雙離合器變速器

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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(bào) 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）

2、 。 DSG（ Direct Shift Gearbox， Direkt Schalt Getriebe） ， 直 接 換 檔 變 速 器 ， 如 :VW 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(shù) 開 發(fā) 比 較 項(xiàng) 目 AT CV

3、T 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 發(fā) 技 術(shù) 難度 基 本 前 進(jìn) 檔數(shù) 4 無 級 5 5 5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 1980年 代 1990年 代 初 1990年 代 中 2003開 發(fā) 費(fèi) 用 1 1 0.6 0.7 0.85生 產(chǎn) 成 本 1 1 0.6 0.7 0.85 1.2

4、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 雙 離 合 器 （ 7 DCT5

5、0） （ 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

6、 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(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) 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

7、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 。 可 以 減 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 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

8、 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

9、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(jī) (SG )。 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

10、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 DSCT PSG換 檔 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) AMT技 術(shù) 發(fā) 展 歷 史 和 趨 勢 2.2 DCT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

11、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(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

12、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 C1C2SYN6 SYN5RSYN42 SYN31 檔 檔 檔 檔 Z11 Z1Z33Z5Z55Z2Z44Z4Z22 Z3Z66 2軸3軸 1軸 形 成 功 率 分 流 的 模 式 如 果 是 降檔 ， 則 可能 形

13、 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(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

14、 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 、 響 應(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 型 ， 進(jìn) 行 系 統(tǒng)的 控 制 ；在 MATLAB或 Dymola/Model

15、ica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 Implementation 1 13.15 2 8.33 3 5.74 4 4.19 5 3.22 6 2.52 R 11.78 Gear Ratio CL2 CL1SYN5RSYN6 SYN13SYN244 2 3 1 Input Shaft OutputNote: CL1 controls gear 1, 3, 5 and R. CL2 controls gear 2, 4 and 6. AMT Stick Diagram First Second Third

16、 Fourth Fifth Sixth R CL1 X X X X CL2 X X X SYN13 1 3 3 SYN24 2 2 4 4 SYN5R 5 5 5 R SYN6 6 6 Clutch Engagement Schedule 動 力 傳 動 系 統(tǒng) 模 型 發(fā) 動 機(jī) 的 模 型 Integrated Vehicle Model The tool for engineers to select, analyze, and modify design variables and control parameters on an interactive basis PGPDwCL1D

17、wCL2DwSYN2DwSYN3DwSYN4Dw SYN5DwSYN6 TAV TA GP GP GPDwCL1DwCL2 DwSYNDwCL CL1CL2SYN1SYN2SYN3SYN4SYN5SYN6 1234 Normal force curve12 Switch pressure signalPGPControl block diagram for shift schedule and processShift ScheduleControl Gear Position Indicator Shift ProcessControl ClutchSlipSignal Algorithm

18、for PGPDwCL1 DwCL2GPPGP=GP PGP=PGP PGP=GP PGP=PGPGP = 1 or 3 or 5?DwCL1=0? DwCL2=0?Algorithm for gear positions 1 3 4 5 62V12V21 V23V32 V34V43 V45V54 V56V65 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 4 8 12 16 20 Th rot tlee An gle (d eg ree ) 1 3 4 5 62 Shift Schedule Vehicle Speed (m/s) Illustration of Simula

19、tion 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(jì) 大 學(xué) 的 工 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

20、 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-Audi, PS

21、G/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

22、 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 a

23、nd 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(yù) 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(jìn) 行 一 定 量 的 分 析 ； 辨 識 影 響 換 擋 平 順 性 與 瞬 態(tài) 特 性 的 關(guān)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(zhì) 。7. DCT的 研 究 展 望 謝 謝 ！