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雙離合器變速箱的工作原理？

: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-07-13

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雙離合器變速箱的工作原理雙離合自動變速器（簡稱DCT）基于手動變速箱基礎(chǔ)之上。而與手動變速箱所不同的是，DCT中的兩幅離合器與二根輸入軸相連，換擋和離合操作都是通過一集成電子和液壓元件的機械電子模塊來實現(xiàn)。而不再通過離合器踏板操作。就像tiptronic液力自動變速器一樣，駕駛員可以手動換擋或?qū)⒆兯贄U處于全自動D擋（舒適型，在發(fā)動機低速運行時換擋）或S擋（任務(wù)型，在發(fā)動機高速運行時換擋）模式。此種模式下的換擋通常由擋位和離合執(zhí)行器實現(xiàn)。兩幅離合器各自與不同的輸入軸相連。如果離合器1通過實心軸與擋位1、3、5相連，那么離合器2則通過空心軸與擋位2、4、6和倒擋相連。發(fā)動機的輸入軸通過緩沖器與兩幅離合器外片相連。發(fā)動機啟動后自動掛1擋。由于離合器1處于打開狀態(tài)，因而沒有扭矩傳到驅(qū)動輪。當離合器1關(guān)閉時，離合器1的外片逐漸貼合內(nèi)片并開始通過第一擋的實心軸、齒輪組和同步器傳動發(fā)動機扭矩至差速器，最終至驅(qū)動輪。同時，由于離合器2此時并不傳遞扭矩，因此第二擋已被預(yù)先選定。從第一擋換到第二擋時，由于第一擋的解除和第二擋的掛擋在同一速度，車輛有足夠的前沖力。當?shù)陔x合器2完全接合后，第三擋已被預(yù)先選定，因為此時離合器1沒有接合，不傳導扭矩，掛擋原理依次類推。此時駕駛員僅感覺到離合器轉(zhuǎn)換。對快速換擋操作來說，換下一擋即意味著與之相連的離合器開放，但此擋位預(yù)先選定。通過變速箱控制軟件的復雜算法，根據(jù)駕駛員各自的需要調(diào)整換擋類型和換擋速度確保了選定正確擋位。通過設(shè)計，雙離合變速器中的最大差速小于傳統(tǒng)的液力自動離合器，該類離合器操作起來簡便快速，與傳統(tǒng)的液力自動離合器相比，其舒適感也更高，或不低于液力自動變速器。通過簡單的控制軟件即可實現(xiàn)從運動型到高舒適型駕乘體驗的改變，因此可有效的控制成本以滿足不同層次市場、客戶的需求。離合器位于發(fā)動機與變速器之間，是發(fā)動機與變速器動力傳遞的“開關(guān)”，它是一種既能傳遞動力，又能切斷動力的傳動機構(gòu)。它的作用主要是保證汽車能平穩(wěn)起步，變速換擋時減輕變速齒輪的沖擊載荷并防止傳動系過載。在一般汽車上，汽車換檔時通過離合器分離與接合實現(xiàn)，在分離與接合之間就有動力傳遞暫時中斷的現(xiàn)象。這在普通汽車上沒有什么影響，但在爭分奪秒的賽車上，如果離合器掌握不好動力跟不上，車速就會變慢，影響成績。為了解決這個問題，早在上世紀80年代，汽車工程界就弄出了一個雙離合系統(tǒng)變速器，簡稱DSG（英文全稱：Direct Shift Gearbox），裝配在賽車上，能消除換檔離合時的動力傳遞停滯現(xiàn)象。例如布加迪EBl6.4 Veyron的新型7速變速器是裝置了雙離合器，從一個檔位換到另一個檔位，時間不會超過0.2秒。現(xiàn)在，這種雙離合器已經(jīng)從賽車應(yīng)用到一般跑車上。奧迪汽車公司的新型奧迪TT跑車和新奧迪A3都已經(jīng)裝置了這種DSG。這些汽車裝配DSG的目的是可以比自動變速器更加平順地換檔，不會有遲滯現(xiàn)象。奧迪這種雙離合系統(tǒng)變速器是一個整體，有6個檔位，離合器與變速器裝配在同一機構(gòu)內(nèi)，兩個離合器互相配合工作。這好比喻一輛車有兩套離合器，正司機控制一套，副司機控制另一套。正司機掛上1檔松開離合踏板起步時，這時副司機也預(yù)先掛上2檔但踩住離合踏板；當車速上來準備換檔，正司機踩住離合踏板的同時副司機即松開離合踏板，2檔開始工作。這樣就省略了檔位空置的一剎那，動力傳遞連續(xù)，有點象接力賽。雙離合系統(tǒng)兩套離合器傳動系統(tǒng)，通過電腦控制協(xié)調(diào)工作。當汽車正常行駛的時候，一個離合器與變速器中某一檔位相連，將發(fā)動機動力傳遞到驅(qū)動輪；電腦根據(jù)汽車速度和轉(zhuǎn)速對駕駛者的換檔意圖做出判斷，預(yù)見性地控制另一個離合器與另一個檔位的齒輪組相連，但僅處于準備狀態(tài)，尚未與發(fā)動機動力相連。換檔時第1個離合器斷開，同時第2個離合器將所相連的齒輪組與發(fā)動機接合。除了空檔之外，一個離合器處于關(guān)閉狀態(tài)，另一個離合器則處于打開狀態(tài)。兩根傳動軸分別由第一、第二離合器控制與發(fā)動機動力的連接與斷開，分別負責1、3、5檔和2、4、6檔的檔位變換。考慮到零件使用壽命，設(shè)計人員選擇了油槽膜片式離合器，離合器動作由液壓系統(tǒng)來控制。自動雙離合器變速箱的換檔控制方法一種用于對一個自動化的雙離合器變速箱進行換檔控制的方法，該雙離合器變速箱包含一個第一分變速裝置，其配有一個第一變速箱輸入軸、一個第一發(fā)動機離合器和一個第一檔組；該變速箱還包含一個第二分變速裝置，其配有一個第二變速箱輸入軸、一個第二發(fā)動機離合器和一個第二檔組，利用此方法，在一個負載檔和一個分配給同一分變速裝置的目標檔之間實現(xiàn)一個換檔過程，為此利用一個分配給另一個分變速裝置的中間檔來作為多重換檔，換檔步驟是，S1：接入中間檔；S2：從負載檔的發(fā)動機離合器轉(zhuǎn)換到中間檔的發(fā)動機離合器的離合器變換；S3：解脫負載檔；S4：接入目標檔；S5：從中間檔的發(fā)動機離合器到目標檔的發(fā)動機離合器的離合器變換；利用此方法，將所配置的驅(qū)動發(fā)動機的發(fā)動機轉(zhuǎn)速n↓[M]在換檔過程結(jié)束時引導到目標檔的同步轉(zhuǎn)速n↓[MS]，根據(jù)本發(fā)明如此設(shè)置：在換檔過程開始時（t=t↓[0]）預(yù)定出一個初始額定轉(zhuǎn)速梯度（dn↓[M]／dt）↓[0]，利用此額定轉(zhuǎn)速梯度，發(fā)動機轉(zhuǎn)速n↓[M]在一個估計的總換檔時間Δt↓[s∑]’時在換檔過程結(jié)束時便達到同步轉(zhuǎn)速n↓[MS]；驅(qū)動發(fā)動機的發(fā)動機轉(zhuǎn)速n↓[M]在換檔過程開始時首先按照預(yù)定的初始－額定轉(zhuǎn)速梯度（dn↓[M]／dt）↓[0]加以改變；在換檔過程中求得實際的換檔進程，并將之與所估計的換檔進程進行對比；使額定轉(zhuǎn)速梯度dn↓[M]／dt在確定的換檔進程偏差的情況下匹配于實際的換檔進程。雙離合器式自動變速器控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)DCT由機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)是的DCT關(guān)鍵部件，而起步控制策略的制定、綜合智能換擋規(guī)律的制定和換擋品質(zhì)的改善方法是控制系統(tǒng)的核心技術(shù)，對整車的起步性能、換擋品質(zhì)、動力性和經(jīng)濟性等有著重要的影響。1 DCT的起步控制技術(shù)1.1 DCT的起步控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀綜合當前的研究成果，通過優(yōu)化離合器的動力學模型、完善離合器接合的控制策略及提高離合器執(zhí)行機構(gòu)的跟蹤品質(zhì)，是提高車輛起步性能的主要途徑。離合器起步過程中的動力學模型是進行離合器控制策略研究的基礎(chǔ)，包括離合器執(zhí)行機構(gòu)動力學模型、接合過程中轉(zhuǎn)矩傳遞的模型及離合器接合過程的動力學模型。楊樹軍等對電控液動濕式離合器執(zhí)行機構(gòu)動力學模型進行了研究，并建立了接合過程的動力學模型。李煥松、張俊智、申水文和葛安林等對電控液動干式離合器執(zhí)行機構(gòu)的工作過程進行了詳細分析，建立了相應(yīng)的模型。離合器接合速度的控制策略是優(yōu)化起步性能的關(guān)鍵，總體可分為基于現(xiàn)代控制技術(shù)和基于智能控制技術(shù)的控制策略?；诂F(xiàn)代控制技術(shù)的控制策略車輛起步性能的評價指標中，沖擊度與滑摩功是相互矛盾的，不可能使二者同時達到最優(yōu)。在滿足各種約束條件的前提下，為了找出比較滿意的綜合最優(yōu)解，基于約束條件的最優(yōu)算法及最優(yōu)控制方法，在離合器起步控制中得到了應(yīng)用。葛安林等基于離合器的動力學模型，以平均沖擊能量和滑摩功為目標函數(shù)，進行多目標函數(shù)的綜合優(yōu)化，從而獲得在不同操縱規(guī)律下，任一坡度、載荷和擋位下起步時的最佳接合規(guī)律。孫承順、張建武和秦大同等基于最小值和線性二次型的最優(yōu)控制原理，綜合考慮沖擊度和滑摩功兩項評價指標，以解析形式推導出離合器的最優(yōu)接合軌線。席軍強、陳慧巖和丁華榮等根據(jù)離合器輸出軸轉(zhuǎn)速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速與離合器輸出軸轉(zhuǎn)速差，得到理想離合器輸出軸加速度，并通過控制離合器驅(qū)動機構(gòu)的行程增量，使得實際離合器輸出軸加速度和理想相一致，實現(xiàn)了起步過程中的自適應(yīng)控制。基于智能控制技術(shù)的控制策略模糊控制等智能控制技術(shù)的最大優(yōu)點，就是對非線性、大滯后及難以建立精確數(shù)學模型的控制對象，具有更好的適應(yīng)性。LUCAS等分析了40位駕駛員的起步操作數(shù)據(jù)，總結(jié)了相應(yīng)的起步控制規(guī)則，為起步過程中模糊規(guī)則的制定奠定了基礎(chǔ)。TANAKA等基于駕駛員經(jīng)驗建立了模糊規(guī)則庫，根據(jù)駕駛員踏板的操作過程，模糊推理出駕駛員的意圖，實現(xiàn)了離合器的模糊起步控制。與此同時，葛舜、王云成、申水文和湯霞清等國內(nèi)學者也開展了離合器模糊起步控制技術(shù)的研究，并進行了實車測試，取得廠預(yù)期的效果。提高離合器執(zhí)行機構(gòu)的跟蹤品質(zhì)，應(yīng)研究魯棒性強、跟蹤品質(zhì)好的執(zhí)行機構(gòu)控制器。建立控制決策系統(tǒng)和硬件機構(gòu)之間的良好接口，是精確實現(xiàn)離合器的控制策略、優(yōu)化離合器起步性能的關(guān)鍵。張俊智等采用預(yù)測控制的方法，有效地克服了液壓控制系統(tǒng)對電磁閥開、關(guān)指令的滯后，實現(xiàn)了離合器接合的高精度控制，并提出了離合器的容錯控制方法。高炳釗、葛安林等將反饋信號由液壓缸柱塞的速度轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰屏?，避開了液壓系統(tǒng)的高度非線性和時變性的影響，實現(xiàn)了接合速度精確控制。孫承順、張建武等根據(jù)非線性控制理論和滑模控制原理，構(gòu)造了等價線性系統(tǒng)滑?？刂破鳎怪哂懈呔鹊母櫰焚|(zhì)和較強的抗干擾能力。何忠波等利用控制電動機正反向運轉(zhuǎn)時間的辦法，解決了執(zhí)行電動機在低轉(zhuǎn)速下勻速運動精度不高的問題，實現(xiàn)了離合器的精確控制，葉明等設(shè)計了基于模糊控制的速度環(huán)和基于PI控制的電流環(huán)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，使伺服電動機具有良好的動態(tài)性能。1.2 DCT起步控制技術(shù)的評價及發(fā)展動態(tài)應(yīng)從提高離合器動力學模型的精度、完善離合器控制策略及提高執(zhí)行機構(gòu)的跟蹤精度三方面來優(yōu)化離合器的起步性能，離合器控制策略的完善最為關(guān)鍵，其各種方法的評價及發(fā)展動態(tài)如下。最優(yōu)控制等綜合優(yōu)化方法需要建立精確的離合器動力學模型，且不適應(yīng)控制過程中參數(shù)變化引起的決策凋整。建立完全精確的動力學模型十分困難，而且由于車輛起步時載荷、擋位等變化，使離合器傳動系中參數(shù)具有不確定性，限制了最優(yōu)控制的性能。模糊參考自適應(yīng)控制策略的穩(wěn)定性、魯棒性等方面的理論尚不完善，不易建立性能較好的自適應(yīng)控制系統(tǒng)。因此應(yīng)從優(yōu)化離合器動力學模型和完善自適應(yīng)控制系統(tǒng)兩個方面，來提高基于現(xiàn)代控制技術(shù)的離合器起步的性能，但難度較大。包括模糊控制在內(nèi)的智能控制可以利用人的知識和經(jīng)驗，達到模仿人的思維來控制車輛起步的目的，而且對難以建立數(shù)學模型、非線性和大滯后的控制對象，具有很好的適應(yīng)性，非常適用于離合器起步控制領(lǐng)域，應(yīng)用前景較好。但模糊控制在其參數(shù)的模糊化過程中，受人為因素的影響較大，控制規(guī)則中參數(shù)特性與控制目標關(guān)系不明確，不易于參數(shù)的調(diào)整，獲得較優(yōu)的控制參數(shù)困難。因此基于優(yōu)秀駕駛員的起步操縱經(jīng)驗，不斷豐富模糊控制規(guī)則的基礎(chǔ)上，研究如何通過少量的調(diào)試次數(shù)，即可獲取較優(yōu)控制參數(shù)的方法，是目前急需解決的問題。2 換擋規(guī)律的制定基于經(jīng)驗的換擋規(guī)律HAYASHI等利用模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，對優(yōu)秀駕駛員的換擋規(guī)律進行辨識，建立了基于經(jīng)驗的換擋規(guī)律，提高了車輛在爬坡及制動工況時的性能。實際工程應(yīng)用方面，三菱汽車公司率先應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)邏輯電路，成功開發(fā)了能最優(yōu)選擇變速擋位的INVECSⅡ型軟件系統(tǒng)?；诩s束條件的換擋規(guī)律早期使用的單參數(shù)換擋規(guī)律目前應(yīng)用較少。彼得羅夫提出了以車速和油門作為控制參數(shù)的二參數(shù)換擋規(guī)律，二參數(shù)換擋規(guī)律引入了油門參數(shù)，實現(xiàn)了駕駛員的干預(yù)換擋，與單參數(shù)相比，整車的動力性、經(jīng)濟性和換擋品質(zhì)有了較大的提高，當前被廣泛采用；葛安林等在發(fā)動機動態(tài)試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出了以車速、油門開度和加速度為控制參數(shù)的動態(tài)三參數(shù)控制規(guī)律，試驗結(jié)果表明，該規(guī)律優(yōu)于靜態(tài)的二參數(shù)換擋規(guī)律。智能修正的換擋規(guī)律WEIL等提出了一個擋位決策的模糊專家系統(tǒng)模型，詳細介紹了獲取換擋控制規(guī)則的方法，并進行了仿真對比分析，證明了該方法的優(yōu)點。三菱汽車公司也開展了相應(yīng)研究，并在上、下坡等特殊路段進行了對比測試。國內(nèi)學者也開展了智能修正換擋規(guī)律的研究。申水文、葛安林等通過增加轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器和道路坡度傳感器，引入坡道和彎道信息，采用模糊邏輯技術(shù)修正二參數(shù)換擋規(guī)律，減少了爬坡和彎道行駛時的換擋次數(shù)。綜合智能的換擋規(guī)律秦貴和等將路面和駕駛員意圖分為良好路段、顛簸路段、加速和停車等典型工況。首先求出各典型工況較佳的換擋規(guī)律。然后利用易于測量的車輛的狀態(tài)參數(shù)，依據(jù)模糊推理方法，形成一個描述路面特征、駕駛員意圖和車輛狀態(tài)的模糊集合，求出當前狀態(tài)與各典型工況的貼近度，計算得到最終的擋位數(shù)值。葛安林等在綜合國內(nèi)外對駕駛員類型、駕駛員意圖和行駛環(huán)境路段、路況和路形實時識別研究成果的基礎(chǔ)上，提出由路段和路況識別信息建立標準行駛工況的換擋規(guī)律，按照駕駛員的類型進行標準換擋規(guī)律的個性化處理，并依據(jù)路形、駕駛員意圖識別的結(jié)果，進行局部信息占優(yōu)再修正，獲取最佳的換擋規(guī)律。綜合智能換擋規(guī)律是實現(xiàn)汽車的可駕駛性、燃油消耗、廢氣排放和其他性能達到綜合較優(yōu)的最佳途徑，也是換擋規(guī)律發(fā)展和應(yīng)用的方向。可以從提高基于約束條件換擋規(guī)律的精度以及豐富換擋決策的知識庫、加強綜合智能換擋規(guī)律的試驗研究兩方面來完善綜合智能換擋規(guī)律。3 換擋品質(zhì)換擋品質(zhì)研究的主要目標，就是縮短換擋時間，且使換擋過程中的沖擊度和滑摩功符合要求。優(yōu)化離合器的切換規(guī)律，控制離合器的接合、分離速度，是提高DCT換擋品質(zhì)的重要途徑。應(yīng)直接以各電磁閥的占控比，直流電動機電壓的方向、占控比或運轉(zhuǎn)時間為研究對象，對比分析不同控制指令時的換擋品質(zhì)?？紤]系統(tǒng)溫度、離合器磨損等因素對換擋品質(zhì)的影響，對控制指令進行補償。最終得到使各擋位的換擋品質(zhì)達到綜合較優(yōu)時，各電磁閥或各電動機控制指令的數(shù)值表。動力傳動系的綜合控制也是提高換擋品質(zhì)的重要途徑，基于CAN總線的動力傳動系綜合控制，能夠根據(jù)發(fā)動機電子控制單元和變速器電子控制單元之間的信息共享，通過發(fā)動機的供油控制，縮短換擋的時間，優(yōu)化換擋品質(zhì)。應(yīng)該考慮離合器的執(zhí)行機構(gòu)、電子油門的執(zhí)行電動機和各傳感器對控制指令的滯后情況，制定并優(yōu)化各控制指令發(fā)出的時序，合理制定每個擋位升、降擋過程中，電子油門執(zhí)行電動機控制指令的數(shù)值表，實現(xiàn)動力傳動系的綜合控制。: 回答者：網(wǎng)友

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