第5章双离合器自动变速器

汽车自动变速传动系统机械传动国家重点实验室第5章双离合器自动变速系统DCT传动原理与结构1DCT国内外应用情况2DCT主要性能特点3DCT主要关键技术4DCT变速器案例分析5DCT未来发展方向6自动变速器•AT•技术非常成熟•市场占有量大•AT关键制造技术与控制系统十分复杂•CVT•燃油经济性好•其关键部件（金属带）受国外公司技术垄断•适用动力范围有限•AMT•结构简单、成本低，传动效率高•换挡过程动力中断，动力性和舒适性较差•DCT•具有AT的舒适性和操作方便性•拥有AMT结构简单、成本低和效率高的优点•DCT是最具潜力的新型自动变速器，具有巨大的市场前景。DSG-----DirectShiftGearboxDCT-----DualClutchTransmissions1、DCT传动原理与结构双离合器自动变速器简称“DSG”或者“DCT”。变速器11、3、5挡变速器22、4、6挡离合器1离合器2输入输出基本原理相当于采用两套变速器和两个离合器，一个变速器处于工作状态时另一变速器空转，通过两个离合器的切换来实现两变速器交替进入工作状态，可在动力切断时间很短的情况下完成换挡。1.1基本结构：装置在一起的两个离合器＋定轴式齿轮机构4231R65输入轴输出轴C2C1S5RS6S13S24四个换档同步器分别控制各档结合分离，离合器C1与1、3、5档（奇数档）相连，离合器C2与2、4、6档（偶数档）及R档相连，当车辆在奇数档位行驶时，可预先挂好偶数档，离合器C1和离合器C2交替进入结合状态实现各档间的变换。按照中间轴个数及其布置方式进行分类，DCT可分为单中间轴DCT和双中间轴DCT，双中间轴DCT的轴向尺寸更为紧凑，应用范围最广。1.2DCT主要型式：双中间轴式DCT齿轮轴系布置方式三轴式两轴式湿式多片式DCT干式单片式DCT按照采用的离合器形式，DCT通常分为湿式多片双离合器和干式单片双离合器两种结构型式。1.2DCT主要型式：DCT类型公司代表产品湿式双离合器自动变速器博格华纳大众迈腾、奥迪TT、高尔夫R32等Ricardo公司布加迪-威龙（BugattiVeyron）格特拉克福克斯、沃尔沃等车型ZF公司运动型7速DCT干式双离合器自动变速器LuK公司大众速腾福特汽车公司福克斯、嘉年华双离合器技术主要由BorgWarner（湿式）和LuK（干式）掌握。大众公司DCT结构湿式离合器三轴式结构液压控制前驱平行轴齿轮湿式多片离合器液压阀组电控单元ON/OFF,SequencingSolenoidSequencingValveON/OFF,SafetySolenoid#1PWM,ActuatorSolenoid#1PWM,ActuatorSolenoid#2VBS,LubeRegulatorSolenoidSafetyValve#1SafetyValve#2PWM,ActuatorSolenoid#4ClutchSolenoidSub-AssemblyOver-PressureReliefValveVFS,ClutchControlSolenoid(OuterClutch)VFS,ClutchControlSolenoid(InnerClutch)LinePressureRegulatorValveLubePressureRegulatorValveValveBodyCastingValveBodyGasketSeparatorPlateVFSFilterGasket液压控制单元7速DSG干式双离合器国内车型装备的DCTDQ250----6速湿式DQ200----7速干式7-speedDSG6速DSG湿式双离合器ZF最新型的DCT50双离合器7速自动变速器最大转矩500N·m最高转速9000转ZF公司DCT结构湿式离合器二轴式结构液压控制后驱福特正在研究新型Getrag-Ford变速器Powershift系统MPS6，准备用于将来的车型上。FORD公司DCT结构湿式离合器三轴式结构液压控制前驱GETRAGDryDualClutchLuk公司DCT结构干式或湿式离合器二轴式结构电动液压控制前驱保时捷7速PDK双离合变速器PDK双离合器奥迪S-tronic7速双离合变速器三菱扶桑(MITSUBISHIFUSO)M038S6六速双离合变速器DCT的控制系统基本组成1.3DCT控制系统组成与原理：1号离合器压力传感器2号离合器压力传感器机油温度传感器ECU温度传感器减振器速度传感器1号输入轴速度传感器2号输入轴速度传感器1号换挡拨叉位置传感器2号换挡拨叉位置传感器3号换挡拨叉位置传感器4号换挡拨叉位置传感器电子控制部件（1）系统传感器换挡位置信息驱动模式信息踏板开关信息制动开关信息发动机扭矩信息发动机转速信息车速信息点火开关信息CAN信息（2）执行器部件1号离合器换挡压力电磁阀2号离合器换挡压力电磁阀离合器压力切断电磁阀2号离合器/换挡切换电磁阀1号换挡选择电磁阀2号换挡选择电磁阀换挡/冷却切换电磁阀离合器冷却电磁阀离合器信息挡位信息发动机扭矩请求发动机转速请求驱动模式信息节气门开度信号发动机转速信号第一离合器信号第二离合器信号输出轴转速信号车速信号档位信号其它信号TCU第一离合器执行机构第二离合器执行机构换档执行机构发动机控制第一离合器第二离合器变速器发动机DCT系统控制原理2、DCT国内外应用情况2.1国外发展现状1940年德国Darmstadt大学教授Franke第一个申请了双离合器变速器(DCT)专利，曾经在载货车上试验过，但没有投入批量生产。随后保时捷也发明了专用于赛车的双离合变速器(PDK)，然而未能成功将DCT技术投入批量生产。2、DCT国内外应用情况20世纪90年代末期，大众公司和博格华纳携手合作生产第一个适用于大批量生产和应用于主流车型的湿式双离合变速器。2.1国外发展现状2、DCT国内外应用情况博格华纳为双离合自动变速器开发的DualTronic双离合自动变速湿式离合器和控制系统于2003年批量生产配套于大众奥迪革新产品DSG，博格华纳因其产品创新和加工精细而赢得了2005年度北美供应商超级大奖。随着DSG产品系列进入第三年的批量化生产，大众公司继续推广该技术的应用。在2006年，DSG产品系列将为至少10款汽油和柴油车型配套，包括大众高尔夫、大众宝来、大众捷达、大众途安、大众帕萨特、奥迪A3、奥迪TT等。2.1国外发展现状2003年，奥迪公司将最新一代DCT变速器装在3.2L的奥迪TT和高尔夫R32上，开创了DCT变速器技术的又一个新的里程碑。2、DCT国内外应用情况2.1国外发展现状2008年配备LuK干式双离合器的7挡DSG变速箱在德国大众汽车公司进入量产，并已经成功应用于Sagitar等车型。2、DCT国内外应用情况2.1国外发展现状福特将PowerShift变速箱引入北美市场，北美版嘉年华配备了PowerShift六前速干式双离合器变速箱。除此之外，新一代福特福克斯、蒙迪欧、S-MAX、Galaxy和Kuga都可以选择PowerShift双离合器变速箱。2、DCT国内外应用情况2.1国外发展现状2004年大众6档湿式双离合器变速器投入市场双离合器车型渐成市场主流奥迪TT、A3大众途安、尚酷、速腾、迈腾、高尔夫已经或将要装备DCT的车型如下：宝马MDKG三菱TwinClutchSST福特福克斯powershift沃尔沃S40保时捷PDK2、DCT国内外应用情况2.2国内发展现状菲亚特动力科技计划在中国与欧洲市场同步推出C635DDCT（干式）华晨集团与上汽汽车变速器有限公司合作开发DCT国内863项目：青山（干式）、杭维柯、吉利（湿式）博格华纳、中发联DCT控制模块大连合资厂年产能目标50万套中发联：一汽、上汽、东风、长安、奇瑞、华晨、江淮、长丰、吉利、广汽、中顺、长城江淮汽车2007年轿车双离合器自动变速器技术开发项目作为“十一五”863计划重大项目吉利汽车由浙江吉利控股集团有限公司、杭州前进齿轮箱集团有限公司和重庆青山工业有限责任公司承担江淮汽车的6速湿式双离合器项目于2009年已经列入安徽省自主创新重大项目并获支持，是江淮汽车重大战略性产品开发项目吉利汽车在2009年自主开发了双离合器自动变速器样机，但是距离装车和产业化还有相当长的时间。重庆青山工业公司重庆青山工业公司已经完成了AMT产业化，为DCT的开发提供了技术保障，目前正致力于双离合器自动变速器产品的自主开发，将有望在未来几年内年实现DCT的批量生产。2.2国内发展现状3、DCT主要性能特点由于DCT既继承了手动变速器的结构简单、安装空间紧凑、重量轻、传动效率高、制造成本低等优点，又融合了AT动力不中断、换挡迅速平稳的良好特性，很快便成为了业界研究开发的新热点。与目前汽车市场上已有的自动变速器相比，DCT具有下列优点：①DCT汽车的操纵和传统的AT汽车一致，但其燃油经济性优于AT汽车；②因DCT硬件与手动变速器类似，在许多方面可以借鉴MT的技术经验，其开发与制造成本低于传统AT；③国内手动变速器（MT）技术成熟，利用国内已有的MT技术条件，可加快DCT产品开发。DCT总体优点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率的限制，应用范围很广，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，使驾驶员免于频繁的换挡操作，而且由于它的换挡时间很短，也可以应用在运动型车辆上。通常在功率较大的车辆中，它的应用更为有利。这是因为，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速器的设计，多适合功率较大的车辆。对于小功率车辆，如果要开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。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,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器轴向尺寸非常紧凑。3、DCT主要性能特点DCT应用方面3、DCT主要性能特点湿式离合器的可控性和控制品质好，具有压力分布均匀、磨损小且均匀、传递扭矩容量大、不用专门调节摩擦片间隙等特点。由于采用液压油强制冷却，允许起步时较长时间的打滑和高挡起步时不会烧损摩擦衬面，离合器的寿命比较长。然而，在分离状态中的多片式离合器的主、从动摩擦片之间因经过润滑油相互滑转，产生较大的摩擦阻力，使变速器的传动效率降低，且工作时需要辅助液压动力源，增加了系统的复杂程度及制造成本。湿式双离合器特点分析3、DCT主要性能特点与湿式离合器相比，干式单片双离合器与传统手动变速器采用的膜片弹簧离合器相似，区别在于干式单片双离合器可看作两个离合器的叠加，且考虑安全因素采用的是常开式设计。干式双离合器具有结构简单、传动效率高、不需要辅助动力、成本相对较低等优点。但是，由于干式离合器的热容量有限，因此在大功率输入的情况下，系统很快就会达到热容极限，其热容极限明显低于液力变矩器或湿式离合器。另外，干式离合器摩擦片的磨损也一直是关系到其使用寿命的焦点问题。因此，干式双离合器在性能稳定性、承载能力方面存在一定的局限性。干式双离合器特点分析3、DCT主要性能特点表1.1为德国大众公司所开发的传统AT、湿式6挡DSG（DirectShiftGearbox）和7挡干式DSG性能对比。表1.1自动变速器性能对比Tab1.1ComparisonoftransmissionperformanceTorqueconvertertransmission6-speedDSG7-speedDSGNumberofgears667Max.torque320Nm350Nm250NmClutch—WetDryTransmissionoilvolume5.816.511.71Weight[1]85kg93kg77kgConsumptionadvantage[2]Reference-0.31/100km