双离合变速器论文.doc

DCT双离合器式自动变速器原理及其解析摘要：文章详细地介绍了汽车新技术一双离合器自动变速器的结构、工作原理及工作特点并分析了其在国内的应用前景。关键词：双离合器；自动变速器；结构特点；应用前景1 .产生背景DCT的英文全称是double clutch transmission，中文意思是双离合器变速箱，提到双离合变速箱，大多数车友首先想到的是大众的DSG双离合变速器技术。因为大众对该技术应用较早，也比较广泛，而且把其称为DSG(Direct-Shift Gearbox)。确实，大众汽车的DSG是当今车坛使用最为普遍也是最先适用于量产的双离合变速器技术，它采用了6个或者7个前进档的传统齿轮变速箱作为动力的传送部件，主要与具有高扭矩平台的发动机配合使用。其实除了这两种叫法还有很多，比如三菱的SST，保时捷叫PDK，宝马叫DKG、福特、沃尔沃的Powershift，奥迪的S-Tronic等等。1997年大众公司与博格华纳合作研发，率先将DCT应用在普通轿车上。经过不懈努力，终于在2003年9月形成批量装车，至今已经生产了几百万辆DCT版轿车。目前大众旗下4个品牌共10款车型，如奥迪、高尔夫、途安等，均有DCT版本。DCT是在手动变速器基础上开发的，其生产成本要低于自动变速器，目前售价与普通AT相当，但性能要好得多。2.DCT的组成及工作原理DCT的总体结构，大致分为5个部分：动力输入装置 双离合器 传动轴 从动轴和动力输出端。双离合器是 最重要的部件之一，根据离合器类DCT型的不同，可分为湿式多片双离合器和干式双离合器两大类 ，湿式双离合器是靠液压控制实现起步和换档操作的，因此，对液压系统控制精度要求非常高，湿式用的变速箱油比较多，体积较大，可以承受较大的扭力。干式用的变速箱油较少，体积更小，更紧凑，效率更高，适合小型车，但能承受的扭力不如湿式大，干式双离合器的散热和摩擦片的，磨损补偿问题是控制的关键。 双离合自动变速器基于手动变速箱基础之上。而与手动变速箱所不同的是，DCT中的两幅离合器与二根输入轴相连，换挡和离合操作都是通过一集成电子和液压元件的机械电子模块来实现。而不再通过离合器踏板操作。就像tiptronic液力自动变速器一样，驾驶员可以手动换挡或将变速杆处于全自动D挡（舒适型，在发动机低速运行时换挡）或S挡（任务型，在发动机高速运行时换挡）模式。此种模式下的换挡通常由挡位和离合执行器实现。两幅离合器各自与不同的输入轴相连。如果离合器1通过实心轴与挡位1、3、5相连，那么离合器2则通过空心轴与挡位2、4、6和倒挡相连。 发动机的输入轴通过缓冲器与两幅离合器外片相连。发动机启动后自动挂1挡。由于离合器1处于打开状态，因而没有扭矩传到驱动轮。当离合器1关闭时，离合器1的外片逐渐贴合内片并开始通过第一挡的实心轴、齿轮组和同步器传动发动机扭矩至差速器，最终至驱动轮。同时，由于离合器2此时并不传递扭矩，因此第二挡已被预先选定。从第一挡换到第二挡时，由于第一挡的解除和第二挡的挂挡在同一速度，车辆有足够的前冲力。当第离合器2完全接合后，第三挡已被预先选定，因为此时离合器1没有接合，不传导扭矩，挂挡原理依次类推。此时驾驶员仅感觉到离合器转换。对快速换挡操作来说，换下一挡即意味着与之相连的离合器开放，但此挡位预先选定。通过变速箱控制软件的复杂算法，根据驾驶员各自的需要调整换挡类型和换挡速度确保了选定正确挡位。通过设计，双离合变速器中的最大差速小于传统的液力自动离合器，该类离合器操作起来简便快速，与传统的液力自动离合器相比，其舒适感也更高，或不低于液力自动变速器。通过简单的控制软件即可实现从运动型到高舒适型驾乘体验的改变，因此可有效的控制成本以满足不同层次市场、客户的需求。3DCT的优点同AMT一样，DCT也是基于传统的平行轴式手动变速器发展而来的，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)自动变速器的效果DCT在换档过程中不存在动力中断，保留了AT、CVT等换档品质好的优点车辆在换档过程中，发动机的动力始终可以传递到车轮，换档迅速平稳，不仅保证了车辆的加速性，而且由于车辆不再产生由于换档引起的动力中断情况，也极大的改善了车辆运行的舒适性。这相对电控机械式自动变速器来说，是一个巨大的改进此外，双离合器式自动变速器的应用范围很大，它既可以应用在大型车、中型车上，而且由于它换档时间很短。也可以应用在赛车上总的来说，与手动变速器(MT)、液力自动变速器(AT)、无级自动变速器(CVT)和电控机械式自动变速器速器(AMT)相比6速DCT具有以下优点：(1)燃油经济性好，比4档AT提高18，比CVT提高8，比6档MT提高2：(2)起步性能和换档品质好，增加驾驶乐趣；(3)紧凑的安装空间，与AT相比重量轻；(4)扭矩传递能力大；(5)有竞争力的价格，MTAMTDCTATCVT；（6）使用更方便，反应更加快速、顺畅，反应更迅速。4. DCT的关键技术开发双离合器自动变速器技术的核心就在于双离合器模块、扭振减震器模块和控制模块的技术。这些模块是双离合器自动变速器中的关键零部件，是这种先进的自动变速器的心脏和大脑。2003年世界首款双离合器自动变速器投放市场，使用的就是博格华纳公司生产的模块。双离合器自动变速器具有卓越的效率和舒适性，自从问世以来，已经取得了巨大的市场成功。目前双离合变速器的核心技术仅掌握在美国博格华纳(BorgWarner)和德国舍弗勒(Schaeffler)集团手中。4.1 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。4.2换档控制策略及电控技术双离合器自动变速器以其独特的结构，采用预先升、降挡的方法，消除了AMT换挡过程中主、被动齿轮转速差对换挡品质的影响，并且通过两个离合器在换挡过程中的交替工作，实现了动力换挡，换挡品质比传统的机械式自动变速器有了很大提高。但是，由于DCT仍然属于有级式变速器，换挡过程中传动比的变化，必然会产生换挡前后驱动转矩的改变。而且，DCT系统是一个多转动惯量的系统，换挡过程也不是瞬时完成的，这些都会产生不同程度的换挡冲击。因此分析换挡冲击度产生的原因，制定合理的控制策略，优化换挡品质，对于DCT的研发具有十分重要意义。此外，根据DCT的工作原理，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。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，而对离合器操纵油压的精确控制是核心技术。DCT的控制方法尚在研究与实践的过程中。模糊控制和智能控制等先进的控制方法有望提高DCT的性能，进而促使整车的行驶性能得到提高。5DCT的意义及应用前景作为整车核心技术之一的变速器系统， DCT显著的提高了燃油经济性，降低了污染排放。它继承了手动变速器传动效率高、安装空间紧凑、重量轻、价格便宜等优点由于可以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家将产品升级到自动变速器其生产投资相对AT而言，具有极大的经济效益和社会效益。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 。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。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 ,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。在市场前景方面 , 来来35年内DCT的需求与增长将超过传统的自动变速器AT和手动变速器MT。DCT集AT、MT和AMT优点于一体，可充分满足节能程环保的要求，尤其适用于下一代混合动力车的研发和推广。从成本的角度分析，与CVT和AT相比，DCT具有巨大的价格优势，将成秀变速器系统发展的主流。一汽大众和上海大众全面推广DSG，覆盖从A0级到B级的所有功率扭矩范围内产品。我国汽车工业起步较晚 ,现在的生产线也多以生手动挡变速器为主 ,高档的自动变速器主要依靠进口 ,而生产DCT变速器可以充分利用原有手动变速器生产设备 ,新增投资较少 ,比较适合我国国情。在DCT这项技术