双离合器式自动变速器项目概述.doc

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l 前言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2 DCT工作原理图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、Ⅲ 、V挡与离合器C1连接在一起，Ⅱ、Ⅳ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3 DCT变速器的特点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!4 DCT的工作系统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4．1 扭转减振系统由于在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4．2 离合器系统在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4．3 液压控制系统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4．4 电子控制系统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5 DCT的发展现状目前，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6 结束语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，适合我国国情双离合器变速箱(DCT)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。