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1、同濟大學汽車學院 吳光強 2005.11.4 雙離合器變速器的開發(fā) 與應用現(xiàn)狀及展望 報告內容 1.概述 2.雙離合器變速器（ DCT）組成 3.DCT的工作原理 4.DCT機械系統(tǒng)的有關研究 5.DCT控制系統(tǒng)的有關研究 6.同濟大學的工 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
2、 DQ250, DSG 02E. X-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 技術開發(fā)比較 項目 AT CVT 手自排檔變速器 ACMT AMT DCT 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 0.85 0.90 0.92 0.92 0.92 開
3、發(fā)技術難 度 基本前進檔 數(shù) 4 無級 5 5 5 機械結構復 雜程度 高 中高 中 中 中 控制系統(tǒng)要 求 中高 高 高 高 高 進入市場時間 1930年代 1980年代 1990年代初 1990年代中 2003 開發(fā)費用 1 1 0.6 0.7 0.85 生產成本 1 1 0.6 0.7 0.85 1.2 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的結構剖視圖 High-speeds of up to 9,000 rpm, input t
4、orque max.520Nm are possible, Dual mass flywheel. The new 7DCT 50 is the race starter among ZFs transmissions. （ 2 ） ZF的雙離合器（ 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/Por
5、sche /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 : 取消了離 合器踏板，有離合器 但是已經(jīng)實現(xiàn)了自動 化，換檔過程中離合 器可與換檔過程自動 配合，換檔點的選擇 仍舊由人工完成。此 階段離合器執(zhí)行機構 由電動、液動、氣動 驅動。 換檔機構自 動化，兩個 電機根據(jù)駕 駛員的意圖 完選檔和換 檔的任務。 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
6、合器分 離時，利用副離合器 維持一定的扭矩，實 現(xiàn)換檔過程中無動力 中斷?？梢詼p輕換檔 過程中的頓滯，進一 步提高舒適性。相對 于 ASG（ Automotive Shift Gearbox）， 所增加費用并不多。 通過巧妙設計，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)動機扭矩。 從 ASG 到 USG USG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 器其結構也不同， 換檔原理有差別
7、。 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 DSG PSG 變速器上集成 了一套一體化的起 動 /發(fā)電機 (SG)。在 2檔齒輪上增加了一 個電機，該電機在 熱啟動時可以驅動 發(fā)動機運轉；在緩 行時可以和發(fā)動機 同時驅動汽車行 駛；在減速或者發(fā) 動機提供的能量
8、大 于汽車行駛所需的 能量時可以給電機 充電；該電機還可 以作為發(fā)電機；剎 車時能 量的回收。 從 PSG 到 ESG （ 6）雙面離合器變速器 DSCT PSG換檔執(zhí)行機構 AMT技術發(fā)展歷史和趨勢 2.2 DCT的結構形式 圖 2 單中間軸式 DCT（ 5檔） 2.3雙質量飛輪（ DMF） （ 1）濕式雙離合器 用油冷卻摩擦片，它受限于產生熱量的速度，但不受產生的 總熱量的限制，所以適合于離合器結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， 已用于大眾集團的車輛中 。 可通過壓盤和飛輪吸收較大熱量，對滑磨產生熱量的
9、速度不敏感，但 因空氣散熱較慢，熱量不易在短時間內散發(fā)出去，因此，它受限于滑 磨產生的總熱量的限制，所以適合于離合器在短時間內結合，這樣滑 磨時間短，產生熱量少 。 （ 2）干式雙離合器 （ 3）與發(fā)動機的連接 帶雙質量飛輪的 帶柔性連接盤的 （ 4）電作動系統(tǒng) PSG離合器執(zhí)行機構 (電作動 ) DSG離合器執(zhí)行機構 (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 C1 C2 SYN6 SYN5R SYN42 SYN31 檔 檔 檔 檔 Z11 Z1 Z33 Z5 Z55 Z2 Z44 Z4 Z22 Z3 Z66 2軸 3軸 1軸 形成功率分流的模式
10、 如果是降 檔，則可 能形成功 率循環(huán)的 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 可傳遞很大的轉矩； 良好的燃油經(jīng)濟性（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，乘坐舒適； 無液力變矩器，但可實現(xiàn)與使用其的 AT相匹配的功能。 結構簡單，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。因為其燃效
11、、響應特 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)的動力學模型，進行系統(tǒng) 的控制； 在 MATLAB或 Dymola/Modelica環(huán) 境中的實現(xiàn)； 進行系統(tǒng)的仿真與優(yōu)化。 4.DCT機械系統(tǒng)的有關研究 Model Implementation 1 13.15 2 8.33 3 5.74 4 4.19 5 3.22 6 2.52 R 11.78 G ear R atio CL2 CL1 SYN5R SYN6 SYN13 SYN24 4 2 3 1 Input Shaft Output Note: CL1 controls gear 1, 3, 5 and R. CL2 cont
12、rols gear 2, 4 and 6. AMT Stick Diagram F ir s t S e c o n d T h ir d F o u r th F if th S ix th R C L 1 X X X X C L 2 X X X S YN 1 3 1 3 3 S YN 2 4 2 2 4 4 S YN 5 R 5 5 5 R S YN 6 6 6 Clutch Engagement Schedule 動力傳動系統(tǒng)模型 發(fā)動機的模型 Integrated Vehicle Model The tool for engineers to select, analyze, and
13、modify design variables and control parameters on an interactive basis PGP DwCL1 DwCL2 DwSYN2 DwSYN3 DwSYN4 DwSYN5 DwSYN6 TA V TA GP GP GP DwCL1 DwCL2 DwSYN DwCL CL1 CL2 SYN1 SYN2 SYN3 SYN4 SYN5 SYN6 1 2 3 4 Normal force curve 1 2 Switch pressure signal PGP Control block diagram for shift schedule a
14、nd process Shift Schedule Control Gear Position Indicator Shift Process Control Clutch Slip Signal Algorithm for PGP DwCL1 DwCL2 GP PGP=GP PGP=PGP PGP=GP PGP=PGP GP = 1 or 3 or 5? DwCL1=0? DwCL2=0? Algorithm for gear positions 1 3 4 5 6 2 V 12 V 21 V 23 V 32 V 34 V 43 V 45 V 54 V 56 V 65 0 10 20 30
15、40 50 60 70 80 90 0 4 8 12 16 20 T h r o t t l e e A n g l e ( d e g r e e ) 1 3 4 5 6 2 Shift Schedule Vehicle Speed (m/s) Illustration of Simulation Results DCT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.同濟大學的工作 DCT執(zhí)行機構 (直流無刷電機作動 ) 換檔
16、電機 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)行機構 無刷直流電機的機械特性和調節(jié)特性曲線 LUK DCT離合器執(zhí)行機構 TCU硬件試驗實物圖 應用情況 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-Audi, PSG/LuK, PDK/Por
17、sche /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。這些大公司都看準了雙離合器潛在的優(yōu)勢， 而我們也看到了雙離合器的應用的優(yōu)勢。 DCT在歐洲市場以其先進性和在 2003年款大眾高爾夫 R32 、奧迪 TT3.2上的優(yōu)異應用表現(xiàn)，贏得了 2005年北美供應 商大獎，并曾贏得大眾汽車 2003年優(yōu)秀開發(fā)獎。 應用情況 VW Getriebe DQ250, Golf R32, Audi TT 德國大眾公司和美國
18、BorgWarner合作開發(fā) DSG， Audi TT3.2匹配了 Kassel 變速器廠生產的雙離合器變速箱， 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，其換檔時間可在 20ms之內。 歐洲各種變速箱市場占有率預估 變速器型式 2000 年 2010 年 AT 11.9% 25% AMT(含 AcMT) 0.6% 12% CVT 0.5% 5%(-2%, 2013) MT 87% 45% DCT 0% 13% 變速器型式 年份 增長率 2004 0.9% 2009 9.6% 2010 13% 2013 18% 2015 20% 美國的博格華納公司對歐洲 DCT市場占有率預估 DCT 在美國和日本也會有較大的市場份額。 開發(fā)一系統(tǒng)化的仿真模型； 基于仿真模型的系統(tǒng)分析與評價； 對動態(tài)行為進行一定量的分析； 辨識影響換擋平順性與瞬態(tài)特性的關 鍵變量； 換檔時刻與過程控制； 建立變速器控制的策略； 分析和評價換檔品質。 7. DCT的研究展望 謝 謝！
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