双离合器式自动变速器项目概述

双离合器式自动变速器项目概述 双离合器式自动变速器项目概述（DCT） 牛铭奎 高炳钊 葛安林 徐彩琪 何君正 章骏杰 (1．吉林大学；2．杭州依维柯汽车变速器有限公司) 【摘要】双离合器式自动变速器是基于手动变速器发展而来的，其工作原理是通过将 变速器挡位按奇、偶数分开布置，分别与两个离合器连接，通过离合器的交替切换完成换挡 过程，以实现动力换挡。它综合了AMT的优势和AT动力换挡的优点，具有很好的换挡品质 和车辆动力性、经济性，比较适合我国目前以手动变速器占主导地位的情况。 【主题词】离合器 自动变速器换挡机构 由于目前存在的各种自动变速器各具优缺点，因此对其评价也各不相同。液 力自动变速器(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。电控机械式自动变速器(AMT)由于可以很好的保护国内手动变速 器生产厂的设备投资，具有结构简单、成本低等优点，适合国内的发展现状，因 此受到了许多厂家的关注。但是，由于其实现的是非动力换挡，所以其换挡平顺 性、动力性、经济性必然受到影响，使得其在对舒适性要求高的车型上的应用受 到了限制。目前正在发展的一种双离合器式自动变速器(Dual Clutch Transmission，简称DCT)综合了AMT的优势和AT动力换挡的优点，具有很好的换挡品质和车辆动力性、经济性，所以非常适合于目前以手动变速器占主导地位 的国家,DCT是在手动变速器基础上开发的，油耗较低，而且70％的手动变速器生产能力都可以利用。这非常适合手动变速器生产基础雄厚的中国。另外，科技 部和发改委都大力支持发展DCT，因此我们开发DCT变速器是非常适合中国国情 的。 图1所示为某种布置形式的DCT工作原理图，其主要组成部分有C1、C2两 个湿式离合器，以及按奇、偶数挡位分别与两个离合器布置连接的变速器齿轮组。 图2所示为该种布置形式的DCT的双离合器部分结构图。 图1 DCT工作原理图 在图1中，I、? 、V挡与离合器C1连接在一起，?、?挡连接在离合器C2 上，再加上灵敏的电液控制，两组传动装置可以同时工作。这样当车子在正常运 转的时候，一个传动系统保持运转，而另一个传动系统已经将齿轮啮合到更高的 挡位。当接近下一个换挡点时，控制在高挡位齿轮的多片式离合器就会被激活， 同时关闭另一个离合器，两个多片式离合器的一合一闭几乎保持在同一时间内完 成，就像是接力赛一样，这是解决顿挫感的关键所在，而整个过程被控制在0.2秒的时间内。由于在两个离合器的切换过程中只会使发动机动力传递出现一个减 弱的过程，而不需要完全切断动力传递， 因此，DCT实现的是动力换挡，其换挡 过程与AT的换挡过程基本类似。 图2 DCT的双离合器部分结构图 DCT变速器采用了2个离合器和5~7个前进档的传统齿轮变速器作为动力的 传送部件，这是目前世界上最先进的、具有革命性的自动变速器。 DCT变速器没有变矩器，也没有离合器踏板。 DCT变速器在传动过程中的能耗损失非常有限，大大提高了车辆的燃油经济 性。 DCT变速器的反应非常灵敏，具有很好的驾驶乐趣。 车辆在加速过程中不会有动力中断的感觉，使车辆的加速更加强劲、圆滑。 百公里加速时间比传统手动变速器还短。 DCT变速器的动力传送部件是一台三轴式6前进档的传统齿轮变速器，增加 了速比的分配。 DCT变速器的多片湿式双离合器是由电子液压控制系统来操控的。 双离合器的使用，可以使变速器同时有两个档位啮合，使换档操作更加快捷。 DCT变速器也有手动和自动2种控制模式，除了排档杆可以控制外，方向盘 上还配备有手动控制的换档按钮，在行驶中，2种控制模式之间可以随时切换。 选用手动模式时，如果不做升档操作，即使将油门踩到底，DCT变速器也不会升档。 换档逻辑控制可以根据司机的意愿进行换档控制。 在手动控制模式下，可以跳跃降档。 业内简称“双离合"，变速箱中的上等品。 DCT-真正的齿轮传动手自一体变速箱! DCT主要包括带扭转减振器的湿式离合器系统、按DCT工作原理配置的变速器及换挡系统和相应的控制系统。 由于在DCT中没有使用液力变矩器等可以吸收系统振动的元件，所以需要采 用扭转减振器来吸收系统的扭转振动。在DCT系统中，可以采用普通的单级或多级扭转减振器，其安装位置在发动机飞轮与DCT动力输入部件之间，因此需要将飞轮的转动惯量与DCT动力输入件的惯量综合匹配，并确定系统的扭转刚度来设 计扭转减振器。但是，为了使整车实现更高的舒适性，可以将扭转减振系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 为带有双质量飞轮式的扭转减振器，这样可以非常有效地控制汽车动力传动系的 扭转振动及噪声。与传统的离合器从动盘式扭转减振器相比，双质量飞轮式扭转 减振器还可加大减振弹簧位置半径，降低减振弹簧刚度并允许增大转角，不仅在 常用车速范围内的减振和隔振效果好，而且对怠速噪声也能实现更有效的控制， 堪称高效能广谱减振器。装备这种减振器的德国BMW324D汽车曾被称之为“世界 上最安静的柴油车”。图3分别为采用传统减振器与采用双质量飞轮式扭转减振 器时变速器后端振动加速度的比较。 图3 变速器后端振动加速度比较 在DCT中，既可以采用干式离合器，也可以采用湿式离合器，但两者的工作 特性存在较大的差别。干式离合器可以通过压板和飞轮吸收较大热量，对滑磨产 生热量的速度不敏感，但因为空气散热较慢，热量不易在短时间内散发出去，因 此它受滑磨产生的总热量的限制。干式离合器适于在短时间内结合，这样滑磨时 间短，产生热量少。其滑磨功特性曲线如图4a所示。湿式离合器用油冷却摩擦片，它受限于产生热量的速度，但不受产生的总热量的限制，所以适用于离合器结合 过程中压力逐步增加、发热速度较慢的场合。其滑磨功特性如图4b所示。在设计中可以选用较小的离合器储备系数，并控制加压油缸的油压增长速度，使摩擦扭 矩逐步增加。 (a)f式 (b)湿式 图4 干式、湿式离合器产生的滑磨功 另外，干式离合器的结构尺寸较大，特别是轴向尺寸长，这样，在车上布 置2个干式离合器，而且还要布置2个离合器的操纵机构时需要的空间很大；并且， 在离合器片磨损后，需要定期更换摩擦片。这都给DCT采用于式离合器带来了困难。 相对而言，在DCT中使用湿式离合器更具有优势：其传递扭矩大，可以通过 增加摩擦片数来提高摩擦扭矩；结构布置方便，摩擦片磨损均匀，使用中不需要 专门调整摩擦片间隙；可以较容易的通过控制湿式离合器的工作压力来控制其传 递扭矩的大小，实现动力传动系统的扭矩控制。 DCT的液压控制系统主要负责接受电控系统的控制指令，对离合器和变速器 的换挡机构进行操纵。液压控制系统主要包括：双离合器控制部分、换挡机构控 制部分和冷却部分。 双离合器控制部分是通过对离合器油缸充人和释放高压油来实现离合器的 分离和接合的。离合器油缸通过直接使用电磁阀或采用电磁阀做先导阀进行动作 控制，并且也可以使用线性电磁阀对离合器接合实现压力控制，这对实现动力传 动系统的扭矩控制有利。 在DCT中，必须实现换挡过程的自动化，这就要增加自动换挡机构来完成换 挡任务。通常使用多个换挡油缸直接控制每一个同步器，其控制过程与AMT类同。 在DCT中，对离合器进行滑差控制将必然产生滑磨热量，使油液温度升高。 如果热量不能及时排出去，将使离合器的性能和寿命受到影响，因此要对其提供 冷却油路进行散热。 DCT的电子控制系统负责采集车辆运行信息、驾驶员的操作指令，实时在线 的对车辆的运行状态进行综合处理和判断，并控制DCT的运行。同时．电控系统 还要负责与发动机电控单元以及其它系统的电控单元协调工作。图5为电子控制系统框图。 图5 DCT电子控制系统框图 目前，DCT作为一种新兴的自动变速器技术。正受到国外各大汽车公司的重 视，例如德国大众公司、ZF公司、福特公司、戴姆勒一克莱斯勒公司等都在投入 较大的力量对其进行开发，并已经取得了成功。其中，较为突出的是由德国大众 公司与美国BorgWarner公司合作开发的DSG变速器，这是一款成功的双离合器式 自动变速器。大众公司主要负责变速器设计和系统的集成工作；BorgWarner负责开发、提供DCT的关键部件，主要包括DualTronic双湿式离合器和DualTronic TM变速器机电控制模块，这些部件可以把手动变速器变为DCT。 大众公司的DSG变速器已经应用于Audi Tr轿车、第五代高尔夫轿车等多种车 型上，较大地提高了车辆性能。大众公司对高尔夫R32分别装用手动变速器与DSG变速器进行了试验对比。装用DSG变速器的R32车百公里油耗仅l0．2 L(按MVEG的99／100／EG标准试验)，0～100 km／h加速时间仅为6．0 S；而相应装用手动 变速器的R32车百公里油耗l1．5 L，0～100 km／h加速时间为6．4 S；最高车速同样是247 km／h。可见，DSG变速器与手动变速器相比，可使整车具有优良的燃 油经济性和动力性能 另外，装用DSG变速器的车辆同样具有很好的换挡品质，其 换挡过程与性能最好的传统自动变速器一样平顺 。 DSG变速器由大众公司在德国卡塞尔的工厂生产，其生产能力达l000台／天。同时，大众公司也正在将DSG变速器向其它车型移植，并已经有一些车型面世， 如第二代奥迪A3、新款Touran面包车及Concept R概念跑车等。 DCT是基于平行轴式手动变速器发展而来的，它保留了手动变速器结构简单、 传动效率高等优点，并且通过自动控制实现了动力换挡过程，具有很好的换挡品 质，解决了AMT非动力换挡的缺点。DCT也可以非常好的保护现有手动变速器的生 产设备投资，适合我国国情。 大多数人知道带传统变速箱的车是如何工作的：手动变速箱，换档时要求驾驶员踩下离合器踏板，用换档杆进行操作；自动变速箱，换档时变速箱替代驾驶 员进行所有的操作，涉及的零件有离合器、变扭器和几组行星齿轮。但也存在一 种介于上述两者之间，又综合两者优点的变速箱——双离合器变速箱，也被叫作 半自动变速箱、无离合器的手动变速箱或自动化的手动变速箱。双离合器变速箱 相当于将两个手动变速箱的功能集成到一个变速箱中。为更好地理解这个意思， 首先介绍一下传统手动变速箱是如何工作的是非常有益处的。在标准的装备换档 杆的车辆中驾驶员想从某个档位切换到另一个档位时，他首先需要踩下离合器踏 板。这将使一个单离合器开始工作，将发动机与变速箱脱开并中断传递到变速箱 的动力。然后驾驶员用换档杆选择一个新档位，这是一个驱使齿套从一个齿轮移 动另一个不同尺寸齿轮的过程。一个被叫做同步器在啮合前发挥作用，使齿面线 速度一致，以防止发生齿面碰撞。一旦切入了新的档位，驾驶员松掉离合器踏板， 这将重新使发动机和变速箱连接，将动力传递到车轮。因此在传统的手动变速箱 中，不存在从发动机到车轮的连续不断的动力传递。相反，在换档过程中，动力 传递经历了传递—中断—传递的变化过程，这将引起被称作“换档冲击”或“扭 矩中断”的现象。对一个不熟练的驾驶员来说，这可能导致换档时乘员一次次被 推向前和抛向后。 与手动变速箱形成对照的是，双离合器变速箱使用两个离合器，但没有离合器踏 板。最新的电子系统和液压系统控制着离合器，正如标准的自动变速箱中的一 样。在双离合器变速箱中，离合器是独立工作的。一个离合器控制了奇数档位(如：1 档、3 档、5 档和倒档)，而另一个离合器控制了偶数档位(如：2档、4档 和6档)。使用了这个布局，由于变速箱控制器根据速度变化，提前啮合了下一 个顺序档位，因此换档时将没有动力中断。双离合器变速箱(DCT)主要由双离合 器、机械部分变速箱、自动换档机构、电子控制液压控制系统组成。其中最具创 意的核心部分是双离合器和机械部分变速箱中的两轴式的输入轴这个精巧的两 轴式结构分开了奇数档和偶数档。不象传统的手动变速箱将所有档位集中在一根 输入轴上，双离合器变速箱(DCT)将奇数档和偶数档分布在两根输入轴上。外部 输入轴被挖空，给内部输入轴留出嵌入的空间。以6档变速箱为例，内部输入轴上安装了1档、3档、 5档和倒档的齿轮，外部输入轴上安装了2档、4档和6档的齿轮。这使得快速换档成为可能，维持了换档时的动力传递。标准的手动变速箱是做不到这点的， 因为它必须使用一个离合器来控制所有的奇数档和偶数档。 传统的自动变速箱必须装备一个变扭器来将发动机扭矩传递到变速箱，然而双离 合器变速箱 (DCT)并不需要这样的变扭器。目前已上市的双离合器变速箱(DCT)使用了湿式多片式的离 合器。湿式离合器就是将离合器零部件浸入润滑油中以减少摩擦和限制热量的产 生。一些制 造商正开发使用干式离合器的双离合器变速箱(DCT)，干式离合器通常跟手动变速箱相关， 但目前所有装备双离合器变速箱(DCT)的量产车均使用湿式离合器。 类似于变扭器，湿式多片式离合器是利用液压压力来驱动齿轮。当离合器结合时， 离合器活塞内的液压使一组螺旋弹簧零件受力，这将驱使一组离合器盘和摩擦盘 压在固定的压力盘上，油压的建立是由变速箱控制器指令电磁阀来控制的。摩擦 片内缘处有内花键齿，以便与离合器鼓上的外花键相啮合。离合器鼓与齿轮组相 连，这样就可以接受传递过来的力。为分离离合器，离合器活塞中的液压就会降 低，在弹簧的作用下，离合器就会分开。奥迪的DSG变速箱在湿式多片式离合器中既有小的螺旋弹簧也有大的膜片弹簧。 双离合器变速箱(DCT)中有2个离合器，他们的工作状态是相反的，不会发生2 个离合器同 时接合的情形。双离合器变速箱(DCT)的档位切换是由档位选择器来操作的，档位选择器实际上是个液压马 达，推动拨叉就可以进入相应的档位，由液压控制系统来控制它们的工作。以一 个典型的6 档双离合器变速箱(DCT)为例，液压控制系统中有6个油压调节电磁阀，用来调节2个离合 器和4 个档位选择器中的油压压力，还有5 个开关电磁阀，分别控制档位选择器和离合器 双离合器变速箱(DCT)的档位切换是由档位选择器来操作的，档位选择器实际上 是个液压马达，推动拨叉就可以进入相应的档位，由液压控制系统来控制它们的 工作。以一个典型的6档双离合器变速箱(DCT)为例，液压控制系统中有6个油压调节电磁阀，用来调节2个离合器和4 个档位选择器中的油压压力，还有5 个开关电磁阀，分别控制档位选择器和离合器的工作。 目前唯一量产的双离合器变速箱(DCT)是德国大众的DSG变速箱，使用了 BorgWarner 的DualTronic 技术，被装备在Volkswagen Beetle、Golf、Touran 和Jetta 以及Audi TT 和A3；Skoda Octavia；Seat Altea, Toledo和Leon上。 下面以DSG变速箱为例，简单介绍双离合器变速箱(DCT)的工作过程： 在1 档起步行驶时，动力传递路线如下图中直线和箭头所示，外部离合器接合， 通过内部输入轴到1 档齿轮，再输出到差速器。同时，图中虚线和箭头所示的 路线是2 档时的动力传输路线，由于离合器2是分离的，这条路线实际上还没 有动力在传输，是预先选好档位，为接下来的升档做准备的。当变速器进入2 档 后，退出1 档，同时3 档预先结合。所以在DSG 变速器的工作过程中总是有2 个档位是结合的，一个正在工作，另一个则为下一步做好准备。 DSG变速器在降档时，同样有2个档位是结合的，如果6档正在工作，则5档作为预选档位而结合。DSG变速器的升档或降档是由变速箱控制器(TCU)进行判断的，踩油门踏板时，变速箱控制器(TCU)判定为升档过程，作好升档准备；踩制 动踏板时，变速箱控制器(TCU) 判定为降档过程，作好降档准备。一般变速器升 档总是一档一档地进行的，而降档经常会跳跃地降档，DSG 变速器在手动控制模 式下也可以进行跳跃降档，例如，从6 档降到3 档，连续按3 下降档按钮，变速器就会从6 档直接降到3档，但是如果从6档降到2档时，变速器会降到5 档，在从5档直接降到2 档。在跳跃降档时，如果起始档位和最终档位属于同一个 离合器控制的，则会通过另一离合器控制的档位转换一下，如果起始档位和最终 档位不属于同一个离合器控制的，则可以直接跳跃降至所定档位。 各个档位的动力传递如下列图示： 1档：外部离合器—内部驱动轴—输出轴1—差速器 2档：内部离合器—外部驱动轴—输出轴1—差速器 3档：外部离合器—内部驱动轴—输出轴1—差速器 4档：内部离合器—外部驱动轴—输出轴1—差速器 5档：外部离合器—内部驱动轴—输出轴2—差速器 6档：内部离合器—外部驱动轴—输出轴2—差速器 倒档：外部离合器—内部驱动轴—倒档轴—输出轴2—差速器 驾驶员也可以选择一个全自动模式，将所有档位变化的任务交与变速箱控制器 (TCU)处理。在这模式中，驾驶经验与传统的自动变速箱非常类似。由于双离合 器变速箱(DCT)能逐步淡出一个档位并逐步进入下一个档位，换档冲击被减少了。 更重要的是，档位变化发生在负载情况下，因此持续不断的动力传递得以维持。 至此，应该很清楚为何双离合器变速箱(DCT)被归入自动化的手动变速箱。总体 而言，双离合器变速箱(DCT)的行为就像一个标准的手动变速箱：它具有装配了 齿轮的输入轴、输出轴和倒档轴，同步器和离合器，只是少了一个离合器踏板， 多了执行换档的变速箱控制器 (TCU)、电磁阀和液压单元。在没有离合器踏板的 情况，驾驶员也可以通过方向盘上的扳键、按扭或换档杆来“告诉”变速箱控制 器(TCU)进行换档。驾驶员的体验是DCT很多优点的一个。少于8毫秒的升档时间使很多人感觉到在市面上所有的整车中装备DCT的能提供最价的动态加速性。当然通过减少换档冲击，DCT也提供了更为平顺的换档。可能DCT最引人注目的优势是改善了燃油消耗。由于换档过程中没有动力中断，燃油效率显著提高。有 数据表明6档DCT与传统5档自动变速箱相比，燃油效率可增加10%. 与无级变速的CVT变速箱相比，DCT可以承受更高的扭矩要求。在欧洲由于消费者更为关 注驾驶感受和燃油经济性，DCT 被认为是一个理想的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。预测数据表明到 2012年，DCT的市场份额将上升为25%，而CVT仅为1%。在中国由于AT、CVT的技术壁垒，DCT势必会更为整车及变速箱厂所关