双离合器变速器
- 双离合器变速器(Dual Clutch Transmission，DCT)
目录 |
什么是双离合器变速器[1]
双离合器变速器又称为直接换挡变速器(Direct Shift Gearbox，DSG)，是大众公司技术，双离合器变速器没有变矩器，也没有离合器踏板，用偶数挡6挡，由两组离合器的相互切换完成挡位转换，是一种3轴式6前进挡传统齿轮变速器。双离合器变速器可以使变速器相邻两个挡位的齿轮同时啮合，然后通过两组离合器之间的切换完成换挡。前一个离合器还没有切断时，后一个离合器已经准备好进入，使得变速反应十分灵敏，缩短变速延时时间，实现快速变速。由于换挡过程不用中断动力传递，换挡时间只是手动变速器的1／2，车辆在加速过程中没有动力中断的感觉，换挡的平顺性犹如无级变速器，使车辆加速更加强劲和圆滑，百公里加速时间明显比手动变速器要快。由于这种系统是通过离合器传递动力的，而不是依靠自动变速器中的变矩器，故结构简单，动力传递损失小，油耗较低。
双离合器变速器的基本组成[2]
DSG的机械部分主要包括多片湿式双离合器和三轴式齿轮变速器，如图所示。
DSG有两根同轴心的输入轴，外输入轴空套在内输入轴外面。内输入轴与离合器K1相连，内输入轴上的常啮齿轮分别与一、三、五挡齿轮相啮合；外输入轴为空心轴，与离合器K2相连，外输入轴上的常啮齿轮分别与二、四、六挡齿轮相啮合；倒挡齿轮通过倒挡轴齿轮与内输入轴的常啮齿轮啮合。也就是说，离合器K1负责一、三、五挡和倒挡，离合器K2负责二、四、六挡。当使用不同挡位时，相应离合器接合及接合套动作。
双离合器变速器的工作原理[2]
在一挡起步行驶时，离合器K1接合，一、三挡接合套右移与一挡齿轮接合，动力传递路线如下左图所示的粗线，通过内输入轴到一挡齿轮，再通过中间轴传递到差速器输出。同时，图中二、四挡接合套已经左移与二挡齿轮接合，表示二挡已经被选中，但由于此时离合器K2是分离的，所以二挡的动力传递路线实际上并没有进行动力传递，只是预先选好挡位，为接下来的升接作准备。
当需要升入二挡时，离合器K2接合、K1分离，由于二挡齿轮事先已经接合，变速器自然进入二挡、退出一挡，动力传递路线如上右图所示的粗线。同时一、三挡接合套预先左移与三挡齿轮接合，为升入三挡作准备。
其他挡位的工作情况与之类似。
双离合器变速器的特点[3]
1)它没有变矩器，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变矩器，其中的离合器I负责控制奇数齿轮和倒挡齿轮，离合器2负责控制偶数齿轮，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)它在传动过程中的能耗损失非常有限，大大提高了车辆的燃油经济性。3)它的反应非常灵敏，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，使车辆的加速更加强劲、圆滑。百公里加速时间比传统手动变速器还短。
5)它的动力传送部件是一台三轴式6前进挡的传统齿轮变速器，增加了速比的分配，DSG变速器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挡位啮合，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，如果不做升挡操作，即使将加速踏板踩到底，DSG变速器也不会升挡。
8)换挡逻辑控制可以根据驾驶员的意愿进行换挡控制，在手动控制模式下，可以跳跃降挡。
9)它有一个由两组离合器片集合而成的双离合器装置，同时有一个由实心轴及其外部套筒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。在某一挡位时，离合器1接合，一组齿轮啮合输出动力，在接近换挡时，下一组挡段的齿轮已被预选，而与之相连的离合器2仍处于分离状态；在换入下一挡位时，处于工作状态的离合器1分离，将使用中的齿轮脱离动力，同时离合器2啮合已被预选的齿轮，进入下一挡。在整个换挡期间能确保有一组齿轮在输出动力，从而不会出现动力间断的状况。
双离合器变速器的优点和局限性[4]
- 1．燃油经济性更高
在城市拥堵路况条件下手动变速器频繁换挡，和在冰雪路面坡起所带来的疲劳和紧张感，使部分非专业驾驶员对手动变速器望而却步。自动变速器的换挡连贯性和操作便利就像傻瓜照相机一样很快就被非专业驾驶人所接受：但是在拥挤的市区低速行驶，变矩器没有进入锁止工况，使油耗高于手动变速器。无级变速器没有变矩器，既具有换挡连贯性和操作便利的优势，油耗也和手动变速器持平；但大负荷、急加速时动力传递不是很顺畅。
双离合器变速器不需要变矩器，也就没有液压传递转矩的动力损失。基于机械变速器结构，继承了其高传动效率的优点，在换挡过程中对牵引力几乎没有影响，微小的液压功耗损失和极短的换挡时间，产生无间歇的动力输出，使整个换挡过程达到了高效率，从而降低了燃油能量的损耗，自然就提高了加速性和车辆燃油经济性。同时，DSG没有自动变速器的液力变矩器和无级变速器的带胜传动装置，进而具有转矩损失少、传动效率高的特点。更高的传递效率，意味着更高的燃油经济性。以福特公司与德国供应商格特拉克共同开发的双离合器变速器为例，其燃油效率可比4速自动变速器提高12％左右。
- 2．加速过程更强劲
双离合器变速器既继承了手动变速器的结构简单、安装空间紧凑、质量小、传动效率高、制造成本低等许多优点，又融合自动变速器不间断动力、迅速平稳换挡的良好特点，省略了传统手动变速器的离合器踏板和自动变速器的变矩器。双离合器变速器没有变矩器，用两组离合器的相互切换，传递动力是机械的齿轮传递，和自动变速器相比没有液压传递的摩擦损失，所以其换挡平顺性和节油两个方面都居于各类变速器之首。其中，多片湿式双离合器是由位于变速器左侧的电子控制液压系统来操控的，因此它的反应非常灵敏，换挡动作十分快捷。例如变速器2挡，发动机转速4000r／min时换入3挡，完成换挡后发动机转速马上回到3500r／min，整个换挡过程瞬间完成，哪十白是专业赛车手在换挡速度上也无法与其相比。双离合器变速器从起步到缓慢加速也会有一点点扯动的感觉，但非常轻微，行驶起来后换挡过程中的前后窜动感就几乎感觉不到了。
双离合器变速器的应用，令车辆在加速过程中不会出现动力中断的状况，使加速更加强劲、平顺，而装备有DSG的车辆0—100km／h加速时间比装备传统手动变速器的车辆还要短，同时拥有手动变速器工作可靠和自动变速器的便利和换挡过程不中断动力传递的双重技术优势，因此，将是今后变速器技术发展的主要方向。
DSG换挡过程就相当于两台同步切换的机械变速器，双离合器变速器可以使变速器相邻两个挡位的齿轮同时啮合，然后通过两组离合器之间切换完成换挡。前一个离合器还没有切断时，后一个离合器已经准备好进入，使变速反应十分灵敏，缩短变速延时，实现快速变速。由于换挡过程不用中断动力传递，换挡时间只是手动变速器的1／2，车辆在加速过程中没有动力中断的感觉，换挡的平顺性犹如无级变速器，使车辆加速更加强劲和圆滑，百公里加速时间明显好于手动变速器。由于该系统是通过离合器传递动力，而不是自动变速器中的变矩器，结构简单，动力传递损失小，油耗较低。DSG可以比自动变速器更加平顺地换挡，不会有迟滞现象。如布加迪EBl6．4威航的新型7速变速器是装置了双离合器，从一个挡位换到另一个挡位，时间不会超过0．2s。所以，DSG换挡过程更为流畅，加速也更为强劲。实际测试也证实，DSG车的百公里加速时间比传统手动变速器还短。此外，DSG在换挡过程中还能够实现微小的液压功率损失和极短的换挡时间，使得整个换挡过程达到最高效率，从而降低了能量的损失，提高了车辆的加速性能和燃油经济性。配备DKG变速器的宝马M3Coupe其从静止加速到100km／h缩短到了4．6s，相比手动变速器快了0．2s，百公里油耗减少到11．9L。
- 3．驾乘舒适性更高
自动变速器前一个挡位的退出，后一个挡位的进入必须同步进行。如换挡点不同步或离合器和制动器结合速度过快，会发生换挡冲击，换挡冲击和摩擦片烧蚀，是自动变速器最容易发生的两个故障。无级变速器在行驶过程中实现无级变速，不会换挡冲击。但如果前进挡离合器和倒挡制动器，特别是倒挡制动器工作油压较高或制动器自身其他问题，在起步时如控制不好会发生换挡冲击。
双离合器的诞生使换挡j中击现象成为了历史。驾驶员也可以选择完全自动模式，从而将所有换挡工作交给计算机完成。在这种模式下，驾驶体验非常类似于普通自动挡车。由于双离合器变速器独创性的双轴构造使奇数挡和偶数挡分离，可以“逐渐退出”一个挡位，并“逐渐进入”另一个挡位，因此减少了换挡j中击。更重要的是，换挡是在负载下完成的，因此可以始终维持动力输出，提前完成了两个不同转速元件间的摩擦同步的步骤，通过两套动力传递路线进行交错传递，达到所有手动变速器、自动变速器和无级变速器难以达到的换挡速度。
除了变速杆外，转向盘上还配置有手动控制换挡按钮，在行驶中两种控制模式可以随时切换。选择手动模式，换挡逻辑可以根据驾驶员意愿进行控制，如果不做L位操作，即使将加速踏板踩到底，变速器也不换挡。在手动模式下，可以跳跃降挡。DSG内部的齿轮变速机构与机械变速器相似，这便为多挡DSG提供了良好的产业基础。现在已经推出的DSG产品，基本都是6速变速器，部分公司也在开发基于7速的DSG。丰富的传动比(挡位)选择，加上DSG无转矩中断的特点，使得DSG车的换挡过程更流畅、平滑，车辆的驾乘舒适性也更高。
事实上，既有传统机械变速器高效率、低成本优点，又能实现平稳、流畅自动换挡的双离合器变速器DSG，已经备受业界青睐，并被广泛认同为电控机械式自动变速器(即AMT)的新一代产品。
- 4．换挡平顺性好
作为DSG心脏的7速干式双离合器工作原理很简单：其中一个离合器和变速器的奇数挡输入轴相连，负责控制1挡、3挡、5挡和7挡；而另一个离合器则控制着偶数挡位输入轴，负责控制2挡、4挡、6挡及倒挡。举例来说，当车辆在2挡行驶时，3挡已经处于挂挡状态(只是奇数挡输入轴离合器没有啮合)；当偶数挡位离合器断开连接的同时奇数挡位的离合器立即接入下一挡位，实现了几乎无中断的换挡操作。整个换挡过程快速、平顺，不会出现转矩中断的现象。换挡通过电液操控机构完成，驾驶人几乎感觉不到换挡和单个离合器的断开和闭合，没有换挡j中击，舒适性好，还能明显的降低油耗。
综上所述，DSG具有传输效率高，转矩损失小；换挡平顺、快捷，驾驶舒适性高；经济性好，燃油消耗低，可节省燃油最高达l5％；在提高动力性的同时，可提供驾驶舒适性和很好的驾驶乐趣。
- 5．双离合器变速器适配范围宽
双离合器变速器的应用是没有限制的，它可以用到任何发动机上，从很小到很大，完全没有限制，最小可以用到0．6L的车型上。现在最大的是用在发动机功率为220kW的布加迪车上。2008年欧洲城市越野车(SUV)也开始使用到双离合器变速器。和无级变速器(CVT)相比，CVT和传统的变速器如果速度快了，或者负荷高时动力传递就不是很顺畅，而且CVT不能配柴油机，所以无级变速器和双离合器变速器相比是受到一定限制的。
DSG的核心技术掌握在美国博格华纳和德国舍弗勒集团手中。其中博格华纳是大众第一代6速、湿式双离合器DSG(大众的DSG)关键技术的提供者，2003年博格华纳和大众／奥迪公司共同推出双离合器变速器，这是全球首例市场化的双离合器变速器。2007年博格华纳推出DualTronic(双离合自动湿式离合器)。4转矩输入花键轴ATF油泵博格华纳预计其湿式双离合器系统的产量将从2007年的42．5万个增长到2012年的250万个。
- 6．维修方便
双离合器变速器日常保养除了换油外，其余维修主要是总成更换，即双离合器总成、电液控制单元总成和油泵总成更换。而且，除离合器总成更换需要拆下变速器外，其余电液控制单元总成和油泵总成更换都可以就车更换，不需要拆下变速器总成。
7．局限性表现为配件成本较高但是就目前的情况来看，双离合器变速器由于电液控制单元结构比较复杂，双离合器自动变速器的核心技术在于双离合器模块、扭振减振器模块和控制模块这三部分，这些模块是双离合器自动变速器中的关键零部件，相当于双离合变速器的心脏和大脑，目前只有屈指可数的几家零部件厂家掌握。维修保养技术上很简单，但电液控制阀某个部件损坏后需要整体更换。由于还没有广泛应用在现代车辆上，所以配件成本较高。
案例一：变速器仪表板全线飘红[5]
离合器出油口温度传感器G509短路，变速器仪表板全线飘红
- 1.故障现象
一辆2009款一汽大众迈腾2．0TSI轿车，装有双离合器变速器。据用户反映，该车起步时偶尔会出现加油时发动机空转不走车的现象，在等待交通信号灯之后起步时有时故障会出现，有时在正常行驶中加速时出现，故障出现得没有规律，并且出现故障时仪表上的挡位指示灯全部变红且闪烁(见图)，变速器在D位上只有一个失效保护挡，即只有3挡。
- 2.故障分析
奥迪车系的自动变速器仪表板全线飘红的原因是空调排水管堵塞，致使其改路，而大众车系(包括奥迪车系)图5—25双离合器变速器仪表板全线飘红自动变速控制单元全部位于副驾驶的脚底板处，水流进控制单元后致使内部电器短路，控制单元在进入失效保护的同时，仪表上也全线飘红。
- 3.故障诊断
首先使用故障诊断仪VAS5052进入网关检查，各控制单元均无故障码存储。结合该车的故障现象，鉴于发动机响应性良好的事实，可以初步判断发动机工作正常。因为该车行驶里程很短，如果假定变速器机械传动部分无异常，则发动机失速的原因可以基本归结为变速器离合器进行了保护性切断或离合器本身有机械故障。变速器电控系统通过数据流02—08—64组1区提供了对离合器切断数据的监控。读取离合器切断动力传递次数为52次，而正常值应为0，这显然说明离合器进行了保护性切断。根据DSG变速器的控制原理，离合器油路的切断一般由以下三方面原因引起：
1)安全压力控制电磁阀N233控制直径较大的离合器的工作油压，N371控制直径较小的离合器的工作油压。油压过高时安全切断，N233失效，变速器只能以2挡行驶；N371失效，变速器只能以1挡和3挡行驶。
2)控制单元通过两个输入轴转速传感器G501和G502的信号，并利用离合器打滑的信息，能进一步精确地调节离合器的接合与断开。
3)变速器油温度传感器G509直接测量离合器油流出口的油温，根据油温变化调节离合器冷却油的流量(湿式离合器最大冷却油量为20L／min，最大冷却油压是2×105Pa)，并采取其他相应措施保护变速器。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，使两个离合器处于断开位置，变速器只有一个失效保护挡2挡。变速器油温度传感器是负温度系数热敏电阻，短路后数据流会显示150℃以上的高温。所以，发动机起动后读取数据流，如果刚起动时离合器油流出口的油温就超过150℃，则说明G509短路，应更换变速器油温度传感器G509(见左下图)。
如果是离合器打滑烧蚀，应立即更换双离合器(两个离合器必须成对更换)。更换时必须借助专用工具重新更换压盘的密封圈，如右下图所示。
装配前一定要先调整后离合器进油口两侧密封圈的接口位置，接口必须远离进油口，上下两侧密封圈接口也必须错开30°角。
- 4.故障排除
更换变速器油温度传感器G509后，反复路试，监控变速器油底壳温度传感器G93、离合器出油口温度传感器G509、控制单元温度传感器G510这三个油温度传感器数值基本趋向一致，说明故障已被排除。
案例二：前排乘客没有系安全带，挂挡不走车[5]
- 1.故障现象
迈腾轿车变速器挂挡后不走车。
- 2.故障分析
该车配置有电子驻车系统，由于凡是配置电子驻车系统的车辆起步前前排人员必须先系好安全带，如果前排乘客没有系好安全带，控制单元会进入保护程序，电子驻车系统不能自动解除，于是就出现挂挡后不走车的现象。
- 3.故障排除
前排乘客系好安全带后，保护程序自动解除，车辆可正常起步行驶。