第6章双离合器变速器结构与原理

1、 第六章第六章 双离合器变速器结构与原理双离合器变速器结构与原理 知识点一知识点一 双离合器变速器的基本知识双离合器变速器的基本知识 上个世纪三十年代末上个世纪三十年代末rudolf frankerudolf franke首先提出了将手动变首先提出了将手动变 速器变为动力换档变速器的想法。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德国大众汽车公司和博格华纳公司合作于19991999年制造出年制造出 直接换档变速器直接换档变速器(direct shift gearbox,(direct shift gearbox,即即dsg)dsg)。因为其特。因为其特 殊的结构中使用

2、了两个平行输入离合器，所以又称为双离合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 器自动变速器器自动变速器(dual clutch transmission,(dual clutch transmission,即即dct)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 在在20102010年将达到年将达到20%20%。 (1) 发展历史发展历史 (2) 基本工作原理基本工作原理 知识点一知识点一 双离合器变速器的基础知识双离合器变速器的基础知识 双离合器自动变速器的结构如上图所示。图中双离合器双离合器自动变速器的结构如

3、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，简称离合器器，简称离合器c1c1。离合器。离合器c1c1连接一档、三档、五档。图中连接一档、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 器器c2c2。离合器。离合器c2c2连

4、接二档、四档、六档和倒档。两个离合器连接二档、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，使得两输出轴都通过差速器的齿轮与差速器输入齿轮连接，使得两输出轴都通过差

5、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。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合器的主动部分经过离合器c1c1传递到输入一轴，再经过输传递到输入一轴，再经过输 入一轴上的一档齿轮传递到一档同步器，然后传递到输出入一轴上

6、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合二档的同步器。因为此时二档对应的离合器c2c2处在分离处在分离 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操纵实质就是将离合器c

7、1c1传递的动力平滑的过度到离合器传递的动力平滑的过度到离合器 c2c2上，这就是双离合器自动变速器换档过程中最为关键的上，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。当离合器离合器交替过程。当离合器c1c1完全分离，离合器完全分离，离合器c2c2就完全就完全 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。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

8、实现车轮，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。车辆的经济性及排放特性。 知识点一知识点一 双离合器变速器的基础知识双离合器变速器的基础知识 (3) 基本特性基本特性 动力换档特性：动力换档特性： dct dct通过两个离合器的匹配切换实现换挡动作通过两个离合器的匹配切换实现换挡动作, ,换换 挡迅速平稳挡迅速平稳, ,换挡时间可以达到换挡时间可以达到0. 04s0. 04s0. 03s ,0. 03s ,驾驶驾驶 者不会有任何感觉。在换挡过程中者不会有任何感觉

9、。在换挡过程中, ,发动机的动力始终发动机的动力始终 不断地被传递到车轮上不断地被传递到车轮上, ,实现动力换挡实现动力换挡, ,保证车辆具有保证车辆具有 良好的加速性能。良好的加速性能。 dct dct 变速器还可以很容易地实现手自一体功能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驾驶者可以通过触摸式按钮实现手动强制换挡(tip2(tip2 tronictronic) ,) ,增加了驾驶乐趣。增加了驾驶乐趣。 知识点一知识点一 双离合器变速器的基础知识双离合器变速器的基础知识 (3) 基本特性基本特性 高效率特性：高效率特性： 变速器的传动效率对车辆

10、的经济性和动力性影响变速器的传动效率对车辆的经济性和动力性影响 很大。很大。dct dct 是基于平行轴式手动变速器发展起来的是基于平行轴式手动变速器发展起来的, ,它它 影响继承了手动变速器传动效率高的优点影响继承了手动变速器传动效率高的优点, ,试验研究表试验研究表 明明, ,装用装用dsgdsg变速器变速器( (即即dct) dct) 的高尔夫的高尔夫r32 r32 车百公里油车百公里油 耗仅为耗仅为10. 2l (10. 2l (按按mveg mveg 的的99/ 100eg 99/ 100eg 标准试验标准试验) ,0) ,0 100km/ h 100km/ h 的加速时间仅为的加速

11、时间仅为6. 0s ,6. 0s ,而相应装用手动变而相应装用手动变 速器的速器的r32 r32 车百公里油耗为加速时间为车百公里油耗为加速时间为11. 5l ,011. 5l ,0 100km/ h 100km/ h 的加速时间为的加速时间为6. 4s , 6. 4s , 最高车速同样是最高车速同样是 247km/ h247km/ h。可见。可见,dsg,dsg变速器与手动挡变速器相比变速器与手动挡变速器相比, ,可使可使 整车具有优良的燃油经济性和动力性能。整车具有优良的燃油经济性和动力性能。 知识点一知识点一 双离合器变速器的基础知识双离合器变速器的基础知识 (3) 关键技术关键技术 离

12、合器：离合器： dct dct 变速器在换挡过程中变速器在换挡过程中, ,两个离合器都要滑摩两个离合器都要滑摩, , 产生大量的热量产生大量的热量, ,如果不及时散热如果不及时散热, ,离合器摩擦面会产离合器摩擦面会产 生局部高温生局部高温, ,导致摩擦片的翘曲变形甚至烧结在一起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。另外都是需要解决的关键问题。另外, ,起润滑冷却作用的工起润滑冷却

13、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具有适当的粘度和良好的粘温特性, ,保证离合器的正保证离合器的正 常工作。常工作。 知识点一知识点一 双离合器变速器的基础知识双离合器变速器的基础知识 (3) 关键技术关键技术 换档控制策略及电控技术：换档控制策略及电控技术： 变速器在换挡过程中变速器在换挡过程中, ,一个离合器由结合到滑摩再一个离合器由结合到滑摩再 到分离状态到分离状态, ,另一个离合器由分离到滑摩再到结合状态另一个离合器由分离到滑摩再到结合状态, , 为了使动力不中断为了使动力不中断, ,

14、两个离合器必然存在工作重叠的部两个离合器必然存在工作重叠的部 分分, ,切换过程中离合器控制压力的变化规律如下图所示。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如果两个离合器重叠量过大, ,则会出现挂双挡的情况则会出现挂双挡的情况, , 容易导致发动机熄火容易导致发动机熄火; ;如果两个离合器重叠量过小如果两个离合器重叠量过小, ,则则 仍会出现少量动力切换中断的情况。所以仍会出现少量动力切换中断的情况。所以, ,在换挡过程在换挡过程 中如何控制好离合器分离、接合的配合时序中如何控制好离合器分离、接合的配合时序, ,是双离合是双离合 器换挡控制策略中最重要的问题之

15、一器换挡控制策略中最重要的问题之一, ,而对离合器操纵而对离合器操纵 油压的精确控制是核心技术。油压的精确控制是核心技术。 知识点一知识点一 双离合器变速器的基础知识双离合器变速器的基础知识 (3) 关键技术关键技术 换档控制策略及电控技术：换档控制策略及电控技术： dct dct 变速器需要解决的另一个问题是防止在换挡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临界点频繁升降挡。假如车辆在加速过程中, ,刚换到一刚换到一 个高挡位个高挡位, ,因道路阻力等因素因道路阻力等因素, ,车速稍有下降车速稍有下降, ,并在换挡并在换挡 临界点左右摆动临界点左右摆动,

16、 ,控制系统必须能够根据车速、发动机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油门开度信号以及挡位状况, ,决定是降挡还是维持挡位决定是降挡还是维持挡位 不变不变, ,防止出现两个离合器及换挡操纵机构频繁切换的防止出现两个离合器及换挡操纵机构频繁切换的 情况。情况。 此外此外,dct ,dct 在减挡过程中实现跳挡换挡比较困难。在减挡过程中实现跳挡换挡比较困难。 例如例如, ,当车辆在五挡高速行驶时当车辆在五挡高速行驶时, ,遇紧急情况突然减遇紧急情况突然减 速速, ,降到三挡工况降到三挡工况, ,此时此时, ,通常的换挡逻辑便不适用通常的换挡逻辑便不适用, ,必必 须有特殊情

17、况处理的能力。须有特殊情况处理的能力。 知识点一知识点一 双离合器变速器的基础知识双离合器变速器的基础知识 (4) 发展前景发展前景 dct dct是基于平行轴式手动变速器发展而来的是基于平行轴式手动变速器发展而来的, ,它它 继承了手动变速器传动效率高、安装空间紧凑、质量继承了手动变速器传动效率高、安装空间紧凑、质量 轻、价格低等许多优点轻、价格低等许多优点, ,而且实现了动力换挡而且实现了动力换挡, ,这不仅这不仅 保证了车辆的加速性保证了车辆的加速性, ,而且由于车辆不再产生由于换而且由于车辆不再产生由于换 挡引起的急剧减速情况挡引起的急剧减速情况, ,也极大地改善了车辆运行的也极大地改

18、善了车辆运行的 舒适性。舒适性。 知识点一知识点一 双离合器变速器的基础知识双离合器变速器的基础知识 (4) 发展前景发展前景 dct 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 率的限制率的限制, ,应用范围很广应用范围很广, ,它既可以应用在大型载重汽车、城市公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, ,使驾驶员免于频繁使驾驶员免于频繁 的换挡操作的换挡操作, ,而且由于它的换挡时间很短而且由于它的换挡时间很短, ,也可以应用在运动型车也可以应用在运动

19、型车 辆上。通常在功率较大的车辆中辆上。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即中间的一根传动轴是实心 的的, ,而套在它外面的则是一根空心的而套在它外面的则是一根空心的, ,由于轴的刚度、强度以及结由于轴的刚度、强度以及结 构尺寸等方面的原因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较大的传动轴轴径有利于双离合器式自动变 速器的设计速器的设计, ,多适合功率较大的车辆。对于小功率车辆多适合功率较大的车辆。对于小功率车辆, ,如果要

20、开如果要开 发设计双离合器式自动变速器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。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器轴向尺寸非常紧凑。 知识点一知识点一 双离合器变速器的基础知识双离合器变速器的基础知识 (4) 发展前景发展前景 dct dct 在推广使用方面的另一个显著的优点是生产在推广使用方面的另一个显著的优点是生产

21、 成本低。它是靠离合器和齿轮传递动力的成本低。它是靠离合器和齿轮传递动力的, ,复杂程度低复杂程度低, , 对现有的手动挡变速器生产线稍加改造就可以转而生对现有的手动挡变速器生产线稍加改造就可以转而生 产产dct ,dct ,充分利用原有手动变速器的生产设备充分利用原有手动变速器的生产设备, ,生产继生产继 承性好承性好, ,很适合现有的手动变速器生产厂将产品升级到很适合现有的手动变速器生产厂将产品升级到 自动变速器自动变速器。 知识点二知识点二 双离合器变速器的结构组成双离合器变速器的结构组成 d s g d s g变速器基本上由两个相互独立的传动单元组成，变速器基本上由两个相互独立的传动单

22、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一个多片式离合器。两个多片湿式离合器工作在d s gd s g油中，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。合器实现挡位的变换。1 1、3 3、5 5挡和倒挡由离合器挡和倒挡由离合器k1k1控制；控制；2 2、 4 4、6 6挡由离合器挡由离合器k2k2控制。控制。 动力传递路线动力传递路线 倒挡传输路线：倒挡传输路线： 发动机发动机k1k1离合

23、离合 器器 输入轴输入轴1 11/r1/r 挡主动齿轮倒挡主动齿轮倒 挡轴挡轴 倒挡从动齿轮倒挡从动齿轮 输出轴输出轴2 2输出齿输出齿 轮轮 差速器驱动车差速器驱动车 轮。轮。 动力传递路线动力传递路线 1 1挡传输路线：挡传输路线： 发动机发动机k1k1离离 合器合器 输入轴输入轴1 11 1 挡主动齿轮挡主动齿轮1 1 挡从动齿挡从动齿 轮输出轴轮输出轴1 1 输出齿轮差输出齿轮差 速器驱速器驱 动车轮。动车轮。 动力传递路线动力传递路线 2 2挡传输路线：发挡传输路线：发 动机动机k2k2离合器离合器 输入轴输入轴2 22 2挡挡 主动齿轮主动齿轮 2 2挡挡 从动齿从动齿 轮输出轴轮

24、输出轴1 1输输 出齿轮差速器出齿轮差速器 驱驱 动车轮动车轮。 动力传递路线动力传递路线 3 3挡传输路线：挡传输路线： 发动机发动机k1k1离离 合器合器 输入轴输入轴1 13 3 挡主动齿轮挡主动齿轮 3 3挡从动齿挡从动齿 轮输出轴轮输出轴1 1 输出齿轮差输出齿轮差 速器驱速器驱 动车轮动车轮。 动力传递路线动力传递路线 4 4挡传输路线：挡传输路线： 发动机发动机k2k2离离 合器合器 输入轴输入轴2 24 4 挡主动齿轮挡主动齿轮 4 4挡从动挡从动 齿轮输出轴齿轮输出轴1 1 输出齿轮输出齿轮 差速器差速器 驱动车轮驱动车轮。 动力传递路线动力传递路线 5 5挡传输路线：挡传输

25、路线： 发动机发动机k1k1离离 合器合器 输入轴输入轴1 15 5 挡主动齿轮挡主动齿轮5 5 挡从动齿挡从动齿 轮输出轴轮输出轴2 2 输出齿轮差输出齿轮差 速器驱速器驱 动车轮动车轮。 动力传递路线动力传递路线 6 6挡传输路线：挡传输路线： 发动机发动机k2k2离离 合合 器输入轴器输入轴2 2 6 6挡主动齿轮挡主动齿轮 6 6挡从动挡从动 齿轮输出轴齿轮输出轴2 2 输出齿轮输出齿轮 差速器差速器 驱动车轮驱动车轮。 多片式湿式离合器多片式湿式离合器 离合器离合器k1k1和和k2k2的内部结构的内部结构 在离合器工作时，活塞在离合器工作时，活塞1 1充油，活塞移动将离合器充油，活塞

26、移动将离合器1 1内外内外 片压合，从而扭矩通过离合器外壳片压合，从而扭矩通过离合器外壳- -离合器片离合器片1-1-输入轴输入轴1 1 进行传递，活塞进行传递，活塞1 1泄油后，离合器泄油后，离合器1 1分离，蝶形回位弹簧分离，蝶形回位弹簧 将活塞退回，扭矩传递中断，在离合器将活塞退回，扭矩传递中断，在离合器1 1分离的同时，分离的同时， 活塞活塞2 2开始充油，活塞移动将离合器开始充油，活塞移动将离合器2 2内外片压合，从而内外片压合，从而 扭矩通过离合器外壳离合器片扭矩通过离合器外壳离合器片2 2输入轴输入轴2 2进行传递，进行传递， 这样始终有一个离合器处于接合状态。离合器这样始终有一

27、个离合器处于接合状态。离合器k1k1负责将负责将 扭矩传入输入轴扭矩传入输入轴1 1，输入轴，输入轴1 1用来完成用来完成1 1、3 3、5 5、r r挡，离挡，离 合器合器k2k2负责将扭矩传给输入轴负责将扭矩传给输入轴2 2，输入轴，输入轴2 2用来完成用来完成2 2、4 4、 6 6挡。发动机旋转使油产生离心力，这个离心力作用使挡。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 用离合器用离合器k1

28、k1的碟形弹簧与的碟形弹簧与k1k1活塞和活塞和k2k2外片支架形成的腔；外片支架形成的腔； k2k2回位弹簧固定片与回位弹簧固定片与k2k2活塞之间形成的腔，为这两个空活塞之间形成的腔，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。的平衡油压来补偿。 在每种操作情况下，离合器必须被控在每种操作情况下，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的控制电流与离合器扭矩之间的必须

29、进行不断的调整、适应。离合器经常进行不断的调整、适应。离合器经常 被控制在大约被控制在大约10r/m i n10r/m i n的微量打滑状的微量打滑状 态，这种极低的打滑量，叫做态，这种极低的打滑量，叫做“微量微量 打滑打滑”，这有利于改善离合器的状态，这有利于改善离合器的状态， 并且用于调节离合器控制。并且用于调节离合器控制。 机械变速传动部分机械变速传动部分 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发动机扭矩通过离合 器输入变速器内部，器输入变速器内部， 在变速器中通过输入、在变速器中通过输入、 输出轴及齿轮啮合形输出轴及齿轮啮合形 成动力传递路线并将成动力传递路线并将 扭矩输

30、出到驱动桥。扭矩输出到驱动桥。 输入轴输入轴1 1和输入轴和输入轴2 2空空 套在一起。套在一起。 输入轴输入轴1 1在空心的输入在空心的输入 轴轴2 2的内部，通过花键的内部，通过花键 与离合器与离合器k1k1相连；在相连；在1 1 挡和挡和3 3挡齿轮之间还有挡齿轮之间还有 输入轴输入轴1 1的转速传感器的转速传感器 g501g501的靶轮。的靶轮。 输入轴输入轴2 2为空心，套在为空心，套在 输入轴输入轴1 1的外部，通过的外部，通过 花键和离合器片组花键和离合器片组k2k2 相连，在二挡齿轮附相连，在二挡齿轮附 近还有输入轴近还有输入轴2 2转速传转速传 感器感器g502g502的靶轮

31、。不的靶轮。不 难看出，多挡共用齿难看出，多挡共用齿 轮的设计大大减少了轮的设计大大减少了 变速器的体积和质量变速器的体积和质量。 输出轴输出轴1 1上有如下元件：上有如下元件：1 1、2 2、3 3挡同步器挡同步器(3(3件式件式) )，4 4挡同挡同 步器步器( (单件式单件式) )，1 1、2 2、3 3、4 4挡换挡齿轮，与差速器相连的挡换挡齿轮，与差速器相连的 输出齿轮。输出齿轮。 输出轴输出轴2 2 上有如下元件：变速器输出转速传感器上有如下元件：变速器输出转速传感器g195g195和和 g196g196的靶轮，的靶轮，5 5挡、挡、6 6挡和倒挡换挡齿轮，与差速器相连的挡和倒挡换

32、挡齿轮，与差速器相连的 输出齿轮。输出齿轮。 通过增加通过增加1 1根倒挡轴改变了动力输出的方向，形成倒挡，根倒挡轴改变了动力输出的方向，形成倒挡， 最终与输出轴最终与输出轴2 2相连。相连。 两个输出轴都与差速器相啮合，差速器上面还集成了两个输出轴都与差速器相啮合，差速器上面还集成了p p挡挡 齿轮锁齿轮锁 换档执行机构换档执行机构 换档执行机构换档执行机构 变速器的变速器的4 4个换挡轴由液压控制单元控制，由控制单元内个换挡轴由液压控制单元控制，由控制单元内 的的4 4个电磁阀完成个电磁阀完成( (下文详述下文详述) )，通过为换挡轴施加压力来，通过为换挡轴施加压力来 控制拨叉动作。每个拨

33、叉轴的两端通过控制拨叉动作。每个拨叉轴的两端通过1 1个有轴承的钢制个有轴承的钢制 圆筒支撑，圆筒的末端被压入活塞腔圆筒支撑，圆筒的末端被压入活塞腔( (如图如图2323所示所示) )。换挡。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，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、个拨叉上面都有一个独立的拨叉行程传感器，用

34、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，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。所在挡位。 变速器油泵变速器油泵 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，它空套在输入轴油，它空套在输入轴1 1里面，与油泵刚性连接里面，与油泵刚性连接( (如如 图图2424所示所示) )，最多可以提供，最多可以提供100l/min100l/min的输出量。的输出量。 装备此款变速器的车辆，在拖车过程中，油泵没装备此款变速器的

35、车辆，在拖车过程中，油泵没 有被驱动，因此如需拖车，车速不能超过有被驱动，因此如需拖车，车速不能超过50k m / 50k m / h h ，距离不能超过，距离不能超过100km100km，否则会损毁变速器。，否则会损毁变速器。 （ 液液 压压 控控 制制 系系 统统 如图所示是德国大众公司已经批量生产的双离合器自如图所示是德国大众公司已经批量生产的双离合器自 动变速器动变速器dq250dq250的液压系统图。该系统中主要包括供油部的液压系统图。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。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、

36、主调压滑阀及调压电磁阀组成，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，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，分别控制离合器主要由两路相对独立的油路组成，分别控制离合器c1c1和离和离 合器合器c2c2，两部分的控制油路完全相同。包括安全阀、蓄能，两部分的控制油路完全相同。包括安全阀、蓄

37、能 器、压力传感器及离合器控制比例阀。通过安全阀可以调器、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。离合器器出现故障时，另一离合器能够安全的独立工作。离合器 1 1阀与离合器阀与离合器2 2阀为比例电磁阀，可以实现对离合器控制压阀为比例电磁阀，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制提供反馈信号。换档拨叉控制

38、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、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。液压系统散热及过滤部分。 液压阀体液压阀体 如上面所述的各种液压阀及电磁阀均统一集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。如下图成在液压阀体中。如下图1.31.3所示。其中所示。其中n88n88为一为一 档和三档换档拨叉控制开关电磁阀，档和三档换档拨叉控制开关电磁阀，n89n89为五档换为五档换 档拨叉控制开关电磁阀，档拨叉控

39、制开关电磁阀，n90n90为六档和倒档换档拨为六档和倒档换档拨 叉控制开关电磁阀，叉控制开关电磁阀，n91n91为二档和四档换档拨叉控为二档和四档换档拨叉控 制开关电磁阀，制开关电磁阀，n92n92为多路阀控制开关电磁阀，为多路阀控制开关电磁阀， 215215为离合器为离合器c1c1的控制比例电磁阀，的控制比例电磁阀，n216n216为离合器为离合器 c2c2的控制比例电磁阀的控制比例电磁阀,n217,n217为主油路压力滑阀的控为主油路压力滑阀的控 制电磁阀，制电磁阀，n218n218为冷却油流量控制电磁阀，为冷却油流量控制电磁阀，n233n233 为离合器为离合器c1c1控制油路安全阀，控

40、制油路安全阀，n371n371为离合器为离合器c2c2控控 制油路安全阀制油路安全阀,a,a为主油路减压阀，为主油路减压阀，b b为液压阀体电为液压阀体电 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。个离合器的压力传感器。 电控单元电控单元 变速器控制单元（变速器控制单元（tcutcu：transmission control unittransmission control unit）是自动变）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

41、，驱动执行机构动作，从而构成控制闭环。信号，驱动执行机构动作，从而构成控制闭环。 tcu 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，相互交换信息。除了微处理器以外，tcutcu还包括电源管理模块、传感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器信号输入模块、电磁阀驱动模块、各种指示灯接口以及cancan总线通总线通 讯接口等。讯接口等。

42、 tcu 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 tcutcu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。部与电磁阀体连接在一起，形成一个整体的电液控制系

43、统总成。 如上图所示，中间为陶瓷基板的如上图所示，中间为陶瓷基板的tcutcu部分，黑色部分为变速器传感部分，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；传感器及器；传感器及tcutcu被封装到一个模块内，然后将该模块与液压阀体连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。接作为一个整体的模块安装到变速器中。 知识点三知识点三 dctdct工作原理和控制过程工作原理和控制过程 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

44、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挡与离合器c2联结，即将奇数挡与偶数挡分 别与离合器c1

45、、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。 车辆进入2挡运行后，车辆自动

46、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

47、为例，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

48、车的变速器布置为横置工作 时；或者中、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。 知识点三知识点三 dctdct工作原理和控制过程工作原理和控制过程 dct的控制系统基本组成 (2) dct的控制过程的控制过程 起步过程离合器控制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

49、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

50、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, 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

51、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。） 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

52、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。 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

53、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。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

54、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

55、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

56、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 知识点四知识点四 双离合器变速器的结构组成双离合器变速器的结构组成 1 1、多片式湿式、多片式湿式 干式双离合器干式双离合器 2 2、机械变速传动部分、机械变速传动部分 3 3、换档执行机构、换档执行机构 4 4、变速器油泵、变速器油泵 5 5、双离合器自动变速器控制系统、双离合器自动变速器控制系统 1 1、多片式湿式离合器、多片式湿式离合器 离合器离合器k1k1和和k2k2的内部结构的内部结构 在离合器工作时，活塞在离合器工作时，

57、活塞1 1充油，活塞移动将离合充油，活塞移动将离合 器器1 1内外片压合，从而扭矩通过离合器外壳内外片压合，从而扭矩通过离合器外壳- -离合器片离合器片 1-1-输入轴输入轴1 1进行传递，活塞进行传递，活塞1 1泄油后，离合器泄油后，离合器1 1分离，分离， 蝶形回位弹簧将活塞退回，扭矩传递中断，在离合器蝶形回位弹簧将活塞退回，扭矩传递中断，在离合器 1 1分离的同时，活塞分离的同时，活塞2 2开始充油，活塞移动将离合器开始充油，活塞移动将离合器2 2 内外片压合，从而扭矩通过离合器外壳离合器片内外片压合，从而扭矩通过离合器外壳离合器片2 2 输入轴输入轴2 2进行传递，这样始终有一个离合器

58、处于接进行传递，这样始终有一个离合器处于接 合状态。离合器合状态。离合器k1k1负责将扭矩传入输入轴负责将扭矩传入输入轴1 1，输入轴，输入轴1 1 用来完成用来完成1 1、3 3、5 5、r r档，离合器档，离合器k2k2负责将扭矩传给输负责将扭矩传给输 入轴入轴2 2，输入轴，输入轴2 2用来完成用来完成2 2、4 4、6 6档。发动机旋转使档。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，利用离合器这个

59、由离心力引起的压力进行补偿，利用离合器k1k1的的 碟形弹簧与碟形弹簧与k1k1活塞和活塞和k2k2外片支架形成的腔；外片支架形成的腔；k2k2回位弹回位弹 簧固定片与簧固定片与k2k2活塞之间形成的腔，为这两个空腔内充活塞之间形成的腔，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。衡油压来补偿。 在每种操作情况下，离合器必须被控在每种操作情况下，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

60、之间的必须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。离合器经常进行不断的调整、适应。离合器经常 被控制在大约被控制在大约10r/m i n10r/m i n的微量打滑状的微量打滑状 态，这种极低的打滑量，叫做态，这种极低的打滑量，叫做“微量微量 打滑打滑”，这有利于改善离合器的状态，这有利于改善离合器的状态， 并且用于调节离合器控制。并且用于调节离合器控制。 2 2、机械变速传动部分、机械变速传动部分 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发动机扭矩通过离合 器输入变速器内部，器输入变速器内部， 在变速器中通过输入、在变速器中通过输入、 输出轴及齿轮啮合形输出轴及齿