汽车自动变速器原理及诊断与维修 课件 DSG-001原理认知

汽车自动变速器原理及诊断维修应用本科汽车类专业系列教材

2345任务描述任务实施学习小结6知识拓展1任务目标相关知识学习任务任务1电控CVT无级变速器的基本认知1.了解DSG变速器的基本组成、工作原理

。2.掌握典型DSG变速器的结构与档位分析

。【任务目标】【任务描述】

根据实际需要，制定DSG变速器原理学习工作计划并实施1.图书、资料2.网络资源【参考资料】

【相关知识】

一、DSG湿式双离合器变速器概述

DSG变速器主要有两套多片式离合器、三轴式齿轮变速器、自动换挡机构、电子控制系统、液压控制系统组成。DSG采用了两个功能完整的手动变速箱的形式，他们并排连接，共用一个差速器。发动机动力由两个齿轮变速箱通过两个离合器来分摊，一个变速箱选择偶数档位，另一个变速箱选择奇数档位，每个档位都配有一个传统的同步器和一个手动齿轮箱的档位选择杆。如图4-1-1所示的湿式DSG工作原理。K1离合器内转鼓（内片支架）通过花键与输入轴1连接，当K1离合器被施压时发动机动力便传递至输入轴1上，离合器K2负责将扭矩传给输入轴2。大众OAM变速器（干式）与02E变速器（湿式）机械传动部分与基本相同，区别在于双离合器部分，见图。DSG变速器的工作原理可以想象为将两台手动变速箱的功能合二为一，并建立在单一的系统内。DSG内含两台自动控制的离合器，由电子控制及液压推动，能同时控制两组离合器的运作。当变速箱运作时，一组齿轮被啮合，而接近换挡之时，下一组挡段的齿轮已被预选，但离合器仍处于分离状态；当换挡时一组离合器将使用中的齿轮分离，同时另一组离合器啮合已被预选的齿轮，在整个换挡期间能确保最少有一组齿轮在输出动力，令动力没有出现间断的状况。DSG系统的最大特色在于变速箱内设有两组离合器，而且可以依照行驶条件预先加载档位，因此DSG系统的换挡时间短，换挡迅速。DSG变速器没有变矩器也没有离合器踏板，在传动过程中的能耗损失非常有限，大大提高了燃油经济性。二、DSG湿式双离合器变速器机械部分介绍1．多片湿式双离合器1）离合器K1、K2DSG变速器的多片湿式双离合器结构如图4-1-3所示，多片湿式双离合器内部主要由两个离合器组成：离合器K1和离合器K2。纵观DSG变速器的工作原理，多片湿式双离合器的作用等同于普通手动变速器中机械式离合器的作用，针对于有级的液力机械式自动变速器来讲，其作用相当于液力变矩器的作用，多片湿式双离合器即为一个自动离合器。离合器K1和离合器K2的实质作用：离合器K1主要负责1档、3档、5档和倒档，在汽车行驶中一旦用到上述档位中任何一档，离合器1是接合的；离合器K2主要负责2档、4档和6档，当使用2、4、6档中的任一档时，离合器K2接合。DSG变速器2个离合器的工作状态是相反的，不会发生2个离合器同时接合的情形。2）输入轴输入轴共有两根如图所示。输入轴一和输入轴二可分别通过双离合器中的离合器K1和K2得到发动机输出的转矩。输入轴一在空心的输入轴二的内部，通过花键与离合器K1相连，输入轴一上有1档/倒档主动齿轮、3档主动齿轮及5档主动齿轮；在1档/倒档和3档主动齿轮之间还有输入轴一的转速传感器G501的脉冲轮。输入轴二为空心，套在输入轴一得外部，通过花键和离合器K2相连，输入轴二上安装有2档、4档/6档齿轮，在2档齿轮附近还有输入轴二转速传感器G502的脉冲轮3）输出轴及齿轮输出轴1及齿轮。其机构如图所示，输出轴1上有1、2、3、4档换挡齿轮和各档同步器组件，还有与差速器相连的输出齿轮。其中1、2、3、4档使用三件式同步器，4档使用单件式同步器。输出轴2上有5档、6档和倒档换挡齿轮和各档同步器组件，与差速器相连的输出齿轮。其中5、6档使用单件式同步器，倒档使用单件式同步器。3）倒档轴如图4-1-6所示。倒档轴上安装有倒档惰轮1和倒档惰轮2。倒档惰轮1和倒档惰轮2随倒档轴旋转而旋转，倒档惰轮1和倒档惰轮2分别于位于输入轴一上的1/倒档主动齿轮、输出轴二上的倒档从动齿轮常啮合。4）换挡机构变速器的4个换挡轴由液压控制单元控制，由控制单元内的4个电磁阀完成，通过为换挡轴施加压力来控制拨叉动作。每个拨叉轴的两端通过1个有轴承的钢制圆筒支撑，圆筒的末端被压入活塞腔。换挡油压通过油道传输到活塞腔内作用在圆筒后端，形成推力，完成换挡。换挡轴压力通过保持换挡轴持续的时间进行调节。当一个挡位工作时，其相应推力一直存在。同时在每个拨叉上面都有一个独立的拨叉行程传感器，用以监测、反馈拨叉的行程以及所处的状态。为了保证挡位的固定，在每组拨叉的主臂上还有一个挡位锁止机构，用来锁止所在挡位

5）三件式同步器其结构如图4-1-8所示，带有钼涂层的黄铜同步环是转速同步的基础。三件式同步器与单件式同步器相比，所提供的摩擦面积要大的多，因此可提高同步效率。三、大众02E双离合器变速器动力传递路线1.1档动力的传递路线发动机动力经离合器K1→输入轴1→输入轴1上的1/R档齿轮→输出轴1上的1档齿轮→1/3档接合套→输出轴1→输出轴1上的输出齿轮→差速器。

2．2档动力的传递路线发动机动力经离合器K2→输入轴2→输入轴2上的2档齿轮→输出轴1上的2档齿轮→2/4档接合套→输出轴1→输出轴1上的输出齿轮→差速器。

3．3档动力的传递路线发动机动力经离合器K1→输入轴1→输入轴1上的3档齿轮→输出轴1上的3档齿轮→1/3档接合套→输出轴1→输出轴1上的输出齿轮→差速器。

4．4档动力的传递路线发动机动力经离合器K2→输入轴2→输入轴2上的2/4档齿轮→输出轴1上的4档齿轮→2/4档接合套→输出轴1→输出轴1上的输出齿轮→差速器。

5．5档动力的传递路线：发动机动力经离合器K1→输入轴1→输入轴1上的5档齿轮→输出轴2上的5档齿轮→5/N档接合套→输出轴2→输出轴2上的输出齿轮→差速器。

6．6档动力的传递路线发动机动力经离合器K2→输入轴2→输入轴2上的4/6档齿轮→输出轴2上的6档齿轮→6/R档接合套→输出轴2→输出轴2上的输出齿轮→差速器。

7．R档动力的传递路线：发动机动力经离合器K1→输入轴1→输入轴1上的1/R档齿轮→倒档轴上的倒档齿轮1→倒档轴上的倒档齿轮2→输出轴2上的倒档齿轮→6/R档接合套→输出轴2→输出轴2上的输出齿轮→差速器。

8．P档如图4-1-21所示，将换档杆推至档位“P”，驻车锁即锁止。止动爪卡在驻车锁齿轮的齿间。定位弹簧卡入杠杆，将止动爪固定在该位置。止动爪卡在驻车锁齿轮的某个齿上时弹簧1张紧。一旦汽车开始移动，弹簧1松开，将止动爪压入驻车锁齿轮的下一个齿隙。将换档杆移出档位“P”时，驻车锁松开，将滑板向右推回到初始位置，弹簧2将止动爪从驻车锁齿轮的齿隙中推出。四、大众02EDSG湿式双离合器变速器电控系统1．输入装置输入装置主要包括各种传感器和开关信号1）传感器G182和G509如图4-1-16所示，变速器输入转速传感器(G182)用于计算离合器的打滑率，为实现该功能，控制单元还必须采集输入轴转速传感器G501和输入轴转速传感器G502的信号，根据离合器的打滑情况，控制单元可以精确地进一步打开或关闭离合器。若该传感器失效，控制单元以发动机转速传感器信号来替代。但是这里需要注意，发动机转速信号并不等于此传感器信号，任何连接都会造成轻微的转速差异，为了更加精确的进行控制才设计此传感器。控制单元利用来自温度传感器(G509)的信号,调节离合器冷却油的流量并采取其它措施来保护变速器，离合器温度也可通过控制单元在应急情况下依据变速器运行参数运算出来。失效影响（G509）：控制单元采用变速器油温传感器G93和变速器控制单元温度传感器G510的信号作为替代值。2）传感器G501和G502如图4-1-17所示，输入轴转速传感器1(G501)和输入轴转速传感器2(G502)分别监测离合器K1和K2的输出转速，识别离合器的打滑率，与输出转速传感器配合，监测是否挂上正确挡位。如果该信号中断，变速器相应部分被切断，其中G501失效，汽车只能以2挡行驶，G502失效，汽车只能以1挡和3挡行驶。3）传感器G195和G196如图4-1-18所示，两传感器都装在机械电子装置上，与控制单元始终连接在一起，用来检测输出轴的转速，根据此信号，控制单元可以识别车速和车辆行驶方向(通过两个传感器相位差的变化实现)。两个传感器错开方式安装在一个壳体内，由一个信号转子驱动，如果改变行驶方向，信号以相反顺序到达控制单元。该信号中断，控制单元用ABS的车速信号和ESP中的行驶方向信号代替。4）传感器G193和G194离合器K1压力传感器G193和离合器K2压力传感器G194集成安装在电子－液压控制单元上，如图4-1-19所示。该压力传感器由一对层状结构的导电极板组成，上部极板附在陶瓷隔膜上，压力变化时该隔膜弯曲变形，另一个极板强力粘接在陶瓷衬底上，对压力变化无反应。只要压力发生变化，上部隔膜就会弯曲变形，上下隔膜之间的距离就会改变，从而根据油压产生一个信号。控制单元利用该传感器信号来识别作用于离合器K1和离合器K2的液压油压力。如果传感器失效，变速器只能以2挡行驶或1挡和3挡行驶。5）传感器G93和G510变速器油温传感器G93和变速器控制单元温度传感器G510如图4-1-20所示的作用是检测控制单元本身的温度和变速器油的温度，两者互相比较、检测，保证数据的稳定和准确，当油温超过138℃时，减小发动机输出扭矩。当油温超过145℃时，停止向离合器供油，离合器处于断开位置。6）换挡元件传感器换挡元件传感器是用来识别准确的拨叉位置，每个传感器监测一个换挡轴，控制单元以此利用油压来推动换挡轴运动，形成挡位。如图4-1-21所示。G487监测1/3挡；G488监测2/4挡；G489监测6/R挡；G490监测5/N挡。若某个传感器失效，受其影响的换挡装置关闭，相应的挡位也无法接合。2．执行机构电子控制装置的执行元件里的电磁阀可分为占空比电磁阀和开/关电磁阀两类。开关阀：N88、N89、N90、N91、N92；占空比阀：N215、N216、N217、N218、N233、N371。见图4-1-22。1）开/关电磁阀N88，N89，N90和N91（换档执行机构阀）所有四个电磁阀都位于机械电子单元的电液控制单元内。这些阀是“开/关”阀，阀门通过多路转换器滑阀控制至所有换档执行机构的油压。未通电时电磁阀处于闭合位置，压力油无法到达换档执行机构处。电磁阀1N88控制1档和5档的选档油压；电磁阀2N89控制3档和空档的选档油压；电磁阀3N90控制2档和6档的选档油压；电磁阀4N91控制4档和R档的选档油压。

2）开/关电磁阀N92（多路转换器电磁阀）如图所示开关阀N92控制液压部分接通不同的油道即多路控制器，当该电磁阀未动作时，接通1、3、6和倒挡供油油路；当该电磁阀动作时，接通2、4、5和空挡供油油路。该电磁阀如失效将处于关闭位置，无法被油压激活，会出现换挡错误，甚至车辆有熄火的危险。3）调节电磁阀N217(主油压力控制阀)

如图4-1-24所示，N217主油压力控制阀控制整个液压系统内的压力，其最重要的任务是根据发动机扭矩来控制离合器油压，其调节参数为发动机扭矩及发动机温度，控制单元根据当前的工作情况连续的调节主油压。如果该阀失效，那么系统将在最大压力下工作。这将导致燃油消耗升高且换挡时由噪声。4）调节电磁阀N215/216（离合器压力控制阀）如图4-1-25所示，调节阀N215控制多片式离合器K1的压力，调节阀N216控制多片式离合器K2的压力。离合器压力控制的基础是发动机扭矩，控制单元将离合器压力值与当前摩擦系数相匹配。失效影响：如果某个阀损坏，那么相应变速器部分将被切断，组合仪表上会有故障显示。5）调节电磁阀N218（离合器冷却压力控制阀）如图4-1-26所示，通过滑阀控制冷却油的流量，控制单元通过采集G519（离合器油温度传感器）的信号来控制该阀。失效影响：若该阀出现故障，以最大流量对多片式离合器进行冷却低温下出现换档困难，油耗也会增加，可以看到故障提示信息。6）调节电磁阀N233/N317(安全阀)如图4-1-27所示，两个离合器各有一个安全阀，K1对应的是N233、K2对应的是N371。当变速箱部分出现与安全有关的故障时，安全滑阀使该部分内的液压压力与系统隔开。失效影响：失效后，相应变速箱部分档位无法实现，N233失效，变速箱只能以2档行驶；N371失效，变速箱只能以1档和3档行驶。3．控制单元1）电子控制单元功能电子控制单元与电动液压控制单元集成在一起，装在变速器内部，浸在变速器油中，是变速器控制的核心，所有的传感器信号和来自其他控制信号都由电子控制单元接收并进行监控。见表4-1-1。（1）能够根据需求情况调整液压系统压力；（2）精确控制双离合器的压力和流；（3）对双离合器进行冷却控制；（4）根据传感器信号进行换档点选择；（5）和其它控制单元交换信息；（6）激活应急模式；（7）进行故障自诊断；（8）根据发动机转矩、离合器控制压力、离合器温度等信号对离合器进行过载保护和安全切断；（9）控制单元不断检测离合器控制和离合器输出轴转矩之间出现轻微打滑，对离合器进行控制。2）02变速器电路图A--蓄电池；E313--换挡杆；F4--倒车灯开关；F319--换挡杆锁止开关；J329--15接线柱供电继电器；J519--供电控制单元；J527--转向柱电子控制装置控制单元；J587--换挡杆传感器控制单元；J743--机械电子装置；α-通过保险丝SC21的30号接线柱；A--K线；B--CAN-H；C--CAN-L3）CAN-数据总线连接如图4-1-29所示，形象的表示出直接换挡变速器的机械电子装置在CAN-数据总线结构中的连接状况。五、DSG湿式双离合器变速器液压控制系统1．液压控制系统的功用液压控制系统以DSG油为介质，主要功用是：1）根据需求调整液压系统压力；2）对双离合器工作油压进行控制；3）对换挡调节器进行控制；4）对双离合器冷却进行控制；5）对整个齿轮机构提供可靠的冷却和润滑。2．液压控制系统的组成1）供油装置油泵是供油装置的主要部件，油泵的作用是为整个系统提供压力油，该变速器采用的是月牙形内啮合齿轮泵，其结构和工作原理如图4-1-39所示。油泵由油泵轴驱动，油泵轴位于输入轴1和输入轴2的内部，由发动机飞轮驱动，以发动机转速运转，其最大输出量为100L/min，最大供