双离合器自动变速器及其应用前景分析

huixian123

　　　　　　    机械传动65 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2005年
文章编号:1004 - 2539(2005)03 - 0056 - 03
双离合器自动变速器及其应用前景分析
(北京理工大学 机械与车辆工程学院, 　北京　100081) 　荆崇波 　苑士华 　郭晓林
摘要 　介绍了一种采用双离合器构成的自动变速器的典型结构及其工作原理 ,变速器的挡位按奇
偶数分开布置 ,分别与两个离合器相联接 ,通过两个离合器的交互切换完成换挡过程 ,实现动力换挡。
文中简要分析了该型变速器的工作特性及关键技术 ,并对其应用前景进行了预测。
关键词 　双离合器 　自动变速器 　湿式离合器
　　引言 1 　双离合器式自动变速器的组成及工
作原理
车辆的经济性、动力性、驾乘舒适性不仅取决于发
动机 ,而且在很大程度上依赖于变速器及变速器与发 　　图1 所示为一个典型的双离合器式自动变速器的
2
动机的匹配。最早出现的手动挡变速器(MT) ,通过离 传动简图 。变速器有 6 个前进挡和一个倒挡 ,有两
合器和手动换挡拨叉来实现挡位的变换 ,这种变速器 个并排布置的湿式离合器 CL1、CL2 ,变速器的挡位按
具有结构简单、外形紧凑 ,传动效率高 ,可靠性高 ,成本 奇数挡(1、3、5、R挡)与偶数挡(2、4、6 挡)分开配置 ,并
低等优点 ,应用较为广泛。由于车辆在换挡过程中 ,必 分别与两个湿式离合器相联。其1、3、5、R挡与离合器
须分离离合器 ,导致动力中断 ,影响了车辆的动力性和 CL1联接在一起 ,而 2、4、6 挡联接在离合器 CL2 上。
驾乘舒适性。由液力变矩器和行星齿轮机构组成的液 离合器 CL2 的输出轴为一个实心轴 ,离合器 CL1 的输
力自动变速器(AT)能够实现动力换挡 ,克服了手动挡 出轴是套在 CL2 输出轴外面的一个空心轴 ,两个输出
变速器换挡过程中动力中断的缺点 ,并且实现了自动 轴是同心的 ,这样的结构使变速器变得更加紧凑。另
换挡。钢带无级变速器(CVT)则是通过改变带轮的工 外 ,还有4 个同步器 ,由液压(或步进电机) 换挡机构
作半径 ,使变速器传动比无级变化 ,能使发动机始终工 (图中未画出)控制进行挡位的切换 ,还有离合器操纵
1
机构等。
作在最佳工作点 ,使车辆的性能大大提高 。随着世
界能源危机的出现 ,城市道路的日渐拥堵 ,汽车动力传
动装置也在发生变化。当代汽车的发展更注重燃油经
济性、排放以及驾乘舒适性 ,一种在传动效率和生产成
本等方面优于传统自动变速器(AT) 的新技术 —电控
机械式自动变速器(AMT)被开发出来 ,由于其具有目
前汽车工业发展所要求的高燃油经济性、低排放和保
护现有手动变速器生产投资的优点 ,受到了各大汽车
厂的重视。
AMT的工作原理决定了它在换挡过程中首先要
分离离合器 ,然后将变速器摘空挡 ,再选挡、换挡 ,最后
接合离合器。这样 ,当离合器分离后 ,直到离合器再重
新接合之前 ,发动机的动力将不能被传递到车轮去驱
图1 　DCT变速器传动简图
动车辆运行 ,所以换挡过程中产生了动力传递的中断 ,
车辆处于停车状态时 离合器 、 都分离
车辆必然产生减速度 ,换挡时间长 ,给车辆的加速性、 , CL1 CL2 ,
不传递动力。当车辆起步时 自动换挡机构将挡位切
舒适性等带来不利影响。 ,
换为 挡 然后离合器 接合 车辆开始起步运行
为了既可以充分利用AMT所具有的优点 ,又可以 1 , CL1 , ,
这时的控制过程与 类似。车辆换入 挡运行后
消除其中断动力换挡的缺点 ,一种新型自动变速器就 AMT 1 ,
此时离合器 处于分离状态 不传递动力。当车辆
应运而生了 ,这就是双离合器自动变速器(Dual Clutch CL2 ,
加速 达到接近 挡的换挡点时 由 控制自动换
Transmission) ,简称 DCT。目前 ,这种自动变速器已成 , 2 , ECU
挡机构将挡位提前换入 挡。当达到 挡换挡点时
为许多汽车厂家关注的热点。 2 2 ,
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第29卷 　第3期 　　　　　　　　　　　　　双离合器自动变速器及其应用前景分析 　　　　　　　　　　　　　　　　　　75
离合器 CL1 开始分离 ,同时离合器 CL2 开始接合 ,2 个 很大。DCT是基于平行轴式手动变速器发展起来的 ,
离合器交替切换 ,直到离合器 CL1 完全分离 ,离合器 它影响继承了手动变速器传动效率高的优点 ,试验研
CL2完全接合 ,整个换挡过程结束。车辆进入 2 挡运 究表明 ,装用DSG变速器(即DCT)的高尔夫 R32 车百
行后 ,车辆自动变速器电控单元可以根据相关传感器 公里油耗仅为 10. 2L (按 MVEG的 99/100EG标准试
信号掌握车辆当前运行状态 ,进而判断车辆即将进入 验) ,0～100km/ h的加速时间仅为 6.0s,而相应装用手
运行的挡位是升到 3 挡还是降到 1 挡 ,而 1 挡和 3 挡 动变速器的 R32 车百公里油耗为加速时间为 11.5L ,0
均联接在离合器 CL1 上 ,因为该离合器处于分离状 ～100km/ h 的加速时间为 6. 4s,最高车速同样是
态 ,不传递动力 ,故可以指令自动换挡机构十分方便地 247km/ h。可见 ,DSG变速器与手动挡变速器相比 ,可
预先换入即将进入工作的挡位 ,当车辆运行达到换挡 使整车具有优良的燃油经济性和动力性能。
点时 ,只需要将正在工作的离合器 CL2 分离 ,同时将
3 　DCT变速器的关键技术
另一个离合器 CL1 接合 ,配合好 2 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 3.1 　离合器
位的切换过程也都类似。这如同一辆车有两套离合器 DCT变速器在换挡过程中 ,两个离合器都要滑摩 ,
及变速机构 ,正副驾驶各控制一套。两人互相配合 ,实 产生大量的热量 ,如果不及时散热 ,离合器摩擦面会产
现换挡 ,这样就省略了挡位空置的一刹那 ,保持动力传 生局部高温 ,导致摩擦片的翘曲变形甚至烧结在一起 ,
递的连续性。 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
2 　DCT的特性
是需要解决的关键问题。另外 ,起润滑冷却作用的工
2.1 　动力换挡特性 作介质应具有良好的热稳定性和较高的抗剪切能力 ,
DCT通过两个离合器的匹配切换实现换挡动作 , 具有适当的粘度和良好的粘温特性 ,保证离合器的正
换挡迅速平稳 ,换挡时间可以达到 0.04s～0.03s,驾驶 常工作。
者不会有任何感觉。在换挡过程中 ,发动机的动力始 3.2 　换挡控制策略及电控技术
2.1 　动力换挡特性 作介质应具有良好的热稳定性和较高的抗剪切能力 ,
DCT通过两个离合器的匹配切换实现换挡动作 , 具有适当的粘度和良好的粘温特性 ,保证离合器的正
换挡迅速平稳 ,换挡时间可以达到 0.04s～0.03s,驾驶 常工作。
者不会有任何感觉。在换挡过程中 ,发动机的动力始 3.2 　换挡控制策略及电控技术
终不断地被传递到车轮上 ,实现动力换挡 ,保证车辆具 变速器在换挡过程中 ,一个离合器由结合到滑摩
有良好的加速性能。图 2 所示为 DCT变速器的换挡 再到分离状态 ,另一个离合器由分离到滑摩再到结合
特性仿真曲线 ,可以看出 ,车辆在换挡过程中 ,加速度 状态 ,为了使动力不中断 ,两个离合器必然存在工作重
稍有波动 ,但时间极短 ,换挡冲击度很小。 叠的部分 ,切换过程中离合器控制压力的变化规律如
图3 所示。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。
图2　DCT变速器换挡特性仿真曲线
图3 　DCT变速器换挡过程中离合器油压变化曲线
DCT变速器还可以很容易地实现手自一体功能 ,
DCT变速器需要解决的另一个问题是防止在换挡
驾驶者可以通过触摸式按钮实现手动强制换挡(Tip2 临界点频繁升降挡。假如车辆在加速过程中 ,刚换到
tronic) ,增加了驾驶乐趣。
一个高挡位 ,因道路阻力等因素 ,车速稍有下降 ,并在
2.2 　高效率特性
换挡临界点左右摆动 ,控制系统必须能够根据车速、发
变速器的传动效率对车辆的经济性和动力性影响
动机油门开度信号以及挡位状况 ,决定是降挡还是维