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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(dòng)變速器（簡稱DCT）基于手動(dòng)變速箱基礎(chǔ)之上。而與手動(dòng)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(jī)械電子模塊來實(shí)現(xiàn)。而不再通過離合器踏板操作。就像tiptronic液力自動(dòng)變速器一樣，駕駛員可以手動(dòng)換擋或?qū)⒆兯贄U處于全自動(dòng)D擋（舒適型，在發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)換擋）或S擋（任務(wù)型，在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行時(shí)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(shí)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(shí)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(dòng)機(jī)的輸入軸通過緩沖器與兩幅離合器外片相連。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后自動(dòng)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(dòng)輪。當(dāng)離合器1關(guān)閉時(shí)，離合器1的外片逐漸貼合內(nèi)片并開始通過第一擋的實(shí)心軸、齒輪組和同步器傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩至差速器，最終至驅(qū)動(dòng)輪。同時(shí)，由于離合器2此時(shí)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(shí)，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(dāng)?shù)陔x合器2完全接合后，第三擋已被預(yù)先選定，因?yàn)榇藭r(shí)離合器1沒有接合，不傳導(dǎo)扭矩，掛擋原理依次類推。此時(shí)駕駛員僅感覺到離合器轉(zhuǎn)換。對(duì)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(fù)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(jì)，雙離合變速器中的最大差速小于傳統(tǒng)的液力自動(dòng)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(dòng)離合器相比，其舒適感也更高，或不低于液力自動(dòng)變速器。通過簡單的控制軟件即可實(shí)現(xiàn)從運(yùn)動(dòng)型到高舒適型駕乘體驗(yàn)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(dòng)機(jī)與變速器之間，是發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器動(dòng)力傳遞的“開關(guān)”，它是一種既能傳遞動(dòng)力，又能切斷動(dòng)力的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。它的作用主要是保證汽車能平穩(wěn)起步，變速換擋時(shí)減輕變速齒輪的沖擊載荷并防止傳動(dòng)系過載。在一般汽車上，汽車換檔時(shí)通過離合器分離與接合實(shí)現(xiàn)，在分離與接合之間就有動(dòng)力傳遞暫時(shí)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(dòng)力跟不上，車速就會(huì)變慢，影響成績。為了解決這個(gè)問題，早在上世紀(jì)80年代，汽車工程界就弄出了一個(gè)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(shí)的動(dòng)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(gè)檔位換到另一個(gè)檔位，時(shí)間不會(huì)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(dòng)變速器更加平順地?fù)Q檔，不會(huì)有遲滯現(xiàn)象。奧迪這種雙離合系統(tǒng)變速器是一個(gè)整體，有6個(gè)檔位，離合器與變速器裝配在同一機(jī)構(gòu)內(nèi)，兩個(gè)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(jī)控制一套，副司機(jī)控制另一套。正司機(jī)掛上1檔松開離合踏板起步時(shí)，這時(shí)副司機(jī)也預(yù)先掛上2檔但踩住離合踏板；當(dāng)車速上來準(zhǔn)備換檔，正司機(jī)踩住離合踏板的同時(shí)副司機(jī)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(dòng)力傳遞連續(xù)，有點(diǎn)象接力賽。雙離合系統(tǒng)兩套離合器傳動(dòng)系統(tǒng)，通過電腦控制協(xié)調(diào)工作。當(dāng)汽車正常行駛的時(shí)候，一個(gè)離合器與變速器中某一檔位相連，將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞到驅(qū)動(dòng)輪；電腦根據(jù)汽車速度和轉(zhuǎn)速對(duì)駕駛者的換檔意圖做出判斷，預(yù)見性地控制另一個(gè)離合器與另一個(gè)檔位的齒輪組相連，但僅處于準(zhǔn)備狀態(tài)，尚未與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力相連。換檔時(shí)第1個(gè)離合器斷開，同時(shí)第2個(gè)離合器將所相連的齒輪組與發(fā)動(dòng)機(jī)接合。除了空檔之外，一個(gè)離合器處于關(guān)閉狀態(tài)，另一個(gè)離合器則處于打開狀態(tài)。兩根傳動(dòng)軸分別由第一、第二離合器控制與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的連接與斷開，分別負(fù)責(zé)1、3、5檔和2、4、6檔的檔位變換?？紤]到零件使用壽命，設(shè)計(jì)人員選擇了油槽膜片式離合器，離合器動(dòng)作由液壓系統(tǒng)來控制。自動(dòng)雙離合器變速箱的換檔控制方法一種用于對(duì)一個(gè)自動(dòng)化的雙離合器變速箱進(jìn)行換檔控制的方法，該雙離合器變速箱包含一個(gè)第一分變速裝置，其配有一個(gè)第一變速箱輸入軸、一個(gè)第一發(fā)動(dòng)機(jī)離合器和一個(gè)第一檔組；該變速箱還包含一個(gè)第二分變速裝置，其配有一個(gè)第二變速箱輸入軸、一個(gè)第二發(fā)動(dòng)機(jī)離合器和一個(gè)第二檔組，利用此方法，在一個(gè)負(fù)載檔和一個(gè)分配給同一分變速裝置的目標(biāo)檔之間實(shí)現(xiàn)一個(gè)換檔過程，為此利用一個(gè)分配給另一個(gè)分變速裝置的中間檔來作為多重?fù)Q檔，換檔步驟是，S1：接入中間檔；S2：從負(fù)載檔的發(fā)動(dòng)機(jī)離合器轉(zhuǎn)換到中間檔的發(fā)動(dòng)機(jī)離合器的離合器變換；S3：解脫負(fù)載檔；S4：接入目標(biāo)檔；S5：從中間檔的發(fā)動(dòng)機(jī)離合器到目標(biāo)檔的發(fā)動(dòng)機(jī)離合器的離合器變換；利用此方法，將所配置的驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n↓[M]在換檔過程結(jié)束時(shí)引導(dǎo)到目標(biāo)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(shí)（t=t↓[0]）預(yù)定出一個(gè)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n↓[M]在一個(gè)估計(jì)的總換檔時(shí)間Δt↓[s∑]’時(shí)在換檔過程結(jié)束時(shí)便達(dá)到同步轉(zhuǎn)速n↓[MS]；驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n↓[M]在換檔過程開始時(shí)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(shí)際的換檔進(jìn)程，并將之與所估計(jì)的換檔進(jìn)程進(jìn)行對(duì)比；使額定轉(zhuǎn)速梯度dn↓[M]／dt在確定的換檔進(jìn)程偏差的情況下匹配于實(shí)際的換檔進(jìn)程。雙離合器式自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)DCT由機(jī)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(duì)整車的起步性能、換擋品質(zhì)、動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)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(dāng)前的研究成果，通過優(yōu)化離合器的動(dòng)力學(xué)模型、完善離合器接合的控制策略及提高離合器執(zhí)行機(jī)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(dòng)力學(xué)模型是進(jìn)行離合器控制策略研究的基礎(chǔ)，包括離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)模型。楊樹軍等對(duì)電控液動(dòng)濕式離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了研究，并建立了接合過程的動(dòng)力學(xué)模型。李煥松、張俊智、申水文和葛安林等對(duì)電控液動(dòng)干式離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作過程進(jìn)行了詳細(xì)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(píng)價(jià)指標(biāo)中，沖擊度與滑摩功是相互矛盾的，不可能使二者同時(shí)達(dá)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(dòng)力學(xué)模型，以平均沖擊能量和滑摩功為目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行多目標(biāo)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(shí)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(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，以解析形式推導(dǎo)出離合器的最優(yōu)接合軌線。席軍強(qiáng)、陳慧巖和丁華榮等根據(jù)離合器輸出軸轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)的行程增量，使得實(shí)際離合器輸出軸加速度和理想相一致，實(shí)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(diǎn)，就是對(duì)非線性、大滯后及難以建立精確數(shù)學(xué)模型的控制對(duì)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(yàn)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(shí)現(xiàn)了離合器的模糊起步控制。與此同時(shí)，葛舜、王云成、申水文和湯霞清等國內(nèi)學(xué)者也開展了離合器模糊起步控制技術(shù)的研究，并進(jìn)行了實(shí)車測試，取得廠預(yù)期的效果。提高離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的跟蹤品質(zhì)，應(yīng)研究魯棒性強(qiáng)、跟蹤品質(zhì)好的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器。建立控制決策系統(tǒng)和硬件機(jī)構(gòu)之間的良好接口，是精確實(shí)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(duì)電磁閥開、關(guān)指令的滯后，實(shí)現(xiàn)了離合器接合的高精度控制，并提出了離合器的容錯(cuò)控制方法。高炳釗、葛安林等將反饋信號(hào)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(shí)變性的影響，實(shí)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(jià)線性系統(tǒng)滑模控制器，使之具有高精度的跟蹤品質(zhì)和較強(qiáng)的抗干擾能力。何忠波等利用控制電動(dòng)機(jī)正反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的辦法，解決了執(zhí)行電動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速下勻速運(yùn)動(dòng)精度不高的問題，實(shí)現(xiàn)了離合器的精確控制，葉明等設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)具有良好的動(dòng)態(tài)性能。1.2 DCT起步控制技術(shù)的評(píng)價(jià)及發(fā)展動(dòng)態(tài)應(yīng)從提高離合器動(dòng)力學(xué)模型的精度、完善離合器控制策略及提高執(zhí)行機(jī)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(píng)價(jià)及發(fā)展動(dòng)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(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)模型十分困難，而且由于車輛起步時(shí)載荷、擋位等變化，使離合器傳動(dòng)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(dòng)力學(xué)模型和完善自適應(yīng)控制系統(tǒng)兩個(gè)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(shí)和經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到模仿人的思維來控制車輛起步的目的，而且對(duì)難以建立數(shù)學(xué)模型、非線性和大滯后的控制對(duì)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(biāo)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(yàn)，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(yàn)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(duì)優(yōu)秀駕駛員的換擋規(guī)律進(jìn)行辨識(shí)，建立了基于經(jīng)驗(yàn)的換擋規(guī)律，提高了車輛在爬坡及制動(dòng)工況時(shí)的性能。實(shí)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(shí)現(xiàn)了駕駛員的干預(yù)換擋，與單參數(shù)相比，整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和換擋品質(zhì)有了較大的提高，當(dāng)前被廣泛采用；葛安林等在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)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(dòng)態(tài)三參數(shù)控制規(guī)律，試驗(yàn)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(gè)擋位決策的模糊專家系統(tǒng)模型，詳細(xì)介紹了獲取換擋控制規(guī)則的方法，并進(jìn)行了仿真對(duì)比分析，證明了該方法的優(yōu)點(diǎn)。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(jìn)行了對(duì)比測試。國內(nèi)學(xué)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(shí)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(gè)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(dāng)前狀態(tài)與各典型工況的貼近度，計(jì)算得到最終的擋位數(shù)值。葛安林等在綜合國內(nèi)外對(duì)駕駛員類型、駕駛員意圖和行駛環(huán)境路段、路況和路形實(shí)時(shí)識(shí)別研究成果的基礎(chǔ)上，提出由路段和路況識(shí)別信息建立標(biāo)準(zhǔn)行駛工況的換擋規(guī)律，按照駕駛員的類型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)換擋規(guī)律的個(gè)性化處理，并依據(jù)路形、駕駛員意圖識(shí)別的結(jié)果，進(jìn)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(shí)現(xiàn)汽車的可駕駛性、燃油消耗、廢氣排放和其他性能達(dá)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?？梢詮奶岣呋诩s束條件換擋規(guī)律的精度以及豐富換擋決策的知識(shí)庫、加強(qiáng)綜合智能換擋規(guī)律的試驗(yàn)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(biāo)，就是縮短換擋時(shí)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(dòng)機(jī)電壓的方向、占控比或運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為研究對(duì)象，對(duì)比分析不同控制指令時(shí)的換擋品質(zhì)?？紤]系統(tǒng)溫度、離合器磨損等因素對(duì)換擋品質(zhì)的影響，對(duì)控制指令進(jìn)行補(bǔ)償。最終得到使各擋位的換擋品質(zhì)達(dá)到綜合較優(yōu)時(shí)，各電磁閥或各電動(dòng)機(jī)控制指令的數(shù)值表。動(dòng)力傳動(dòng)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(dòng)力傳動(dòng)系綜合控制，能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的供油控制，縮短換擋的時(shí)間，優(yōu)化換擋品質(zhì)。應(yīng)該考慮離合器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電子油門的執(zhí)行電動(dòng)機(jī)和各傳感器對(duì)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(shí)序，合理制定每個(gè)擋位升、降擋過程中，電子油門執(zhí)行電動(dòng)機(jī)控制指令的數(shù)值表，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳動(dòng)系的綜合控制。: 回答者：網(wǎng)友

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