双离合器变速器

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1、同济大学汽车学院 吴光强 2005.11.4 双离合器变速器的开发 与应用现状及展望 报告内容 1.概述 2.双离合器变速器（ DCT）组成 3.DCT的工作原理 4.DCT机械系统的有关研究 5.DCT控制系统的有关研究 6.同济大学的工 作 7. DCT的研究展望 1.概述 双离合器变速器，即 DCT（ Dual Clutch Transmission, Double Clutch Transmission, Twin Clutch Transmission）。 DSG（ Direct Shift Gearbox， Direkt Schalt Getriebe），直接换档变速器，如 :VW

2、 DQ250, DSG 02E. X-换档变速器 XSG（ Automated Shift Gearbox ,ASG; Uninterrupted shift Gearbox, USG; Parallel Shift Gearbox, PSG; Electrical Shift Gearbox, ESG） . 表 1 自动变速器的综合比较 1.1各种变速器的比较 技术开发比较 项目 AT CVT 手自排档变速器 ACMT AMT DCT 性能 驾驶性 佳 特佳 中 中佳 佳 可靠性 佳 中 佳 佳 佳 扭矩容量 大 小 大 大 大 传动效率 0.85 0.90 0.92 0.92 0.92 开

3、发技术难 度 基本前进档 数 4 无级 5 5 5 机械结构复 杂程度 高 中高 中 中 中 控制系统要 求 中高 高 高 高 高 进入市场时间 1930年代 1980年代 1990年代初 1990年代中 2003 开发费用 1 1 0.6 0.7 0.85 生产成本 1 1 0.6 0.7 0.85 1.2 各 种 变 速 器 的 开 发 比 较 图 1 双中间轴式 DCT（ 4档） 2.1各种双离合器的比较 2.双离合器变速器（ DCT）组成 （ 1 ） VW DQ250 的双离合器 图 6 DSG的结构剖视图 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的双离合器（ 7 DCT50） （ 3 ） Porsche的双离合器 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 ）直接换档变速器 DSG02E （ 5 ） Luk的 XSG 从 MT到 ECM 电子离合管理器 （ Electronic Clutch Management ECM）， 即离合器的自动化。 主要特征 : 取消了离 合器踏板，有离合器 但是已经实现了自动 化，换档过程中离合 器可与换档过程自动 配合，换档点的选择 仍旧由人工完成。此 阶段离合器执行机构 由电动、液动、气动 驱动。 换档机构自 动化，两个 电机根据驾 驶员的意图 完选档和换 档的任务。 从 ECM到 ASG或 AMT 该种变速器同时装备 有两个离合器，换档 时过程中主离

6、合器分 离时，利用副离合器 维持一定的扭矩，实 现换档过程中无动力 中断。可以减轻换档 过程中的顿滞，进一 步提高舒适性。相对 于 ASG（ Automotive Shift Gearbox）， 所增加费用并不多。 通过巧妙设计，离合 器执行器可以同时控 制主、副两个离合器。 但是这种变速箱难以 传递较大发动机扭矩。 从 ASG 到 USG USG与 ASG变速器换档过程比较 平行换档变速箱属 于双离合器变速箱 范畴。在此使用干 式离合器和电子执 行器。一个附加的 特征是仅仅有一个 类似于 ASG的执行 器用于变速箱换档 的两部分。比 USG 多一个离合器执行 器其结构也不同， 换档原理有差别

7、。 使用平行换档变速 箱能得到比 ASG和 USG更好的换档舒 适性。 PSG 在换档 方面的唯一缺陷是 不能跳跃换档 ,即不 能直接实现同一输 入轴上相邻 从 USG 到 PSG 同 PSG相比 ， 其主要的区 别是采用离 合器是湿式 离 合 器 而 PSG采用的 干式离合器 ， 还有就是作 动方式的区 别： PSG采 用的电作动 而 DSG采用 的是液作动 。 从 PSG 到 DSG PSG 变速器上集成 了一套一体化的起 动 /发电机 (SG)。在 2档齿轮上增加了一 个电机，该电机在 热启动时可以驱动 发动机运转；在缓 行时可以和发动机 同时驱动汽车行 驶；在减速或者发 动机提供的能量

8、大 于汽车行驶所需的 能量时可以给电机 充电；该电机还可 以作为发电机；刹 车时能 量的回收。 从 PSG 到 ESG （ 6）双面离合器变速器 DSCT PSG换档执行机构 AMT技术发展历史和趋势 2.2 DCT的结构形式 图 2 单中间轴式 DCT（ 5档） 2.3双质量飞轮（ DMF） （ 1）湿式双离合器 用油冷却摩擦片，它受限于产生热量的速度，但不受产生的 总热量的限制，所以适合于离合器结合过程中压力逐步增加， 发热速度较慢的场合 2.4各种双离合器的比较 双离合器变速箱使用的离合器 。 名称 为 DSG， 已用于大众集团的车辆中 。 可通过压盘和飞轮吸收较大热量，对滑磨产生热量的

9、速度不敏感，但 因空气散热较慢，热量不易在短时间内散发出去，因此，它受限于滑 磨产生的总热量的限制，所以适合于离合器在短时间内结合，这样滑 磨时间短，产生热量少 。 （ 2）干式双离合器 （ 3）与发动机的连接 带双质量飞轮的 带柔性连接盘的 （ 4）电作动系统 PSG离合器执行机构 (电作动 ) DSG离合器执行机构 (液作动 ) （ 5）液作动系统 （ 6）控制系统 3.DCT的工作原理 输入轴 输出轴 C1 C2 SYN6 SYN5R SYN42 SYN31 档 档 档 档 Z11 Z1 Z33 Z5 Z55 Z2 Z44 Z4 Z22 Z3 Z66 2轴 3轴 1轴 形成功率分流的模式

10、 如果是降 档，则可 能形成功 率循环的 模式 从偶数高档跳到二档的换档过程示意图 ZF 7 DCT50的工作过程与原理 DCT（动力换档变速器）的优点 可传递很大的转矩； 良好的燃油经济性（与 AT、 MT相比）； 换档中无动力中断，动力性好，且具 有良好的换档品质，乘坐舒适； 无液力变矩器，但可实现与使用其的 AT相匹配的功能。 结构简单，体积小，重量轻，功率密 度高； 成本较低。 DCT与有级自动变速箱相比，最大可 将燃效提高 15%，此外还可提高最高时 速，而且在加速性能方面也要胜过自动 变速箱一筹。除改善燃效的需求外，用 户还追求驾驶的乐趣以及舒适感，市场 需求日趋多样化。因为其燃效

11、、响应特 性以及启动性能优秀，而且可在柴油车 上使用。 建立系统的动力学模型，进行系统 的控制； 在 MATLAB或 Dymola/Modelica环 境中的实现； 进行系统的仿真与优化。 4.DCT机械系统的有关研究 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 动力传动系统模型 发动机的模型 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的电子控制单元 Integrated Control Unit for Double-clutch Transmission (DCT) （ 1） （ 2） Siemens VDO开发的电子控制 DCT CVT 6.同济大学的工作 DCT执行机构 (直流无刷电机作动 ) 换档

16、电机 换档蜗杆 换档涡轮 选档齿条换档齿轮 扇形齿轮 选档杆 壳体 限位销钉 换档执行机构 无刷直流电机的机械特性和调节特性曲线 LUK DCT离合器执行机构 TCU硬件试验实物图 应用情况 目前，德国大众公司、 ZF公司、福特公司、戴姆勒克 莱斯勒公司等都在投入较大的力量对其进行开发，并已经 取得了成功。 在 2004年北美国际汽车展上展示的 Chrysler ME Four- Twelve也装备了配有英国里卡多（ Ricardo）开发的 7速双 离合器自动变速箱。 Porsche 959 (PSK system)也配备 了 DCT(DSG/VW-Audi, PSG/LuK, PDK/Por

17、sche /Kgresse and others) 。在欧洲这种双离合器变速箱有很好的前景 ， VAG已经成功地开发了 6档 DSG， LUK公司也成功地开发了 电动干式双离合器变速箱， Sachs和 Getrag也在开发双离 合器变速箱。这些大公司都看准了双离合器潜在的优势， 而我们也看到了双离合器的应用的优势。 DCT在欧洲市场以其先进性和在 2003年款大众高尔夫 R32 、奥迪 TT3.2上的优异应用表现，赢得了 2005年北美供应 商大奖，并曾赢得大众汽车 2003年优秀开发奖。 应用情况 VW Getriebe DQ250, Golf R32, Audi TT 德国大众公司和美国

18、BorgWarner合作开发 DSG， Audi TT3.2匹配了 Kassel 变速器厂生产的双离合器变速箱， 该离合器还用于 Golf R32 、新款 Touran和 Lupo以及 VAG等车中。 在 Audi A3 and the 2006 VW GTI使用的 DSG比 Audi TT上用的有很大的改进，其换档时间可在 20ms之内。 欧洲各种变速箱市场占有率预估 变速器型式 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% 变速器型式 年份 增长率 2004 0.9% 2009 9.6% 2010 13% 2013 18% 2015 20% 美国的博格华纳公司对欧洲 DCT市场占有率预估 DCT 在美国和日本也会有较大的市场份额。 开发一系统化的仿真模型； 基于仿真模型的系统分析与评价； 对动态行为进行一定量的分析； 辨识影响换挡平顺性与瞬态特性的关 键变量； 换档时刻与过程控制； 建立变速器控制的策略； 分析和评价换档品质。 7. DCT的研究展望 谢 谢！