雙離合變速器-同濟(jì)吳光強(qiáng)教授

1、同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院 吳光強(qiáng)2005.11.4雙離合器變速器的開發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀及展望報告內(nèi)容1.概述2.雙離合器變速器（DCT）組成3.DCT的工作原理4.DCT機(jī)械系統(tǒng)的有關(guān)研究5.DCT控制系統(tǒng)的有關(guān)研究6.同濟(jì)大學(xué)的工作7. DCT的研究展望1.概述 雙離合器變速器，即DCT（Dual Clutch Transmission, Double Clutch Transmission, Twin Clutch Transmission）。 DSG（Direct Shift Gearbox，Direkt Schalt Getriebe），直接換檔變速器，如:VW DQ250, DSG 02E. X-

2、換檔變速器XSG（Automated Shift Gearbox ,ASG; Uninterrupted shift Gearbox, USG; Parallel Shift Gearbox, PSG; Electrical Shift Gearbox, ESG）. 表1 自動變速器的綜合比較1.1各種變速器的比較技術(shù)開發(fā)比較 項(xiàng)目ATCVT手自排檔變速器ACMTAMTDCT性能駕駛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傳動效率0.850.900.920.920.92開發(fā)技術(shù)難度基本前進(jìn)檔數(shù)4無級555機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度 高中高中中中控制系統(tǒng)要求中高高高高高進(jìn)入市場時間1930年代1

3、980年代1990年代初1990年代中2003開發(fā)費(fèi)用110.60.70.85生產(chǎn)成本110.60.70.851.2各種變速器的開發(fā)比較圖1 雙中間軸式DCT（4檔）2.1各種雙離合器的比較2.雙離合器變速器（DCT）組成（ 1 ）VW DQ250 的雙離合器圖6 DSG的結(jié)構(gòu)剖視圖 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、雙離合器（7 DCT50）（ 3 ） Porsche的雙離合器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 ）直接換檔變速器 DSG02E（ 5 ） Luk的XSG從MT到ECM電子離合管理器（Electronic Clutch Management ECM），即離合器的自動化。主要特征: 取消

5、了離合器踏板，有離合器但是已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動化，換檔過程中離合器可與換檔過程自動配合，換檔點(diǎn)的選擇仍舊由人工完成。此階段離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動、液動、氣動驅(qū)動。 換檔機(jī)構(gòu)的自動化，兩個電機(jī)根據(jù)駕駛員的意圖完選檔和換檔的任務(wù)。 從ECM到ASG或AMT該種變速器同時裝備有兩個離合器，換檔時過程中主離合器分離時，利用副離合器維持一定的扭矩，實(shí)現(xiàn)換檔過程中無動力中斷?？梢詼p輕換檔過程中的頓滯，進(jìn)一步提高舒適性。相對于ASG（Automotive Shift Gearbox），所增加費(fèi)用并不多。通過巧妙設(shè)計(jì)，離合器執(zhí)行器可以同時控制主、副兩個離合器。但是這種變速箱難以傳遞較大發(fā)動機(jī)扭矩。從ASG 到USGU

6、SG與ASG變速器換檔過程比較平行換檔變速箱屬于雙離合器變速箱范疇。在此使用干式離合器和電子執(zhí)行器。一個附加的特征是僅僅有一個類似于ASG的執(zhí)行器用于變速箱換檔的兩部分。比USG多一個離合器執(zhí)行器其結(jié)構(gòu)也不同，換檔原理有差別。使用平行換檔變速箱能得到比ASG和USG更好的換檔舒適性。PSG 在換檔方面的唯一缺陷是不能跳躍換檔,即不能直接實(shí)現(xiàn)同一輸入軸上相鄰 從USG 到PSG同PSG相比，其主要的區(qū)別是采用離合器是濕式離 合 器 而PSG采用的干式離合器，還有就是作動方式的區(qū)別：PSG采用的電作動而DSG采用的是液作動。從PSG 到DSGPSG 變速器上集成了一套一體化的起動/發(fā)電機(jī)(SG)。

7、在2檔齒輪上增加了一個電機(jī)，該電機(jī)在熱啟動時可以驅(qū)動發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；在緩行時可以和發(fā)動機(jī)同時驅(qū)動汽車行駛；在減速或者發(fā)動機(jī)提供的能量大于汽車行駛所需的能量時可以給電機(jī)充電；該電機(jī)還可以作為發(fā)電機(jī)；剎車時能 量的回收。從PSG 到ESG（6）雙面離合器變速器DSCTPSG換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu) AMT技術(shù)發(fā)展歷史和趨勢2.2DCT的結(jié)構(gòu)形式圖2 單中間軸式DCT（5檔）2.3雙質(zhì)量飛輪（DMF）（1）濕式雙離合器 用油冷卻摩擦片，它受限于產(chǎn)生熱量的速度，但不受產(chǎn)生的總熱量的限制，所以適合于離合器結(jié)合過程中壓力逐步增加，發(fā)熱速度較慢的場合2.4各種雙離合器的比較雙離合器變速箱使用的離合器。名稱為DSG，已用于大

8、眾集團(tuán)的車輛中。 可通過壓盤和飛輪吸收較大熱量，對滑磨產(chǎn)生熱量的速度不敏感，但因空氣散熱較慢，熱量不易在短時間內(nèi)散發(fā)出去，因此，它受限于滑磨產(chǎn)生的總熱量的限制，所以適合于離合器在短時間內(nèi)結(jié)合，這樣滑磨時間短，產(chǎn)生熱量少。（2）干式雙離合器（3）與發(fā)動機(jī)的連接 帶雙質(zhì)量飛輪的 帶柔性連接盤的（4）電作動系統(tǒng)PSG離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)(電作動)DSG離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)(液作動)（5）液作動系統(tǒng)（6）控制系統(tǒng)3.DCT的工作原理輸入軸輸出軸C1C2SYN6SYN5RSYN42SYN31檔檔檔檔Z11Z1Z33Z5Z55Z2Z44Z4Z22Z3Z662軸3軸1軸形成功率分流的模式如果是降檔，則可能形成功率循環(huán)的

9、模式從偶數(shù)高檔跳到二檔的換檔過程示意圖ZF 7 DCT50的工作過程與原理DCT（動力換檔變速器）的優(yōu)點(diǎn) 可傳遞很大的轉(zhuǎn)矩； 良好的燃油經(jīng)濟(jì)性（與AT、MT相比）； 換檔中無動力中斷，動力性好，且具有良好的換檔品質(zhì)，乘坐舒適； 無液力變矩器，但可實(shí)現(xiàn)與使用其的AT相匹配的功能。 結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，功率密度高； 成本較低。 DCT與有級自動變速箱相比，最大可將燃效提高15%，此外還可提高最高時速，而且在加速性能方面也要勝過自動變速箱一籌。除改善燃效的需求外，用戶還追求駕駛的樂趣以及舒適感，市場需求日趨多樣化。因?yàn)槠淙夹?、響?yīng)特性以及啟動性能優(yōu)秀，而且可在柴油車上使用。 建立系統(tǒng)的動力學(xué)模

10、型，進(jìn)行系統(tǒng)的控制； 在MATLAB或 Dymola/Modelica環(huán)境中的實(shí)現(xiàn)； 進(jìn)行系統(tǒng)的仿真與優(yōu)化。4.DCT機(jī)械系統(tǒng)的有關(guān)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動力傳動系統(tǒng)模型發(fā)動機(jī)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的電子控制單元Integrated Control Unit for Double-clutch Transmission (DCT) （1）（2）Siemens VDO開發(fā)的電子控制 DCT CVT 6.同濟(jì)大學(xué)的工

14、作DCT執(zhí)行機(jī)構(gòu)(直流無刷電機(jī)作動)換 檔 電 機(jī)換 檔 蝸 桿換 檔 渦 輪選 檔 齒 條換 檔 齒 輪扇 形 齒 輪選 檔 桿殼 體限 位 銷 釘換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu) 無刷直流電機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性曲線LUK DCT離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)TCU硬件試驗(yàn)實(shí)物圖應(yīng)用情況目前，德國大眾公司、ZF公司、福特公司、戴姆勒克萊斯勒公司等都在投入較大的力量對其進(jìn)行開發(fā)，并已經(jīng)取得了成功。在2004年北美國際汽車展上展示的Chrysler ME Four-Twelve也裝備了配有英國里卡多（Ricardo）開發(fā)的7速雙離合器自動變速箱。Porsche 959 (PSK system)也配備了 DCT(DSG/VW-Au

15、di, PSG/LuK, PDK/Porsche /Kgresse and others) 。在歐洲這種雙離合器變速箱有很好的前景，VAG已經(jīng)成功地開發(fā)了6檔DSG，LUK公司也成功地開發(fā)了電動干式雙離合器變速箱，Sachs和Getrag也在開發(fā)雙離合器變速箱。這些大公司都看準(zhǔn)了雙離合器潛在的優(yōu)勢，而我們也看到了雙離合器的應(yīng)用的優(yōu)勢。DCT在歐洲市場以其先進(jìn)性和在2003年款大眾高爾夫R32、奧迪TT3.2上的優(yōu)異應(yīng)用表現(xiàn)，贏得了2005年北美供應(yīng)商大獎，并曾贏得大眾汽車2003年優(yōu)秀開發(fā)獎。應(yīng)用情況VW Getriebe DQ250, Golf R32, Audi TT 德國大眾公司和美國BorgWarner合作開發(fā)DSG， Audi TT3.2匹配了Kassel 變速器廠生產(chǎn)的雙離合器變速箱，該離合器還用于Golf R32 、新款Touran和Lupo以及VAG等車中。 在Audi A3 and the 2006 VW GTI使用的DSG比Audi TT上用的有很大的改進(jìn)，其換檔時間可在20ms之內(nèi)。歐洲各種變速箱市場占有率預(yù)估變速器型式2000 年2010 年AT11.9%25%AMT(含 AcMT)0.6