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摘要
随着世界汽车对汽车的动力性、经济性、排放性和操纵性提出了更高要求,对于汽车的操纵性,汽车简单分为手动变速器和自动变速器,这次我要论述的是自动变速器里的最新成果----DSG变速器。
DSG，英文全称Direct-ShiftGearbox，翻译成中文就是“直接换挡变速器”。
也就是“双离合器机械式半自动变速器”。
DSG变速器是目前世界上最先进的、具有革命性的变速器系统，大众汽车在2002年于德国沃尔夫斯堡首次向世界展示了这一技术创新。
新一代DSG变速器采用了双离合器和6个前进档的传统齿轮变速器作为动力的传送部件，主要与高扭矩的发动机配合使用。
关键词：
双离合器,离合器控制,动力传递,组成结构
Abstract
Astheworldcarofthecar'
sperformance,fueleconomyandemissionsandmaneuverabilityisputforwardhigherrequirements,thevehiclemaneuverability,simpledividedintomanualtransmissionandautomatictransmissioncar,thistimeIwanttobediscussedisthelatestachievementsintheautomatictransmission-DSGgearbox.
DSG,EnglishfullnameDirect-ShiftGearbox,thetranslationintoChineseis"
DirectShifttransmission"
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doubleclutchsemi-automaticmechanicaltransmission"
.
DSGgearboxiscurrentlytheworld'
smostadvancedandrevolutionarytransmissionsystem,Volkswageninwolfsburg,Germanyin2002toshowtheworldthetechnologyinnovationforthefirsttime.AnewgenerationofDSGgearboxwiththedoubleclutchandsixforwardtraditionalgeartransmissionaspowertransmissioncomponents,mainlyusedwithhightorqueoftheengine.
Keywords:
doubleclutch,Clutchcontrol,Powertransmission,Structure
第1章绪论
传动系变速的自动化是人们一直不断追求的目标，特别是随着社会经济的发展，大量非职业司机的涌现和汽车保有量的迅速增加，市场对装备自动变速器汽车的需求日渐高涨，汽车自动变速器的应用有着更加重要的现实意义。
采用自动变速器，实现自动换挡，不但可以使汽车的驾驶变得更简单、省力，而且可以有效地提高汽车的舒适性、安全性并降低排放。
对中国而言，自八十年代以来，我国人民生活水平有了很大提高，人们对生活质量的要求越来越高，特别是家庭汽车的普及更是生活质量的具体体现，因此必须研究和开发既有高质量、操纵方便又有经济实用等特点的具有广阔发展前景的车辆，来满足日益增长的广大消费者的需求。
要实现这些功能，满足这些要求，就必须开发和研制出传动系中能够高效传递发动机动力，又具有操纵方便的自动变速器。
所以各主要工业国家均在这方面投入了大量人力和财力，研制出种类繁多的各类自动变速器。
随着电子技术和自动控制技术的迅速发展，自动变速器技术越来越完善，在越来越多的车辆上得到应用，成为现代汽车与现代工业发展的标志之一。
1.1课题背景
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：
DirectShiftGearbox），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EBl6.4Veyron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。
在一般的车辆上只有手动和自动两种变速箱，手动变速箱换档常常出现动力传动暂时中断的现象，而自动变速箱换档却又存在响应迟缓的缺点。
DSG变速箱综合了传统手动变速箱和自动变速箱的各自优点，就像是两个变速箱合而为一，一个离合器控制单数档位齿轮，另外一个离合器控制双数档位齿轮。
也就是说，当变速箱挂入一档时，二档齿轮就已经啮合，等到换档时机一到，第二离合器就与发动机输出轴接合而换入二档。
在此同时，由第一离合器所控制的三档齿轮组也完成啮合等待换档指令。
DSG变速箱在换档过程中微小的液压功耗损失和极短的换档时间使整个换档过程达到了高效率，从而降低了能量的损耗，自然就提高了加速性和车辆燃油经济性。
除了大众集团使用的DSG双离合器变速器外，目前像日产新的超级跑车GT-R也采用博格华纳的双离合器变速器，三菱新一代EVO也使用双离合器变速器，还有宝马将在自己的M系列运动轿车上采用7速的MDKG的双离合器变速器。
可以预计，在强调高性能的高档轿车和跑车上将会有越来越多双离合器变速器的身影出现。
双离合变速器是目前比较先进的变速箱技术，但是这种变速箱并不是最近几年才出现的，这种巧妙的技术在上世纪三四十年代就已经出现了。
而且首先应用的也不是大众，而是保时捷，大众只是最先应用在民用车上，并且在2002年大肆宣传，才使得DSG这三个字母深入人心。
1.1.1DSG国外发展概况
1940年,Darmstadt大学教授RudolphFranke第一个申请了DCT专利,随后保时捷也发明了专用于赛车的双离合变速器（PDK）。
然而,在那个时代,未能成功将DCT/PDK技术投入批量生产。
到了20世纪90年代末期,大众公司和博格华纳携手合作生产第一个适用于大批量生产和应用于主流车型的DCT。
2002年,DCT应用在德国大众高尔夫R32和奥迪TTV6上。
2003年,其相继推广到高尔夫等其他车型上。
2004年,DCT在德国大众途安车型上首次与TDI柴油发动机匹配。
到2006年,搭载DCT的大众车型累计达到70万辆。
2007年,法拉利、雷诺等公司纷纷推出了各自的赛车,一个共同的特点是全都搭载了类似DCT的变速器。
同时,Recardo公司开发出了DCT样机,并装备在Bugatti-Veyron跑车上。
LuK公司与Ford、Getrag公司合作,共同开发带有干式离合器的DCT,称为平行轴式变速器（PSG）。
目前的DCT车型多为扭矩在350Nm左右的中级车,现在正准备向扭矩在150Nm左右的小型车发展。
日本一家小型车巨头已经确定引入DCT,不久将会有DCT版的小型车批量推向市场。
1.1.2DSG国内发展与前景
目前中国汽车行业的情况是,许多技术还依靠国外。
在变速器的发展上呈现出跳跃式变化现在自动变速器主要以AT为主,吉利、上海大众、上海通用等公司的汽车都采用AT。
在国家“863”重大专项中，轿车DSG的研发正式立项,按照国家产学研一体化的方针政策,浙江吉利控股集团有限公司、杭州前进齿轮箱集团有限公司、重庆青山工业有限责任公司等积极与国内知名高校以及一些知名企业携手合作,投入了相当的人力、物力和财力,其研发队伍越来越大。
国内高校以吉林大学为代表也开展了DCT的研发工作,并且已经申请了一部分专利。
一汽集团在AMT的研发上已经积累了一定的经验,目前已决心要开发DCT,而且要能够攻克关键的控制器单元。
上汽集团已经投入了近10亿元用于开发自己的DCT,争取2009年底批量生产,并且确立了用于匹配DCT的一系列自主品牌车型。
目前该项目已经具备了由上汽股份汽齿总厂、博格华钠、GIF等组成的一个庞大的研发团队,概念设计阶段已经初步完成,作为DCT的核心之一的TCU,博世、大陆、西门子作为TCU潜在的供应商,都在积极争取加入到这个跨国性的团队中来。
1.2自动变速器的总体介绍
目前汽车所使用的自动变速器大致可分为三类：
一类是由液力变矩器、行星齿轮机构及电液控制系统组成的液力自动变速器（AT,AutomaticTransmission）；
一类是由传统固定轴式变速箱和干式离合器以及相应的电-液控制系统组成的电控机械式自动变速器（AMT,AutomatedManualTransmission）；
另一类是无级自动变速器（CVT,ContinuouslyVariableTransmission）。
1.2.1自动变速器的分类及发展
目前自动变速器的类型主要有:
液力机械式自动变速器（AT）、无级变速器（CVT）、机械式自动变速器（AMT）和双离合器自动变速器（DSG）。
AT由液力变矩器、行星变速器以及自动变速控制系统组成,通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。
它利用电液换档控制系统取代了手动变速器中的拨叉和连杆等机构,利用闭锁控制机构实现液力变矩器的闭、解锁操作,具有简化操纵、起步平稳、乘坐舒适、动力换档等一系列优点,己广泛应用于轿车、公共汽车、重型车辆和商用车上。
但是AT也有一定的缺点:
结构复杂,制造精度要求高,加工量大,制造难度大,成本高,相应的维修技术也较复杂,传动效率低,一般液力传动效率最高可达80%~90%。
CVT采用传动带和可变槽宽的棘轮进行动力传递,当棘轮变化槽宽时,相应改变驱动轮与从动轮上传动带的接触半径进行变速,能实现真正的无级变速。
其操纵方便性和乘坐舒适性均可与装用液力变矩器相媲美,而其传动效率却远高于液力变矩器,更主要的是它能更好地协调车辆外界行驶条件与发动机负载,充分发挥发动机潜力,提高整车燃油经济性。
但CVT的缺点也是很明显的,就是传动带很容易损坏,无法传递大功率,而且CVT结构也较复杂。
AMT是在原固定轴式有级变速器的基础上增加自动变速操纵系统构成的。
在ECU的控制下,模拟驾驶员的操纵动作,通过控制离合器、换档和油门执行机构,自动完成离合器的分离与接合、选档、换档操作以及发动机油门的调节,以实现起步和换档过程的自动操纵。
AMT既具自动变速的优点又保留原手动换档变速器（MT）传动效率高、结构简单、工作可靠、制造和维护成本低的特点。
但由于AMT是切断动力换档,必须将离合器与发动机进行协调控制,因而其控制难度大于AT和CVT。
DSG的动力传递通过两个离合器联接两根输入轴,相邻各档的被动齿轮交错与两输入轴齿轮啮合,配合两离合器的控制,能够实现在不切断动力的情况下转换传动比,从而缩短换档时间,有效提高换档品质。
DSG既继承了手动变速器传动效率高、安装空间紧凑、重量轻、价格便宜等许多优点,而且实现了换档过程的动力换档,即在换档过程中不中断动力,这不仅对AMT来说是一个巨大的进步,而且还保留了AT、CVT等换档品质好的优点,因此是自动变速器的发展方向。
第2章DSG双离合自动变速器系统原理
2.1DSG变速器的特点
1.DSG变速器没有液力变矩器，也没有离合器踏板。
由液压控制的湿式双离合器系统代替了液力变矩器，其中的离合器1负责控制奇数档齿轮和倒档齿轮，离合器2负责控制偶数档齿轮，实际上可以说这是由两个平行的变速器配合组成的一个变速器。
2.DSG变速器在传动过程中的低消耗损失非常有限，大大提高了车辆的燃油经济性。
3.DSG变速器的反应非诚灵敏，具有很好的驾驶乐趣。
4.车辆在加速过程中不会有动力中断的感觉，使车辆的加速更强劲，圆滑。
百公里加速时间比传统手动变速器还短。
5DSG变速器的动力传送部件是一台三轴式6前进档位的传统齿轮变速器，增加了速比分配，它的多片湿式双离合器是由电子液压控制系统来操控的。
6.双离合器的使用可以使变速器同时有两个档位啮合，使换挡操作更加快捷。
DSG变速器也有手动和自动两种控制模式，除了变速杆可以控制外，转向盘上还配备有手动控制的换挡按钮，在行驶中，两种控制模式之间可以随时切换。
7.选用手动模式时，如果不做升档操作，即使将加速踏板踩到底，DSG变速器也不会升档。
8.换挡逻辑控制可以根据驾驶人的意愿进行换档控制，在手动模式下，可以跳跃将挡。
9.DSG变速器有一个由两组离合器片集合而成的双离合控制器装置，同时有一个由实心输入轴1及其外部滑套着空心输入轴2组合而成的双传动轴机构，并由电子及液压装置同时控制两组离合器及齿轮组的动作。
2.2DSG变速器的基本结构
DSG变速器主要由多片湿式双离合器、三轴式齿轮变速器、自动换挡机构和电子控制液压控制系统组成。
其中最具创意的核心部分是双离合器和三轴式齿轮箱，如图2-1所示。
图2-1DSG内部结构
DSG有2根同轴心的输入轴，输入轴1空套在输入轴2里面。
输入轴1与离合器1相连，输入轴1上的常啮齿轮分别与1、3、5挡齿轮相啮合；
输入轴2为空心轴，与离合器2相连，输入轴2上的常啮齿轮分别与2、4、6挡齿轮相啮合；
倒挡齿轮通过倒挡轴齿轮与输入轴1的常啮齿轮啮合。
也就是说，离合器1负责1、3、5挡和倒挡，离合器2负责2、4、6挡。
当使用不同挡位时，相应离合器接合，如图2-2所示。
DSG变速器的多片湿式双离合器的结构与液压式自动变速器中的离合器相似，但是尺寸要大很多。
DSG的多片湿式双离合器利用液压缸内的油压和活塞压紧离合器，油压的建立由ECU指令电磁阀来控制。
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状态。
DSG变速器的挡位转换是通过挡位选择器来操作的。
挡位选择器实际上是一个液压马达，推动拨叉就可以进入相应的挡位，由液压控制系统来控制它们的工作。
在液压控制系统中，有6个油压调节电磁阀，用来调节2个离合器和4个挡位选择器中的油压压力；
另有5个开关电磁阀，分别控制挡位选择器和离合器的工作。
图2-2动力传输
DSG变速器的工作过程比较特别，在1档起步行驶时，动力传递如图2-2中直线和箭头所示，离合器1结合，通过输入轴1到1档齿轮，再输出到差速器。
同时，图中虚线和箭头所示的路线是2档的动力传输路线，由于离合器2是分离的，这条线路实际上还没有动力在传输，是预先选好档位，为接下来的升档做准备的。
当变速器进入2档后，退出1档，同时3档预先结合。
DSG变速器在降档时，同样也有2个档位是结合的，如果4挡正在工作，则3档作为预选档位结合。
DSG变速器的升档或降档是由ECU判定为升档过程，做好升档准备；
踩制动踏板时，ECU判定为将挡过程，做好将挡准备。
DSG可以理解为两个独立的双轴变速器并列工作,每个变速器又通过各自的湿式离合器实现与发动机输出端的力矩传递。
这也正是DSG也被称为双离合器式变速器的原因。
奇数挡1、3、5,倒挡R和离合器K1组成变速器1,偶数挡2、4、6和离合器K2组成变速器2。
发动机转矩通过闭合的离合器K1或K2传递至相应的变速器,再由该挡输出至主减速器驱动车轮，如图2-4所示。
图2-3DSG档位基本原理
由于奇数挡和偶数挡被安置在不同的子变速器中,当某挡啮合时,与其相邻的两挡齿轮处于自由状态,此时由变速箱控制逻辑判断下一挡位,提前将处于自由轴的目标挡啮合,待车辆达到最佳换挡点时,当前离合器分离,同时目标离合器闭合,从而实现不中断力矩传输的换挡。
2.3双离合器基本结构
1.双离合基本结构如图2-4所示，离合器供油路线如图2-5所示，在离合器工作时，K1活塞充油，活塞移动将离合器K1内，片外压合。
从而转矩通过离合器外壳—离合器片1—输入轴1进行传递，K1活塞泄油后，离合器K1分离，蝶形回位弹簧将活塞退回，转矩传递中断，在离合器K1分离的同时，K2活塞开始充油，活塞移动将离合器K2内、外片压合，从而转矩通过离合器外壳—离合器K2—输入轴2进行传递，这样始终有一个离合器处于与接合状态。
离合器K1负责将转矩传入输入轴1，输入轴1用来完成1档、3档、5档及R档位，如图2-6所示，离合器K2负责将转矩传给输入轴2，输入轴2用来完成2档、4档、6档，如图2-7所示发动机旋转使油产生离心力，这个离心力作用使离合器结合过程的中所需的压力增加，为了使离合器结合更加顺利，必须对这个离心力引起的压力进行补偿，利用离合器K1的膜片弹簧与K1活塞和离合器K2外片支架形成的腔，K2螺旋弹簧固定片与K2活塞之间形成的腔，为这两个空腔内充油，在发动机高速旋转过程中离心力作用下产生的平衡油压来补偿。
图2-4双离合器基本结构
图2-5离合器供油路线
图2-6离合器K1
图2-7离合器K2
2）DSG内部机械系统构造如图2-8所示，发动机转矩通过离合器输入变速器内部，在变速器中通过输入轴、输出轴及齿轮啮合形成动力传递路线并将转矩输出到驱动桥。
图2-8DSG内部机械图
3）离合器交迭示意图如图2-9所示。
在每种操作情况，离合器必须被控制在一个相对稳定的状态下，并且贯穿整个使用周期。
因而离合器控制阀的控制电流与离合器转矩之间必须进行不断的调整、适应。
离合器经常被控制在约10r/min的微量打滑状态，这种极低的打滑量被称为“微量打滑”，这有利于改善离合器的状态，并且可用于调节离合器控制。
图2-9离合器交迭示意图
4）离合器的摩擦系数是不断变化的，离合器摩擦系数的主要影响因素：
1变速器油的质量、老化、油位。
2变速器油的温度。
3离合器的温度。
4离合器的打滑量。
通过离合器的微打滑来探查并存储离合器控制与转矩之间的关联性，从而为弥补这些因素的影响提供依据。
2.4DSG6档位自动变速器动力传送路线分析
大众DSG变速器的输入轴1由离合器K1驱动，完成1档、3档、5档和倒档，输入轴2由离合器K2驱动，完成2档、4档、6档和空挡。
1档动力传递路线为：
发动机→双质量飞轮→离合器K1→输入轴1→1档主齿轮→1档从动齿轮→输入轴1→输出齿轮→差速器→驱动车轮，如图2-10所示。
图2-101档动力传递路线
2档动力传递路线为：
发动机→双质量飞轮→离合器K2→输入轴2→2档主齿轮→2档从动齿轮→输入轴1→输出齿轮→差速器→驱动车轮，如图2-11所示。
2
图2-112档动力传递路线
3档动力传递路线为：
发动机→离合器K1→输入轴1→3档主齿轮→3档从动齿轮→输入轴1→输出齿轮→差速器→驱动车轮，如图2-12所示。
3
图2-123档动力传递路线
4档动力传递路线为：
发动机→双质量飞轮→离合器K2→输入轴2→4档主
齿轮→4档从动齿轮→输入轴→输出齿轮→差速器→驱动车轮，如图2-13所示。
4
图2-134档动力传递路线
5档动力传递路线为：
发动机→双质量飞轮→离合器K1→输入轴1→5档主齿轮→5档从动齿轮→输入轴2→输出齿轮→差速器→驱动车轮，如图2-14所示。
5
图2-145档动力传递路线
6档动力传递路线为：
发动机→双质量飞轮→离合器K2→输入轴2→2档主齿轮→6档从动齿轮→输入轴2→输出齿轮→差速器→驱动车轮，如图2-15所示。
图2-156档动力传递路线
R档动力传递路线为：
发动机→双质量飞轮→离合器K1→输入轴1→1档/倒档主齿轮→倒档轴→倒档从动齿轮→输入轴2→输出齿轮→差速器→驱动车轮，如图2-16所示。
图2-16R档动力传递路线
下面以1挡升2挡为例,详细介绍DSG的换挡过程:
1挡为当前挡,离合器K1闭合，发动机力矩通过离合器K1→心轴→1挡齿轮对→变速器1→主减速器的传递路径输出。
控制器根据行驶状态和驾驶员意图判断要升至2挡,此时离合器K2处于分离状态,换挡执行机构提前将2挡齿轮对啮合。
当达到最佳换挡工况时,K1逐渐脱开,K2逐渐闭合。
最终K2完全闭合，K1完全分离,变速箱进入2挡,力矩沿离合器K2→空心轴→2挡齿轮对→变速器2→主减速器传递。
借助这种双离合器式结构,整个换挡过程非常迅速,换挡时间低于10ms,这是手动变速箱和传统自动变速箱不可能达到的换挡速度
第3章典型故障诊断
下面以DSG双离合自动变速器中电子液压控制系统故障和离合器温度传感器故障为例进行分析
3.1DSG液压控制系统故障
3.1.1DSG电子液压控制系统
系统组成：
DSG的挡位转换是由液压控制系统控制挡位选择器来操作的，挡位选择器实际上是个液压马达，推动拨叉就可以进入相应的挡位。
液压控制系统中有6个调压电磁阀，用来调节2个离合器和4个挡位选择器中的油压，还有5个开关电磁阀，分别控制挡位选择器和离合器的工作。
所示为DSG电子液压控制单元与电磁阀的组合体（DSG控制阀体）。
图3-1带应刷电路板的控制阀体
图3-2拆下应刷电路板的阀体
DSG控制阀体上共有11个电磁阀和一个泄压阀，电磁阀根据其作用分成开关电磁阀和调压电磁阀两大类。
5个开关电磁阀中，N88、N89、N90和N91属于挡位选择器开关阀，N92是挡位选择器转换阀。
6个调压电磁阀包括离合器Kl的调压电磁阀NZ15，离合器KZ的调压电磁阀NZ16，主油压调压电磁阀NZ17，离合器冷却油调压电磁阀NZ18和安全阀N233、N371。
电磁阀控制原理：
开关电磁阀N88、N89、N90和N91
所有4个开关电磁阀都位于DSG控制阀体内。
电磁阀的阀门通过挡位选择器滑阀控制至所有换挡执行机构的油压。
其中N88控制1挡和5挡的选挡油压，N89控制3挡和5挡的选挡油压，N90控制2挡和6挡的选挡
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