双离合器自动变速器ppt课件

汽车自动变速传动系统 机械传动国家重点实验室 1 第5章双离合器自动变速系统 2 3 DSG DirectShiftGearbox DCT DualClutchTransmissions 1 DCT传动原理与结构 双离合器自动变速器简称 DSG 或者 DCT 4 基本原理相当于采用两套变速器和两个离合器 一个变速器处于工作状态时另一变速器空转 通过两个离合器的切换来实现两变速器交替进入工作状态 可在动力切断时间很短的情况下完成换挡 1 1基本结构 装置在一起的两个离合器 定轴式齿轮机构 5 四个换档同步器分别控制各档结合分离 离合器C1与1 3 5档 奇数档 相连 离合器C2与2 4 6档 偶数档 及R档相连 当车辆在奇数档位行驶时 可预先挂好偶数档 离合器C1和离合器C2交替进入结合状态实现各档间的变换 6 7 按照中间轴个数及其布置方式进行分类 DCT可分为单中间轴DCT和双中间轴DCT 双中间轴DCT的轴向尺寸更为紧凑 应用范围最广 1 2DCT主要型式 双中间轴式DCT 8 齿轮轴系布置方式 三轴式 两轴式 9 湿式多片式DCT 干式单片式DCT 按照采用的离合器形式 DCT通常分为湿式多片双离合器和干式单片双离合器两种结构型式 1 2DCT主要型式 10 双离合器技术主要由BorgWarner 湿式 和LuK 干式 掌握 11 大众公司DCT结构 湿式离合器三轴式结构液压控制前驱 12 13 平行轴齿轮 湿式多片离合器 14 液压阀组 电控单元 15 ON OFF SequencingSolenoid SequencingValve ON OFF SafetySolenoid 1 PWM ActuatorSolenoid 1 PWM ActuatorSolenoid 2 VBS LubeRegulatorSolenoid SafetyValve 1 SafetyValve 2 PWM ActuatorSolenoid 4 ClutchSolenoidSub Assembly Over PressureReliefValve VFS ClutchControlSolenoid OuterClutch VFS ClutchControlSolenoid InnerClutch LinePressureRegulatorValve LubePressureRegulatorValve ValveBodyCasting ValveBodyGasket SeparatorPlate VFSFilterGasket 液压控制单元 16 7速DSG干式双离合器 国内车型装备的DCT DQ250 6速湿式 DQ200 7速干式 17 7 speedDSG 18 6速DSG湿式双离合器 19 ZF最新型的DCT50双离合器7速自动变速器最大转矩500N m最高转速9000转 ZF公司DCT结构 湿式离合器二轴式结构液压控制后驱 20 福特正在研究新型Getrag Ford变速器Powershift系统MPS6 准备用于将来的车型上 FORD公司DCT结构 湿式离合器三轴式结构液压控制前驱 21 22 GETRAG DryDualClutch 23 Luk公司DCT结构 干式或湿式离合器二轴式结构电动液压控制前驱 24 25 26 保时捷7速PDK双离合变速器 27 PDK双离合器 28 奥迪S tronic7速双离合变速器 29 30 三菱扶桑 MITSUBISHIFUSO M038S6六速双离合变速器 31 32 33 34 35 DCT的控制系统基本组成 1 3DCT控制系统组成与原理 36 1号离合器压力传感器2号离合器压力传感器机油温度传感器ECU温度传感器减振器速度传感器1号输入轴速度传感器2号输入轴速度传感器1号换挡拨叉位置传感器2号换挡拨叉位置传感器3号换挡拨叉位置传感器4号换挡拨叉位置传感器 电子控制部件 1 系统传感器 换挡位置信息驱动模式信息踏板开关信息制动开关信息发动机扭矩信息发动机转速信息车速信息点火开关信息 CAN信息 37 2 执行器部件 1号离合器换挡压力电磁阀2号离合器换挡压力电磁阀离合器压力切断电磁阀2号离合器 换挡切换电磁阀1号换挡选择电磁阀2号换挡选择电磁阀换挡 冷却切换电磁阀离合器冷却电磁阀离合器信息挡位信息发动机扭矩请求发动机转速请求驱动模式信息 38 DCT系统控制原理 39 2 DCT国内外应用情况 2 1国外发展现状 1940年德国Darmstadt大学教授Franke第一个申请了双离合器变速器 DCT 专利 曾经在载货车上试验过 但没有投入批量生产 随后保时捷也发明了专用于赛车的双离合变速器 PDK 然而未能成功将DCT技术投入批量生产 40 2 DCT国内外应用情况 20世纪90年代末期 大众公司和博格华纳携手合作生产第一个适用于大批量生产和应用于主流车型的湿式双离合变速器 2 1国外发展现状 41 2 DCT国内外应用情况 博格华纳为双离合自动变速器开发的DualTronic双离合自动变速湿式离合器和控制系统于2003年批量生产配套于大众奥迪革新产品DSG 博格华纳因其产品创新和加工精细而赢得了2005年度北美供应商超级大奖 随着DSG产品系列进入第三年的批量化生产 大众公司继续推广该技术的应用 在2006年 DSG产品系列将为至少10款汽油和柴油车型配套 包括大众高尔夫 大众宝来 大众捷达 大众途安 大众帕萨特 奥迪A3 奥迪TT等 2 1国外发展现状 42 2003年 奥迪公司将最新一代DCT变速器装在3 2L的奥迪TT和高尔夫R32上 开创了DCT变速器技术的又一个新的里程碑 2 DCT国内外应用情况 2 1国外发展现状 43 2008年配备LuK干式双离合器的7挡DSG变速箱在德国大众汽车公司进入量产 并已经成功应用于Sagitar等车型 2 DCT国内外应用情况 2 1国外发展现状 44 福特将PowerShift变速箱引入北美市场 北美版嘉年华配备了PowerShift六前速干式双离合器变速箱 除此之外 新一代福特福克斯 蒙迪欧 S MAX Galaxy和Kuga都可以选择PowerShift双离合器变速箱 2 DCT国内外应用情况 2 1国外发展现状 45 2004年大众6档湿式双离合器变速器投入市场 双离合器车型渐成市场主流 奥迪TT A3 大众途安 尚酷 速腾 迈腾 高尔夫 已经或将要装备DCT的车型如下 宝马MDKG 三菱TwinClutchSST 福特福克斯powershift 沃尔沃S40 保时捷PDK 46 2 DCT国内外应用情况 2 2国内发展现状 菲亚特动力科技计划在中国与欧洲市场同步推出C635DDCT 干式 华晨集团与上汽汽车变速器有限公司合作开发DCT 国内863项目 青山 干式 杭维柯 吉利 湿式 博格华纳 中发联DCT控制模块大连合资厂年产能目标50万套 中发联 一汽 上汽 东风 长安 奇瑞 华晨 江淮 长丰 吉利 广汽 中顺 长城 47 江淮汽车 2007年轿车双离合器自动变速器技术开发项目作为 十一五 863计划重大项目 吉利汽车 由浙江吉利控股集团有限公司 杭州前进齿轮箱集团有限公司和重庆青山工业有限责任公司承担 江淮汽车的6速湿式双离合器项目于2009年已经列入安徽省自主创新重大项目并获支持 是江淮汽车重大战略性产品开发项目 吉利汽车在2009年自主开发了双离合器自动变速器样机 但是距离装车和产业化还有相当长的时间 重庆青山工业公司 重庆青山工业公司已经完成了AMT产业化 为DCT的开发提供了技术保障 目前正致力于双离合器自动变速器产品的自主开发 将有望在未来几年内年实现DCT的批量生产 2 2国内发展现状 48 3 DCT主要性能特点 由于DCT既继承了手动变速器的结构简单 安装空间紧凑 重量轻 传动效率高 制造成本低等优点 又融合了AT动力不中断 换挡迅速平稳的良好特性 很快便成为了业界研究开发的新热点 与目前汽车市场上已有的自动变速器相比 DCT具有下列优点 DCT汽车的操纵和传统的AT汽车一致 但其燃油经济性优于AT汽车 因DCT硬件与手动变速器类似 在许多方面可以借鉴MT的技术经验 其开发与制造成本低于传统AT 国内手动变速器 MT 技术成熟 利用国内已有的MT技术条件 可加快DCT产品开发 DCT总体优点 49 DCT在推广使用方面的一个显著的优点是它几乎不受传递功率的限制 应用范围很广 它既可以应用在大型载重汽车 城市公共汽车 工程机械 中型货车等大中型车辆上 使驾驶员免于频繁的换挡操作 而且由于它的换挡时间很短 也可以应用在运动型车辆上 通常在功率较大的车辆中 它的应用更为有利 这是因为 一般情况下它有两根传动轴是同心的 即中间的一根传动轴是实心的 而套在它外面的则是一根空心的 由于轴的刚度 强度以及结构尺寸等方面的原因 较大的传动轴轴径有利于双离合器式自动变速器的设计 多适合功率较大的车辆 对于小功率车辆 如果要开发设计双离合器式自动变速器 也可以采用双中间轴的布置方案 这种方案不再采用轴套轴的方式 而是采用了两个独立的中间轴 其刚度和强度都不再有问题 而且这样设计的双离合器式自动变速器轴向尺寸非常紧凑 3 DCT主要性能特点 DCT应用方面 50 3 DCT主要性能特点 湿式离合器的可控性和控制品质好 具有压力分布均匀 磨损小且均匀 传递扭矩容量大 不用专门调节摩擦片间隙等特点 由于采用液压油强制冷却 允许起步时较长时间的打滑和高挡起步时不会烧损摩擦衬面 离合器的寿命比较长 然而 在分离状态中的多片式离合器的主 从动摩擦片之间因经过润滑油相互滑转 产生较大的摩擦阻力 使变速器的传动效率降低 且工作时需要辅助液压动力源 增加了系统的复杂程度及制造成本 湿式双离合器特点分析 51 3 DCT主要性能特点 与湿式离合器相比 干式单片双离合器与传统手动变速器采用的膜片弹簧离合器相似 区别在于干式单片双离合器可看作两个离合器的叠加 且考虑安全因素采用的是常开式设计 干式双离合器具有结构简单 传动效率高 不需要辅助动力 成本相对较低等优点 但是 由于干式离合器的热容量有限 因此在大功率输入的情况下 系统很快就会达到热容极限 其热容极限明显低于液力变矩器或湿式离合器 另外 干式离合器摩擦片的磨损也一直是关系到其使用寿命的焦点问题 因此 干式双离合器在性能稳定性 承载能力方面存在一定的局限性 干式双离合器特点分析 52 3 DCT主要性能特点 表1 1为德国大众公司所开发的传统AT 湿式6挡DSG DirectShiftGearbox 和7挡干式DSG性能对比 1 includingdual massflywheelandoil 2 comparedwithaGolf1 4TSI90kWwithtorqueconvertertransmission 3 averageefficiencyin5thgear 53 3 DCT主要性能特点 加速性能分析 DCT与MT性能比较 54 DCT变速器特点 传动效率高 大大提高了车辆的燃油经济性 反应灵敏 具有很好的操纵性 加速过程中无动力中断的感觉 使车辆的加速更加强劲 采用定轴式结构 生产继承性好 只能顺序换挡 跳跃降挡时只能跳三级降挡 6挡降3挡 5挡降2挡 55 在换挡过程中 两个离合器都要滑摩产生大量的热量 如果不及时散热 离合器摩擦面会生局部高温 导致摩擦片的破坏 所以离合器摩擦片材料 耐磨性 摩擦系数及其摩擦面的油槽设计形式是需要解决的关键问题 起润滑冷却作用的工作介质应具有良好的热稳定性和较高的抗剪切能力 具有适当的粘度和良好的粘温特性 保证离合器的正常工作 通常采用DCT专用油 价格较高 4 DCT主要关键技术 4 1双离合器设计制造 56 湿式多片离合器 与AT中的离合器相似 但是尺寸较大 利用液压缸内的油压和活塞压紧离合器 油压的建立由ECU控制电磁阀来实现 2个离合器的一个结合一个分离 不会发生2个离合器同时接合的情形 57 湿式离合器的三种布置方式 轴向布置 径向布置 分离布置 58 干式双离合器 湿式双离合器 59 选换挡执行机构 离合器执行机构 离合器分离系统 双离合器 减振系统 60 61 62 63 64 干式单片离合器 驱动方式 采用两套电动或液压机构 能量消耗小于湿式 控制效果不如湿式离合器 65 66 在早期研发的干式离合器结构中 锥形离合器最为成功 它是将发动机飞轮的内孔做成锥体作为离合器的主动件 采用锥形离合器的方案一直延续到20世纪20年代中叶 对当时来说 锥形离合器的制造比较容易 摩擦面容易修复 摩擦材料曾用过驼毛带 皮革带等 那时也曾出现过蹄 鼓式离合器来替代锥形离合器 该结构采用的是内蹄 鼓式 这种结构型式有利于在离心力作用下使蹄紧贴鼓面 蹄 鼓式离合器所用的摩擦元件为木块 皮革带等 其质量较锥形离合器小 无论锥形离合器还是蹄 鼓式离合器 都容易造成分离不彻底甚至出现主 从动件根本无法分离的自锁现象 干式DCT 67 现在所用的盘片式离合器的先驱是多片盘式离合器 是直到1925年以后才出现的 其主要优点是 起步时离合器的接合比较平顺 无冲击 石棉基摩擦材料的引入和改进使得盘片式离合器可以传递更大的转矩 能耐受更高的温度 此外 由于采用石棉基摩擦材料后可用较小的摩擦面积 因而可以减少摩擦片数 这是由多片离合器向单片离合器转变的关键 如今 单片干式摩擦离合器在结构设计方面相当完善 广泛用于大 中 小各类车型中 从国外的发展动向来看 近年来车辆在性能上向高速发展 发动机的功率和转速不断提高 载重车趋于大型化 但是离合器允许加大尺寸的空间有限 为了提高离合器的传扭能力 可采用双片干式离合器 68 根据膜片弹簧结构的不同 有常开式和常闭式之分 常闭式与普通单片离合器相同 当膜片弹簧小端不受力时 在膜片弹簧作用下离合器处于结合状态 常开式与常闭式则相反 膜片弹簧小端不受力时离合器处于分离状态 出于安全原因考虑 为保证离合器分离机构出现故障时两个离合器不出现同时结合而挂双档锁死现象 双离合器常采用常开式结构 当没有力作用在膜片弹簧的分离指上时 离合器的压紧力等于零 离合器不传递扭矩 69 根据摩擦盘结构的不同 干式双离合器又分为带扭转减振器和不带扭转减振器两种结构形式 不带扭转减振器的摩擦盘转动惯量小 同时在同样安装空间尺寸条件下可得到更大的有效作用面积 但必须采用双质量飞轮扭转减振器 以解决传动系统扭转振动问题 70 干式双离合器失效形式 干式双离合器失效形式主要表现为摩擦副磨损超过极限 摩擦表面烧蚀和摩擦片翘曲变形等 导致不能有效地进行扭矩传递和控制 磨损失效 干式双离合器工作具有三种不同的动力学状态 完全分离 滑动摩擦和完全结合锁止 摩擦副磨损是滑摩的必然结果 离合器摩擦副在载荷作用下由于滑摩所产生的热 会对摩擦材料的物理 力学性能及化学性能的变化产生影响 是影响材料摩擦学性能及磨损机理的直接因素 对于干式双离合器 由于其热容量小 冷却条件差 滑摩热量不易及时耗散 工作过程中会形成摩擦副表面局部高温 离合器的磨损随工作表面温度的升高而增大 71 摩擦片比磨损率随温度的变化 当摩擦表面平均温度低于250 C时 磨损率较低 但当摩擦表面平均温度超过250 C后 磨损率会随着摩擦表面平均温度的升高而呈指数规律增长 同时摩擦因数将出现热衰退 使摩擦副传递的摩擦力矩失去稳定性 72 对于常开式干式双离合器 随着摩擦片的不断磨损 摩擦片的总厚度减小 压紧力会减小 离合器传递的摩擦力矩产生急剧抖动 造成离合器频繁打滑 影响动力的可靠传递 同时频繁的打滑又使摩擦片的温度升高 致使摩擦片磨损更加严重 造成恶性循环 使摩擦片早期失效 离合器滑摩过程中 压盘只有一个面受热 在压盘摩擦表面和其它自由表面间会产生明显的温差 这种温度分布不均衡在压盘摩擦表面附近的圆周方向上会产生从压应力到拉应力变化的非线性热应力分布 与压盘所受的压力合成 将导致离合器压盘的伞状变形 从而对离合器扭矩传递能力和使用寿命产生影响 热变形失效 73 干式离合器扭矩传递能力Tc 压盘的伞状变形导致有效作用面积和等效力臂长度减小 使力矩传递能力降低 同时离合器传递扭矩与压盘压力或行程之间的关系也发生改变 影响了其扭矩精确控制性能 在离合器滑摩过程中 摩擦片部分体积可能发生塑性压缩 当温度平衡后该部位产生残余拉伸应力 而在其他部位 不发生变形则有残余压缩应力 74 有压缩力的任何弹性物体 在一定条件下可能丧失最初形状的稳定性 对于摩擦片来说 这种稳定性的丧失 决定于压缩残余应力的分布 最后导致摩擦片内或外缘凸出变形 表现为摩擦片的翘曲度过大 由于摩擦片过大的翘曲度 减小了分离状态的结构间隙 带来分离不良 进而引起摩擦片局部温升较快 使摩擦片变硬发脆 在结合过程中的冲击下易造成裂纹 断裂 翘曲变形后的从动盘在转动中还会产生偏摆 使离合器结合时发抖和磨损不均 75 目前干式离合器使用的摩擦材料 工作临界温度大约在400 C左右 超过这个温度 摩擦片将会因烧蚀炭化 碳化 表层变得酥松 出现裂纹 胶合等等现象而永久损坏 温升取决于干式离合器的热容量和热量耗散能力 因此滑摩导致的温升是影响干式双离合器寿命的关键 摩擦片烧蚀 76 湿式离合器工作环境对外全封闭 免受外界湿度 粉尘及内部机油的影响 工作性能稳定 2 湿式离合器摩擦副间有油膜存在 结合过程中为混合摩擦状态 接合过程平顺 3 湿式离合器在不增大径向尺寸前提下 改变摩擦副数即可调节传递转矩 易于实现传动摩擦副的系列化 标准化 4 湿式离合器冷却散热效果好 特别是在频繁接合和半接合工况 散热效果明显好于干式离合器 使用寿命一般为干式离合器的3 4倍 干式与湿式离合器的性能对比 77 5 湿式离合器磨损甚微 使用寿命期间一般免调整 6 湿式离合器摩擦衬片及对偶钢盘较薄 其损坏型式多为瞬时温升过高或温度分布不均导致的烧损或翘曲 而不是摩擦衬片的磨损 7 湿式离合器结构比干式离合器复杂 价格高于干式离合器 8 干式离合器只能轴向布置 结构尺寸较大 在离合器片磨损后 需要定期更换摩擦片 9 干式离合器没有强制冷却系统 功率损失小 湿式离合器由于油的作用 不能彻底分离 产生功率损失 78 干式 湿式双离合器变速器比较 79 DCT的起步控制与AMT的控制相同 其控制目标是保证起步过程离合器结合的平顺性 延长离合器使用寿命 减小发动机的转速波动 为了使两个离合器具有基本相同的寿命 且外形尺寸基本相同 可采用两离合器分担起步力矩的方法 既起步时同时挂上1 2档 两离合器同时结合 由于起步过程中离合器处于滑磨状态 因此没有档位干涉 根据路面条件和起步意图设定离合器1的滑转率值 当达到该值后 一个离合器分离 另一离合器继续结合完成起步过程 4 2起步过程离合器控制 80 DCT通过两个离合器的匹配切换实现换挡动作 换挡迅速平稳 换挡时间可以达到0 04s 0 03s 驾驶者不会有任何感觉 在换挡过程中 发动机的动力始终不断地被传递到车轮上 实现动力换挡 保证车辆具有良好的加速性能 DCT变速器还可以很容易地实现手自一体功能 驾驶者可以通过触摸式按钮实现手动强制换挡 增加了驾驶乐趣 DCT动力换档特性 4 3换挡过程离合器控制 81 DCT换挡过程动力切断的时间很短 又不带液力变矩器 因此对换挡过程离合器的控制有较高的要求 为减小动力中断时间 离合器切换过程中必然存在两个离合器扭矩传递的重叠或中断阶段 必须对离合器切换时序进行精确的控制 这是保证换挡品质及离合器工作寿命的关键 如果切换时间控制不当 可能造成两个挡位之间的互锁干涉及换挡冲击 造成离合器滑摩等 导致摩擦片变形甚至烧蚀破坏 直接影响离合器的分离接合特性和寿命 受系统本身多因素的影响 使离合器切换时序的精确控制较为困难 82 离合器切换过程转速与传递的扭矩 在换档过程中 理想状态下换出档离合器扭矩逐渐降低的同时 换入档离合器扭矩应同步增加 使两个离合器扭矩之和等于发动机扭矩 83 离合器切换重叠不足 离合器切换重叠过度 84 变速器在换挡过程中 一个离合器由结合到滑摩再到分离状态 另一个离合器由分离到滑摩再到结合状态 为了使动力不中断 两个离合器必然存在工作重叠的部分 切换过程中离合器控制压力的变化规律如图 在换挡过程中如何控制好离合器分离 接合的配合时序 是双离合器换挡控制策略中最重要的问题之一 而对离合器操纵油压的精确控制是核心技术 85 86 减小离合器滑摩功 车辆起步过程中离合器的滑摩功通常比换档过程大 为了减小起步过程滑摩功导致的温升 可采用两个离合器同时传递起步扭矩的控制策略 以减小每个离合器上的滑摩功 4 4离合器温升控制方法 87 增大中间盘和压盘热容量 使双离合器中间盘和压盘有较大的热容量和较高的导热系数可明显降低温升 但受到空间尺寸的限制 往往不可能使其热容量增大 在结构允许的条件下可考虑采用辅助循环冷却的方法 在飞轮 中间盘和压盘上开冷却通道 利用冷却泵通过冷却液的循环将热量带走 88 采用强制风冷措施 干式双离合器冷却主要靠自然风冷方式 但自然风冷条件下的对流换热系数较小 冷却效果不能令人满意 可采取强制风冷方式 加大冷却空气流速 提高对流换热效果 1 在离合器盖及飞轮壳上开较大的通风口 以加大冷却空气流量 2 在离合器的旋转零件上 如膜片弹簧 离合器盖等 设置特殊的叶片 加速冷却空气流速 89 叶片 叶片 冷却叶片装置 90 3 增加鼓风或排风装置 利用发动机排气作用增加离合器腔冷却空气流速的方案 91 鼓风装置 92 油压的调节与交替换挡时间的长短对发动机转矩响应的控制同步器的选择速比间隔减振措施 换挡过程中 离合器接合和分离的程度 摩擦转矩的变化 换挡时间的长短等都会引起换挡冲击 影响换挡品质的主要因素 4 5扭转振动冲击控制 93 油压高低的调节 如果油压低 离合器传递转矩不足会产生打滑 换挡时间过长甚至无法换挡 产生的热量会烧损离合器 相反 如果油压过高 离合器结合和滑摩时间短 会产生冲击 和油压的交替 湿式DCT在换挡时与AT相似 一个离合器的压力降低 使之分离的同时 另外一个离合器压力升高 使之接合 如果油压交替过早 此时两个离合器都传递较大的转矩 会产生转矩重叠从而损坏传动系 如果油压交替过晚 此时一个离合器已经脱开 而另一个还处于滑摩状态 不能传递足够的转矩 而产生动力中断 这两者都影响换挡品质 油压的调节与交替 94 换挡时间的长短 换挡时间的长短影响油压交替的快慢 换挡时间长 舒适性会好一些 但是产生的热量多 还会对整车的动力性造成一定的影响 换挡时间短 充油速度快会引起离合器的扰动 同时 离合器摩擦转矩发生变化过快时 会引起车辆的冲击 车辆在行进过程中 不仅受到行驶阻力 还会承受因路况的变化而产生的动载荷 若发动机输出力矩发生变化 动载荷的影响会更加严重 比如车辆进入泥泞路面时 挡位需要马上降低 但此时发动机的转速还比较高 路面阻力的变化会导致挡位变化时产生严重冲击 95 对发动机转矩响应的控制 多缸发动机是间隔地轮流做功 给曲轴施加了一个周期变化的扭转外力 令曲轴转动忽慢忽快 转矩呈脉动输出 缸数越少越明显 分析曲轴的扭振时 对其进行傅立叶展开得到若干不同阶的不同振幅的简谐力矩 当某一阶力矩的频率与传动系固有频率一致时 则产生共振 在共振时 扭转振动的振幅和由此产生的噪声特别大 为了消除这种共振现象 可在传动系中串联一个弹性阻尼装置 这样做同时可以减缓汽车起步或换挡过程中离合器动作时产生的冲击力 96 换挡时要进行啮合的一对齿轮或啮合套的啮合线速度不相等 所以在啮合时会发生冲击 即换挡冲击 输入 输出端转速差越大 同步难度越大 越容易产生冲击 输入端的转动惯量越大 产生的冲击越大 在整个同步过程中 会出现两次冲击 第一次为同步摩擦力矩所致 第二次为齿套与啮合齿撞击所致 优化同步器的结构可以改善换挡中的冲击 同步器的选择 97 98 速比间隔 挡位越多 速比间隔越小 发动机就越有机会发挥最大功率附近的高功率 因而提高了汽车的加速和爬坡能力 同时发动机在低燃油消耗区工作的可能性也越大 从而降低了油耗 因此挡位增多能改善动力性和燃油经济性 另外 挡位的多少还影响到挡与挡之间的传动比比值 比值过大会造成换挡困难 导致换挡冲击大 99 换挡前后传动系统速比发生了突变 必然产生扭矩振动冲击 减小换挡过程振动冲击的方法发动机扭矩控制离合器滑摩控制扭转减振器吸振控制由于换挡过程时间很短 发动机扭矩控制受到一定限制 最有效的办法是离合器滑摩控制和扭转减振器吸振控制 100 在每种操作情况下 离合器必须被控制在一个相对稳定的状态下 并且贯穿整个使用周期 因而离合器控制阀的控制电流与离合器扭矩之间的必须进行不断的调整 适应 离合器经常被控制在大约10r min的微量打滑状态 这种极低的打滑量 叫做 微量打滑 这有利于改善离合器的状态 并且用于调节离合器控制 离合器滑摩控制 101 由于没有液力变矩器等可以吸收系统振动的元件 所以换挡过程的扭转减振控制是DCT的关键技术之一 DCT系统中 通常采用双质量飞轮式扭转减振器来吸收系统的扭转振动 GAT的双质量飞轮 扭转减振器吸振控制 102 Luk的双质量飞轮 ZF的双质量飞轮 103 104 LUK 105 106 当离合器处于分开状态时 包括二级质量在内的变速器和传动轴处于未连接状态 因此在换挡时不需要同步 由于离合器从动盘质量的减小 弹簧和减振器组装在双质量飞轮系统中 并能在盘中滑动 能明显改善同步性并使换档容易 扭转振动的传递作用影响扭振的特性 通常带有传统飞轮和减振器的结构 在怠速区的扭转振动没有经过衰减 并且导致传动齿轮齿面互相撞击 通过安装双质量飞轮 把从发动机传来的扭转振动经过扭振减器振器的减振元件而衰减 传动部件之间不再有撞击 双质量飞轮系统的作用 107 吸收振动 隔离噪声 通过降低发动机怠速可以节油 提高换档舒适性 对传动系过载保护 双质量飞轮式扭振减震器的基本结构有三大部分 第一质量 第一飞轮 第二质量 第二飞轮 和两质量 飞轮之间的减震器 采用粘性阻尼 长螺旋弹簧 利用油脂阻尼作用 同时对长螺旋弹簧起润滑作用 由于弹簧长 可以使两质量之间的相对扭转角度大 一般在20 30 之间 最大可达45 从而使双质量飞轮的刚度很低 控制扭振和扭振噪音的功能极强 通过修改质量 刚度 阻尼 实现对汽车动力传动系扭振的综合控制 在汽车的各种行驶工况下都具有优良的减振隔振效果 可彻底消除传动系统的齿轮噪声 也使传动系扭振控制措施大大简化 双质量飞轮优点 108 克服了离合器从动盘式扭振减振器受空间限制的缺点 使减振器在空间布置上变得容易 可以比较容易地设计出能满足强度和刚度要求的弹性元件 确保其相对扭转角度和传递的扭矩足够大 而且降低了扭振减振器扭转刚度 大大提高了减振和隔振的性能 并且便于采用多种型式的弹性和阻尼元件 如橡胶弹簧 液压阻尼器等 109 110 111 DCT变速器需要解决的另一个问题是防止在换挡临界点频繁升降挡 假如车辆在加速过程中 刚换到一个高挡位 因道路阻力等因素 车速稍有下降 并在换挡临界点左右摆动 控制系统必须能够根据车速 发动机油门开度信号以及挡位状况 决定是降挡还是维持挡位不变 防止出现两个离合器及换挡操纵机构频繁切换的情况 此外 DCT在减挡过程中实现跳挡换挡比较困难 例如 当车辆在五挡高速行驶时 遇紧急情况突然减速 降到三挡工况 此时 通常的换挡逻辑便不适用 必须有特殊情况处理的能力 4 6换档控制策略及电控技术 112 DCT系统是一个多自由度扭转振动传动系统 系统的激励和振动的机理 离合器摩擦系数的变化等均十分复杂 必须综合考虑多种因素 根据最佳动力性 最佳经济性和驾驶舒适性综合最优的原则制定系统匹配控制策略 通过发动机 双离合器 挡位切换等控制实现传动系统的综合控制 保证车辆行驶性能 4 7DCT系统综合控制 113 5 双离合器变速器案例分析 5 1大众DQ250双离合器自动变速器 114 机械变速传动部分 115 116 117 输出轴1上有如下元件 1 2 3挡同步器 3件式 4挡同步器 单件式 1 2 3 4挡换挡齿轮 与差速器相连的输出齿轮 118 输出轴2上有如下元件 变速器输出转速传感器G195和G196的靶轮 5挡 6挡和倒挡换挡齿轮 与差速器相连的输出齿轮 119 通过增加1根倒挡轴改变了动力输出的方向 形成倒挡 最终与输出轴2相连 120 两个输出轴都与差速器相啮合 差速器上面还集成了P挡齿轮锁 121 1挡传输路线发动机 K1离合器 输入轴1 1挡主动齿轮 1挡从动齿轮 输出轴1 输出齿轮 差速器 驱动车轮 动力传递路线 122 2挡传输路线发动机 K2离合器 输入轴2 2挡主动齿轮 2挡从动齿轮 输出轴1 输出齿轮 差速器 驱动车轮 123 3挡传输路线发动机 K1离合器 输入轴1 3挡主动齿轮 3挡从动齿轮 输出轴1 输出齿轮 差速器 驱动车轮 124 4挡传输路线发动机 K2离合器 输入轴2 4挡主动齿轮 4挡从动齿轮 输出轴1 输出齿轮 差速器 驱动车轮 125 5挡传输路线发动机 K1离合器 输入轴1 5挡主动齿轮 5挡从动齿轮 输出轴2 输出齿轮 差速器 驱动车轮 126 6挡传输路线发动机 K2离合器 输入轴2 6挡主动齿轮 6挡从动齿轮 输出轴2 输出齿轮 差速器 驱动车轮 127 R挡传输路线 128 多片式湿式离合器 129 离合器K1和K2的内部结构 130 131 在离合器工作时 活塞1充油 活塞移动将离合器1内外片压合 从而扭矩通过离合器外壳 离合器片1 输入轴1进行传递 活塞1泄油后 离合器1分离 蝶形回位弹簧将活塞退回 扭矩传递中断 在离合器1分离的同时 活塞2开始充油 活塞移动将离合器2内外片压合 从而扭矩通过离合器外壳 离合器片2 输入轴2进行传递 这样始终有一个离合器处于接合状态 离合器K1负责将扭矩传入输入轴1 输入轴1用来完成1 3 5 R挡 离合器K2负责将扭矩传给输入轴2 输入轴2用来完成2 4 6挡 发动机旋转使油产生离心力 这个离心力作用使离合器接合过程中所需的压力增加 为了离合器接合更加顺利 必须对这个由离心力引起的压力进行补偿 利用离合器K1的碟形弹簧与K1活塞和K2外片支架形成的腔 K2回位弹簧固定片与K2活塞之间形成的腔 为这两个空腔内充油 在发动机高速旋转过程中离心力作用下产生的平衡油压来补偿 132 变速器的4个换挡轴由液压控制单元控制 由控制单元内的4个电磁阀完成 通过为换挡轴施加压力来控制拨叉动作 每个拨叉轴的两端通过1个有轴承的钢制圆筒支撑 圆筒的末端被压入活塞腔 换挡油压通过油道传输到活塞腔内作用在圆筒后端 形成推力 完成换挡 换挡轴压力通过保持换挡轴持续的时间进行调节 当一个挡位工作时 其相应推力一直存在 同时在每个拨叉上面都有一个独立的拨叉行程传感器 用以监测 反馈拨叉的行程以及所处的状态 为了保证挡位的固定 在每组拨叉的主臂上还有一个挡位锁止机构 用来锁止所在挡位 换档执行机构 133 134 发动机扭矩通过离合器输入变速器内部 在变速器中通过输入 输出轴及齿轮啮合形成动力传递路线并将扭矩输出到驱动桥 输入轴1和输入轴2空套在一起 输入轴1在空心的输入轴2的内部 通过花键与离合器K1相连 在1挡和3挡齿轮之间还有输入轴1的转速传感器G501的靶轮 传感器 135 输入轴2为空心 套在输入轴1的外部 通过花键和离合器片组K2相连 在二挡齿轮附近还有输入轴2转速传感器G502的靶轮 多挡共用齿轮的设计大大减少了变速器的体积和质量 136 137 液压泵安装在变速器的后方 通过驱动轴直接连接 液压泵轴的转速与发动机转速相同 只要发动机运转液压泵就供油 泵轴作为第三根轴安装在彼此插在一起的输入轴1和2中心 装备此款变速器的车辆 在拖车过程中 油泵没有被驱动 因此如需拖车 车速不能超过50km h 距离不能超过100km 否则会损毁变速器 变速器油泵 138 液压控制系统 139 冷却系统 140 DQ250系统中主要包括供油部分 双离合器控制部分 换档拨叉控制部分及辅助部分 供油部分由油泵 减压阀 主调压滑阀及调压电磁阀组成 通过调压电磁阀控制主调压滑阀从而实现对液压系统主油路压力的调节 当系统出现故障 压力上升到一定高度时 将推开减压阀释放压力保护液压系统 双离合器控制部分主要由两路相对独立的油路组成 分别控制离合器C1和离合器C2 两部分的控制油路完全相同 包括安全阀 蓄能器 压力传感器及离合器控制比例阀 通过安全阀可以调节两个离合器控制油路的供油压力 并保证其中一个离合器出现故障时 另一离合器能够安全的独立工作 离合器1阀与离合器2阀为比例电磁阀 可以实现对离合器控制压力的精确控制 两个压力传感器则为离合器压力的精确控制提供反馈信号 换档拨叉控制部分主要由四个开关阀与一个两位多路阀组合而成 多路阀通过另一个开关阀控制其工作位置的变换 辅助部分主要包括双离合器润滑部分 液压系统散热及过滤部分 141 各种液压阀及电磁阀均统一集成在液压阀体中 其中N88为一档和三档换档拨叉控制开关电磁阀 N89为五档换档拨叉控制开关电磁阀 N90为六档和倒档换档拨叉控制开关电磁阀 N91为二档和四档换档拨叉控制开关电磁阀 N92为多路阀控制开关电磁阀 215为离合器C1的控制比例电磁阀 N216为离合器C2的控制比例电磁阀 N217为主油路压力滑阀的控制电磁阀 N218为冷却油流量控制电磁阀 N233为离合器C1控制油路安全阀 N371为离合器C2控制油路安全阀 A为主油路减压阀 B为液压阀体电磁阀供电连接器 同时该液压阀体中还集成了两个离合器的压力传感器 142 电控单元 143 144 145 ON OFF SequencingSolenoid SequencingValve ON OFF SafetySolenoid 1 PWM ActuatorSolenoid 1 PWM ActuatorSolenoid 2 VBS LubeRegulatorSolenoid SafetyValve 1 SafetyValve 2 PWM ActuatorSolenoid 4 ClutchSolenoidSub Assembly Over PressureReliefValve VFS ClutchControlSolenoid OuterClutch VFS ClutchControlSolenoid InnerClutch LinePressureRegulatorValve LubePressureRegulatorValve ValveBodyCasting ValveBodyGasket SeparatorPlate VFSFilterGasket 液压控制单元 146 变速器控制单元 TCU TransmissionControlUnit 是自动变速器控制的核心部件 它是控制逻辑的载体 且用来处理各种传感器信号 驱动执行机构动作 从而构成控制闭环 TCU与其他汽车控制器一样 一般具有两个微处理器 一个用来计算控制逻辑 一个用于故障诊断和处理 两个微处理器通过内部总线相互交换信息 除了微处理器以外 TCU还包括电源管理模块 传感器信号输入模块 电磁阀驱动模块 各种指示灯接口以及CAN总线通讯接口等 TCU按照布置的形式不同分为外置式和集成式 外置式一般通过一段线束与变速器中的电磁阀及传感器连接 控制器一般布置在汽车驾驶舱内侧 工作条件较好 集成式则是将变速器中所用到的传感器及TCU本身集成到一个模块内 并且将该模块直接安装在自动变速器内部与电磁阀体连接在一起 形成一个整体的电液控制系统总成 中间为陶瓷基板的TCU部分 黑色部分为变速器传感器模块 明显的突出部分均是变速器中使用的转速 位置及温度传感器 传感器及TCU被封装到一个模块内 然后将该模块与液压阀体连接作为一个整体的模块安装到变速器中 147 0 4升 同样装备122马力TSI发动机的Golf轿车 配备7档DSG的车型比配备6档手动变速箱的车型每百公里油耗少0 4升 1 7升 7档DSG变速箱需要1 7升变速箱油 6 5升 6档DSG变速箱需要6 5升变速箱油 6款车型 目前大众汽车有6款车型可配备7档DSG变速箱 70公斤 7档DSG变速箱重70公斤 93公斤 6档DSG变速箱重93公斤 105马力 目前匹配DSG变速箱 最小 的发动机功率为105马力 300马力 目前匹配DSG变速箱 最大 的发动机功率为300马力 140 6档DSG变速箱机电控制模块工作环境 变速箱油 最高温度为140 250Nm 7档DSG变速箱匹配的发动机的最大扭矩为250Nm 350Nm 6档DSG变速箱匹配的发动机的最大扭矩为350Nm以上数据差异的最主要原因是采用了干式 湿式双离合器 DSG变速器的具体数值 148 三菱DCSG Double CluthShiftGearbox 5 2三菱DCSG双离合器变速器 149 150 151 P N挡 152 1挡 153 2挡 154 3挡 自动模式 155 3挡手动模式 156 157 6 DCT未来发展方向 6 1干式 湿式DCT车辆运用 大功率大扭矩 湿式 小功率小扭矩 干式 158 6 DCT未来发展方向 6 2DCT混合动力 纯电动汽车的应用 混合动力汽车 纯电动汽车是世界公认的节能减排技术之一 其研发已成为汽车行业的热点 混合动力 纯电动汽车传动系统作为关键组成部分 也受到各汽车厂家和研究机构的重视 DCT是目前深受关注的自动变速器之一 与AMT一样 具有较高的传递效率 同时DCT还可以实现换档过程中无动力中断 有更好的动力性和换档舒适性 其中干式DCT比湿式DCT拥有更高的传递效率 目前国内关于纯电动汽车的研究 主要集中在对固定速比减速器的参数匹配和优化方面 纯电动轿车用的自动变速器还处于研发阶段 双离合器式自动变速器在混合动力 纯电动汽车上具有广阔的前景 159 6 DCT未来发展方向 6 3摩托车DCT化 双离合变速器在延续了手动变速器优点的同时 加大对离合器和换挡操作方面的自动化控制 从而使驾驶变得更加轻松舒适 通过电子控制离合装置 实现无缝隙变速功能 此项技术首次被本田运用在摩托车制造领域 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