双离合器式自动变速器换挡特性研究

较困难； 另外， 干式离合器虽对滑磨时产生热量的速 度不敏感 ， 但由于受滑磨产生总热量的限制 ， 使其适 于在短时间内结合 ， 这样滑磨时间短， 产生热量少。 而湿式离合器可以用油冷却摩擦片， 它不受产 生的总热量限制， 适用于在离合器结合过程中控制 加压油缸的油压逐步增加 、 使摩擦扭矩逐步增加 、 从 而使得离合器发热速度较慢的场合。这样的工作特 点可以减缓换挡时由于接合离合器所产生的换挡冲 击， 提高车辆的换挡品质。同时， 湿式离合器结构尺 寸较小， 易于布置。所以， 在所开发的Ｄ Ｔ系统中， Ｃ 采用了湿式离合器作为工作元件。
就是文中将介绍的一种双离合器式 自动变速器 。
２ Ｃ Ｄ Ｔ的工作原理
Ｄ Ｔ是一种将手动变速器 自动化的方案， Ｃ 它将 变速器挡位按奇、 偶数分别布置在与 ２ 个离合器所
联接的 ２ 个输人轴上 ， 通过离合器 的交替切换完成
换挡过程。所以， 它可以根据手动变速器的结构形 式灵活进行 Ｄ Ｔ的设计， Ｃ 变速器的结构形式与挡位 数量的多少并不影响 Ｄ Ｔ的工作过程。 Ｃ 以较为典型的双轴式 Ｄ Ｔ的布置方式为例 ， Ｃ 介
汽 车
工
程
２ ０ （ ｏ． Ｎ ． ０ ４ ｌ２ ） ４ Ｖ ６ ｏ
２０ 年 （ ２ 卷） ４ ０４ 第 ６ 第 期
Ａｕｏ ｔ ｅ ｇｎ ｅ ｎ ｔｍｏｉ Ｅ ｉｅｒ ｇ ｖ ｎ ｉ
２ ０ １９ ０４０
双离合器式 自动变速器换挡特性研究
牛铭奎 程秀生 高炳钊 葛安林
１０２ ） ３０ ５
徐彩琪
（ 杭州依雄柯汽车 变速 器有 限公 司， 州 ３ １０ ） 杭 １２３
（ 大学汽车工租学院， 吉林 长春
〔 摘要〕 介绍了双离合式自动变速器工作原理， 建立了换挡过程的数学模型， 并对升、 降挡的换挡特性进行了 仿真与试验分析 ， Ｄ Ｔ的开发设计提供了参考依据。 为 Ｃ
叙词 ： 双离合器 ， 自动变速器 。 换挡特性
Ａ ｕ ｙ Ｓ ｉｉ Ｃ ａａｔ ｉ ｉ ｏ Ｄ ａ Ｃｕｃ Ｔ ａｓ ｓ ｏ Ｓ ｄ ｏ ｈｆｎ ｈｒｃ ｒ ｔｓ ｕｌ ｔ ｒｎｍｉｉ ｔ ｎ ｔ ｇ ｅ ｓｃ ｆ ｌ ｈ ｓｎ
Ｎｕ ｎｋ ｉＣ ｅｇ ｕｈｎ ， Ｂｎｚａ ｉ Ｍｉｇ ｕ， ｎ Ｘ ｓｅｇＧ ｏ ｇｈｏ＆ Ｇ Ａ ｌ ｈ ｉ ａ ｉ ｅ ｉ ｎｎ
响， 需要对电控机械式 自动变速器的换挡过程进行 精确的控制。特别是为了减少换挡过程 中的冲击 度， 需要对发动机与变速器构成的动力总成在转速 差、 转矩等方面进行精确匹配和控制 ， 但这也只能在 一定程度上改善其换挡性能， 并不能从根本上解决 问题。如果要进一步提高电控机械式 自动变速器的 性能 ， 则需要增加发动机起停等一些其它控制手段， 反而增加了车辆的复杂程度和成本， 得不偿失。 电控机械式 自动变速器在对车辆舒适性等方面 要求不高的车型上， 例如军用车辆 、 公共汽车、 载货 车等 ， 由于其具有结构简单、 成本低等优点， 仍具有 优势， 但是对于舒适性要求较高的车型， 其应用就有
Ｋ ｙ ｏｄ Ｄ ａ ｃ ｃ Ａ ｔｍ ｔ ｒ ｓ ｓ ｏ Ｓ ｉ ｉ ｃ ｒｃ ｒ ｔ ｓ ： ｕ ｌ ｔ ， ｏ ａｉ ｔ ｎｍｉ ｉ ， ｔ ｇ ａａｔ ｉ ｉ ｅｗ ｒｓ ｌ ｈ ｕ ｕ ｃ ａ ｓ ｎ ｈｆｎ ｈ ｅ ｓｃ
１ 前言
目 前发展的汽车自动变速器主要有 Ａ ，Ｖ ， ＴＣ Ｔ
器 Ｃ 处于接合状态 ， １ 所以
Ｏ （ｅ ＝ 田ｃ ＝ Ｚ Ｔ ＝ ２ Ｚ （ ， ｌ １ ｗ． １ ２０ ２
升挡时， 离合器 Ｃ 分离， １ 离合器 Ｃ ２接合。升 挡前离合器 Ｃ 被足够的油压压紧， １ 而没有相对滑 转， 换挡时， 离合器 Ｃ 被切断供油并开始逐渐泄 １ 油， 卸压分离， 与此同时， 离合器 Ｃ ２的油路接通， 随 油压不断升高 ， 其摩擦片间隙被消除， 被动片受 主、 压滑转 ， 直至压紧， 停止打滑成为整体传递转矩。显 然离合器 Ｃ 与 Ｃ １ ２中的摩擦元件完全分离和接合 ， 都需要经过一段滑磨过程， 不可避免地伴有转矩扰 动， 产生相应的换挡冲击 。 转矩相状态下一个摩擦元件打滑 ， 另一个还未 开始打滑 ， 各构件间只有转矩的分配与变动， 转速无 急剧变化 ， 所以惯性影响可以忽略不计。 惯性相状态下 ２ 个摩擦元件都打滑， 故不仅有 转矩变化 ， 同时伴有转速或传动比的急剧变化 ， 它是
Ｃｌ ｅ ｕ ｍ ｔ ｅ ｉ ｒ ｇ Ｊ ｉ ｎｖ ｓｙ Ｃ ａｇｈ 二１０２ ｇ ｏ Ａ ｔ ｏ ｖ Ｅ ｇｎｅ ｎ ， Ｕ ｉ ｒ ｔ ， ｎｃ“ ３０ ５ ｏｌ ｆ ｏ ｉ ｎ ｅ ｉ ｉｎ ｅ ｉ ｈ ｅ ｌ
Ｘ Ｃ ｉｉ ｕ ｇ ａ
原稿收到 日期为 ２０ 年 ６ ３ ０３ 月 ０日， 修改稿收到 日期为 ２０ 年 ９月 ３ ０３ ０日。
万方数据
・４ ４ ５
汽
车
工
程
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为了既可充分利用 Ａ ， ＴＡ ＭＴ所具有的优点，
又可克服 Ａ Ｔ效率 低 、 ＭＴ非 动力换 挡 的不 足 ， Ａ 这
以及近几年国内外正在大力研究 的 Ａ ＭＴ。特别是
Ａ ＭＴ的发展 ， 由于其具有汽车工业发展所要求的高 燃油经济性、 低排放和保护现有手动变速器生产投 资的优点 ， 受到了各大汽车厂的重视。 Ａ ＭＴ是基于传统的平行轴式手动变速器发展 而来的， 它研究的出发点是将现有的手动变速器 自 动化。但在对 Ａ ＭＴ的开发研究过程 中， 逐渐发现 了它的一些缺点 ， 的工作原理决定 了它在换挡过 它 程中首先要分离离合器 ， 然后将变速器摘空挡 ， 再选 挡、 换挡， 最后接合离合器。这样 ， 当离合器分离后 ， 直到离合器再重新接合之前 ， 发动机的动力将不能 被传递到车轮去驱动车辆运行 ， 以换挡过程 中产 所 生了动力传递的中断， 车辆必然产生减速度 ， 换挡时
行， 以 所
ｄ ｅ ｄ 二 ｄ ， ｗ 。１ Ｃ２ Ｏ
ｄ ｄ ｔ ｔ ｄ ｔ
车辆进行 转 化。因此 ， 得 到 Ｄ Ｔ 自动变速器 系统 Ｃ 的换挡 动力 学模 型 简 图，
如 图 ２所 示 。
图 ２ Ｃ Ｄ Ｔ换挡模型
此时， 离合器 Ｃ 处于分离状态， ２ 所以 Ｔ ＝ 。离合 ａ Ｏ
万方数据
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根据以上假设 ， 将系统简化为一个离散化的当 量系统。离合器主动轴之前的参数或变量向主动轴 转化 ， 即向发动机转化 ； 离合器被动轴之后的参数或
变量 向被 动 轴 转 化 ， 向 即
低挡￣低挡转矩相￣惯性相￣高挡转矩相一高挡。 （） １变速器低挡运行 此时车辆是处于稳态运
３ Ｃ Ｄ Ｔ换挡过程动力学模型
为建立Ｄ Ｔ换挡模型， Ｃ 作如下假设［ ， ａ １
（） １系统是由无惯性的弹性环节和无弹性的惯 性环节组成 ； （） ２忽略轴的横向振动； （） ３忽略轴承和轴承座的弹性及齿轮啮合弹性； （） ４ 忽略系统的间隙和阻尼。
Ｈ ｎｚｏ Ｈ Ｅ Ｏ ｔ ｏ ｖ Ｔａ ｓ ｉｉ Ｃ ． ｔ ．Ｈ ｎｚｏ ３ １０ ａ ｇｈｕ ＡＶ Ｃ Ａ ｏ ｔ ｅ ｎｍ ｓｏ ｏ Ｌｄ ， ａ ｇｈｕ ２ ３ ｕｍ ｉ ｒ ｓ ｎ １
Ｌ ｔ ｃ Ｔ ｅ ｋ ｇ ｎ ｐ ｏ ｕｌ ｃ ｒ ｓ ｉｉ ｓ ｏｕｅ ｗｔ ｉ ｈ ｔ ｇ ｅｅ ａ－ Ｊ ｈ ｗ ｒｉ ｐｉ ｉｅ ｄａｃ ｔ ｔ ｎｍｓｏ ｉｉ ｒｄｃｄ ｈ ｓｉｉ ｍ ｄｌ ｂ Ａ ｓ ａｔ ｂｒ ｏ ｎ ｒ ｃ ｌ ｆ ｌ ｈ ｕ ａ ｓ ｎ ｎ ｔ ｉ ｔ ｆｎ ｏ ｓ ｓ ｔ ｌｈｄＴ ｅ ｒｃ ｒ ｔｓ ｕ ａｄ ｗ ｓｉｉｇ ｔ ｔ ａｄ ｌ ｅ ． ｉ ｅ ． ｃａａｔ ｉｉ ｏ ｐ ｄ ｎ ｆｎ ａｅ ｅ ｎ ａａ ｚｄ ｓ ｈ ｈ ｅ ｓｃ ｆ ｎ ｏ ｈ ｔ ｒ ｅ ｄ ｎ ｙ ｓ
图 １ 双离合器工作原理图
湿式离合器２ 种形式［。干式离合器的结构尺寸 ［ ３ ］
较大 ， 特别是轴向尺寸长 ， 布置离合器的操纵机构 比
系统和电控系统 Ｔ Ｕ等（ Ｃ 图中没有画出） 。 双轴式 Ｄ Ｔ的具体结构特点是 ： 工、 Ｖ挡 Ｃ 其 班， 与离合器 Ｃ 联结在一起 ， ， 挡联结在离合器 Ｃ １ Ｉ １ Ｖ ２ 上， 也就是将变速器的挡位按奇、 偶数分别与 ２ 个离 合器分开配置， 变速器换挡所用的同步器等与原来 的普通手动变速器完全相同。动力源的动力 由输人 轴传入 ， 当离合器 Ｃ 结合时， １ 动力经离合器 Ｃ 传 １ 到１ ， 轴 经同步器 Ａ ， ２ １Ａ 及啮合的挡位传递至 ２ 轴 输出； 当离合器 Ｃ ２结合时， 动力经离合器 Ｃ 传到 ２ 齿轮组 Ｚ ，２和 Ｚ ， ， ２Ｚ ‘ ４Ｚ ＇再经同步器 Ａ 传到 ２轴 ４ ３
绍其工作原理［ ０ ［ ２ ｌ
如图 １ 所 示 ， Ｃ 的 主要 ＤＴ 组成 部 分有 Ｃ ， １ Ｃ ２个 离 合 器 ， ２
Ｉ、 、 、 、 Ｉ ｕ Ｗ Ｖ ｌ
输入轴
共５ 个变速器挡
位及其相应 的换 挡 同步 器 ， 以及 其它的换挡控制
ｉ挡 ｉ
接合 ， 两个离合器进行交替切换 ， 直到离合器 Ｃ 完 １ 全分离， 离合器 Ｃ ２完全接合 ， 这时动力改由离合器 Ｃ 和ｎ ２ 挡传递运行， 整个换挡过程结束 ， 这与 目前 Ａ Ｔ自动变速器的换挡过程相似。 车辆进人 ｎ挡运行后 ， Ｃ Ｔ Ｕ可以根据相关传感 器信号感知车辆当前运行状态 ， 进而判断车辆即将 进人运行的挡位。如果车辆加速 ， 则下一个挡位为 ｕ 如果车辆减速 ， ｌ挡 ， 则下一个档位为 Ｉ 档。而 工和 ｍ挡均联接在离合器 Ｃ 上， １ 因为该离合器处于分 离状态， 不传递动力， 故可以指令 自动换挡机构十分 方便地预先换人即将进人工作的挡位， 当车辆运行 达到换挡点时， 只需要将正在工作的离合器 Ｃ ２分 离， 同时将另一个离合器 Ｃ 接合， １ 配合好 ２ 个离合 器的切换时序 ， 整个换挡动作全部完成 。其它升挡 与降挡过程均与此类似。 除此之外， 在对变速器的轴向尺寸要求较高的 情况下， 例如前置前驱动车辆的变速器布置为横置 工作时，Ｃ Ｄ Ｔ也可以设计相应的结构以适应整车布 置的需要 ， 如采用双中间轴式结构等 ， 它采用了 ２ 个 中间轴， 可以大大缩短变速器的轴向尺寸， 而换挡过 程和功能与其它布置形式一样。 在 Ｄ Ｔ系统中， Ｃ 离合器可以采用干式离合器和
了局限性 。
间长， 给车辆的加速性、 舒适性等带来不利影响［ ０ ［ １ ７
为了解决中断动力换挡给车辆性能带来 的影
Ａ Ｔ式 自动变速器具有起步平稳、 柔和， 换挡迅 速、 无冲击等优点。这一方面是 由于它装有液力变 矩器 ， 改善了车辆性能， 另一方面是由于它实现了动 力换挡， 即换挡过程中不切断动力传递 ， 并且换挡过 程只是两个离合器（ 或制动器） 间的切换 ， 换挡时间 极短 ， 因此换挡品质与车辆性能好。
输 出。
在车辆处于停车状态时， ２个离合器都是常开 式的， 即在平时 ２ 个离合器均处于分离状态， 不传递 动力。当车辆起步时， 因离合器 Ｃ 分离， １ 自动换挡 机构将挡位切换为 Ｉ ， 挡 然后离合器 Ｃ 被控制接 １ 合， 车辆开始起步运行。 车辆换人 挡运行后 ， 工 因为此时离合器 Ｃ ２处 于分离状态 ， 不传递动力 ， 当车辆加速 ， 达到接近 ｎ 挡的换挡点时 ， 自动换挡机构可以将挡位提前换人 ｎ 挡。达到 ｎ 挡换挡点后 ， 开始进人换挡程序 ， 电控 系统控制离合器 Ｃ 开始分离 ， １ 同时离合器 Ｃ ２开始