【《双离合器自动变速器的基本原理分析》4000字】

双离合器自动变速器的基本原理分析目录TOC\o"1-3"\h\u1328双离合器自动变速器的基本原理分析 1253391.1DCT结构的分析 145961.2DCT双离合器的分析 4184771.1.1干式双离合器的性能分析 4183091.1.2湿式双离合器性能分析 5248681.3拟定DCT基本结构方案 651921.4小结 6双离合器自动变速器既拥有AMT所有的优点，又可消除中断动力换挡的弱点。目前各大汽车公司研制的DCT采用的结构各不一样，每种类型都有相适应的传动结构，所以需要综合不同的DCT方案，确定传动方案合理性是DCT设计开发的重要基础。双离合器自动变速器系统主要组成部件是双离合器、变速器、双离合器执行机构、变速器换挡执行机构、ECU和各种传感器。DCT的基本原理相当用两套变速器和两个离合器。变速器在工作状态时，另一个变速器空转。两个离合器的切换完成两变速器交互进入工作状态，能动力切断时间很短的情况下完成换挡。换挡过程迅速，换挡时间控制在0.2s内，进而消除了切断动力换挡带来的问题。1.1DCT结构的分析DCT是基于手动变速器的基础上发展的，DCT是通过将变速器按奇、偶数分别布置在两个离合器所连接的两个输入轴上，控制离合器的切换完成换挡过程。其齿轮及轴都使用机械变速器定轴式结构，产生了多种传动方案[4]。在车辆处于停车状态，两个离合器分开，两个离合器互相的位置为打开的。车起步，挡位换为1挡，然后离合器CL1接合，车开始运行，离合器CL2仍分离，不传动力。车辆加速接近挡的换挡点时，由ECU控制自动换挡机构将挡位提前换入挡。到2挡的换挡点时，CL1离合器开始分离时CL2离合器开始接合，两个离合器同步切换，直到离合器CL1完全分离，离合器CL2完全接合，换挡过程完成。2挡后，TCU通过相关传感器信号计算分析运行情况，进而准备即将进入运行的挡位的更换，此时加速，下一个挡位就是3挡，车辆减速，下一个挡位为1挡。而1挡和3挡都均连在离合器CL1上，因离合器在分离状态时，不需传递动力，可以控制选换挡执行机构预先换入即将进入工作的挡位，在需要换挡的点两个档位达到一种同步，配合好两个离合器便捷的地实现整个换挡过程。车辆行驶时，其它挡位的切换过程与上述分析类似。双离合器自动变速系统中换挡过渡过程其实就是两个离合器分离和结合的情况。在换挡过程中，动力始终不会中断，这样完成的换挡过程就是动力换挡，这和液力自动变速器的换挡过程一样，其控制原理如图1.1所示[6]。图1.1双离合器自动变速系统控制原理图为保证动力性和燃油经济性，双离合器自动变速器常拥有有5个或6个前进挡和一个倒挡，有的有7个前进挡。按中间轴的数量，其可分为两轴式、单中间轴和双中间轴式三种型式[7]。两轴式DCT无中间轴，两根输入轴中的常啮合齿轮直接与输出轴的相应齿轮相啮合，动力从输出轴传出。图1.2为两轴式DCT传动简图。两轴式DCT结构简单、紧凑。弱点是挡位数很少，增加挡位数会增加实心输入轴和输出轴的长度。因为没有直接挡，在高挡工作时，齿轮和轴承载荷大，噪声很大，导致了快速耗损，是一个严重的弱点。两轴式DCT多在前置发动机前轮驱动或后置发动机后轮驱动的中型和紧凑型轿车上使用。图1.2两轴式双离合器自动变速器图1.3为单中间轴式双离合器自动变速器结构简图。单中间轴式双离合器变速器主由双离合器、两根输入轴、一根输出轴、各挡齿轮及与其对应的同步器组成。其1、3、5挡与离合器与CL1连接在一起，2、4、6挡连接在CL2离合器上，把变速器的挡位按奇、偶数分别与两个离合器分别配置，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[7]。图1.3单中间轴式双离合器自动变速器单中间轴式DCT的两个输入轴中的常啮合齿轮直接与中间轴中相应的齿轮啮合，中间轴再经历两个齿轮将动力传到输出轴。中间轴自动变速器只有一根中间轴，动力从输入轴通过齿轮副传递到中间轴，再中间轴传递到输出轴。输入轴与输出轴在同一条直线上，中间轴平行于输入轴布置。因为就一根中间轴，除直接挡，所有挡位的从动齿轮都布置在中间轴上，中间轴的轴向长度很大。为使中间轴有足够的刚度，在中间布置了轴的支柱使得自动变速器有更复杂结构结构。因单中间轴DCT的输入轴和输出轴的轴线在同一条直线上，方便了直接布置。直接挡是中间轴DCT最大的优点。单中间轴DCT的缺点是除直接挡外，其他挡位传动效率有所降低，前进挡挡位较多时，实心输入轴和中间轴都较长，故单中间轴式DCT一般应用于对变速器轴向尺寸要求不高的车辆上。双中间轴式双离合器变速器主要由双离合器、两根输入轴、两根中间轴、一根输出轴、各挡齿轮及与其对应的同步器组成。图1.4为双中间轴式双离合器自动变速器的结构简图。两个离合器各自与不同的输入轴相连，离合器CL1通过空心轴和憜轮与奇数挡位1、3、5和倒挡相连，离合器CL2则通过实心轴与偶数挡位2、4、6相连。发动机的曲轴通过飞轮与两个离合器主动部分连接。双中间轴式DCT的工作过程与单中间轴式相同。双中间轴DCT与单中间轴DCT最大的区别就是用两根中间取代一根中间轴，分别传递输入轴到输出轴的转矩。这种结构布置的优点有效减小变速器的轴向尺寸，却额外增加了变速器的径向尺寸。因为双中间轴DCT每一挡位至少通过两对齿轮啮合才能将动力输出，所以与两轴式DCT相比，双中间轴自动变速器的传动效率低了，但是因为能有效的减小变速器轴的长度，减小自动变速器的尺寸，且适图1.4双中间轴式双离合器自动变速器因布置较多挡位数，所以在对变速器的轴向尺寸要求较高的情况时，如前置前驱动乘用车的变速器布置是横置工作时，或者中、重型商用车传递转矩大，为了提高其强度与刚度时应用，在中、大型和豪华型轿车中得到广泛使用。1.2DCT双离合器的分析DCT系统的性能特点主要源于采用的双离合器的形式。双离合器作为DCT的重要部件之一，其工作性能直接关系到车辆的是否正常起步及换挡效果。为确保传动可靠、分离完全、结合平顺、换挡迅捷、体积小、质量轻、寿命长和易制造等特点，所以性能、结构、生产制造方式和操纵控制方面，都对双离合器严格需求[8]。目前,在DCT系统中通常采用干式单片或湿式多片两种结构型式[9]。1.1.1干式双离合器的性能分析干式双离合器有从动部分转动惯量小、结构简单、调整方便、分离彻底、转矩过载保护、效率高、成本相对较低、不需辅助动力等长处。两离合器一般用轴向并排布置，两组分离杠杆掌握两个离合器的分离和接合。这种结构的双离合器往往轴向尺寸较大，给总体布置带来一定的难度。干式双离合器可以通过压盘和飞轮吸收了较大热量，对滑磨产生热量的速度不敏感，因为了空气散热较慢，热量不易在短时间内散发出去，因此受到滑磨产生的总热量的影响。干式离合器在短时间内结合，因为这样滑磨的时间短，产生热量少，所以干式双离合器用于小转矩作用，短时间滑磨的工况。干式双离合器则用离合器从动盘上的摩擦片传递转矩，略去了液系统再结合干式离合器本身所具有的传递转矩的高效性，电机驱动的干式双离合器的油耗通常比液压驱动的湿式双离合器低4%～6%。但也因为干式离合器的热容量远远低于湿式离合器，在大功率输入的状况下，系统很快会达到热容极限，寿命会较短。采用干式双离合器的变速器系统的效率得到了改善。变速器可略去去吸滤器、油冷器和变速器壳体中的高压油管。可以设计的更紧凑。干式双离合器的外形尺寸比湿式双离合器微大，尤其是轴向尺寸长，因为双离合器的布局和所选用的摩擦材料所决定的。这样，在车上安置两个干式离合器，还要布置两个离合器的操纵机构需要的安装空间很大；在离合器片磨损后，摩擦片就得常换。这都给DCT采用干式离合器带来了很多困难。用膜片弹簧作压紧弹簧可以弥补干式离合器的上述弱点：第一，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，让离合器结构大为精简，质量减少，并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。其次，由于膜片弹簧与压盘在整个圆周接触，使压力得以分布均匀，摩擦片的接触良好，磨损较均匀。此外，膜片弹簧有非线性的弹性，从动盘磨损后，也能可靠地传递发动机的转矩而不产生滑磨。另外，因膜片弹簧是一种旋转对称零件，平衡性优秀，高速下其压紧力降低微小[10]。1.1.2湿式双离合器性能分析湿式离合器有较好的可控性和控制品质,结构简单，具有压力分布均匀、磨损小且均匀、传递转矩容量大、不需求专门调整摩擦片间隙等特点。它用液压油强制冷却，允许起步时较长时间滑动，高挡起步也稳定，寿命可达到干式离合器的5~6倍。湿式双离合器却产生热量的速度限制，不影响产生的总热量的限制。在结合过程里，尽管有产生较多的热量，冷却油能不断把热量带走，离合器还是可以又的工作状态。湿式离合器有良好的散热特点，适合离合器结合过程中压力渐增、发热速度较慢的情况。湿式双离合器的转矩传递通过浸没在油中的湿式离合器摩擦片来实现。湿式离合器工作环境对外隔离，免于外界温度、粉尘及内部机油的作用，工作性能稳定。摩擦副之间有油膜，接合过程中是混合摩擦状态，接合过程顺滑。但湿式离合器摩擦片与对偶钢片均较薄，损坏形式多为瞬时温升过高或温度分布不均导致的烧蚀或翘曲，不是摩擦片的磨损。工作过程中需要强制冷却系统，功率损耗。却因为液压油的存在，离合器不可彻底分离，功率损失，其结构比干式复杂，难度大，制造成本高。通过干式与湿式离合器性能比较可知，虽然湿式双离合器采用强制冷却措施具有散热效果好的明显优点，复杂的结构增加了制造难度与成本。而与之相比，由于目前膜片弹簧的引用弥补了干式离合器结构尺寸较大的不足，开发了具有良好的生产继承性、较高的传动效率、对于较低的生产成本等特点。此外，轻型轿车，因工作转矩小，契合干式双离合器适用于小转矩作用工况的条件[11]。1.3拟定DCT基本结构方案据上DCT的双离合器模块、齿轮轴系结构及执行机构的结构形式特点，本文研究的原型车特点和要求，确认DCT双离合器、机械系统