DSG双离合自动变速器新技术研究毕业设计论文文档格式.docx
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Abstract：
DSGdual-clutchautomatictransmission,asimpledescriptionofthegroundwithaneven-oddstallsandonestallwithamanualtransmissionsystem,twocomposedoftwoseparatelywiththeengineconnectedtotheclutchandtheinputshaftbytheirrespectiveconnectionstothepowerdeliveredtothesystemthemainoutputshaft,clutchworkthroughtwotransitionstatesthattheseparationoftheoriginalstallsandanewgearboxclutchgearboxclutchgearengagementtoachieveanuninterruptedpowershift（Power-shifting）.DSGnotonlyhasagoodshiftquality,atthesametimewiththemanualtransmissiongearboxefficiency,simplestructure,compact,torquetoadapttowidevarietyofmodelssuitableforloadingtouse.
Forthisautomatictransmission,thispaperanalyzesitsdevelopment,applicationprospects,workingprinciple,faultdiagnosisandmaintenance;
Finally,theviewofthecurrentmarket,themorepopulartheuseofDSGdual-clutchautomatictransmissiontechnology,vehicleshadbeenexplained.
Keywords：
DSGshiftdoubleclutchautomatictransmissonpowerdeliveryshiftquality
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1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）。
1.1.1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。
1.1.2各种变速器的发展概况
各种自动变速器的都有其优缺点，在世界的不同地区，不同车型的市场占有情况也各不相同。
Borg-Warner公司所做的全球各地区自动变速器的市场现状总结和预测分析，目前在北美，AT仍占有绝对的优势地位，其他的自动变速器和手动变速器占很小的市场份额；
欧洲和其他地区则是手动变速器占主导地位，其他自动变速器到2011年也只占有大约20％的市场份额；
日本和韩国市场，AT大约占70％，CVT的市场份额增加较大，大约占15％，仍有增长趋势，其他类型的自动变速器份额很小。
总的来看，到2011年AT占据47%的市场份额，仍然占自动变速器市场的主导地位；
CVT、DSG、AMT总共占20%的市场份额，是增长速度最快的；
MT占33%，有较大幅度的下降。
1.2课题背景（或引言）
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。
1.2.1DSG的国外发展概况
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。
1.2.2DSG的国内发展与前景
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。
1.3本章小结
由于能源危机和环境污染给变速器系统的发展带来广阔前景,未来3~5年内DSG的需求与增长将超过传统的AT和MT。
从成本角度分析,与CVT和AT相比,DSG具有很大的价格优势,将成为变速器系统发展的主流。
据预测,2013年欧洲变速器市场上,配备MT的汽车占52%、配备AMT的占10%、配备CVT的占2%、配备DSG的占16%、配备AT的将占20%。
在重型卡车和商用车上,自动变速器的比例也在增加。
而对于中国的变速器市场,一定会与国际“接轨”,手动变速器的市场份额将下降。
DSG是在手动变速器基础上开发的,其生产成本要低于自动变速器,目前售价与普通AT相当,但性能要好得多。
随着DSG大批量应用在汽车上,其成本还将继续降低。
DSG具有良好的生产继承性,它与传统的AMT一样,可以充分利用原有手动变速器的生产设备,只需增加部分元件和控制单元,很适合对原有的手动变速器进行改造。
其生产投资相对AT所需15亿左右的生产设备投资而言,具有极大的经济和社会效益。
同时,所有用于手动变速器的技术和设备以及工程技术人员都可以为DSG服务,不像AT以及CVT等产品需要启用完全不同的生产线,因此在中国开发和推广DSG技术,可以充分利用现有的手动变速器生产基础,这不仅能降低生产成本,而且大大缩短了产品上市时间,因此DSG非常符合目前中国国情。
有关部门曾经做过预测,8年之内,DSG的销量在世界范围内至少增长3倍,在中国甚至将增长8~10倍。
2DSG双离合自动变速器系统原理
图2-1DSG三维视图
2.1DSG的总体组成
DSG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等组成，如图2-2所示。
图2-2DSG总体组成
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。
DSG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。
其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况。
DSG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2-3DSG结构示意图
2.1.17挡DSG双离合自动变速器的总体组成
7档DSG变速器由智能电子液压换档控制系统（采用机械电子技术）、双离合器、双（动力）输入轴和3个输出轴共同完成复杂的换档操作过程。
操控系统指挥换档齿轮在比当前运行档位高一级的档位上“待命”，随时进入工作状态，以实现快如闪电的换档过程。
例如：
当车辆以6档行驶时，7档齿轮就已经啮合处于“待命”状态了，只是还没有被“激活”（未与离合器结合）。
当达到理想的换档速度时，与6档结合的离合器2分离，同时控制7档的离合器1迅速结合“激活”7档，从而完成从6档到7档的换档过程。
在两个离合器“分离”和“结合”的过程中，产生了一个瞬间交叠的过程，从而保证了发动机动力不间断地输出以及快速舒适的换档感受。
整个换档过程仅在百分之几秒内即顺利完成。
DSG变速器的双离合器
双离合器由两个与普通手动变速器离合器相似的干式摩擦片式离合器和一个中间盘组成。
通过处于结合状态的离合器（另一个离合器处于分离状态）将发动机扭矩传递至DSG变速器的输入轴。
总体来讲，干式双离合器的外形尺寸比湿式双离合器稍大，这是由双离合器的布局和所选用的摩擦材料决定的。
由于7档DSG变速器的干式双离合器的外形尺寸稍大，因此其余部分就设计得更为紧凑，以使它能够装备在波罗级别的小型轿车上。
图2-4双离合器
DSG变速器的动力输入轴
动力输入轴是DSG变速器的另一个关键部件，它被设计成一个由实心轴（输入轴1）及空心套筒轴（输入轴2）组合而成的同心双传动轴结构，两传动轴之间有滚针轴承。
输入轴1驱动奇数档位（1、3、5、7档）齿轮，输入轴2驱动偶数档位（2、4、6档）及倒车档齿轮。
1档和倒车档的设计布局，使得在泊车操作中很容易实现前进档和倒车档之间的快速转换。
双离合器由液压系统控制，通过电磁阀来调节控制双离合器的结合压力。
电磁阀直接与变速器的机电控制模块相联，机电控制模块控制着整个变速器系统的运行。
DSG变速器的机电控制模块
DSG双离合器变速器的“智能”，来自于应用了机械电子技术的控制系统，它作为DSG变速器的控制核心，操控着快速而复杂的换档过程。
这一控制系统包括一个机电控制模块、带有多个独立传感器的控制阀组件及执行机构。
机电控制模块收集并处理传感器的信号数据，对双离合器、换档齿轮、液压系统压力等进行控制。
另外，该系统还应用了调节阀、转换阀等许多液压阀。
DSG变速器的数据信息通过一个插入式通讯接口在机电控制模块和整车电气系统之间进行交换，通过这个接口，整车和发动机的数据信息也传递到DSG变速器的控制系统。
6档DSG的电液控制需要借助变速器油的循环系统，而7档DSG的电液控制则自成一个独立的系统，即液压系统独立于变速器油循环系统之外。
这样的设计带来许多好处：
△液压油可根据电液控制系统的需要单独选用，而变速器油则与普通手动变速器使用的变速器油是一样的。
这样，变速器油的粘度对于电液控制系统而言不再成为影响因素因此机电控制模块的低温工作性能非常好。
△独立的液压系统采用了高纯度液压油，从而使系统得以采用装配极为精密的插装式液压阀，大幅度地减小了液压系统的渗漏，电动泵的使用也更为经济。
△与开放式液压系统相比，独立的液压系统可以设定更高的系统工作压力，使执行机构的效率提高，执行机构的尺寸就可以减小，从而使变速器的总体质量减轻。
△机电控制模块可以独立组装，并可不用装机而进行充分的测试。
△可独立于发动机之外控制双离合器和换档机构，因而可以应用于采用了“起步/停车”功能的混合动力驱动系统。
图2-57挡DSG结构示意图
2.1.2典型实例：
大众新一代7挡DSG
在2008北京国际车展上，大众汽车又将其最新产品，被誉为“自动变速器新的里程碑”的7档DSG双离合器自动变速器带给了中国观众。
这款由大众汽车独立设计开发的7档DSG在原有6档DSG的基础上增加了一个前进档，并融入了有助于提高效率的全新技术与设计，从而进一步增强了DSG这一领先变速器技术兼具运动性能与卓越燃油经济性的特性。
DSG双离合器自动变速器最重要的核心部件是它的双离合器。
与采用“湿式”离合器（即离合器在冷却油槽中工作）的6档DSG最大的不同之处是，7档DSG采用了“干式”离合器，这也是世界首创。
这一创新设计带来了许多好处，最重要的一点是使得变速器系统的效率得以显著提高。
新一代DSG变速器省去了吸滤器、油冷器以及变速器壳体中的高压油管，与普通手动变速器一样，变速器油只用于变速器齿轮和轴承的润滑和冷却。
因而，7档DSG仅需要1.7L变速器油，而6档DSG则需要6.5L。
7档DSG的双离合器由液压系统控制，发动机动力通过曲轴和一个双质量飞轮传递到双离合器。
离合器1负责控制奇数档，离合器2负责控制偶数档和倒车档，本质上相当于将两套变速系统合二为一，交替传输发动机动力。
精确而复杂的双离合器操控系统实现了换档过程中发动机动力不间断的传递，操控便利、驾乘舒适，为驾驶者提供了更富动感的驾驶感受。
7档DSG长369mm，质量仅为70kg，而6档DSG为93kg。
先进的设计与技术应用使7档DSG的效率得以提高，并降低了油耗。
通过对装备7档DSG和未装备7档DSG的高尔夫轿车的燃油经济性进行对比，其结果显示了这一技术所取得的优异成就。
以装备90kWTSI发动机的高尔夫轿车为例，配备6档手动变速器的车型百公里油耗为6.3L（这已优于那些小排量、低功率车型的油耗水平），而装备7档DSG的相同车型，油耗降低至5.9L。
同时，二氧化碳的排放量也从149g/km降低到139g/km。
这样的数据，在不久前还被认为是“不可能完成的任务”。
另一对比试验的结果显示，配备7档DSG的高尔夫轿车和高尔夫Plus1.9TDI车型，其百公里油耗比配备6档DSG的同样车型降低了0.7L，节油效果明显。
图2-6大众新一代7挡DSG
2.2DSG的工作原理
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（图2-8）。
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。
图2-8DSG工作原理示意图
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。
2.2.1DSG工作原理分析
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（图2-9）,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（图2-3中实线方向）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。
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