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1、,第六章双离合器变速器结构与原理, 知识点一 双离合器变速器的基本知识,上个世纪三十年代末RUDOLF FRANKE首先提出了将手动变速器变为动力换档变速器的想法。 德国大众汽车公司和博格华纳公司合作于1999年制造出直接换档变速器(DIRECT SHIFT GEARBOX,即DSG)。因为其特殊的结构中使用了两个平行输入离合器，所以又称为双离合器自动变速器(DUAL CLUTCH TRANSMISSION,即DCT)。 博格华纳公司预测双离合器自动变速器欧洲的市场份额将在2010年将达到20%。,(1) 发展历史,(2) 基本工作原理, 知识点一 双离合器变速器的基础知识,双离合器自动变速器
2、的结构如上图所示。图中双离合器自动变速器拥有六个前进档和一个倒档。两个液压驱动的湿式离合器采用同心布置结构，使得整个变速器总成具有较短的轴向长度。图中外侧标记为红色的离合器为奇数档位离合器，简称离合器C1。离合器C1连接一档、三档、五档。图中内侧标记为绿色的离合器为偶数档位离合器，本文简称离合器C2。离合器C2连接二档、四档、六档和倒档。两个离合器分别通过花键与两个输入轴连接，奇数档位输入轴为输入一轴，偶数档位输入轴为输入二轴，为了实现两个平行的输入路径，输入二轴被设计成空心轴，两输入轴之间通过轴承支撑。与两个输入轴对应的是两个输出轴，两输出轴通过前端的齿轮与差速器输入齿轮连接，使得两输出轴都
3、通过差速器输出。各个档位的换档则通过传统手动变速器所广泛使用的同步器实现。同步器则通过支撑在变速器壳体上的拨叉来推动。两个离合器的结合分离以及拨叉的移动均由液压执行机构完成。,假设双离合器自动变速器以一档位运行，动力通过离合器的主动部分经过离合器C1传递到输入一轴，再经过输入一轴上的一档齿轮传递到一档同步器，然后传递到输出轴。变速器电控单元可以根据当前的传感器的信号判断变速器是否进入二档，如果判断将进入二档，则可以提前结合二档的同步器。因为此时二档对应的离合器C2处在分离状态不传递动力，所以二档的同步器是在空载条件下进入同步的。当控制器决定从当前的一档换到二档时，换档的操纵实质就是将离合器C1
4、传递的动力平滑的过度到离合器C2上，这就是双离合器自动变速器换档过程中最为关键的离合器交替过程。当离合器C1完全分离，离合器C2就完全进入工作，车辆即在二档行驶。工作在其他档位时，其操纵过程相似，只是存在升档和降档的不同。 在换档过程中，发动机的动力始终不间断的被传递到车轮，所以这样完成的换档过程为动力换档。当车辆实现了动力换档，将极大的提高乘坐舒适性，同时也能够改善车辆的经济性及排放特性。, 知识点一 双离合器变速器的基础知识,(3) 基本特性,动力换档特性： 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. 04s0. 03s ,驾驶者不会有任何感觉。在换挡过
5、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(Tip2tronic) ,增加了驾驶乐趣。, 知识点一 双离合器变速器的基础知识,(3) 基本特性,高效率特性： 变速器的传动效率对车辆的经济性和动力性影响很大。DCT 是基于平行轴式手动变速器发展起来的,它影响继承了手动变速器传动效率高的优点,试验研究表明,装用DSG变速器(即DCT) 的高尔夫R32 车百公里油耗仅为10. 2L (按MVEG 的99/ 100EG 标准试验) ,0100km/ h 的加速时间仅为6.
6、 0s ,而相应装用手动变速器的R32 车百公里油耗为加速时间为11. 5L ,0100km/ h 的加速时间为6. 4s , 最高车速同样是247km/ h。可见,DSG变速器与手动挡变速器相比,可使整车具有优良的燃油经济性和动力性能。, 知识点一 双离合器变速器的基础知识,(3) 关键技术,离合器： DCT 变速器在换挡过程中,两个离合器都要滑摩,产生大量的热量,如果不及时散热,离合器摩擦面会产生局部高温,导致摩擦片的翘曲变形甚至烧结在一起,严重影响离合器的性能和寿命。所以离合器摩擦片的材料、耐磨性、摩擦系数及其摩擦面的油槽设计形式都是需要解决的关键问题。另外,起润滑冷却作用的工作介质应具
7、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。, 知识点一 双离合器变速器的基础知识,(3) 关键技术,换档控制策略及电控技术： 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下图所示。如果两个离合器重叠量过大,则会出现挂双挡的情况,容易导致发动机熄火;如果两个离合器重叠量过小,则仍会出现少量动力切换中断的情况。所以,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
8、器操纵油压的精确控制是核心技术。, 知识点一 双离合器变速器的基础知识,(3) 关键技术,换档控制策略及电控技术： 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。, 知识点一 双离合
9、器变速器的基础知识,(4) 发展前景,DCT是基于平行轴式手动变速器发展而来的,它继承了手动变速器传动效率高、安装空间紧凑、质量轻、价格低等许多优点,而且实现了动力换挡,这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引起的急剧减速情况,也极大地改善了车辆运行的舒适性。, 知识点一 双离合器变速器的基础知识,(4) 发展前景,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
10、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。, 知识点一 双离合器变速器的基础知识,(4) 发展前景,DCT 在推广使用方面的另一个显著的优点是生产成本低。它是靠离合器和齿轮传递动力的,复杂程度低
11、,对现有的手动挡变速器生产线稍加改造就可以转而生产DCT ,充分利用原有手动变速器的生产设备,生产继承性好,很适合现有的手动变速器生产厂将产品升级到自动变速器。, 知识点二 双离合器变速器的结构组成,D S G变速器基本上由两个相互独立的传动单元组成，每个传动单元都相当于一个手动变速器，且每个传动单元有一个多片式离合器。两个多片湿式离合器工作在D S G油中，由电液控制单元对他们调整控制，通过分离、接合不同的离合器实现挡位的变换。1、3、5挡和倒挡由离合器K1控制；2、4、6挡由离合器K2控制。,动力传递路线,倒挡传输路线：发动机K1离合器输入轴11/R挡主动齿轮倒挡轴倒挡从动齿轮输出轴2输出
12、齿轮差速器驱动车轮。,动力传递路线,1挡传输路线：发动机K1离合器输入轴11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,2挡传输路线：发动机K2离合器输入轴22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。,动力传递路线,3挡传输路线：发动机K1离合器输入轴13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。,动力传递路线,4挡传输路线：发动机K2离合器输入轴24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。,动力传递路线,5挡传输路线：发动机K1离合器输入轴15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。,动力传递路线,6挡传输
13、路线：发动机K2离合器输入轴26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。,多片式湿式离合器,离合器K1和K2的内部结构,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
14、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。,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/m i n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
15、。,机械变速传动部分,机械变速传动部分,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。,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。不难看出，多挡共用齿轮的设计大大减少了变速器的体积和质量。,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
16、。,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。,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。,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,换档执行机构,换档执行机构,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(下文详述)，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(如图23所示)。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
17、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。,变速器油泵,油泵直接通过驱动轴连接，只要发动机运转就供油，它空套在输入轴1里面，与油泵刚性连接(如图24所示)，最多可以提供100L/min的输出量。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50k m / h ，距离不能超过100km，否则会损毁变速器。,（液压控制系统,如图所示是德国大众公司已经批量生产的双离合器自动变速器DQ250的液压系统图。该系统中主
18、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
19、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。,液压阀体,如上面所述的各种液压阀及电磁阀均统一集成在液压阀体中。如下图1.3所示。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
20、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。,电控单元,变速器控制单元（TCU：Transmission Control Unit）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
21、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。 如上图所示，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。, 知识点三 DCT工作原理和控制过
22、程,DCT的基本原理相当于带有两个离合器的两个变速器，其中一个变速器是奇数挡，一个偶数挡。车辆行驶中，一个变速器处于工作状态时另一变速器空转，换挡时提前挂挡，通过两个离合器的切换来实现两个变速器交替进入工作状态。双离合器以两个离合器的重叠工作保证了DCT的不切断动力换挡。根据齿轮轴布置方式的不同，DCT结构有两轴和三轴等多种型式，都是由安装在一起的两个离合器和常啮合定轴式变速器组成。,(1) DCT的工作原理,两轴式双离合器式自动变速器工作原理图,该DCT的主要组成部分有C1、C2两个离合器，输入轴与输出轴。两轴式DCT 的具体结构特点是：其1、3、5挡与离合器C1联结在一起，2、4、6挡与离
23、合器C2联结，即将奇数挡与偶数挡分别与离合器C1、C2离合器分开配置，离合器C2输出轴为一个实心轴，而离合器C1的输出轴却是套在C2输出轴外面的一个空心轴，两个输出轴是同心的。变速器换挡所用的同步器等与原来的普通手动变速器完全相同。在车辆处于停车状态时，离合器C1、C2都处于分离状态。起步前，先将挡位切换为1挡，然后离合器C1接合，车辆开始起步运行，离合器C2 仍处于分离状态，不传递动力。当车辆加速，接近2挡的换挡点时，由TCU控制自动换挡机构将挡位提前换入2挡，离合器C1开始分离，同时离合器C2开始接合，两个离合器交替切换，直到离合器C1完全分离，离合器C2完全接合，整个换挡过程结束。,车辆
24、进入2挡运行后，车辆自动变速器电控单元可以根据相关传感器信号知道车辆当前运行状态，进而判断车辆即将进入运行的挡位，如果车辆加速，则下一个挡位为3挡，如果车辆减速，则下一个挡位为1挡。而1挡和3挡均联接在离合器C1上，因为该离合器处于分离状态，不传递动力，故可以指令自动换挡机构十分方便地预先换入即将进入工作的挡位，当车辆运行达到换挡点时，只需要将正在工作的离合器C2分离，同时将另一个离合器C1接合，配合好两个离合器的切换时序，整个换挡动作全部完成。车辆继续运行时，其他挡位的切换过程也都类似。,当车辆在行使中需要1挡换3挡或者2挡换4挡时(即需要同轴换挡时)，只需要经过中间过渡挡。以2挡换4挡为例
25、，当前离合器C2结合，离合器C1分离，当TCU接收到换挡指令时，首先挂入3挡，然后离合器C1开始结合，离合器C2开始分离，当离合器C2完全分离，迅速挂入4挡，然后离合器C1开始分离，离合器C2开始结合，直至离合器C2完全结合，离合器C1完全分离。换挡结束。在车辆的换挡过程中，双离合器系统的换挡过渡过程实质上就是两个离合器的交替分离结合的过渡过程，在换挡过程中发动机输入动力不中断，这样实现了动力换挡，极大地提高了车辆乘坐舒适性，同时相对于AT等也提高了车辆的燃油经济性。,双中间轴式双离合器自动变速器工作原理图,在对变速器的轴向尺寸要求较高的情况下，例如前置前驱动乘用车的变速器布置为横置工作时；或
26、者中、重型商用车传递扭矩大，为提高其强度与刚度时，DCT也可以设计相应的结构以适应整车布置的需要。如采用双中间轴式结构，它采用了两个中间轴，可以大大缩短变速器的轴向尺寸，而换挡过程和功能与其它布置形式一样。, 知识点三 DCT工作原理和控制过程,DCT的控制系统基本组成,(2) DCT的控制过程,起步过程离合器控制,双离合器自动变速的起步控制与AM T 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。起步过程受外界工况条件、驾驶员操纵意图、车辆运行状况等因素的影响, 应根据节气门开度、节气门开度变化率、发动机转速、输入轴转速以及发动机转速
27、与输入轴转速差等参数确定离合器的接合速度和行程, 并对油门开度加以控制, 满足车辆乘坐舒适性和离合器使用寿命的要求。,换档过程离合器控制,DCT 在换挡过程中动力切断的时间很短, 通常又不带液力变矩器, 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, 双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工作阶段, 必须对离合器切换时序进行精确的控制, 它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, 使传动系统产生较大的动载荷, 造成离合器滑摩、自激振动、传动系统冲击等现象, 导致摩擦片温度升高, 产生变形甚至烧蚀破坏
28、, 直接影响离合器的分离、接合特性和寿命。系统本身存在的非线性、时滞、干扰、变参数因素的影响,使离合器切换时序的精确控制非常困难。,扭转振动冲击控制,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: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。,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
29、,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。）,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
30、,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。,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。,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
31、。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。,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。,扭转振动冲击控制,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
32、的方法主要有发动机扭矩控制、离合器滑摩控制和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。离合器滑摩控制是实现车辆平稳起步、低速爬行及换挡过程双离合器的平滑切换的必要条件, 但它是以延长换挡时间和增加离合器热负荷为代价。扭转减振器用以吸收传动系统的振动冲击, 在双离合器自动变速传动中通常采用双质量飞轮式扭振减振器。由于这种新型扭振减振器的扭转角度大, 扭转刚度较小, 对减小换挡冲击的效果非常明显, 同时可通过修改质量、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
33、彻底消除传动系统的齿轮噪声, 提高了驾驶舒适性,也使传动系扭振控制措施大大简化。,系统综合控制,双离合器自动变速传动是一个多自由度扭转振动传动系统, 系统振动的机理、滑动摩擦引起的离合器摩擦系数的变化等均十分复杂, 必须综合考虑多种非线性、时滞、干扰、变参数等因素, 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, 通过发动机扭矩控制、双离合器扭矩控制及分离接合控制、挡位切换控制等实现传动系统的综合控制, 保证车辆控制性能, 知识点四 双离合器变速器的结构组成,1、多片式湿式干式双离合器 2、机械变速传动部分 3、换档执行机构 4、变速器油泵 5、双离合器自动变速器控
34、制系统,1、多片式湿式离合器,离合器K1和K2的内部结构,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档，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档。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
35、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。,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/m i n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。,2、机械变速传动部分,机械变速传动部分,发动机扭矩通过离合器输入变速器内
36、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档和3档齿轮之间还有输入轴1的转速传感器G501的靶轮。,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，在二档齿轮附近还有输入轴2转速传感器G502的靶轮。不难看出，多档共用齿轮的设计大大减少了变速器的体积和质量。,输出轴1上有如下元件：1、2、3档同步器(3件式)，4档同步器(单件式)，1、2、3、4档换档齿轮，与差速器相连的输出齿轮。,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
37、，5档、6档和倒档换档齿轮，与差速器相连的输出齿轮。,通过增加1根倒档轴改变了动力输出的方向，形成倒档，最终与输出轴2相连。,两个输出轴都与差速器相啮合，差速器上面还集成了P档齿轮锁,动力传递路线,倒档传输路线：发动机K1离合器输入轴11/R档主动齿轮倒档轴倒档从动齿轮输出轴2输出齿轮差速器驱动车轮。,动力传递路线,1档传输路线：发动机K1离合器输入轴11档主动齿轮1档从动齿轮输出轴1输出齿轮差速器驱动车轮。,动力传递路线,2档传输路线：发动机K2离合器输入轴22档主动齿轮 2档从动齿轮输出轴1输出齿轮差速器驱动车轮。,动力传递路线,3档传输路线：发动机K1离合器输入轴13档主动齿轮 3档从动
38、齿轮输出轴1输出齿轮差速器驱动车轮。,动力传递路线,4档传输路线：发动机K2离合器输入轴24档主动齿轮 4档从动齿轮输出轴1输出齿轮差速器驱动车轮。,动力传递路线,5档传输路线：发动机K1离合器输入轴15档主动齿轮5档从动齿轮输出轴2输出齿轮差速器驱动车轮。,动力传递路线,6档传输路线：发动机K2离合器输入轴26档主动齿轮6档从动齿轮输出轴2输出齿轮差速器驱动车轮。,3、换档执行机构,3、换档执行机构,变速器的4个换档轴由液压控制单元控制，由控制单元内的4个电磁阀完成，通过为换档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(如图所示)。换档油压
39、通过油道传输到活塞腔内作用在圆筒后端，形成推力，完成换档。换档轴压力通过保持换档轴持续的时间进行调节。当一个档位工作时，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。为了保证档位的固定，在每组拨叉的主臂上还有一个档位锁止机构，用来锁止所在档位。,4、变速器油泵,油泵直接通过驱动轴连接，只要发动机运转就供油，它空套在输入轴1里面，与油泵刚性连接(如图所示)，最多可以提供100L/min的输出量。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。,
40、5、DCT的控制系统,（1）换档杆的操作与控制换档杆的操作方式和自动变速器换档杆一样，DCT变速器也提供Tiptronic档位模式，在换档手柄上有明显的DCT标识。其内部结构如右图所示。,P档锁工作原理如右图所示，通电时解锁，断电时候锁止，如果选档杆位于 N位置的时间超过2s, 控制单元将向电磁铁供电，这样即可将锁销推入锁孔内。选档杆无法在无意间移动到其他位置，踩下制动踏板时锁销自动松开。,5、DCT的控制系统,（2）控制单元该变速器的控制部分由电子液压控制单元和电子控制单元组成。其中电子液压控制单元内包括阀体、执行电磁阀等(如图所示)，电子控制单元里面包括一些传感器、变速器电脑等(如图所示)
41、。它们安装在一起，装于变速器内，浸于变速器油中。,电控单元,变速器控制单元（TCU：Transmission Control Unit）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
42、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。如上图所示，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。,液压阀体,如上面所述的各种液压阀及电磁阀均统一集成在液压阀体中。如下图所示。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
43、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。,（3）液压控制系统,如图所示是典型双离合器自动变速器的液压系统图。该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
44、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
45、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。,在自动变速器液压系统中，对主油路的压力控制至关重要，主油路压力不仅影响换档性能，同时还很大程度上影响自动变速器的总效率。主油路压力通过调节阀控制主油路压力滑阀实现压力控制，如下图为主油路压力调节部分，主油路压力调节阀就是脉宽调制阀；,从上图可以看出，主油路压力控制油路中，主油路压力是通主压力滑阀进行控制，主压力滑阀的左端作为主油路压力的反馈腔，主油路压力通过作用到阀芯左端的液压力来与右端的弹簧力及主压力调节阀调节后的液压力相平衡，当主压力调节阀变化时，平衡即被打破阀芯移动达到新的平衡位置。,从上图可以看出，双离合器
46、润滑及冷却控制油路的控制结构与主油路压力控制结构基本相同，所不同的是在离合器冷却控制阀的控制油路上增加了一个蓄能器，蓄能器能够吸收油路调节过程中的冲击，改善控制性能。,上述两部分主要油路中所使用的脉宽调制阀的一般结构如图所示,当电磁阀不通电的时候，阀芯及钢球在右侧弹簧力的作用下使得阀芯靠左侧位置，阀芯同时也推动钢球使进油口与出油断开；在左侧位置时阀芯的工作台阶将泄油口关闭。而当电磁阀通电时，螺线圈产生的电磁力将阀芯吸到右侧位置；阀芯在右侧位置时，钢球在液压油的压力作用下被推开，从而连通了进油口与出油口的通路，使得出油口与泄油口连通。由于在供油油路中有截流口，不通电时控制输出的油压与进油压力在不
47、考虑损失的条件下相等，完全打开时控制输出油压与泄油压力相等，压力一般为零。在实际控制过程中，通过调节断开与连通的时间比例，实现控制输出口压力的控制要求。,七档DCT的基本结构,知识点五湿式双离合器与干式双离合器,湿式DCT,汽车离合器可分摩擦式离合器、液力变矩器(液力偶合器)、电磁离合器等几种，而摩擦式离合器又分为干式和湿式两大类，目前用的大多属于干式离合器，湿式的用得较少。所谓干式，是指摩擦面暴露在大气中的普通结构型式，这种离合器依靠空气冷却散热，按其从动盘的数目，又分为单盘式、双盘式和多盘式等几种。而湿式是指整个离合器的摩擦面浸在油液中的结构型式，湿式离合器由于在摩擦面上形成油膜，所以不是
48、干摩擦，而是依靠油膜的剪切抗力来传递扭矩。,根据DCT中双离合器部分所采用的离合器类型不同，可将其分为湿式DCT与干式DCT两大类。如图所示为干式与湿式双离合器,湿式离合器的可控性和控制品质好，结构比较单一,具有压力分布均匀、磨损小且均匀、传递扭矩容量大、不用专门调整摩擦片间隙等特点, 但其传动效率较低,且工作时需要辅助液压动力源，分离时有相对摩擦损失，特别是片数较多时，空转滑磨损失功率较大。,湿式DCT目前最具代表性的产品是博格华纳公司与德国大众公司合作开发的DQ250。该DCT采用了两个湿式离合器,6个前进挡设计。DQ250上市之初被应用在了高尔夫R32和奥迪TT两款车型上，如下图所示。由
49、于其优越的性能，后来又被推广使用到帕萨特、捷达、甲壳虫等大众其它一系列车型上，并取得了用户的广泛认可。,干式DCT,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
50、、从动件根本无法分离的自锁现象。,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
