严密的封锁，我国受限于技术交流不畅，依 照目前的研究进度而看，模仿、参照仍然是我国变速器行业的主流， 尽管在国产变速 器中有自主配套生产的少量AMT产品，但是对于变速器庞大的类型家族而言，多样 化的变速器生产技术仍然是由国外生产厂商独占，国外大公司严格掌控。在科学技术是第一生产力的今天，只有掌握了变速器国产化技术，才能有强大的市场竞争力，由 国家发改委出面协调组织，国内12家自主品牌变速器生产厂发起成立了中发联投资有 限公司，并于2008年11月25日在北京举行中发联投资有限公司与博格华纳 （中国）投资 有限公司离合器（DCT）项目合资签约仪式。尽管如此，我国的研究技术也仅能保证在 原有基础上有所进步，尚有很多问题无法解决，目前仍无法形成制造规模，也无法与 国产DC产品量产配套。国家的“ 863”重大专项曾专门为轿车DSGF究设置课题。按照国家产学研一体化的方针政策，国内高校和专业研究机构与杭州前进齿轮箱 集团有限公司、重庆青山工业有限责任公司、浙江吉利控股集团有限公司6 ,在我国大量专业制造的汽车零部件厂商的配合下， 组成了研发团队，在原有基础上有了一定 的研究进步，取得了一些阶段性成果。但依照当下开发进度来说，还需要一段漫长的 时间才能实现产品化。目前我们国内多为合资厂商使开发配套的双离合器变速器，一汽大众汽车公司生 产的迈腾和速腾汽车也相继搭载了双离合器自动变速器，日系车型和国产品牌如BYD也在逐步推广使用。#西南大学本科毕业论文（设计）1引言经济的发展带来人们对驱动系统低碳、稳定、舒适、高效的更高质量的要求。在 当今动力技术发展较为完备的情况下，仅改善动力技术将很难取得进展。国外的研究 与匹配中着手动力技术，同时配合传动技术，实现传动、动力中央集成操控，为此完 善人们的更高要求。传动技术方面，电子信息技术和控制技术的有了非常大的发展， 消费需求的多样性、各类变速器自身固有的适用范围和优缺点必然要求向驾驶轻松、 传递高效、操作快捷、结构合理、节能低碳、工作高品质的方向前进，由此发展为自 动变速器的控制多线程化、电子智能化及液力变矩器低速区域的低速化等，同时新技 术走向市场，双离合变速器在少量高档轿车上已经有了应用。综上，变速器技术将朝着兼顾高品质、强劲动力、低碳经济三个方向发展。自然环境污 染严格的排放 法规一减少排放A一 J _1能源危机-1-1X)石油价格上 涨fx提高经济传动系统自动 /工业区分散 化、 长途交通增加./-/提高动力性Jk /M 皂调整公路增 加行车速度提/高社会老龄化提高方便性_K./化弓一 运输业繁荣D交通拥挤k/图0.1 变速器技术开发方向1.1 .0.1 The development about the technology of Gearbox1.2 汽车变速器的特点目前市场主要使用的机械式手动变速器(Manual Transmission, MT) 无级自动 变速器(Continuously Variable Transmission, CVT)、液力机械式自动变速器(Automatic Transmission, AT)以及近几年开发的电控机械式自动变速器 (Automated Manual Transmission,AMT),其特点都很鲜明。液力机械式自动变速器(AT)具有较好的操 控平顺性，技术开发比较完善、容易操作，但单机的成本难以控制、传动结构中导轮、 涡轮、泵轮组合不简单，燃油消耗率较高、传动介质发热等耗散功率过多。无级自动 变速器(CVT)具有良好的换挡平顺性、控制灵敏和较高的传动效率，但仍无法控制 单机消费，应用范围目前只匹配在小转矩车辆。电控机械式自动变速器( AMT)是 在手动变速器上加载中央智能计算操控系统从而实现自动变速控制，具有传动无用功低、成本低廉、结构简单等特点，能够让手动变速器汽车具有自动换挡的可能，但在 换挡时，无法保证动力传递连贯性，在动力中断后，重新结合时无法避免较大的系统转动惯量，并且动力切断过程也造成发动机空转无动力输出，影响了汽车的乘坐动力 性和舒适性，目前只能在重型车辆小转矩车辆上加载。 针对以上特点，目前开发出的 双离合器自动变速器（DCT/DSG）不仅保证了车辆的换挡品质和较低的燃油消耗率， 并且使得车辆工况能够在较理想条件下运行。变速器的树市场占薛2009年2010 年融自僦器（AT）11.励金属带搬动变速器（CVT）0.505%手动变速器（IT）8僚45%电控机械式自动变速器（始）0.60%12%DSG/DCT双商合变速器013$图1.1.1不同变速器的市场占有率Figl.1.1 Market share of various transmissions（1）机械式手动变速器（MT）MT的工作原理是通过变速器换挡拨叉拨动不同齿轮组间的啮合套导致不同齿轮 啮合，每一档都有固定传动比的组合，因此每一档位变矩比是固定的，属于有级变速 器。M筏速器应用的历史最为悠久，发展已经较为完善，M加借较为低廉的成本和优 秀的硬传动效率，在主流汽车市场上占据着相当大的份额。 但自动变速器技术不断完 善，同时人们对汽车操纵品质的要求， MT变速器在变速器市场的应用份额逐渐出现 下调趋势，但在相当长的一段时间内自动变速器仍无法取代 MT的市场霸主地位。优点：成本较低，制作工艺要求较低，对于汽车操作爱好者较有操纵感。缺点：挡位数不能满足节省要求，操作费力，换挡品质低。（2）液力机械式自动变速器（AT）液力机械式自动变速器（ AT）是目前汽车上应用最为宽泛的自动变速器， 结构主要由3大部分组成：行星齿轮、液力变矩器、电子液压控制系统。其变矩 原理主要是通过油液驱动和行星齿轮配合方式实现变速。通常在液力变矩器的 涡轮后面连接几组行星齿轮来解决液力变矩器变矩区间较小的问题，同时液压 操纵系统根据发动机工况的变化智能操控行星齿轮啮合得到不同组合，提高了 有效地传递动力性，并且也实现了自动变速变矩。行星齿轮的传动比是一定的。9西南大学本科毕业论文（设计）发动机， 液力野巨器，= 变速器，驱动轮图1.1.2 AT动力传递和基本控制系统Fig1.1.2 The power transmission system and basic control system of AT优点：i、传递功率适用范围广，对于各类车型有较好的适应性。n换 挡品质较高，无冲击和震动，所以乘坐较为舒适。通过液力传动转矩变化曲线 梯度较小，换挡时动力不会出现切断的情况，比较轻松完成自动控制。缺点：I、油液的传动效率较低，能量不能充分利用，油液在涡轮和泵轮之间摩擦和冲击，造成热能和动能的进一步损失，加大了耗油量。因此，AT勺档位越多才能保证行驶和换挡的平顺，同时增强AT的加速性和节油能力，但其代价是结构更加复杂吗。因此 4挡和5挡正在逐渐淘汰，而 8挡ABF始使用。H、 AT困造成本非常高，结构复杂，维修保养都非常困难田尽管AT依靠油液传递，变矩范围较小，但仍然可以感受到换挡冲击IV对速度反应不如M俣敏。（3）机械式无级自动变速器（CVT）CV碇一款比较有代表性的无极变速器，目前应用的无级变速器大多指机械式变 速器，主要分为盘式CVT和带式CVT。盘式CVT主要组成部分为：输入轴、输出轴、 主动盘改变传动滚轮、从动盘和传动滚轮7。其原理为改变中心轴的位置方向，通过转换传动滚轮的中心轴，从而改变滚轮与主从动盘的接触点，进而造成传动半径发生 变化（传动比变化），最终完成无级变速。但接触点在传动时应力较大，润滑时不易 形成油膜，可靠性和寿命都不是很理想，不实际中并不常用。金属带式CVT主要组成部分为：主动轮组、从动轮组、液压泵、金属带等。其结 构可以分为主动结构系统和从动结构系统，分别固定主动轮和从动轮，形成的V槽, 通过刚性较好的金属片构成的金属带啮合。当主、被动轮可动部分向传动轴的轴心移 动时，驱动轮与从动轮传动带的形成的基础面的圆的中心距发生了改变，从而使得其中的转矩比发生了变化。通过液压控制系统对可动轮进行不间断，实现无级变速。优点：I、可以算作是真正意义上的无级变速器，具有良好的操控平顺性。传动比变化范围较大，换挡平顺、连续。可以保证发动机的工况始终在最佳转 矩转速曲线附近，提高了燃料的燃烧完全度并降低了燃油消耗率，废弃排放量 中的CO、NOX有了明显的下降网。II、燃油经济性和加速性能好，可以调整到发动机最大的后备功率，动力性强劲。田、CV股有M怖多的齿轮翻J,也没有 ATS杂的行星齿轮组，结构简单，零部件少，从而体积精巧，质量较轻。缺点：I、转矩范围小，应用不够广泛，V型带与齿轮之间的摩擦无法传递较大功率扭矩，仅使用于 3L以下车辆。H、传动带保养不易，使用寿命不长。（4）电控机械式自动变速器（AMT）AMT1在手动变速器基础上，继承了电脑智能计算系统，替代由手动操作完成档 位的离合器分离、变速器选档、换挡的自动有级变速器。AMT的主要结构有：齿轮式机械变速器、自动离合器、电子控制系统三大部分。AMT智能运算系统（ECU）的输入信号主要包括：车辆行驶状态（v车速、v发动机转速、K节气门开度）等、驾驶 员操纵状态（J加速踏板位置Z制动踏板位置、Dg、X转向盘位置）等、道路路面状 况（&道、W弯道、D颠簸路面）等三大类。ECU艮据车载数据库中的的换挡策略、 离合器控制策略、发动机节气门最佳进气角度控制策略作为输出信号对变速器实行有 效操控。优点：I、起步摩擦损失小，燃油经济性较好，传动效率高达 95姒上。葭结 构简单，制造成本仅为AT25%具有非常成熟的市场成本优势。田、车型适用范围 广，成本低廉，对于换挡频繁的公交客车等商用车是最佳选择。缺点：I AM玩法避免换挡时动力中断，换挡平顺性有一些比较低，无法达到非 11西南大学本科毕业论文（设计）常舒适的乘坐。R实现自动控制时控制参数过多，自动换挡控制困难。换挡时离合器 踏板需要与换挡机构协调配合方能达到最佳换挡，故控制困难。(5)双离合变速器(DSG/DCT)DSG双离合变速器结构和设计理念不同于传统变速器， 是一种比较有特点的设计 方式，其结构主要为：双离合器、空心轴以及内部的心轴、两个平行的分变速器、控 制器和油泵组成。传递扭矩的方式脱离了液压式传递，采用一种特殊的方式通过双质 量飞轮信号处理后进入变速器中与双离合器壳体固结的输入端，通过这样一种比较独特却又不脱粒传统的传递方法进行传递。输出轴1和输出轴2的动力齿轮都通过在输出 轴上进行空转而不输出动力，所以可以同一时间共同完成控制偶数挡的离合器借助电 子智能控制系统结合发动机输出端，而控制技术挡的输入轴的离合器与输出端断开， 从而平顺完成动力切换。在此过程中不会出现动力切断，并且预挂档亦可以同步实现。有点：I换挡时间快捷，所以不会出现动力突然中断的情况，并且也将动力损失 下降到了最低；换挡具有非常好的平顺性，实现了动力的不间断传递和变速的不间断 链接。R维护成本较低，变速器工作稳定，故障少，质量可靠。田燃油经济性非常， 传动效率非常高，加速度非常大。IV传递功率广泛，适用车型多。缺点：核心的技术模块受制于国外大公司，核心技术中的电子控制模块系统非常 复杂，技术攻关难度大，生产成本就高。(6)变速器性能特点目前变速器市场中，手动变速器着眼于加工工艺和操纵机构的提升， 结构几乎没 有变化。AT仍然延续早期的行星齿轮组合液力变矩传递，档位由过去的4、5挡逐渐向高档如7挡增加。CVT最大的优势莫过于在传动比改变上的完美，它可以更有效的 让发动机在健康转速工作，大幅度提升经济性，并且拥有近乎理想的平顺性。CVT的优势在于其真正实现了无级变速，传动比大范围的可变性可以让发动机更有效地工 作在最佳曲线上，提升了平顺性和燃油经济性。变速器的特点各有不同，因此，通过 以下几个重要参数来对各类变速器进行性能评定， 以此来得出关于那种离合器对于目 前更适合的结论。目前变速器的重要评价特点是指下列几点：I、变速器的动力传动效率变速器作为汽车动力传动系统中的重要部分， 传动系统效率越高越好，这必须基于硬传动为 基础的变速技术才能做到。R、变速器的换挡速度 变速器的换挡速度最好趋近于零， 因为这对于动力输出和经济性都是最完美的。田、变速器的换挡平顺性变速器的换挡平顺性是指在汽车换挡时冲击小， 过度平稳。变速器的换挡平顺，在目前追求操纵 感和舒适性的车辆，都将换挡平顺性作为汽车变速器考察的重要指标。IV、变速器的成本变速器的成本是指生产变速器所耗费的全部费用，这样的费用是要全都算进去 的。变速器的成本在保证质量的前提下是越低越好。V、变速器的可靠性变速器的可靠性，是指在换挡的情况下，能够保证不乱档，可靠挂正确的档，同时挂档之后不 乱档。VI变速器的适应性 变速器的适应性，指的是变速器能够匹配一定范围内发动 机动力的输出并进行调节。综合以上内容，绘制成以下图表，可以证明 DSG双离合变速器的优越性。主要变速器杵性及主要生产状况投资表驾驶舒适性乘坐舒适性工作可靠性结构器性机构复杂程度控制难雕度液压系统要求动力传递能力加速性能最高传动效率 附加驱动能耗节油能力开发成本生产成本初期投资MTATAMTCVTDSG/DCT差较好较好较好优 优 ffi好二简单 简单好一般一银差较紧操 复杂 较简单较差 较简单 较简单口 向泰复杂 较简单 较品复杂 容焉 较图 向 好无 向较高低低-Sa 一版好般一般高低 一般高 低r无向05h 0一5卜 5%10口 20%10g 25%低 低 低o 向 古 向D 向S 向较高-SD 向节油能力以值为参考,数据参照各自动变速器生产商资料变速器 总能版综合节油能爪 颓效率、附碱动能耗三者来考虑图1.1.2各类变速器优缺点Fig1.1.2 Comparison of (different)transmissions features1.3 双离合器变速器的关键技术要求双离合器变速器正因为要满足以上的特殊要求，因此在设计的同时对于离合器内部的换挡、操纵、电控机构都有独特的要求，因此，双离合器要具有其独特技术要求 方能体现其高性能。关键技术要求一：双离合器变速器的结构核心之一在于其特殊的离合器机构的组 成。离合器工作条件恶劣，受布置空间和分离精确的要求，为达到尺寸精度，在设计 时在操纵执行机构中要禁受磨损、高转速、高热量等状况。离合器的结构设计、分离 机构控制原理、空间布置必须匠心独运，方能行云流水。关键技术要求二：为保证双离合器在换挡过程中动力不间断，换挡无冲击，就必须在奇数和偶数挡动力传递重叠阶段有精确的计算和迅捷的控制，从而保证变速器结构的寿命。因此，精密的换挡策略来防止在换挡重叠时的干涉和较大动载荷。电子控制模块来控制切换时间，保证滑摩平顺、无共振、冲击小。所以，只有使用特殊的电 子控制，才能保证双离合器变速器换挡无忧， 达到行云流水的状态，极大的提高操纵 性能。关键技术要求三：双离合器变速器换挡操纵的可靠性关键在于灵敏的液压控制系 统，作为变速器三大主要部件之一，汽车的行驶曲线和安全性都基于液压系统设计。 液压系统的阀体连接、油腔连接、接口排序等都必须能准确反映电子控制模块对于避 免换挡重合、动力间断、油压突变的要求。由于油道的复杂性，在繁琐的加工又必须 保证阀腔之间的正确连接，因此，液压控制系统在制造加工和不知设计安装方面都有 非常高的要求。关键技术要求四：双离合器变速器的评价，传统的仅考虑换挡过程对性能的影响 已经无法满足变速器的全面性指标， 双离合器变速器是一个创造性的有机整体。在考虑对于离合器冲击的同时，也要考虑到离合器的耐久性，保证该机构在有效地情况下 能够正常输出动力。考虑到指标的平均值，也要考虑性能的关联评价。考虑冲击的同 时，也要考虑平顺性和动力的间断性，因此，必须使用比较特殊的评价系统，才能对 双离合器变速器有系统的评价。13西南大学本科毕业论文（设计）2双离合器自动变速器(DSG/DCT)的结构2.1双离合变速器的结构双离合变速器的结构大致分为三种：双离合器单轴输出，组合双离合器单轴输出， 组合双离合器两轴输出。其核心原理不变，即将两套变速器和离合器结合，当其中一 组处于正在对汽车传动系统输出动力时候另一组空转并预选下一个档位，中央控制系统根据发动机工况切换两套变速系统一个工作，另一个负责休息不输出动力，从而实 现了换挡。双离合器变速器主要结构有：双离合器、动力输入装置、传动轴、从动轴 和动力输出装置。图2.1.1双离合器变速器基本结构Fig2.1.1 The basic mechanism of DCT(1)动力输入装置离合器结合时，发动机的动力经过飞轮传递至双离合器外壳， 从而带动离合器主 动部分与发动机共同旋转，并将动力传递至已结合离合器的从动部分， 离合器从动片 通过花键带动从动轴一起运动。(2)双离合器双离合器变速器的核心部件之一为双离合器， 按照类型可以划分为两大类：干式 双离合器和多片湿式双离合器。干式双离合器主要靠摩擦片的摩擦工作，因此控制技 术关键在于解决散热问题和磨损补偿问题。湿式双离合器主要靠液压控制系统实现换 挡起步操作，因此控制技术关键在于非常高的液压系统精度。 双离合器中的两个离合 器分别控制奇数挡和偶数挡的动力输出，保证两个离合器在任何情况下都能够有足够 的动力输出。离合器K2图2.2.2多片式离合器结构Fig2.2.2 The mechanism of multiple-disk clutch（3）传动轴根据离合器动力传递路线，动力由花键传递至传动轴，传动轴有两种：奇数挡传 动轴（实心轴）和偶数档传动轴（空心轴），二者布置方式可平行布置或同心布置与 两个离合器轴线上。脉冲传感器主要是监控奇数挡的主动齿轮， 同时加入转速传感器 测量固件，同理，偶数档也有相应的结构。（4）从动轴从动轴安装在传动轴之后，其中从动齿轮混合分布，奇数档齿轮和偶数档齿轮可 同时布置在同一根轴上。离合器中各档的从动齿轮和同步器悬空旋转在从动轴上，同步器啮合挂档齿轮从而传递动力（或预挂档），未啮合齿轮在在从动轴上进行旋转却 不输出动力。（5）动力输出端动力输出齿轮固连在从动轴上，同时与差速器齿轮啮合，经过双离合器变速器变 矩后的动力输送给动力输出齿轮，先经过双离合器主减速器减速增距， 再经过车辆主 减速器上进一步减速增距，最终通过差速器分流后，由车辆半轴向车轮输出动力。2.2双离合器变速器工作原理两轴式双离合器变速器将技术档（1、3、5档）与偶数档（2、4、6档）分开布置， 并与组合双离合器连接。1、3、5档连接在离合器G上，2、4、6档连接在离合器C2上。 在车辆停止时，两个离合器是未闭合的，处于离合器没有结合的状态，此时无动力输 出。车辆处于起步状态，ECU计算后通过控制液压传动机构，操控换挡机构挂 1档， 离合器Ci由分离逐渐结合，车辆起步。此时，离合器 C2未结合，无动力输出。车辆 加速，EC金程监控，在即将达到换挡速度时，预挂 2档，随着速度提高，离合器C1 随着电控系统的控制渐渐分离，离合器C2&液压控制系统的指挥下渐渐结合，两个离 合器交替切换，当C1完全分离后，离合器C状全结合，此时换入2挡。图2.2.2.1双离合器变速器基本布置Fig2.2.2.1 The structural principal of DCT第一阶段：以偶数当4挡传递动力为例，此时离合器C2结合，4档正常传递动力 中。双离合变速器电控系统TCU根据车辆安装的传感器读取和分析信号， 获得车辆目 前运行状态，根据数据进行预换挡判断，此时车辆若速度升高则预准备即将选择档位 5档，若车辆速度降低，则采取减档3档策略。图2.2.2.2 离合器2结合，4挡传递扭矩Fig2.2.2.2 No.2 clutch engagement; transmission torque of the forth gear第二阶段：4档正常输出动力，由TCU计算后，选择高速挂5档策略，此时预挂5 档，仍由4档输出动力；离合器C1处于没有结合的情况，此时无法向输出轴提供转矩 输入。若使用低速策略，则TCU控制液压系统预换入奇数档3档，仍由於当输出动力。输入粕图2.2.2.3 离合器2结合，4挡传递扭矩，预挂5挡输出料Fig2.2.2.3 No.2 clutch engagement; transmission torque of the forth gearpre-engage the fifth gear第三阶段：此时，预挂好的五档和已经挂好的四档的两组离合器共同连接，此时主要由4挡传递转矩。C2离合器逐渐分离，传递转矩渐小，C1离合器逐渐结合，传递转矩逐渐增大， 为保证传递转矩的稳定性，此时需要由TCU精确计算，保证配合时机。图2.2.2.4 离合器1、2结合，4、5挡同时传递转矩输出轴Fig2.2.2.4 No.1 and No.2 transmission engage while transmission torque of the forth and fifth gearswork simultaneously第四阶段：离合器C2彻底分离，但仍挂4挡，4挡不传递转矩。离合器C1完全结 合，此时转速为5挡转速，动力传递为5当。图1.2.2.5 离合器1结合，离合器2分离，5挡传递转矩，未摘4挡Fig1.2.2.5 Engagement of No.1 transmission; release of No.2 Transmission; transmission torque of thefifth gear第五阶段：此时4挡离合器C2彻底分离，4挡齿轮未啮合。5挡处于正常传递动力 阶段。此时，由TCU根据车辆的不同运行工况进行判定，选择合理的档位，过程如上 所述。图1.2.2.5 离合器1结合，5挡传递转矩Fig1.2.2.5 No.1 transmission engagement; transmission torque of the fifth gear汽车的换挡控制策略主要根据外界工况条件、驾驶员操作预判、道路状况等综合 考虑，主要通过传感器分析节气门开度大小和变化速率、输入轴和输出轴转速差来保 证换挡品质的高低，从而达到换挡平顺不间断。3双离合器变速器的离合器DCT离合器工作环境非常严峻，两个离合器都要经历摩擦和分离，结合过程中会 出现非常大的摩擦力做功，产生很大的废热，必须及时降温，才能保证离合器不至于 因为局部高温而产生烧损粘合，有效提高离合器的寿命和性能。因此，在选择离合器 的用料、抗磨损、摩擦系数、表面润滑道结构都需要高技术来解决。同时，离合器在 降温要求中，必须有冷却润滑系统，保持离合器具有良好的工作稳定能力， 同时能够 抵抗剪切和压缩，冷却液的粘温曲线应当较为平滑。3.1 双离合器变速器的干式离合器干式离合器的结构中，从动部分质量轻，转动惯量较小、布置简单、容易调整、 分离彻底，因此，能够有效防止过载，同时传动效率高、成本低，不需要多增加附件。 干式离合器通过发动机和离合器互相结合部位的飞轮并且配合其中的压紧装置吸收 热量，不容易受到摩擦产生的高热量的影响，但散热介质为空气，因此在摩擦时间很21西南大学本科毕业论文（设计）不长时具有较好的特性。3.2 双离合器变速器的湿式离合器湿式离合器结构简单，压盘接合彻底，压力分布无应力集中现象，因此能够传递 大扭矩同时摩擦损失小。湿式离合器采用液体介质强迫油液进行对内机构的冷却，能够达到非常优秀的降温效果，在半离合状态时能够及时散热，摩擦盘表面不易产生热 损伤，寿命较一般离合器达到5倍以上，因而被广泛应用。但是，使用液体介质作为 冷却液，在摩擦的过程中，增加了滑磨阻力，同时大量的散热降低了传动效率。在安 装的过程中，也要充分考虑到冷却系统的布置和安装环境，同时对硬件的配合要求很 高。但总体来说湿式离合器间隙适应性好，调整方便，换挡品质优良。从以上材料可以看出两种离合器的优点突出， 缺点较一般离合器很普遍，所以在 安装和匹配的过程中，要充分考虑到汽车的工况和行车环境的状况， 将两种离合器取 长补短，最大程度减小缺点对行车的影响，从而达到双赢。类型 加占8A怆7g 1筋小2雄镯迪1曲谊同加戒相嬲低疆口番3幡疑机ft 3、就曲湍翻麻b 跳尢 2、干藕 1、棚撤辅;2、地甄大;3、脚瞅4看铺脑艘 一小。利射的变儡KI%图2.2.1 干、湿离合器的结构特点Fig2.2.1 Structural feature of Dry and wet Clutch干湿性双离合器的离合器的能对比性能干式双离合变速器湿式双离合变速器扭距容量-+换挡舒适性二=冷启才+-港行-+重量+-燃油消耗+-系统成配+-注.+表示优势，全示劣势，二表示相当Fig2.2.2 The quality of dry and wet clutch4双离合变速器的换挡控制策略DSG换挡时，会出现两个离合器一起结合传递动力的情况，称为转矩重叠，这种的情况是允许的并且可以控制的。为了最大程度减小转矩重叠过程中的离合器磨损、 温度过高、转矩干涉的现象，必须在控制策顺序方面进行精确的控制，才能最大程度 减小从动部分的动载荷，避免在换挡过程中对于各个系统的冲击效果。在控制过程中，主要依靠TCU进行数据的采集和计算，包括由安装在输入轴和输 出轴的转速转矩传感器形成的数字信号； 离合器和同步器传感器发出的模拟信号， 所 有信号经过ECU汇总，形成闭环回路控制，从而确定车辆行驶状态，同时向电子和液 压操纵系统发出具体的指示信号，控制离合器的开闭和档位的切换。 因此，控制方法 的具体性的优劣直接导致换挡品质性的高低。1.1 起步控制起步阶段可以根据车辆具体需要的起步动力输出的要求采用不同转矩进行起步：I、起步时仅挂入1挡，由一档输出动力。H、为了快速而平稳地起步，可以使用两 个挡离合器同时结合，共同输出动力进行起步。由TCU指挥电子和液压控制执行机构， 同时挂如1挡、2挡，在满足起步工况要求的同时，TCU将逐渐将其中的一个离合器分 离，由另外一个离合器结合输出动力。1.2 顺序换挡控制策略在挂入高档位时，其中选择某一离合器处于结合阶段，则剩下的未选择的离合器 处于半离合状态，TCU将根据转矩结合的要求进行离合器压力控制， 将动载荷降到最 低，从而保证平顺性。换挡中主要通过液压执行机构，由 TCU判定压力的大小，并进 行高低压的调节，来控制开档。所以，在进行顺序换挡的过程中，主要就是靠TCU和电控液力执行机构的精密配 合，保证离合器能够在正确和较短的时间内完成切换，两个离合器在切换控制时采用的是“叠加控制”，也叫“重叠控制”，通过传递动力的重合，保证动力始终处于输 出非终端状态，避免了飞轮因无动力输出而出现打滑，并且在共同输出转矩的同时， 通过TCU计算出需要的转矩来满足工况，在车载自动储存的数据库中能够参照最佳转矩曲线，保证换挡的各种性能比如平滑顺利通过性和换挡非低效果品质性。TCU在计算重叠切换时，也将保证重叠式转矩最小，将对离合器的上海降到最低。因此，在此 种策略下进行调控，就需要各执行机构具备很高的控制精度及准确性。图3.2.1 TCU顺序换挡控制策略Fig3.2.1 Ordinal shifting control method of TCU1.3 跳档控制车辆行驶过程中遇到急减速等特殊情况，将需要跳挡，从而保证车辆的行驶要求， DSG进行跳挡控制策略时，主要是通过逆向计算，由最终速度来决定最终档位，由最 终的档位归属的离合器来保证跳挡控制的正确性。若起始和终止由相同离合器控制， 则另一个离合器只作为过度档位；若其实和最终档位由不同离合器控制，则直接跳至 另一离合器。5 .双离合变速器电子控制系统双离合变速器的电子控制系统主要由三大部分组成：电子控制核心（ TCU）、高 精密传感器系统、操纵执行机构。在电子控制系统中，最核心的部分是安装在变速器 箱体上的电子控制核心TCU （Transmission Control Unit）,负责计算和输出所有传感 器发来的信号，出于空间结构布置要求，TCU被浸润在冷却机油中。TCU中央控制处 理单元，汇集各个模块的电子数字信号，将各传感器信号收拢，通过CA画、线，联系发动机、ABS和各类电子仪表，分析车辆工况，将信号比照设计的最佳工况切换挡数 据库，调取最优控制策略，向电子控制及液压控制系统发送电子控制信号，操纵机构接受信号进行准确操控，从而完成最佳换挡品质切挡。DSG的电子中央控制模块，高度集成，在安装和维护方面都有显而易见的又是， 同时，电子控制单元直接总成于控制模块之上，操纵迅捷。在接口技术方面，采用中 央插头链接，以最少的导线和接口数量进行传输， 有效地提高了可靠性，使变速器更 加轻便。29第一离合器输入轴转速信号第二离合器输入轴转速信号变速箱输入转速信号控制开关信号变速器输出转速信号油温信号油压信号其他信号TCU节气门开度发动机转速车速信号转向信号第一离合器第二离合器液压油冷系统换挡机构图5.1双离合变速器中央控制集成模块Fig5.1 DCTs integrated module controlled by central systemDCT中选用的传感器传感器类型传感器名称工作原理变速器输入转速传感器霍尔效应速度传感器第一离合器输入轴转速传感器霍尔效应第二离合器输入轴转速传感器 1霍尔城应变速器输出转速传感器霍尔效应压力传感器液压油压力传感器压电效应温度传感器多片式离合器的机油温度传感器钳电阻变速器机油温度传感器和控制单元温度 传感器柏电阻档位调节传感器霍尔效应位置传感器换挡杆位置传感器霍尔效应手自动换挡传感器霍尔效应图5.2双离合变速器传感器汇总Fig5.2 DCTs sensor collection5.1 传感器系统传感器是双离合变速器中重要的模块， 主要负责监测车辆运行工况，收集状态信 号，同时向TCU发送各类控制参数，传感器系统主要有：转速传感器模块、压力传感 器模块、温度传感器模块、温度传感器模块、位置传感器模块等。其中，压力传感器 模块主要监测在各个工作点和各个工作管路的油液压力状态；温度传感器模块主要负 责油温和操纵机构的位置的各个工作要素。传感器模块中比较有代表性的模块是转速传感器模块，非常具有显著的特性主要分为三大部分：变速器输入信号转速监测部分、离合器输入信号转速监测部分VI、变速器输出信号转速监测部分 V2o这三大部分集成在电子控制核心总成上，并且采 用交错的方式安装。在工作的过程中，扫描同一个目标，由于安装的原因，会产生两 个信号，两个信号表示的内容相反，其中信号1为“1”时，信号0为“0”，同样可推 得另一种情况。中央控制模块通过次信号来计算行驶速度和方向。如图（5.1.1 ）所示，情况处于0在前方首先/&出，信号1输出中央智能控制单元， 车辆向前行驶;图5.1.1信号相同时Fig5.1.1 When signals appear the same图5.1.2 信号相反时Fig5.1.2 When signals shows the opposite signs5.2 信号处理系统系统的输入信号主要有3种类型：模拟量、脉冲量和数字量信号处理的主要 流程为比较简单的流程。模拟信号主要包含节气门的变化情况、 在工作状态下的油的 温度情况、最工作状态下的各个管路的压力情况TCU主要负责处理其中的数字转化的 信号比如经过模拟的AD专化信号。脉冲信号的内容主要是指变速器输出轴的输出转 速，同时也包括经发动机飞轮传递至变速器的输入转速，经过单片机的整形处理，由继承的计数器记录了转速脉冲的个数，从而在较短的时间内完成了转速信号的采集。 对于类似于光电隔离电路的布置部分，则相当于采用了开关信号如经过I/O接口，通过检测和计算，达到对数字信号的收集工作。信号处理模块是TCU处理信号模块中的一部分，对于输入信号的不同类型而言， 信号处理模块的功能是将其进行调制和解调。系统的输入信号主要有3种类型：模拟信号、脉冲信号、数字信号。其中，模拟信号主要是监测节气门开度、变速箱油温、 变速箱油压等传感器发送而来，此类信号比较简单，可以由传感器进行初步处理。对 于脉冲信号而言，主要是监测输入、输出轴转速，经过整形之后，由计数器计算采集收集的脉冲个数。数字信号则是开关模式信号，经过光电隔离管直接传递至I/O接口,达到完成统计各种数字信号的设定的任务。变速器输出转速