雙離合器式自動(dòng)變速器簡(jiǎn)介吉林大學(xué)牛銘奎葛安林金倫

杭州依維柯汽車變速器有限公司徐彩琪【Abstract】Inthepaper,atypeofautomatictransmissionwithtwowetclutches，thatisbasedonthetraditionalparallelmanualshifttransmission，isintroduced.Itcouldshiftwithoutpoweroffandimprovetheautomobile'spopweerfrormanceandfueleconomy.Thispaperdetailsitsprinciple.【摘要】本文介紹了一種由雙濕式離合器構(gòu)成的自動(dòng)變速器，它是基于傳統(tǒng)的平行軸式手動(dòng)變速器發(fā)展而來的，可以實(shí)現(xiàn)不中斷動(dòng)力換檔，極大的提高了車輛的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性。本文在此詳細(xì)的介紹了它的工作原理。Topicwords:Automatictransmission,Dualclutch,Wetclutch主題詞：自動(dòng)變速器雙離合器濕式離合器1、前言目前，隨著車輛操縱自動(dòng)化的快速發(fā)展，汽車自動(dòng)變速器正呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的趨勢(shì)?，F(xiàn)在的汽車自動(dòng)變速器主要有液力機(jī)械式自動(dòng)變速器，即AT(AutomaticTransmission)；無級(jí)變速器，即CVT(ContinuouslyVariableTransmission)；以及近幾年國(guó)內(nèi)外正在花大力氣研究的電控機(jī)械式自動(dòng)變速器，即AMT(AutomatedManualTransmission)。特別是電控機(jī)械式自動(dòng)變速器的發(fā)展，由于其具有目前汽車工業(yè)發(fā)展所要求的高燃油經(jīng)濟(jì)性、低排放和保護(hù)現(xiàn)有手動(dòng)變速器生產(chǎn)投資的優(yōu)點(diǎn)，正受到了各大汽車廠的重視。電控機(jī)械式自動(dòng)變速器的產(chǎn)生是基于傳統(tǒng)的平行軸式手動(dòng)變速器發(fā)展而來的，它研究的出發(fā)點(diǎn)是將現(xiàn)有的手動(dòng)變速器自動(dòng)化。其最典型的例證多在歐洲，由于手動(dòng)變速器在歐洲汽車市場(chǎng)仍然占有80%的市場(chǎng)比例，因此歐洲對(duì)這種電控機(jī)械式自動(dòng)變速器的研究也就傾注了更多的熱情。目前世界上正在進(jìn)行電控機(jī)械式自動(dòng)變速器開發(fā)研究的主要有美國(guó)EATON公司、德國(guó)的LUK、SACHS、GETRAG等公司以及英國(guó)的RICARDO公司等許多廠家，已經(jīng)生產(chǎn)面世的車型也有德國(guó)BMW公司的M3型車、大眾公司的LUPO車，以及意大利菲亞特公司的阿爾法-羅密歐等諸多車型。在對(duì)電控機(jī)械式自動(dòng)變速器的開發(fā)研究過程之中，也逐漸的發(fā)現(xiàn)了它的一些缺點(diǎn)，它的工作原理決定了它在換檔過程中首先要分離離合器，然后將變速器摘空擋，再選檔、換檔，最后接合離合器。這樣，當(dāng)離合器分離后，直到離合器再重新接合之前，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力將不能被傳遞到車輪去驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)行，所以換檔過程中產(chǎn)生了動(dòng)力傳遞的中斷，車輛必然產(chǎn)生減速度，換檔時(shí)間長(zhǎng)，給車輛的加速性、舒適性等帶來不利影響。為了解決中斷動(dòng)力換檔給車輛性能帶來的影響，需要對(duì)電控機(jī)械式自動(dòng)變速器的換檔過程進(jìn)行精確的控制。特別是為了減少換檔過程中的沖擊度，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器構(gòu)成的動(dòng)力總成在轉(zhuǎn)速差、扭矩等方面進(jìn)行精確匹配和控制，但是這些也只能在一定程度上改善其換檔性能，并不能從根本上解決問題。而如果要進(jìn)一步提高電控機(jī)械式自動(dòng)變速器的性能，則需要增加發(fā)動(dòng)機(jī)起停等一些其它控制手段，反而增加了車輛的復(fù)雜程度和成本，得不償失。

所以，電控機(jī)械式自動(dòng)變速器在對(duì)車輛舒適性等方面要求不高的車型上，例如軍用車輛、公共汽車、載重車等，由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，仍具有優(yōu)勢(shì)，但是在對(duì)舒適性要求高的車型上，其應(yīng)用就具有了局限性。為了既可以充分利用電控機(jī)械式自動(dòng)變速器所具有的優(yōu)點(diǎn)，又可以消除其中斷動(dòng)力換檔的缺點(diǎn)，一種采用雙離合器結(jié)構(gòu)的自動(dòng)變速器就應(yīng)運(yùn)而生了，這種自動(dòng)變速器的出現(xiàn)已經(jīng)成為了許多汽車廠家所關(guān)注的熱點(diǎn)。2、雙離合器式自動(dòng)變速器工作原理?yè)Q檔工作過程首先，我們以一個(gè)較典型的雙離合器式自動(dòng)變速器原理為例，介紹一下雙離1：1<5圖1雙離合器工作原理合器的換檔工作過程。如圖1所示，為一個(gè)雙離合器式自動(dòng)變速器的工作原理圖，它為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)力換檔，將檔位按奇數(shù)檔（1、3、5檔）與偶數(shù)檔（2、4檔）分開配置，分別與兩個(gè)濕式離合器相連。其1、3、5檔與離合器Cl聯(lián)結(jié)在一起，而2、4檔聯(lián)結(jié)在離合器C2上。離合器C1的輸出軸為一個(gè)實(shí)心軸，而離合器C2的輸出軸是套在C11：1<5圖1雙離合器工作原理在車輛處于停車狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)離合器都是常開式的，即在平時(shí)兩個(gè)離合器均處于分離狀態(tài)，不傳遞動(dòng)力。當(dāng)車輛起步時(shí)，因Cl分離，自動(dòng)換檔機(jī)構(gòu)將檔位切換為I檔，然后離合器Cl接合，車輛開始起步運(yùn)行，這時(shí)的控制過程與電控機(jī)械式自動(dòng)變速器類似。車輛換入I檔運(yùn)行后，因?yàn)榇藭r(shí)離合器C2處于分離狀態(tài)，不傳遞動(dòng)力，當(dāng)車輛加速，達(dá)到接近II檔的換檔點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)換檔機(jī)構(gòu)可以將檔位提前換入II檔，離合器C1開始分離，同時(shí)離合器C2開始接合，兩個(gè)離合器交替切換，直到離合器Cl完全分離，離合器C2完全接合，整個(gè)換檔過程結(jié)束，與目前的AT自動(dòng)變速器相同。車輛進(jìn)入II檔運(yùn)行后，車輛自動(dòng)變速器電控單元可以根據(jù)相關(guān)傳感器信號(hào)知道車輛當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而判斷車輛即將進(jìn)入運(yùn)行的檔位，如果車輛加速，則下一個(gè)檔位為III檔，如果車輛減速，則下一個(gè)檔位為I檔。而I檔和III檔均聯(lián)接在離合器C1上,因?yàn)樵撾x合器處于分離狀態(tài),不傳遞動(dòng)力，故可以指令自動(dòng)換檔機(jī)構(gòu)十分方便的預(yù)先換入即將進(jìn)入工作的檔位，當(dāng)車輛運(yùn)行達(dá)到換檔點(diǎn)時(shí)，只需要將正在工作的離合器C2分離，同時(shí)將另一個(gè)離合器Cl接合，配合好兩個(gè)離合器的切換時(shí)序，整個(gè)換檔動(dòng)作全部完成。車輛繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，其它檔位的切換過程也都類似，在此就不再一一敘述。離合器切換控制在換檔過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力始終不斷的被傳遞到車輪，所以這樣完成的換

檔過程為動(dòng)力換檔。但是在兩個(gè)離合器切換過程中，與AT自動(dòng)變速器一樣，必然存在工作重疊的部分，其控制壓力的切換過程如圖2所示。如何控制好C1與C2的配合時(shí)序，是雙離合器控制策略中最重要的問題之一，在這方面，我們經(jīng)過摸索，已經(jīng)總結(jié)出了成熟的控制規(guī)律。如果兩個(gè)離合器重疊量過大，則會(huì)出現(xiàn)雙鎖死的情況，會(huì)產(chǎn)生破壞作用；如果兩個(gè)離合器重疊量過少，則仍會(huì)出現(xiàn)少量動(dòng)力切換中斷的情況。所以，需要對(duì)兩個(gè)離合器的工作進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)。在車輛起步、爬行等工況中，也可以對(duì)離合器進(jìn)行滑差控制，即可以控制離合器在不完全接合的狀態(tài)下通過滑磨傳遞動(dòng)力。我們?cè)谶@方面也已經(jīng)掌握了成功的經(jīng)驗(yàn)。換檔機(jī)構(gòu)與扭轉(zhuǎn)減震器雙離合器式自動(dòng)變速器在檔位切換時(shí)的同步器與齒輪的嚙合動(dòng)作同樣也要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，而且它的工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電控機(jī)械式自動(dòng)變速器中的換檔機(jī)構(gòu)幾乎完全相同，可以借用已經(jīng)成熟的經(jīng)驗(yàn)。并且，在雙離合器式自動(dòng)變速器中不再有選檔過程，每一個(gè)換檔同步器需要一個(gè)換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制其工作，直接推動(dòng)同步器換檔。因?yàn)檫@種自動(dòng)變速器的離合器為濕式的，其自動(dòng)換檔機(jī)構(gòu)也往往采用液壓控制方式，利用電磁閥來控制液壓換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這樣，液壓能源既可以驅(qū)動(dòng)雙離合器，也可以驅(qū)動(dòng)換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)，還可以為濕式離合器提供冷卻油源，提高了系統(tǒng)的集成度。我們?cè)诖私榻B的雙離合器式自動(dòng)變速器是由濕式離合器和液壓換檔機(jī)構(gòu)構(gòu)成的，它同樣也可以由雙干式離合器以及電動(dòng)換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，其工作原理完全相同。但是，由于干式離合器的結(jié)構(gòu)尺寸較大，特別是軸向尺寸長(zhǎng)，而且兩個(gè)離合器的操縱機(jī)構(gòu)布置起來也相對(duì)比較困難，這在一定程度上限制了在雙離合器式自動(dòng)變速器中采用干式離合器的可能。但是，在一些特殊的用途中，例如在混合動(dòng)力車輛的傳動(dòng)系統(tǒng)中，考慮兩個(gè)離合器具體的布置方案，也有采用雙干式離合器，以及電控?fù)Q檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，這要根據(jù)具體的車型來決定。因?yàn)樵陔p離合器式自動(dòng)變速器中沒有液力變矩器，所以必須采用扭轉(zhuǎn)減震器來吸收扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。這個(gè)扭轉(zhuǎn)減震器通常布置在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪和濕式離合器的動(dòng)力輸入部件之間，這樣，我們?cè)谠O(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn)減震器的過程中，可以應(yīng)用雙質(zhì)量飛輪的設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)基于雙質(zhì)量飛輪的扭轉(zhuǎn)減震器，它的第一重質(zhì)量由質(zhì)量減少了的發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪構(gòu)成，而它的第二重質(zhì)量則由濕式離合器構(gòu)成。通過精確設(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn)減震器和濕式離合器的參數(shù)，既可以將其結(jié)構(gòu)高度集成化，減小安裝尺寸，又可以大大的改善其吸收扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的效果。系統(tǒng)框圖雙離合器式自動(dòng)變速器的控制系統(tǒng)框圖如圖3所示。電控單元（TCU）采集各個(gè)傳感器的信號(hào)，實(shí)時(shí)在線的對(duì)車輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷。在需要進(jìn)行換檔等操作時(shí)，TCU發(fā)出指令，控制離合器及換檔操縱機(jī)構(gòu)操縱兩個(gè)離合器和變速箱進(jìn)行工作。濕式離合器和換檔操縱機(jī)構(gòu)的動(dòng)力由液壓動(dòng)力源提供。雙離合器式自動(dòng)變速器在換檔工作過程中同樣也需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。對(duì)電噴發(fā)動(dòng)機(jī)的控制往往需要通過CAN總線等進(jìn)行整體匹配；而對(duì)于還沒有電噴化的發(fā)動(dòng)機(jī)，如目前大部分的柴油機(jī)等，則需要增加電子油門進(jìn)行控制。圖3雙離合器式自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)框圖3、雙離合器式自動(dòng)變速器的應(yīng)用雙離合器式自動(dòng)變速器也是基于平行軸式手動(dòng)變速器發(fā)展而來的，它繼承了手動(dòng)變速器傳動(dòng)效率高、安裝空間緊湊、重量輕、價(jià)格便宜等許多優(yōu)點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)了換檔過程的動(dòng)力換檔，即在換檔過程中不中斷動(dòng)力，保留了AT、CVT等換檔品質(zhì)好的優(yōu)點(diǎn)。這使得車輛在換檔過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力始終可以傳遞到車輪，換檔迅速平穩(wěn)，不僅保證了車輛的加速性，而且由于車輛不再產(chǎn)生由于換檔引起的急劇減速情況，也極大的改善了車輛運(yùn)行的舒適性。這對(duì)電控機(jī)械式自動(dòng)變速器來說，是一個(gè)巨大的改進(jìn)。運(yùn)用這種雙離合器式自動(dòng)變速器動(dòng)力換檔的原理，不但可以直接開發(fā)設(shè)計(jì)自動(dòng)變速器，而且它的一些結(jié)構(gòu)構(gòu)成也是目前國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)研究的混合動(dòng)力車輛項(xiàng)目中傳動(dòng)系統(tǒng)的基本組成部分。因此，研究這種雙離合器的工作過程和控制規(guī)律，對(duì)于開發(fā)新型的自動(dòng)變速器和促進(jìn)車輛混合動(dòng)力傳動(dòng)技術(shù)的研究，既有實(shí)用價(jià)值，又具有理論意義。雙離合器式自動(dòng)變速器的應(yīng)用范圍很大，它既可以應(yīng)用在大型車、中型車上，而且由于它很短的換檔時(shí)間，也可以應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)車上。并且，通常在較高扭矩的車輛中，它的應(yīng)用更為有利。這是因?yàn)?，它的兩個(gè)傳動(dòng)軸一般情況下是同心的，即中間的一個(gè)傳動(dòng)軸是實(shí)心的，而套在它外面的則是一個(gè)空心軸，由于軸的剛度、強(qiáng)度以及結(jié)構(gòu)尺寸等方面的原因，較大的傳動(dòng)軸軸徑有利于雙離合器式自動(dòng)變速器的設(shè)計(jì)，多適合發(fā)動(dòng)機(jī)排量較大的車輛。對(duì)于較小發(fā)動(dòng)機(jī)排量的車輛，如果要開發(fā)設(shè)計(jì)雙離合器式自動(dòng)變速器，也可以采用雙中間軸的布置方案，這種方案不再采用軸套軸的方式，而是采用了兩個(gè)獨(dú)立的中間軸，其剛度和強(qiáng)度都不再有問題，而且這樣設(shè)計(jì)的雙離合器式自動(dòng)變速器軸向尺寸非常緊湊。4、結(jié)論雙離合器式自動(dòng)變速器的優(yōu)點(diǎn)可以體現(xiàn)在對(duì)車輛性能的提高和對(duì)自動(dòng)變速器生產(chǎn)成本的降低兩個(gè)方面。首先，因?yàn)殡p離合器式自動(dòng)變速器是按照動(dòng)力換檔的原理來進(jìn)行操縱的，它介于AT自動(dòng)變速器和AMT這種自動(dòng)化變速器之間。雙離合器式自動(dòng)變速器在換檔過程中不存在動(dòng)力中斷，所以換檔時(shí)沒有明顯的減速產(chǎn)生。而且，它縮短了換檔時(shí)間，兩個(gè)離合器的切換時(shí)間通常在0.3?0.4秒左右，換檔完成時(shí)間非常短，所以不易被駕駛室乘員感覺到，極大的提高了換檔舒適性，保證了車輛具有良好的動(dòng)力性與換檔品質(zhì)。雙離合器式自動(dòng)變速器的內(nèi)部傳動(dòng)為齒輪式純機(jī)械傳動(dòng)，其運(yùn)行時(shí)的傳動(dòng)效率等同于電控機(jī)械式自動(dòng)變速器（AMT）。雖然這種雙離合器式自動(dòng)變速器也需要額外的動(dòng)力來控制它進(jìn)行工作，但是其特定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和決策能力使這種變速器具有比傳統(tǒng)變速器更好的燃料經(jīng)濟(jì)性。并且，由于控制方式的改進(jìn)，換檔時(shí)間的縮短，對(duì)車輛油耗和排放等方面也有所改善。其次，由于雙離合器式自動(dòng)變速器是在原傳統(tǒng)的手動(dòng)變速器基礎(chǔ)上進(jìn)行自動(dòng)化的，從而以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的平行軸式結(jié)構(gòu)達(dá)到了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)軸（行星齒輪）式自動(dòng)變速器的效果，但結(jié)構(gòu)更加緊湊，成本更低。并且，因?yàn)樵陔x合器切開的情況下，檔位要預(yù)先嚙合，可以有較充足的轉(zhuǎn)速同步時(shí)間，原來的同步器還可以改用嚙合套，其結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，其成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于AT、CVT等自動(dòng)變速器。所以它可以充分利用原有手動(dòng)變速器的生產(chǎn)設(shè)備，只需增加少量的生產(chǎn)設(shè)備即可，生產(chǎn)繼承性好，很適合現(xiàn)有的手動(dòng)變速器生產(chǎn)廠將產(chǎn)品升級(jí)到自動(dòng)變速器。其生產(chǎn)投資相對(duì)于生產(chǎn)AT自動(dòng)變速器所需要的20億左右的生產(chǎn)設(shè)備投資而言，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?？傊?，雙離合器式自動(dòng)變速器綜合了MT、AMT與AT等變速器的優(yōu)點(diǎn)，使車輛性能得到了大幅度的提高，它將得到大量的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)：1、 葛安林，《車輛自動(dòng)變速理論與設(shè)計(jì)》，機(jī)械工業(yè)出版社，19932、 朱經(jīng)昌等，《車輛液力傳動(dòng)》，國(guó)防工業(yè)出版社，19823、 GetriebeGmbH,GerhardWagner,“轎車中不同傳動(dòng)系組合的變速箱裝置的應(yīng)用”