双离合变速器-同济吴光强教授

1、同济大学汽车学院 吴光强2005.11.4双离合器变速器的开发与应用现状及展望报告内容1.概述2.双离合器变速器（DCT）组成3.DCT的工作原理4.DCT机械系统的有关研究5.DCT控制系统的有关研究6.同济大学的工作7. DCT的研究展望1.概述 双离合器变速器，即DCT（Dual Clutch Transmission, Double Clutch Transmission, Twin Clutch Transmission）。 DSG（Direct Shift Gearbox，Direkt Schalt Getriebe），直接换档变速器，如:VW DQ250, DSG 02E. X-

2、换档变速器XSG（Automated Shift Gearbox ,ASG; Uninterrupted shift Gearbox, USG; Parallel Shift Gearbox, PSG; Electrical Shift Gearbox, ESG）. 表1 自动变速器的综合比较1.1各种变速器的比较技术开发比较 项目ATCVT手自排档变速器ACMTAMTDCT性能驾驶性佳特佳中中佳佳可靠性佳中佳佳佳扭矩容量大小大大大传动效率0.850.900.920.920.92开发技术难度基本前进档数4无级555机械结构复杂程度 高中高中中中控制系统要求中高高高高高进入市场时间1930年代1

3、980年代1990年代初1990年代中2003开发费用110.60.70.85生产成本110.60.70.851.2各种变速器的开发比较图1 双中间轴式DCT（4档）2.1各种双离合器的比较2.双离合器变速器（DCT）组成（ 1 ）VW DQ250 的双离合器图6 DSG的结构剖视图 High-speeds of up to 9,000 rpm, input torque max.520Nm are possible, Dual mass flywheel. The new 7DCT 50 is the race starter among ZFs transmissions.（ 2 ）ZF的

4、双离合器（7 DCT50）（ 3 ） Porsche的双离合器Double clutch transmissions (PDK/Porsche /Kgresse and others) Porsche - Audi PDK (1985)Double clutch transmissions (DSG/VW-Audi, PSG/LuK, PDK/Porsche /Kgresse and others) （ 4 ）直接换档变速器 DSG02E（ 5 ） Luk的XSG从MT到ECM电子离合管理器（Electronic Clutch Management ECM），即离合器的自动化。主要特征: 取消

5、了离合器踏板，有离合器但是已经实现了自动化，换档过程中离合器可与换档过程自动配合，换档点的选择仍旧由人工完成。此阶段离合器执行机构由电动、液动、气动驱动。 换档机构的自动化，两个电机根据驾驶员的意图完选档和换档的任务。 从ECM到ASG或AMT该种变速器同时装备有两个离合器，换档时过程中主离合器分离时，利用副离合器维持一定的扭矩，实现换档过程中无动力中断。可以减轻换档过程中的顿滞，进一步提高舒适性。相对于ASG（Automotive Shift Gearbox），所增加费用并不多。通过巧妙设计，离合器执行器可以同时控制主、副两个离合器。但是这种变速箱难以传递较大发动机扭矩。从ASG 到USGU

6、SG与ASG变速器换档过程比较平行换档变速箱属于双离合器变速箱范畴。在此使用干式离合器和电子执行器。一个附加的特征是仅仅有一个类似于ASG的执行器用于变速箱换档的两部分。比USG多一个离合器执行器其结构也不同，换档原理有差别。使用平行换档变速箱能得到比ASG和USG更好的换档舒适性。PSG 在换档方面的唯一缺陷是不能跳跃换档,即不能直接实现同一输入轴上相邻 从USG 到PSG同PSG相比，其主要的区别是采用离合器是湿式离 合 器 而PSG采用的干式离合器，还有就是作动方式的区别：PSG采用的电作动而DSG采用的是液作动。从PSG 到DSGPSG 变速器上集成了一套一体化的起动/发电机(SG)。

7、在2档齿轮上增加了一个电机，该电机在热启动时可以驱动发动机运转；在缓行时可以和发动机同时驱动汽车行驶；在减速或者发动机提供的能量大于汽车行驶所需的能量时可以给电机充电；该电机还可以作为发电机；刹车时能 量的回收。从PSG 到ESG（6）双面离合器变速器DSCTPSG换档执行机构 AMT技术发展历史和趋势2.2DCT的结构形式图2 单中间轴式DCT（5档）2.3双质量飞轮（DMF）（1）湿式双离合器 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，所以适合于离合器结合过程中压力逐步增加，发热速度较慢的场合2.4各种双离合器的比较双离合器变速箱使用的离合器。名称为DSG，已用于大

8、众集团的车辆中。 可通过压盘和飞轮吸收较大热量，对滑磨产生热量的速度不敏感，但因空气散热较慢，热量不易在短时间内散发出去，因此，它受限于滑磨产生的总热量的限制，所以适合于离合器在短时间内结合，这样滑磨时间短，产生热量少。（2）干式双离合器（3）与发动机的连接 带双质量飞轮的 带柔性连接盘的（4）电作动系统PSG离合器执行机构(电作动)DSG离合器执行机构(液作动)（5）液作动系统（6）控制系统3.DCT的工作原理输入轴输出轴C1C2SYN6SYN5RSYN42SYN31档档档档Z11Z1Z33Z5Z55Z2Z44Z4Z22Z3Z662轴3轴1轴形成功率分流的模式如果是降档，则可能形成功率循环的

9、模式从偶数高档跳到二档的换档过程示意图ZF 7 DCT50的工作过程与原理DCT（动力换档变速器）的优点 可传递很大的转矩； 良好的燃油经济性（与AT、MT相比）； 换档中无动力中断，动力性好，且具有良好的换档品质，乘坐舒适； 无液力变矩器，但可实现与使用其的AT相匹配的功能。 结构简单，体积小，重量轻，功率密度高； 成本较低。 DCT与有级自动变速箱相比，最大可将燃效提高15%，此外还可提高最高时速，而且在加速性能方面也要胜过自动变速箱一筹。除改善燃效的需求外，用户还追求驾驶的乐趣以及舒适感，市场需求日趋多样化。因为其燃效、响应特性以及启动性能优秀，而且可在柴油车上使用。 建立系统的动力学模

10、型，进行系统的控制； 在MATLAB或 Dymola/Modelica环境中的实现； 进行系统的仿真与优化。4.DCT机械系统的有关研究Model Implementation113.1528.3335.7444.1953.2262.52R11.78Gear Ratio CL2CL1SYN5RSYN6SYN13SYN244231Input ShaftOutputNote: CL1 controls gear 1, 3, 5 and R. CL2 controls gear 2, 4 and 6.AMT Stick DiagramFirstSecondThirdFourthFifthSixthR

11、CL1XXXXCL2XXXSYN13133SYN242244SYN5R555RSYN666Clutch Engagement Schedule动力传动系统模型发动机的模型Integrated Vehicle ModelThe tool for engineers to select, analyze, and modify design variables and control parameters on an interactive basisPGPDwCL1DwCL2DwSYN2DwSYN3DwSYN4DwSYN5DwSYN6TAVTAGPGPGPDwCL1DwCL2DwSYNDwCLC

12、L1CL2SYN1SYN2SYN3SYN4SYN5SYN61234Normal force curve12Switch pressure signalPGPControl block diagram for shift schedule and processShift ScheduleControlGear Position IndicatorShift ProcessControlClutchSlipSignalAlgorithm for PGPDwCL1DwCL2GPPGP=GPPGP=PGPPGP=GPPGP=PGPGP = 1 or 3 or 5?DwCL1=0?DwCL2=0?Al

13、gorithm for gear positions 134562V12V21V23V32V34V43V45V54V56V650102030405060708090048121620Throttlee Angle (degree)134562Shift ScheduleVehicle Speed (m/s)Illustration of Simulation ResultsDCT的电子控制单元Integrated Control Unit for Double-clutch Transmission (DCT) （1）（2）Siemens VDO开发的电子控制 DCT CVT 6.同济大学的工

14、作DCT执行机构(直流无刷电机作动)换 档 电 机换 档 蜗 杆换 档 涡 轮选 档 齿 条换 档 齿 轮扇 形 齿 轮选 档 杆壳 体限 位 销 钉换档执行机构 无刷直流电机的机械特性和调节特性曲线LUK DCT离合器执行机构TCU硬件试验实物图应用情况目前，德国大众公司、ZF公司、福特公司、戴姆勒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。在2004年北美国际汽车展上展示的Chrysler ME Four-Twelve也装备了配有英国里卡多（Ricardo）开发的7速双离合器自动变速箱。Porsche 959 (PSK system)也配备了 DCT(DSG/VW-Au

15、di, PSG/LuK, PDK/Porsche /Kgresse and others) 。在欧洲这种双离合器变速箱有很好的前景，VAG已经成功地开发了6档DSG，LUK公司也成功地开发了电动干式双离合器变速箱，Sachs和Getrag也在开发双离合器变速箱。这些大公司都看准了双离合器潜在的优势，而我们也看到了双离合器的应用的优势。DCT在欧洲市场以其先进性和在2003年款大众高尔夫R32、奥迪TT3.2上的优异应用表现，赢得了2005年北美供应商大奖，并曾赢得大众汽车2003年优秀开发奖。应用情况VW Getriebe DQ250, Golf R32, Audi TT 德国大众公司和美国BorgWarner合作开发DSG， Audi TT3.2匹配了Kassel 变速器厂生产的双离合器变速箱，该离合器还用于Golf R32 、新款Touran和Lupo以及VAG等车中。 在Audi A3 and the 2006 VW GTI使用的DSG比Audi TT上用的有很大的改进，其换档时间可在20ms之内。欧洲各种变速箱市场占有率预估变速器型式2000 年2010 年AT11.9%25%AMT(含 AcMT)0.6