双离合器变速箱工作原理详解.(DOC)

双离合器变速箱工作原理详解

2010年10月11日17:13腾讯汽车我要评论(1)

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离合器位于发动机与变速器之间，是发动机与变速器动力传递的“开关”，它是一种既能传递动力，又能切断动力的传动机构。它的作用主要是保证汽车能平稳起步，变速换挡时减轻变速齿轮的冲击载荷并防止传动系过载。在一般汽车上，汽车换档时通过离合器分离与接合实现，在分离与接合之间就有动力传递暂时中断的现象。这在普通汽车上没有什么影响，但在争分夺秒的赛车上，如果离合器掌握不好动力跟不上，车速就会变慢，影响成绩。

为了解决这个问题，早在上世纪80年代，汽车工程界就弄出了一个双离合系统变速器，简称DSG（英文全称：Direct Shift Gearbox），装配在赛车上，能消除换档离合时的动力传递停滞现象。例如布加迪EBl6.4 Veyron的新型7速变速器是装置了双离合器，从一个档位换到另一个档位，时间不会超过0.2秒。现在，这种双离合器已经从赛车应用到一般跑车上。奥迪汽车公司的新型奥迪TT跑车和新奥迪A3都已经装置了这种DSG。这些汽车装配DSG的目的是可以比自动变速器更加平顺地换档，不会有迟滞现象。

奥迪这种双离合系统变速器是一个整体，有6个档位，离合器与变速器装配在同一机构内，两个离合器互相配合工作。这好比喻一辆车有两套离合器，正司机控制一套，副司机控制另一套。正司机挂上1档松开离合踏板起步时，这时副司机也预先挂上2档但踩住离合踏板；当车速上来准备换档，正司机踩住离合踏板的同时副司机即松开离合踏板，2档开始工作。这样就省略了档位空置的一刹那，动力传递连续，有点象接力赛。双离合系统两套离合器传动系统，通过电脑控制协调工作。

当汽车正常行驶的时候，一个离合器与变速器中某一档位相连，将发动机动力传递到驱动轮；电脑根据汽车速度和转速对驾驶者的换档意图做出判断，预见性地控制另一个离合器与另一个档位的齿轮组相连，但仅处于准备状态，尚未与发动机动力相连。换档时第1个离合器断开，同时第2个离合器将所相连的齿轮组与发动机接合。除了空档之外，一个离合器处于关闭状态，另一个离合器则处于打开状态。

两根传动轴分别由第一、第二离合器控制与发动机动力的连接与断开，分别负责1、3、5档和2、4、6档的档位变换。考虑到零件使用寿命，设计人员选择了油槽膜片式离合器，离合器动作由液压系统来控制。

自动双离合器变速箱的换档控制方法

一种用于对一个自动化的双离合器变速箱进行换档控制的方法，该双离合器变速箱包含一个第一分变速装置，其配有一个第一变速箱输入轴、一个第一发动机离合器和一个第一档组；该变速箱还包含一个第二分变速装置，其配有一个第

二变速箱输入轴、一个第二发动机离合器和一个第二档组，利用此方法，在一个负载档和一个分配给同一分变速装置的目标档之间实现一个换档过程，为此利用一个分配给另一个分变速装置的中间档来作为多重换档，换档步骤是，S1：接入中间档；S2：从负载档的发动机离合器转换到中间档的发动机离合器的离合器变换；S3：解脱负载档；S4：接入目标档；S5：从中间档的发动机离合器到目标档的发动机离合器的离合器变换；利用此方法，将所配置的驱动发动机的发动机转速n↓[M]在换档过程结束时引导到目标档的同步转速n↓[MS]，根据本发明如此设置：在换档过程开始时（t=t↓[0]）预定出一个初始额定转速梯度（dn↓[M]／dt）↓[0]，利用此额定转速梯度，发动机转速n↓[M]在一个估计的总换档时间Δt↓[s∑]’时在换档过程结束时便达到同步转速n↓[MS]；驱动发动机的发动机转速n↓[M]在换档过程开始时首先按照预定的初始－额定转速梯度

（dn↓[M]／dt）↓[0]加以改变；在换档过程中求得实际的换档进程，并将之与所估计的换档进程进行对比；使额定转速梯度dn↓[M]／dt在确定的换档进程偏差的情况下匹配于实际的换档进程。

双离合器式自动变速器控制系统的关键技术

DCT由机械系统和控制系统组成，控制系统是的DCT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。

1 DCT的起步控制技术

1.1 DCT的起步控制技术的研究现状

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。

离合器起步过程中的动力学模型是进行离合器控制策略研究的基础，包括离合器执行机构动力学模型、接合过程中转矩传递的模型及离合器接合过程的动力学模型。杨树军等对电控液动湿式离合器执行机构动力学模型进行了研究，并建立了接合过程的动力学模型。李焕松、张俊智、申水文和葛安林等对电控液动干式离合器执行机构的工作过程进行了详细分析，建立了相应的模型。

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。

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，冲击度与滑摩功是相互矛盾的，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。葛安林等基于离合器的动力学模型，以平均冲击能量和滑摩功为目标函数，进行多目标函数的综合优化，从而获得在不同操纵规律下，任一坡度、载荷和挡位下起步时的最佳接合规律。孙承顺、张建武和秦大同等基于最小值和线性二次型的最优控制原理，综合考虑冲击度和滑摩功两项评价指标，以解析形式推导出离合器的最优接合轨线。席军强、陈慧岩和丁华荣等根据离合器输出轴转速和发动机转速与离合器输出轴转速差，得到理想离合器输出轴加速度，并通过控制离合器驱动机构的行程增量，使得实际离合器输出轴加速度和理想相一致，实现了起步过程中的自适应控制。

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。LUCAS等分析了40位驾驶员的起步操作数据，总结了相应的起步控制规则，为起步过程中模糊规则的制定奠定了基础。TANAKA等基于驾驶员经验建立了模糊规则库，根据驾驶员踏板的操作过程，模糊推理出驾驶员的意图，实现了离合器的模糊起步控制。与此同时，葛舜、王云成、申水文和汤霞清等国内学者也开展了离合器模糊起步控制技术的研究，并进行了实车测试，取得厂预期的效果。

提高离合器执行机构的跟踪品质，应研究鲁棒性强、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。张俊智等采用预测控制的方法，有效地克服了液压控制系统对电磁阀开、关指令的滞后，实现了离合器接合的高精度控制，并提出了离合器的容错控制方法。高炳钊、葛安林等将反馈信号由液压缸柱塞的速度转变为位移量，避开了液压系统的高度非线性和时变性的影响，实现了接合速度精确控制。孙承顺、张建武等根据非线性控制理论和滑模控制原理，构造了等价线性系统滑模控制器，使之具有高精度的跟踪品质和较强的抗干扰能力。何忠波等利用控制电动机正反向运转时间的办法，解决了执行电动机在低转速下匀速运动精度不高的问题，实现了离合器的精确控制，叶明等设计了基于模糊控制的速度环和基于PI控制的电流环双闭环控制系统，使伺服电动机具有良好的动态性能。

1.2 DCT起步控制技术的评价及发展动态

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。

最优控制等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凋整。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。

模糊参考自适应控制策略的稳定性、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。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。