（光学工程专业论文）车辆选择性输出双离合自动变速器液压系统特性研究.pdf

车辆选择性输出双离合自动变速器液压系统特性研究 摘要 作为车辆的核心传动部件，变速器的性能好坏直接影响到整车性能。近几 年来，由于双离合器自动变速器( d c t ) 在换挡舒适性和传动效率上的优异表现， 并且具有动力不中断换挡和生产成本较低的优点，所以d c t 已成为自动变速器 领域研究的焦点。本文以合肥工业大学汽车工程研究院自主研发的一款选择性 输出双离合自动变速器为研究对象，旨在设计一个满足自主研发的变速器换挡 和动力传递需要的液压控制系统。 首先介绍了选择性输出双离合自动变速器的工作原理和结构特点，并对各 挡传动路线进行了详细分析。选择性输出双离合自动变速器主要由双离合器系 统、液压系统、换挡执行机构和电子控制系统组成，对各个组成部分进行了简 要说明。 液压系统是变速器的重要组成部分，选择性输出双离合自动变速器液压系 统由供油调压和流量控制系统、双离合器液压控制系统、换挡执行器液压控制 系统和润滑冷却系统组成。介绍了各系统的基本信息，对离合器的控制过程和 压力调节进行分析，详细阐述了高速开关阀的特性。设计了液压系统，给出原 理图。 最后用a m e s i m 软件对液压系统进行仿真，得到压力变化情况，验证设计 的准确性；同时对各液压件进行选型购买，建立液压试验台。通过试验来看能 否实现自动换挡和动力传递，为进一步研究和改进提供实验基础。 关键词：双离合自动变速器；液压系统；建模仿真；a m e s i m i v t h e s t u d yo fv e h i c l es e l e c t i v eo u t p u td u a l c l u t c ha u t o m a t i c t r a n s m i s s i o nh y d r a u l i cs y s t e mf e a t u r e s a b s t r a c t a st h ec o r eo ft h ev e h i c l e st r a n s m i s s i o np a r t s ，t r a n s m i s s i o np e r f o r m a n c eh a sa d i r e c t i m p a c to n v e h i c l ep e r f o r m a n c e i nr e c e n t y e a r s ，d u et o t h ee x c e l l e n t p e r f o r m a n c eo ft h ed u a l c l u t c ha u t o m a t i ct r a n s m i s s i o n ( d c t ) o ns h i f t i n gc o m f o r t a n dt r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c y ，a n dh a st h ea d v a n t a g e so fp o w e ri sn o ti n t e r r u p t e d s h i f ta n dl o w e rp r o d u c t i o nc o s t s ，s od c th a sb e c o m et h ef o c u so fr e s e a r c hi nt h e f i e l do fa u t o m a t i ct r a n s m i s s i o n t h i sp a p e r sr e s e a r c ho b je c tw a sas e l e c t i v eo u t p u t d u a l c l u t c ha u t o m a t i ct r a n s m i s s i o n ，w h i c hw a si n d e p e n d e n tr e s e a r c h e db yh e f e i u n i v e r s i t yo fa u t o m o t i v ee n g i n e e r i n gr e s e a r c hi n s t i t u t e ，t h ea i mw a st od e s i g na h y d r a u l i cc o n t r o ls y s t e mt om e e tt h en e e d so fs e l f - d e v e l o p e dt r a n s m i s s i o ns h i f ta n d p o w e r t r a n s m i s s i o n f i r s t l yt h ep a p e ri n t r o d u c e dt h ew o r k i n gp r i n c i p l ea n ds t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i c s o ft h es e l e c t i v eo u t p u td c ta n da n a l y z e de a c hg e a rt r a n s m i s s i o nl i n ei nd e t a i l t h e s e l e c t i v eo u t p u td c t m a i n l yc o n s i s t so f d u a l c l u t c hs y s t e m ，h y d r a u l i cs y s t e m ，s h i f t i m p l e m e n t i n ga g e n c i e sa n d e l e c t r o n i cc o n t r o ls y s t e m ，t h ep a p e rg a v eab r i e f d e s c r i p t i o no fv a r i o u sc o m p o n e n t s h y d r a u l i cs y s t e mi sa ni m p o r t a n tp a r to f t h et r a n s m i s s i o n ，t h es e l e c t i v eo u t p u t d c t h y d r a u l i cs y s t e mi sm a d eu po fo i lp r e s s u r er e g u l a t o ra n df l o wc o n t r o ls y s t e m ， d u a l c l u t c hh y d r a u l i cc o n t r o ls y s t e m ，s h i f ta c t u a t o rh y d r a u l i cc o n t r o ls y s t e ma n d l u b r i c a t i o na n dc o o l i n gs y s t e m s i n t r o d u c e dt h eb a s i ci n f o r m a t i o no fe a c hs y s t e m a n da n a l y z e dt h ec o n t r o lp r o c e s so ft h ec l u t c ha n dp r e s s u r er e g u l a t o r ，d e s c r i b e dt h e c h a r a c t e r i s t i c so fh i g h s p e e ds w i t c h i n gv a l v ei nd e t a i l t h eh y d r a u l i cs y s t e mw a s d e s i g n e da n dg a v et h ep r i n c i p l ed i a g r a m f i n a l l yt h ep a p e ru s e da m e s i ms o f t w a r et o m a k eas i m u l a t i o no ft h e h y d r a u l i cs y s t e m ，b ys i m u l a t i o nt h ep r e s s u r ec h a n g e sw a sg o ta n dv e r i f i e dt h e a c c u r a c yo ft h ed e s i g n a t t h es a m et i m ep u r c h a s e dt h ev a r i o u sh y d r a u l i c c o m p o n e n t ，w h i c hw e r eu s e dt ob u i l dh y d r a u l i ct e s tb e n c hb yt h ee x p e r i m e n tc o u l d r e a l i z ea u t o m a t i cs h i f ta n dp o w e rt r a n s m i s s i o n ，w h i c hf o rf u r t h e rr e s e a r c ha n d i m p r o v e m e n tt op r o v i d et h ee x p e r i m e n t a lb a s i s k e y w o r d s ：d o u b l e - c l u t c ha u t o m a t i ct r a n s m i s s i o n ；h y d r a u l i cs y s t e m ；m o d e l i n g a n d s i m u l a t i o n ；a m e s i m v 致谢 本论文是在我的导师陈朝阳教授和张代胜教授的悉心指导下完成的。在两 年多的研究生学习与科研时光中，陈老师和张老师对我的学习和科研工作进行 了精心的指导，他们渊博的知识、丰富的科研经验、严谨的治学态度、精益求 精的工作作风给我留下了深刻的印象，深深地感染和激励着我。陈老师和张老 师在孜孜不倦地授予我专业知识的同时，还在思想和生活上给我以无微不至的 关怀。值此硕士学位论文完成之际，向尊敬的陈老师和张老师致以崇高的敬意 和衷心的感谢。 同时感谢合肥工业大学汽车工程技术研究院孙保群院长和汪韶杰老师以及 汽研院全体工作人员，他们在科研过程中给予了我极大的帮助。 感谢父母、各位亲朋在读研期间对我的照顾和精神上的鼓舞。 感谢朱雷、张蕾、殷吕、苏东超、钟兆强、朱耀文、袁磊、桑瑶烁、吴小 君等师兄弟在我的课题研究以及论文撰写过程中给予的无私帮助。 最后感谢各位老师和专家百忙之中评审我的论文。 谨以此文献给所有关心我的人! v l 作者：王光飞 2 0 1 2 年4 月 图卜l 图l 一2 图1 3 图1 4 图1 5 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 6 图2 7 图2 8 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图3 8 图3 9 图3 1 0 图3 1 l 图3 1 2 图3 1 3 图3 1 4 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 插图清单 液力自动变速器结构原理图3 电控机械式自动变速器结构原理图4 金属带式无级变速器结构原理图4 双离合自动变速器结构原理图5 自动变速器市场占有率比较6 电子控制系统组成框图1 2 选择性输出双离合自动变速器三维结构图1 2 选择性输出双离合自动变速器工作原理图13 选择性输出式双离合自动变速器的i 档传动路线图1 4 选择性输出式双离合自动变速器的i i 档传动路线图1 5 选择性输出式双离合自动变速器的档传动路线图1 5 选择性输出式双离合自动变速器的档传动路线图1 6 选择性输出式双离合自动变速器的倒档传动路线图1 6 内啮合齿轮泵工作原理图1 9 离合器油缸三种换档重叠特性2 2 充油过程中压力的变化2 3 液压缓冲阀结构图2 3 高速开关电磁阀结构图2 4 油压与占空比关系示意图2 5 开关阀的静态特性曲线2 7 开关阀的空载流量特性2 8 开关阀的流量压力特性2 8 开关阀的阶跃响应曲线3 0 开关阀的开关动态过程曲线3 1 离合器设计结果3 4 同步器控制油缸示意图3 5 液压系统原理图3 7 主油路压力调节滑阀的结构4 2 液压泵模型4 2 发动机转速4 3 主油道油压4 3 主油路压力调节滑阀模型4 4 调节后主油路油压4 4 主油路压力调节系统模型4 5 i x 主油路输出油压4 5 离合器压力控制阀4 6 离合器压力控制阀模型4 6 离合器压力曲线4 7 液压试验台图4 9 x 0 1 2 8 9 1 1 1 一 一 一 一 一 4 4 4 4 4 图图图图图 表格清单 各类自动变速器的比较6 干式离合器和湿式离合器的主要优缺点对比1 0 选择性输出双离合自动变速器换挡工作规律表1 4 x i 1 1 2 一 一 一 1 2 2 表表表 第一章绪论 1 1 引言 汽车工业不断发展至今，已走过1 2 0 多年的辉煌历程。伴随着经济的发展、 科学技术的进步，汽车工业实现了由弱到强的巨大转变。特别是步入当今电子 信息与自动化技术迅速发展的时代，汽车的安全性、动力性、经济性和舒适性 等都有了很大提高。 现代汽车上使用的内燃机主要是活塞式的，这种形式内燃机的特点是：转 速和转矩范围小，不能很好的适应汽车在不同条件下行驶时的阻力变化要求， 同时又要求汽车的车速和牵引力能够在复杂的行驶条件下有较大的范围变化。 鉴于此必须在汽车动力传递系统中安装变速系统，使发动机能够很好的工作于 正常的工作范围内，以提高汽车的经济性与动力性。因此变速器对于汽车来说， 是主要的关键部件之一f lj 。 在整车中，变速器能起到以下作用： ( 1 ) 根据发动机工况，改变传动比，扩大驱动轮转速和转矩的变化范围，实 现不同行驶条件对牵引力的需要，使发动机尽量工作在有利的工况下，同时满 足可能的行驶速度要求。 ( 2 ) 实现倒挡行驶，用来满足汽车倒退行驶的需要。由于发动机曲轴绝大部 分时只能向一个方向转动，但汽车会有倒退行驶的需求，因此，在发动机旋转 方向不变的情况下，需借助变速箱的倒挡设置来实现汽车的倒退行驶。 ( 3 ) 中断动力传递，当发动机起动、停车或换挡时能够使驱动轮的动力传递 中断。 ( 4 ) 实现空挡，变速器可以在驻车和发动机刚起动时不进行动力输出。 汽车变速器从开始出现到现在已取得了很大的发展，尤其是现代自动变速 技术，其控制方式也从液压控制向电控液压和智能化的方向发展。 1 2 自动变速器的工作原理和特点 自动变速器的工作原理【2 】- 【3 】是其能够根据汽车的行驶速度、节气门开度、 动力负载、发动机转速与转矩等因素自动升降换挡，不需要驾驶者通过操纵换 挡操纵杆和离合器进行手动换挡。其根据各传感器的信号，通过控制系统的分 析，对制动器和用来实现变速的执行机构离合器有选择的进行分离与结合，借 此来实现不同的传动方案。自动变速器的控制系统能够对各种用途的传感器如 速度、液压、节气门开度、温度以及刹车信号灯等进行全面分析，在基于挡位 开关模式不一样的基础上，并以换挡规律为依据进行判断，发出换挡命令使其 自动换挡，实现了汽车的操作方便性、乘车舒适性与行驶安全性等。 手动变速器即人工自己进行汽车换挡操作，但这一换挡过程若过久可能会 对汽车的行驶安全性产生影响，因为时间久了驾驶员会感到疲劳，而且驾驶员 的换挡水平以及换挡时机对汽车的行驶动力性、乘车舒适性、燃油经济性以及 环保性都有很大的影响，变速器的特征【3 】- 【4 】是传递汽车的发动机动力，借助发 动机动力传递过程中传动比的改变使发动机的输出转矩和转速发生改变，使汽 车能够实现不同的驾驶要求。与手动变速器的人工换挡，驾驶者的换挡水平影 响汽车的安全性、经济性、动力性与乘车舒适性等相比自动变速器具有显著的 优点，它的主要特点表现在以下几个方面【4 j - 【7 j ： ( 1 ) 燃油经济性好和环保性高：发动机工作在非最佳转速区时，排放的有害 废气物浓度要高很多，环保性差，自动变速器能够借助变速控制系统使发动机 大部分情况下都处于最佳转速区工作，使其燃料完全燃烧、少排放废气、降低 噪音，使发动机的潜力充分发挥出来并具有理想的动力性能，实现发动机的燃 油经济性最佳和动力性最优，同时降低汽车排放的废气物。 ( 2 ) 操纵简单、驾驶性能优越：自动变速器能够以汽车的需要为依据进行自 动升降挡，避免了手动操纵变速器的各种复杂操纵规程，如：汽车起步和换挡 时油门需放松、离合器需踩踏和变速杆换挡位置需更换等，实现汽车换挡的快 又稳，使驾驶操纵大大地简化，汽车在提高平顺性的基础上又提升了通过性和 动力性。并且通过自动变速器的集成优化控制换挡方式使动载变化和换挡动力 传递冲击大大降低，汽车能够更加平稳的起步和加速，使驾驶的舒适性得到极 大的提高。 ( 3 ) 安全性高：传统手动变速器车辆行驶时，驾驶员必须时刻关注车辆情况、 道路交通情况，根据它们的变化对车辆的行驶状态与方向进行频繁的操作借此 调节驾驶状态。这样频繁的操作会使驾驶员的注意力集中不起来，易导致疲劳 驾驶，使汽车具有安全隐患。而自动变速器能够借助操纵油门大小来代替人工 手动操纵变速，使变速操纵杆和离合踏板的配合工作取消了，因此使驾驶员的 疲劳强度降低，同时能够减少交通事故的发生，提高汽车的行驶安全性。 1 3 自动变速器的分类 自动变速器可以按照不同的变速原理进行分类，通常可以分为以下几种 【1 0 】： a t ( 液力自动变矩器) 、a m t ( 电控机械式自动变速器) 、c v t ( 机械无极自动 变速器) 、d c t ( 双离合自动变速器) 。 1 3 1a t 简介 a t 在结构和使用上与手动挡相比有很多的不同之处。液力变矩器、行星轮 系以及液压操纵系统构成了a t 的传动系统，其转速和转矩的变化是由液力传 递和行星轮系齿轮这两者间不同的组合形式实现的。液压操纵系统能够自动操 纵行星齿轮系，当路况和发动机工作状态发生变化时实现转速和转矩的自动变 2 化。冈为液力变舞! 器能够实现发动机和传动系统问的柔性连接和传动，所以汽 车能够j f 稳起步和传动，柔顺换挡，a t 是f t 前汽车上使用最广泛的一种自动变 速器。a t 由于其性能的良好，能够使驾驶员的操纵强度减轻同时可以使发动机 的性能得到合理利用，因此不但受到驾驶者的欢迎而且成为汽车工业竞相开发 的热门产品。但a t 也有不足之处，像燃油消耗量高、结构相对复杂、动力性 差和较高的制造成本等。 a t 在 _ 1 本和美困都有很高的市场拥有率，目自订国产汽车上使用的自动变速 器主要也是a t 变速系统，但基本上以进口为主。目阿在我困从事a t 研究的：t 要有北京理j 大和吉林 ：业大学等，国内的整车厂目前还都仅局限于全散件的 组装。因此，要实现自主开发及大批量生产我国的a t 研究还有一段漫长而艰 难的道路要走。 壳体 ，飞 形 油琴离合器片速度f 感器输 j 轴 蛳星齿轮变速器 蟛 盼底壳 输入轴飞絮! 於滤清器 图卜1液力 】动变速器结构原理图 1 3 2a m t 简介 a m t 是在手动挡变速器( 机械变速器) 基础上改造实现的，主要是对其手动 换挡操纵部分进行改造，即借助含有微机控制的自动操纵系统实现自动换挡， 整体传动结构却没有大的改变的，故a m t 的离合器操作和选挡动作都是通过 一个机器人系统实现的。其微机控制是核心技术，a m t 的运行质量和性能都是 直接【i 电j f 技术的质量与水平决定的。其传动系统的基本控制原理是：e c u 以 驾驶员对制动踏板、节气门踏板、选档器的操纵、转向盘和汽巧i 的行驶状态为 依据进行判断，借此确定行驶路况和驾驶员意图，根据对应的控制规律，发出 指令进行控制，同时通过执行机构实现汽车动力传动系统的联合操纵。a m t 借 助三个电磁阀实现对离合器的控制，其分离与结合都是利用油缸活塞完成的。 e c u 对离合器接合程度的y - 0 断是通过离合器行程信号实现的，它能够对接合速 度进行调节，以确保平顺的接合。a m t 的换挡控制一般是通过安装两个交叉的 控制油缸米实现，利用四个电磁阀以e c u 发出的指令为依据进行选挡与换挡控 制。a m t 是以机械变速器为基础，用电动、气压或液压系统代替驾驶员的手动 换挡操纵和分合离合器来实现自动变速。故a m t 能够有效地利用手动变速箱 的生产基础，具有好的g i 产继承性，且具有高的传动效率、低的制造成本以及 蒲麓冁 简单的结构等优点。缺点就是会在换挡过程造成动力中断，这一 三要是【i j 换挡过 程【 1 的一系列操纵引起的，如先使离合器分离，接着摘空挡、熏选挡、挂挡， 最后再使离合器接合。这种换挡方式会产生相当大的冲击，对汽车的经济性和 动力性产生较大不好的影响。此外与a t 相比，a m t 不仅对控制精度的要求很 高而f i 它对自动换挡的控制也相当难。 进黼趔断隈 图1 2i 乜控机械式臼动变速器结构原理图 1 3 3c v t 简介 c v t 的动力传递是借助传动带和槽宽可变的带轮，即! _ 带轮的槽宽变化 时，驱动轮和从动轮上的传动带接触半径也随着改变，依此进行变速。般的 传动带有金属链、金属带及橡胶带等。c v t 的优点是含有较少的零件、所占空 问少、整体重曼比较轻，运行效率高以及油耗低，能真正的实现无级变速。但 它也有不少缺点如承受的载荷不能过火，传动带易损坏，所以在e j 动变速器l 】 的占有率比较低。 图1 3金属带式无级变速器结构原理图 c v t 与前面两种自动变速器( a m t 和a t ) 相比，最显著的优点是其尤级的 速比变化，能够在多种行驶工况下选择最佳速比，与a t 相比其燃油经济性、 行驶动力性、以及废气排放都有很大的改善。但它不能进行换空挡操作，此外 还得有个自动离合器满足汽车在起步和倒挡时的需求，有的使用具有模拟液 力变矩器起步特性的电磁离合器或者电控湿式离合器，有的使用液力变矩器。 采用金属带的c v t 无级变速器与使用行星齿轮的a t 有级变速器棚比，其结构 简单且批量生产时成本较低。 1 3 4d c t 简介 d c t 继承了手动变速器( m t ) 的很多优点，如重量轻、高的传动效率、价格 低、安装空间紧凑等，此外还能够实现动力换挡，使换挡过程l 1 1 没有动力中断， 从而使汽车起步和换挡的品质有了显著改善。鉴于其良好的加j ：与制造产品过 程的生产继承性，d c t 具有很好的发展应用前景，是各种自动变速器和m t 的 有效替代品。当前d c t 的主要应用领域是轿车，但就它的工作原理来说，也可 以应用于自走式农业机械、工程机械等其它非道路车辆，具有很广的潜在使用 范围。日前国内主要采用模仿和学习国外技术来对d c t 进行研究学习，对其功 能原理的深入研究和自主产品化必将具有积极地意义，能够推动我国自动变速 器的自主研发能力，另外d c tt ，的某些结构也是目d 仃国内外投入人量精力重点 研究的混合动力汽车项目中传动系统的基本组成部分，所以在对新能源汽年的 研发中d c t 的研究也很具有实用价值1 8 1 川l3 1 。 图1 4舣离合自动变速器结构原理图 综上所述，可以在以下各个方面将上面介绍的四种变速器进行比较，如表 1 一l 所 表1 1各类f 1 动变速器的比较 表中：“+ + ”代表很好：“+ ”代表好；“0 ”代表一般；“一”代表差； “一一”代表很差 就日f 讨变速器的市场拥有率而言，m t 仍在中国和欧美洲等地区占主导地位。 但伴随着经济的增长，汽车拥有量逐年增多，由此引发交通道路越来越拥挤， 以及人们对乘车舒适性的要求越来越高，自动变速器的市场占有率已呈现逐年 增长趋势。图1 5 为对四种自动变速器在欧洲市场占有率的调查和预估。 l z = j = r r r 姆 壤 盟 【 到2 0 0 3 年d c t 被推广应用到其他高尔夫等车型上。d c t 与t d i 柴油发动机首 次实现匹配是2 0 0 4 年在德国大众的途安车型上。截止到2 0 0 6 年，装有d c t 的大众车辆共计有7 0 万辆。到2 0 0 7 年，雷诺、法拉利等公司均推出各自生产 的赛车，这些赛车都有一个相同的特点那就是全都装有与d c t 类似的变速器。 同年，r e c a r d o 公司研发出d c t 样机，并将其安装在b u g a t t i v e y r o n 跑车上。 f o r d 公司、l u k 公司以及g e t r a g 公司开展合作，研发出一款d c t ，此款d c t 带有干式离合器，称之为平行轴式变速器。当前装有d c t 的车型基本都是一些 中级车，其扭矩大小为3 5 0 n m 左右，现在对d c t 的研究重点是准备向小型 车发展，这些小型车的扭矩大小在1 5 0 n m 左右。目前d c t 已被确定引进日本 一家小型车巨头，在不久的将来会有大量装有d c t 版的小型车走向市场f 1 4 j - 【l 引。 1 4 2 国内d c t 技术发展现状 虽说当前国内d c t 的研究开发技术主要还是依靠国外，但在依靠国外的基 础上国内也取得了不少成果。国内关于轿车d c t 的研发项目己在国家“8 6 3 ” 重大专项中正式立项，根据国家产学研一体化的方针政策，重庆青山工业有限 责任公司、浙江吉利控股集团有限公司与杭州前进齿轮箱集团有限公司等积极 与国内众多知名院校及其他某些知名企业开展合作，投入大量的人力、财力与 物力，其研发队伍不断壮大。国内不少知名高校也开始对d c t 开展研发工作， 其中以吉林大学为代表，它们已申请了一些关于d c t 的专利。上汽汽车变速器 有限公司和华晨集团于2 0 0 8 年1 月2 8 日在北京签署了关于合作开展研发d c t 变速器的协议。同年1 1 月2 5 日在北京举行另外两大公司关于d c t 投资项目的 签约仪式，这两大企业为中国中发联投资有限公司和博格华纳( 中国) 投资有限 公司。中发联投资有限公司是在国家发改委的协调、组织和鼓励下，由国内自 主品牌中的1 2 家主机厂联合成立的，借此为中方实体平台和博格华纳( 中国) 投资有限公司成立中外合资的博格华纳双离合器传动系统有限公司，中发联和 博格华纳的控股比为3 4 ：6 6 。成立的合资公司投资总额约人民币1 3 8 亿元。国 内这1 2 家自主品牌主机厂包括东风、一汽、广汽、上汽、长城、长安、江淮、 奇瑞、长丰、华晨、中顺、吉利，国内自主品牌整车市场份额的九成以上都被 这1 2 家企业占据了。即关于d c t 的研发已成为中国未来汽车变速器发展的重 要方向【1 9 1 。 1 5 课题的研究意义与主要研究内容 本课题来源于合肥工业大学汽车工程技术研究院重大科研攻关项目，此科 研项目旨在研发具有自主知识产权的自动变速器。因为液压控制系统是自动变 速器的一个重要组成部分，它的设计好坏直接影响变速器功能的实现，间接影 响汽车的行驶动力性、乘车舒适性与操纵轻便性等，对汽车的研究具有实效的 应用价值，本文的主要研究内容如下： 1 1 对自动变速器的工作原理及特点进行介绍，并详细叙述其分类：a t 、a m t 、 7 c v t 、d c t 及其各自对应的原理及优缺点。对d c t 在国内外的发展情况及应用进 行详细的叙述。 2 ) 介绍选择性输出双离合自动变速器的结构及工作原理。选择性输出d c t 主要由四个部分组成：离合器系统，液压系统，换挡执行机构以及电子控制系 统。给出变速器结构示意图和各档动力传递路线并对各档的动力传递路线进行 分析，对本文的变速器结构特点进行阐述。 3 ) 设计适合本文变速器的液压系统。对液压系统的四个组成部分供油调压 和流量控制系统、双离合器液压控制系统、换挡执行机构液压控制系统和润滑 冷却系统进行详细介绍。分析带月牙隙内啮合齿轮泵的工作原理及其系统基本 参数的确定原则；在分析离合器控制过程和离合器压力控制的调节方法的基础 上设计出离合器油缸；对高速开关阀的性能特性进行分析；给出换挡执行机构 液压系统的设计要求和同步器油缸结构：最后设计出用于本文变速器的液压系 统并给出原理图。 4 ) 建模仿真及实验台的建立。首先对液压仿真技术的意义、仿真技术在液 压领域的应用以及本文选用的a m e s i m 仿真软件进行介绍。然后在a m e s i m 软件中 建立主油路压力调节系统和离合器液压控制系统的模型，给出参数进行仿真， 得出压力变化曲线。根据设计的液压系统，对各液压元件进行选型购买，建立 液压试验台，为后续的样机试验提供平台。 1 6 本章小结 本章主要阐述了自动变速器的作用及其工作原理和特点，详细介绍了自动 变速器的四种分类：a t 、a m t 、c v t 和d c t ，鉴于本文的研究对d c t 技术的 国内外发展与应用现状进行了阐述，最后还对本文的研究意义和研究内容进行 了介绍。 第二章选择性输出双离合自动变速器的结构原理 2 1 选择性输出双离合自动变速器的组成 选择性输出d c t 是在机械式变速器基础上发展起来的，组成其系统的结构 主要有四个部分：双离合器系统、液压系统、换挡执行机构和电子控制系统【2 们。 2 1 1 双离合器系统 双离合器系统是选择性输出d c t 的一个重要组成部份，能够在汽车起步、 切换挡位和传递动力的过程中发挥重要作用，并且还可以防过载和减振。双离 合自动变速器中的离合器需满足下列要求： ( 1 ) 设计的离合器应满足在任意驾驶环境和发动机工况下都能够可靠地传 递发动机最大扭矩，并持有一定的转矩储备，以防传动系过载。 ( 2 ) 为保证汽车在起步和换挡时没有冲击与抖动，离合器需满足接合时过程 要柔和及动作要彻底两个条件。 ( 3 ) 分离离合器时要快速、完全。 ( 4 ) 提供较小的转动惯量给从动机构，可以使变速器齿轮间的换挡冲击减 小，以利于换挡并使同步器间的磨损减小。 ( 5 ) 具有好的通风散热效果和足够强的吸热能力，以保证工作时温度不会太 高，使其使用寿命延长1 2 。 目前主要使用的两种选择性输出双离合自动变速器的离合器是干式和湿式 离合器。干式离合器的扭矩传递是通过摩擦片间的干摩擦实现的，其一般都是 借助弹簧装置来对摩擦片施加轴向压力。干式离合器的结构相对较简单，并且 从动部分具有小的转动惯量，同时又具有工作效率高、制造成本低、便于调整、 离合器能够彻底分离以及不需要借助动力来辅助等优点。此外干式离合器还能 够借助压盘和飞轮来吸收多余的热量，因此对滑摩过程中产生热量的速度不是 很敏感。但它还是会限制于滑摩时产生的总热量，这是因为仅凭空气散热的话 其散热速度还是比较慢的，并且短时间内热量也不容易扩散出去。这就对干式 离合器的结合提出要求，即短时间内离合器就该结合，这样滑摩过程就比较短， 由此产生的热量也就比较少。干式离合器的分离与结合是通过电机控制实现的， 当电机不工作时，离合器就分离开来，当电机开始工作时，它就开始结合【2 引。 湿式离合器的扭矩传递是依靠液体粘性摩擦实现的，其一般都是借助液压 油来推动活塞实现钢片与摩擦片之间正压力的施加。湿式离合器与上述干式离 合器相比而言，其控制品质好，结构相对单一，同时还能够较大的传递扭矩、 其摩擦片间隙不需要特意调整、压力分布较均匀且摩擦片具有较小的磨损等特 点。此离合器的摩擦片冷却是通过油液实现的，热量产生的速度虽对离合器影 响较大，但它不受滑摩过程中所产生总热量的限制。当离合器结合时液压油逐 步地加压，缓慢的产生热量，并通过摩擦片将离合器内油液产生的热量散发出 9 去，所以这种离合器的摩擦材料表面不会被燃烧。它的磨损率比也干式离合器 要低很多，同时使用寿命也比干式离合器长许多。虽然湿式离合器具有较低的 摩擦系数，但其摩擦表面的压力却能够增大1 0 倍，所以它所需的摩擦面积相对 较少。但由于湿式离合器的冷却方式采用的是油液冷却，故其离合器的主、从 动轮摩擦片间在分离时会充满润滑油，产生很大的摩擦阻力。因此，与干式离 合器相比，湿式离合器的效率比较低【2 3 1 。其离合器的分离与结合是通过液压系 统来控制液压油油压的输出变化实现的。离合器摩擦片中有一层油膜会在工作 过程中将它们分开，在其工作过程中摩擦片的摩擦表面并不是直接接触的，其 接触表面一般是液体或半液体，并借助液压油来吸收热量。 表2 1干式离合器和湿式离合器的主要优缺点对比 2 1 2 液压系统 在选择性输出双离合自动变速器中液压系统首先收到电控单元的指示信 号，再利用对液压油油压和流向的控制，以达到对换挡过程中离合器分离、挡 位的切换以及离合器结合的精确控制。在双离合式自动变速器中，液压系统包 括润滑冷却系统、供油调压和流量控制系统、双离合器液压控制系统以及换挡 执行器液压控制系统【2 4 h 乃j 。 在双离合器中，通过对液压油的充入或释放到离合器油压腔来达到控制离 合器分离及结合。将液压油充入油压腔时，离合器开始逐渐结合；将液压油释 放出油压腔时，离合器逐渐分离。而液压油的释放或充入是通过对离合器中的 压力控制阀的调节来实现的。d c t 要求离合器的压力控制可以随着车辆具体行 驶工况来随时改变油压，以达到需要离合器结合稳定时，实现高压；需要减少 燃油消耗时，实现低压。当车辆转速发生变化，可以确保d c t 的离合器液压腔 内的油压保持稳定。d c t 中的挡位需实现自动切换，而对挡位自动切换的控制 l o 主要通过换挡执行结构控制阀和离合器控制阀的协同工作来实现的，利用换挡 执行机构控制阀控制换挡拨叉连接到需要的挡位，同时有需要的分离或结合离 合器，最后达到自动换挡。在汽车行驶时，d c t 的液压系统会产生大量的热量， 致使液压腔内油温的不断上升。如果这些热量不能及时的散发出去，直接会导 致d c t 的工作性能的降低以及寿命的缩短。d c t 中的冷却系统可以通过控制 冷却油流量来保证油温的正常。 2 1 3 换挡执行机构 在选择性输出双离合自动变速器中，不同挡位的获得需借助同步器实现对 行星轮系中的各齿轮啮合与分离进行控制，在变速器换挡过程中【2 6 1 ，为使齿轮 啮合平稳且挂挡成功需使所选的挡位待啮合齿轮的轮齿圆周速度相等。若在两 齿轮轮齿速度不等时进行强行挂挡，必会发生冲击与产生噪音，这是由两齿轮 间的速度差引起的。这样不仅会挂挡不便，而且还会使轮齿的寿命受到影响， 使齿轮顶部的磨损加重，甚至会导致轮齿发生折断。为了使变速器能够平稳挂 挡，需设计出合理的换挡同步器。常见的形式主要有三种：惯性式、惯性增力 式和常压式。鉴于用于本文的变速器结构特征需选择合适的同步器结构，使用 双锥面的惯性同步器和单锥面的同步器，前者用于变速器的输入端，后者用于 两个选择性的输出轴端。 一般进行同步器设计需满足下列三个基本要求【2 7 】： ( 1 ) 在进行换挡时能平顺的运转并能彻底的实现安全分离以及不跳挡不沾排； ( 2 ) 结构简单紧凑、质量轻便； ( 3 ) 在满足上述两个要求的情况下，换挡力要尽可能的小且换挡舒适性好； 2 1 4 电子控制系统 组成d c t 的电子控制系统主要任务是收集汽车的驾驶信息和驾驶员的命 令，同时分析所收集的信号，以分析的结果为依据对d c t 的运行进行控制【2 引。 其控制系统的组成框图如下图2 一l 所示 动力源 v 一巍裟 一离翎 一巅篇 一离锶 - 一 换挡机构 一发动机控制 图2 1l 毡子控制系统组成框图 变迷衔 卜发动机 2 2 选择性输出双离合自动变速器的结构及其工作原理 2 2 1d c t 结构 选择性输出双离合自动变速器使用的是并联行星轮系结构，其传动装置的 组成部分有一个差速器、一个输入轴( 带有同步器装置) 、两根中f n j 轴( 平行和罱) 、 多个拨叉用于换挡、含有两个离合器平行布置的输出轴、多个同步器装置和 个倒档轴。变速器偶、奇数挡的输出齿轮通过选择性的输出方式分别放霞于两 根中i i l j 轴二，借助两个离合器问的切换以及切换形成的不同同步器状态经“j 不 同的输出轴输出，实现扭矩的变换及输出。j 三维结构如图2 。2 所示。 图2 2选择性输出双离合自动变速器三维结构图 度 速 速 速死转龃转牝转 号 一黼袱一辘；妻黼 2 2 2d c t 工作原理 传统d c t 的换挡过程是借助两个离合器间的交替切换过程实现的，而本文 所用变速器的换挡过程则是借助对离合器和同步器的工作状态进行控制实现 的。其工作原理如图2 3 所示，换挡规律如下表2 2 所示1 2 9 1 ： 在空挡情况下起动发动机时，所有的同步器处于中位且两个离合器都处于 分离状态；在i 挡时，同步器t 1 处于左位，同步器t 3 处于右位，离合器l 2 结合均是通过换挡执行机构拨叉实现的，在这时的行星轮系中，太阳轮是输入， 齿圈保持固定，行星架是输出；至二挡时，拨叉执行操作使同步器t 2 右位， 实现预挂挡，离合器l 2 被逐渐分开，离合器l 1 逐渐结合起来，一直到换挡成 功。当升至三挡时，拨叉又使同步器t 3 左位，预挂挡完成，离合器l 1 被逐渐 分开，离合器l 2 逐渐结合起来，一直到换挡成功，此时的输出直接挡为行星 轮系。当处于四挡时，拨叉又使同步器t 2 左位，预挂挡完成，离合器l 2 逐渐 被分开，离合器l 1 逐渐结合起来，一直到实现换挡。而当处于倒挡时，拨叉 使同步器t 1 位于右位，同步器t 2 位于左位，离合器l l 为结合状态，离合器 l 2 为分离状态。 图2 3选择性输出双离合自动变速器工作原理图 1 输入轴z l ；2 倒挡输入齿轮c 1 ；3 前进挡倒挡同步器t l ；4 前进挡输入齿轮c 2 ； 5 2 、4 挡齿轮c 3 ； 6 2 、4 挡输出轴z 2 ；7 主减输入齿轮c 4 ；8 离合器l i ；9 2 、4 挡同步器t 2 ；1 0 2 、4 挡行星轮系x i ； 1 1 主输出轴z 3 ；1 2 主减输出齿轮c 5 ；1 3 离合器l 2 ；1 4 1 、3 挡同步器t 3 ；1 5 1 、3 挡行星轮系x 2 ；1 6 主减输入齿轮c 6 ；1 7 i 、3 挡输出轴z 4 ；1 8 1 、3 挡齿轮c 7 ；1 9 倒挡齿轮c 8 ；2 0 倒挡轴z 5 ；2 1 倒挡齿 轮c 9 表2 2选择性输出双离合自动变速器换挡工作规律表 2 3 选择性输出双离合自动变速器的传动路线分析 选择性输出双离合自动变速器共有空挡、i 挡、i i 挡、挡、挡、倒挡 等几各档位，各个挡位的传动路线如下详细叙述【3 0 】： i 挡时，动力由输入轴z 1 输入，拨叉使得前进挡、倒挡同步器t 1 处于左 位，i 、挡同步器t 3 处于右位，i i 、挡同步器t 2 处于中间位置，离合器 l 2 结合，l 1 分离，此时在i 、挡行星轮系x 2 中，齿圈与壳体锁死，动力由 太阳轮输入，行星架输出，经齿轮c 6 、c 5 ，由主输出轴z 3 输出。如图2 4 红 色部分所示。 图2 4选择性输出式双离合自动变速器的i 档传动路线图 1 4 i i 挡时，动力由输入轴z 1 输入，拨叉使得前进挡、倒挡同步器t 1 处于左 位，i i 、挡同步器t 2 处于右位，i 、挡同步器t 3 处于中间位置，离合器 l 1 结合，l 2 分离，此时在i i 、挡行星轮系x 1 中，齿圈与壳体锁死，动力由 太阳轮输入，行星架输出，经齿轮c 4 、c 5 ，由主输出轴z 3 输出。如图2 5 红 色部分所示。 图2 5选择性输出式双离合自动变速器的i i 档传动路线图 挡时，动力由输入轴z l 输入，拨叉使得前进、挡倒挡同步器t 1 处于左位，i 、 挡同步器t 3 处于左位，i i 、挡同步器t 2 处于中间位置，离合器l 2 结合，l 1 分 离，此时在i 、挡行星轮系x 2 中，齿圈和太阳轮连为一体，整个行星轮系按照1 ：1 的速比传递。动力由太阳轮输入，行星架输出，经齿轮c 6 、c 5 ，由主输出轴z 3 输出。 如图2 6 红色部分所示。 9876 悼眵嗤：= = 翰， 1 1 o 。1 9 1 2 一= 沛禹了i 7 眵嗤八 图2 6选择性输出式双离合自动变速器的档传动路线图 挡时，动力由输入轴z l 输入，拨叉使得前进挡倒挡同步器t 1 处于左位， i i 、挡同步器t 2 处于左位，i 、挡同步器t 3 处于中间位置，离合器l 1 结合，l 2 分离，此时在i i 、挡行星轮系x 1 中，齿圈和太阳轮连为一体，整 个行星轮系按照1 ：1 的速比传递。动力由太阳轮输入，行星架输出，经齿轮c 4 、 c 5 ，由主输出轴z 3 输出。如图2 7 红色部分所示。 兰f 吲土协 上亭工， ： 1 2 一一 惑 灞厂 0 卿 图2 7选择性输出式双离合自动变速器的档传动路线图 倒挡时，动力由输入轴z 1 输入，拨叉使得前进挡倒挡同步器t l 处于右位， 倒挡输入齿轮c 1 和倒挡齿轮c 9 常啮合，倒挡齿轮8 和i 、挡齿轮c 7 常啮 合，动力经