双离合器自动变速器技术方案介绍.doc

1、双离合器自动变速器技术方案介绍二、DCT(双离合器自动变速器)介绍：2.1主要工作原理：l 工作原理简图一：双离合器自动变速器。工作原理简图二：双中间轴型的双离合器自动变速器。工作原理简图三：双离合器自动变速器。工作原理简图四：两轴式双离合器自动变速器。工作原理简图五：三轴式双离合器自动变速器。LuK公司制造的：采用干式离合器的双离合器变速箱，它具有以下特点： 干式离合器和电子机械离合器作动器 平行轴设计和普通啮合齿轮组 具有电子机械作动器和作动联锁同步追踪离合器 具有很好的舒适性和很高的效率l 博格华纳(Borgwarner)公司生产的双离合器解剖图l 某双离合器自动变速器解剖图：l 德国大

2、众双离合器直接换档自动变速器解剖图：2.2主要优缺点：双离合器式自动变速器也是基于平行轴式手动变速器发展而来的，它继承了手动变速器传动效率高、安装空间紧凑、质量轻、价格低等许多优点；实现了换挡过程的动力换挡，即在换挡过程中不中断动力，保留了AT、CVT等换挡特性好的优点；换挡迅速平稳，不仅保证了车辆的加速性，而且车辆不再产生由于换挡引起的急剧减速情况，缩短了换挡时间，2个离合器的切换时间通常仅在03-04 S左右，所以不易被驾驶室乘员感觉到，极大地提高了换挡舒适性，保证了车辆具有良好的动力性与换挡特性。由于双离合器式自动变速器特定的内部结构和独特功能，使其具有比传统变速器更好的燃料经济性。并且

3、，由于控制方式的改进、换挡时间的缩短，对车辆油耗和排放等方面也有所改善。由于双离合器式自动变速器是在原传统的手动变速器基础上进行自动化的，从而以结构简单的平行轴式结构达到了结构复杂的旋转轴(行星齿轮)式自动变速器的效果，但结构更加紧凑，成本更低；在离合器切开的情况下，挡位要预先啮合，可以有较充足的转速同步时间，原来的同步器还可以改用啮合套，其结构更为简单；成本远远低于AT、CVT等自动变速器；还可以充分利用原有手动变速器的生产设备， 只需增加少量的生产设备即可，生产继承性好，很适合现有的手动变速器生产厂将产品升级到自动变速器。2.2主要技术及应用简析：2.2.1关于传动轴的问题通常在较高扭矩的

4、车辆中，双离合器应用更为有利。这是因为，它的2个传动轴一般情况下是同心的，即中间的一个传动轴是实心的， 而套在它外面的则是一个空心的，由于轴的刚度、强度以及结构尺寸等方面的原因，较大的传动轴轴径有利于双离合器式自动变速器的设计，多适合发动机排量较大的车辆。对于较小发动机排量的车辆，如果要开发设计双离合器式自动变速器，也可以采用双中间轴的布置方案。这种方案不再采用轴套轴的方式，而是采用了两个独立的中间轴，其刚度和强度都不再有问题，而且这样设计的双离合器式自动变速器轴向尺寸非常紧凑。2.2.2离合器切换控制在换挡过程中，发动机的动力始终不断地被传递到车轮上，这样的换挡过程为动力换挡。但是在2个离合

5、器切换过程中，与AT 自动变速器一样，必然存在工作重叠的部分，其控制压力的切换过程如图所示。如何控制好2个离合器的配合时序，是双离合器控制策略中最重要的问题之一。如果2个离合器重叠量过大，则会出现双锁死的情况，会产生破坏作用；如果2个离合器重叠量过小，则仍会出现少量动力切换中断的情况。所以，需要对2个离合器的工作进行精确的调节。在车辆起步、爬行等工况中，也可以对离合器进行滑差控制，即可以控制离合器在不完全接合的状态下通过滑磨传递动力。2.2.3换挡机构与扭转减振器双离合器式自动变速器在挡位切换时的同步器与齿轮的啮合动作同样也要实现自动化操作，而且它的工作原理和结构设计与电控机械式自动变速器中的

6、换挡机构几乎完全相同，可以借用已经成熟的经验。并且，在双离合器式自动变速器中不再有选挡过程，每一个换挡同步器需要一个换挡执行机构控制其工作，直接推动同步器换挡。因为这种自动变速器的离合器为湿式的，其自动换挡机构也往往采用液压控制方式，利用电磁阀来控制液压换挡执行机构。这样，液压能源既可以驱动双离合器，也可以驱动换挡执行机构，还可以为湿式离合器提供冷却油源，提高了系统的集成度。在此介绍的双离合器式自动变速器是由湿式离合器和液压换挡机构构成的，但它也可以由双干式离合器以及电动换挡执行机构组成，其工作原理完全相同。但是，由于干式离合器的结构尺寸较大，特别是轴向尺寸长，而且两个离合器的操纵机构布置起来

7、也比较困难，这在一定程度上限制了它的应用。但是，在一些特殊用途中，例如在混合动力车辆的传动系统中，考虑2个离合器具体的布置方案，也有采用双干式离合器以及电控换挡执行机构的，这要根据具体的车型来决定。因为在双离合器式自动变速器中没有液力变矩器，所以必须采用扭转减振器来吸收扭转振动。这种扭转减振器通常布置在发动机飞轮和湿式离合器的动力输入部件之间，这样，在设计扭转减振器的过程中，可以应用双质量飞轮的设计原理，设计基于双质量飞轮的扭转减振器，它的第一质量由质量减轻了的发动机飞轮构成，而它的第二质量则由湿式离合器构成。通过精确设计扭转减振器和湿式离合器的参数，既可以将其结构高度集成化，减小安装尺寸，又

8、可以大大的改善其吸收扭转振动的效果。2.2.4控制系统按照离合器、离合器执行机构及换挡执行机构的类型，DCT可分为电控液动湿式离合器型和电控电动干式离合器型。前一种执行机构为高速开关电磁阀控制的液压缸，后一种为直流电动机。DCT由机械系统和控制系统组成，机械系统中同步器、齿轮副等零部件的设计过程与手动变速器类似，技术难度不大。控制系统是DCT的关键部件，而起步控制策略的制定、综合智能换挡规律的制定和换挡品质的改善方法是DCT控制系统的核心技术，对整车的起步性能、换挡品质、动力性和经济性等有着重要的影响。2.2.4.1起步控制策略的制定l DCT起步控制技术的研究现状：装有DCT车辆的起步是靠离

9、合器主从动片的滑磨而达到同步的，与AMT起步过程相同。综合当前的研究成果，通过优化离合器的动力学模型、完善离合器接合的控制策略及提高离合器执行机构的跟踪品质，是提高车辆起步性能的主要途径。l 离合器接合速度的控制策略离合器接合速度的控制策略是优化起步性能的关键，总体可分为基于现代控制技术和基于智能控制技术的控制策略。(1)离合器控制策略的基本理论。当前使用的控制规则都可归结为发动机转速设定控制原则，按照离合器接合速度的变化规律，它又可分为离合器定接合速度和离合器变接合速度控制原则。离合器变接合速度控制原则就是指快一慢一快的接合控制原则， 即在离合器到达半接合点前或离合器主、从动片转速趋于同步后

10、，加快离合器的接合速度，而在半接合点到趋于同步过程中放慢离合器的接合速度。该原则是离合器控制的理论基础。(2)基于现代控制技术的控制策略。车辆起步性能的评价指标中，冲击度与滑磨功是相互矛盾的，不可能使二者同时达到最优。在满足各种约束条件的前提下，为了找出比较满意的综合最优解，基于约束条件的最优算法及最优控制方法，在离合器起步控制中得到了应用。(3)基于智能控制技术的控制策略。模糊控制等智能控制技术的最大优点，就是对非线性、大滞后及难以建立精确数学模型的控制对象，具有更好的适应性。自20世纪90年代以来，模糊控制技术被广泛应用于离合器的起步控制中，丰富了自动变速器控制理论。l 离合器执行机构跟踪

11、品质的提高由于电动执行机构、液动执行机构及离合器本身都具有复杂的非线性特性，且在执行过程中会受到液压油粘度变化等因素的干扰。因此研究鲁棒性强、跟踪品质好的执行机构控制器，建立控制决策系统和硬件机构之间的良好接口，是精确实现离合器的控制策略、优化离合器起步性能的关键。应从提高离合器动力学模型的精度、完善离合器控制策略及提高执行机构的跟踪精度三方面来优化离合器的起步性能，离合器控制策略的完善最为关键，其各种方法的评价及发展动态如下。理论上，最优控制等综合优化方法可使离合器起步性能达到设定的理想效果，但综合优化方法需要建立精确的离合器动力学模型，且不适应控制过程中参数变化引起的决策调整。由于发动机动

12、态性能滞后和离合器模型的时变特征，建立完全精确的动力学模型十分困难，而且由于车辆起步时载荷、挡位等变化，使离合器传动系中参数具有不确定性，限制了最优控制的性能。模型参考自适应控制策略，可自动适应离合器状态、地面条件以及发动机的变化，确保冲击度和滑磨功处于合理的范围。但对于非线性时变的自适应控制系统而言，系统的稳定性、鲁棒性等方面的理论尚不完善，不易建立性能较好的自适应控制系统。因此应从优化离合器动力学模型和完善自适应控制系统两个方面，来提高基于现代控制技术的离合器起步的性能，但难度较大。尽管离合器的起步控制十分复杂，熟练驾驶员却可根据自己丰富的经验和对外界环境、车辆状态的判断，可成功地实现离合

13、器的起步操纵。这些行为都是基于模糊的、凭经验而实施的，但却可以获得很好的操纵效果。包括模糊控制在内的智能控制可以利用人的知识和经验，达到模仿人的思维来控制车辆起步的目的，而且对难以建立数学模型、非线性和大滞后的控制对象，具有很好的适应性，非常适用于离合器起步控制领域，应用前景较好。但模糊控制在其参数的模糊化过程中，受人为因素的影响较大，控制规则中参数特性与控制目标关系不明确，不易于参数的调整，获得较优的控制参数困难。目前急需解决的问题是基于优秀驾驶员的起步操纵经验，不断丰富模糊控制规则的基础上，研究如何通过少量的调试次数，即可获取较优控制参数的方法， 2.2.4.2综合智能换挡规律的制定换挡规

14、律研究的主要目标，就是获得一种操纵灵活、安全可靠、动力性能佳和经济性能好的换挡规律。总结当前的研究成果，可总结为以下四种。第一种是基于经验的换挡规律，即通过学习优秀驾驶员的换挡操纵数据，从中提取出换挡规律。第二种为基于约束条件的换挡规律，也可称为传统的换挡规律，通常是基于发动机试验数据，利用回归分析、插值法、神经网络等系统辨识方法，建立发动机的模型。然后在动力性和经济性约束条件下，利用图解法或解析法，获取最佳动力性或经济性换挡规律。第三种是智能修正的换挡规律，它是基于约束条件的换挡规律，参考优秀驾驶员在爬坡、转弯等特殊路段的驾驶经验，利用模糊控制技术，制定相应控制规则，对传统换挡规律进行修正，

15、最典型的优点就是减少了特殊路面行驶时的换挡次数。第四种是综合智能的换挡规律，即基于传统的换挡规律，参考优秀驾驶员的换挡操纵经验，综合考虑驾驶员类型、驾驶员意图、行驶环境和汽车的行驶状态，利用模糊控制和神经网络技术等智能控制技术，生成一个可使动力性、燃油经济性、废气排放和其他性能达到综合最优且符合驾驶员意愿的换挡规律。2.2.4.3换挡品质的改善方法双离合器以其独特的结构，采用预先升、降挡的方法，消除了AMT换挡过程中主、被动齿轮转速差对换挡品质的影响，并且通过两个离合器在换挡过程中的交替工作，实现了动力换挡，换挡品质比传统的机械式自动变速器有了很大提高。但是由于DCT仍然属于有级式变速器，换挡

16、过程中传动比的变化，必然会产生换挡前后驱动转矩的改变。而且，DCT系统是一个多转动惯量的系统，换挡过程也不是瞬时完成的，这些都会产生不同程度的换挡冲击。因此分析换挡冲击度和离合器滑磨功产生的原因，制定合理的控制策略，优化换挡品质，对于加快DCT的研发过程，具有重要意义。换挡品质研究的主要目标，就是缩短换挡时间，且使换挡过程中的冲击度和滑磨功符合要求。换挡过程分为：低挡、低挡转矩相、惯性相、高挡转矩相和高挡五个阶段，l 换挡执行机构控制指令的优化控制：优化离合器的切换规律，控制离合器的接合、分离速度，是提高DCT换挡品质的重要途径。在液作动DCT的换挡过程中，各电磁阀占控比数值的大小，决定着离合

17、器分离或接合的快慢程度；而在电作动DCT的换挡过程中，离合器分离或接合的快慢程度，是由电动机电压的方向、占控比或运转时间的数值决定的。因此应直接以各电磁阀的占控比，直流电动机电压的方向、占控比或运转时间为研究对象，对比分析不同控制指令时的换挡品质。考虑系统温度、离合器磨损等因素对换挡品质的影响，对控制指令进行补偿。最终得到使各挡位的换挡品质达到综合较优时，各电磁阀或各电动机控制指令的数值表。l 动力传动系的综合控制尽管离合器的滑磨控制是实现DCT动力换挡的主要途径，但它是以延长换挡时间和增加离合器热负荷、减少离合器使用寿命为代价的。因此应该基于CAN 总线的动力传动系综合控制，根据发动机电子控制单元和变速器电子控制单元之间信息的共享，通过发动机的供油控制，缩短换挡的时间，优化换挡品质。