双离合自动变速器的组成及工作原理
2013年9 月28 日
摘要
摘要
双离合式自动变速器是基于手动变速器发展而来的，其工作原理是通过将变速器档位按奇，偶数位分开布置，分别与两个离合器连接，通过离合器的交替切换完成变档过程，以实现动力换挡。它综合了AMT的优势和AT动力换挡的优点，具有很好的换挡品质和车辆动力性，经济型，比较适合我国日前以前手动变速器占主导地位的情况。故此通过研究进一步了解其工作原理与动力传递方式。
关键词：离合器; 自动变速器换挡机构 ;DSG的发展
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Abstract
Double clutch automatic transmission is developed based on manual transmission , according to its working principle is through the transmission gear , even a separate arrangement , respectively connected with two clutches , finished with a clutch alternately switching shift process , in order to realize the power shift transmission . It combines the advantages of AMT and the advantage of the AT power shift , has the very good shift quality and vehicle power performance , affordable , suitable for our country has previously dominated by manual transmission . Therefore, by studying further understand its working principle and power transmission.
Key words：clutch；Automatic transmission shift；The development of the DSG
目录
目录
摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． I 目录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．II 第一章双离合器自动变速器绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1.1 DSG的由来．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1.2 DSG工作过程简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.3 DSG变速器的技术特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 第二章大众DSG六速机械自动变速器结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2.1多片湿式双离合器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
2.1.1 离合器K1．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
2.1.2 离合器K2．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 2.2平行轴式齿轮箱．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2.2.1 输入轴．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
2.2.2 输出轴．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
2.2.3 中间轴/倒档轴．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 2.3驱动桥．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 2.4换挡执行机构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 第三章双离合器式自动变速器DSG的工作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16
3.1双离合器自动变速器的工作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 3.2双离合器自动变速器的动力传递．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 第四章DSG车辆的使用与故障．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
4.1自动变速器车辆的使用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
4.1.1自动变速器使用现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 4.2使用误区．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 4.3 DSG车辆的故障．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 第五章DSG的发展与优势．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30
5.1 DSG的发展现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30 5.2 DSG的优势．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30 致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
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参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33
第1章双离合自动变速器绪论
第1章双离合器自动变速器绪论
1.1DSG的由来
德国大众汽车公司旗下的奥迪汽车公司一直都是汽车变速器技术领域的先驱，1994年的Tiptronic手动/自动一体变速器和1999年的Multitronic无级变速器都是奥迪杰出的代表作；2003年，奥迪公司将最新一代DSG变速器装在3.2L的奥迪TT和高尔夫R32上，开创了奥迪变速器技术的又一个新的里程碑。如图1-1所示
图1-1 DSG双离合器自动变速器
近年来，汽车自动变速器主要有三种型式：电控机械自动变速器(AMT)、无级自动变速器(CVT)和液力机械自动变速器(AT)。在电控机械式自动变速器领域，近年来又出现了一种新的变速传动方式，即双离合器式自动变速传动(Dual Clutch Transmission)，由于它既继承了AMT和手动变速器的结构简单、安装空间紧凑、重量轻、传动效率高、制造成本低等许多优点，又融合了AT不间断动力、迅速平稳换挡的良好特点，很快便成了业界研究开发的新热点。DCT将会在一定程度上改变现有的变速器市场格局。DSG（Direct Shift Gearbox 意为直接换挡变速器）属于DCT（Dual Clutch Transmission双离合器变速器）的一种，它最早应用与1985年奥迪赛车上面，而直到90年代末，大众公司才和博格华纳联手生产出适用于大批量生产的双离合变速器，并在2002年率先应用在大众高
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尔夫R32上。
1.2 DSG工作过程的简介
双离合器
变速器在一个
变速器中实现
了两个手动变
速器的功能。
为了帮助您理
解这句话的含
义，我们可以
回顾一下传统
的手动变速器
的工作原理。
在使用标准换
挡杆换挡的汽
车中，如果驾驶员要从一个挡位换到另一个挡位，他先要踩下离合器踏板。此动作可以操作一个离合器，使发动机与变速器断开连接，中断输送到变速器的动力。然后，驾驶员使用换挡杆选择新的挡位，这个过程涉及到将齿形联轴器从一个齿轮移动到另一个不同大小的齿轮。称为“同步器”的设备会让齿轮在结合之前相匹配以防止磨齿。一旦换入了新的挡位，驾驶员就可以松开离合器踏板，从而使发动机重新连接到变速器，并将动力传送给车轮。由此可见，在传统的手动变速器中，从发动机到车轮没有连续的动力输出。在换挡的过程中，动力传送将从“有”到“无”再到“有”进行变化，这样就会导致“换挡冲击”或“扭矩中断”现象。对于技术不熟练的驾驶员，这种现象会导致车上的乘客在换挡过程中感到前后摇晃。
对比之下，双离合器变速器使用两个离合器，但没有离合器踏板。先进的
第1章双离合自动变速器绪论
电子系统和液压系统像控制标准自动变速器那样对离合器进行控制。但在双离合器变速器中，各离合器单独运转。一个离合器控制奇数挡（一挡、三挡、五挡和倒挡），另一个离合器控制偶数挡（二挡、四挡和六挡），如图1-2和1-3所示。这样，不需要中断从发动机到变速器的动力传送就可以换挡。其工作方式如下：
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可以“逐渐退出”一个挡位并“逐渐接入”另一个挡位，因此减少了换挡冲击。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。
1.3 DSG变速器的技术特点
新一代DSG变速器采用了2个离合器和6个前进挡的传统齿轮变速器作为动力的传送部件，这是目前世界上最先进的、具有革命性的自动变速器。
DSG变速器没有变矩器，也没有离合器踏板。
DSG变速器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。
图1-3大众迈腾6速DSG双离合器自动变速器
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DSG变速器的反应非常灵敏，具有很好的驾驶乐趣。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。
DSG变速器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，增加了传动比的分配。
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。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2种控制模式为迈腾采用的DSG变速器的变速除了变速杆可以控制外，方向盘上还配备有手动控制的换挡按钮，在行驶中，2种控制模式之间可以随时切换。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。换挡逻辑控制可以根据司机的意愿进行换挡控制。在手动控制模式下，可以跳跃换挡。
第1章双离合自动变速器绪论
第2章大众DSG六速机械自动变速器结构
2.1 多片湿式双离合器
DSG变速器的多片湿式双离合器结构如图2-1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。
图2-1多片湿式双离合器结构
2.1.1 离合器K1
离合器K1如图2-2所示。主要由离合器内鼓、离合器外鼓、驱动活塞、驱动活塞密封圈、活塞缸、碟形弹簧等元件组成。
离合器K1内鼓和变速器输入轴一花键配合连接在一起，其外鼓是双离合器外壳，而外壳则是和与发动机曲轴相连接的双质量飞轮通过螺栓连接为一体的。由此我们将得知离合器K1的主要作用是：其工作以后，可以让曲轴与变速器输入轴一实现连接或分离。
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图2-2离合器K1
2.1.2 离合器K2
离合器K2如图2-3所示的结构与离合器K1基本相似，同样由离合器内鼓、离合器外鼓、驱动活塞、驱动活塞密封圈、活塞缸、碟形弹簧等元件组成。
离合器K2与离合器K1结构不同的是：离合器K2内鼓和变速器输入轴二通过花键配合连接在一起。离合器K2的主要作用是：其工作以后，可以让曲轴与变速器输入轴二实现连接或分离。
第1章双离合自动变速器绪论
图2-3离合器K2
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变速器的多片湿式双离合器的结构和液压式自动变速器中的离合器相似看，但是尺寸要大很多。利用液压缸内的油压和活塞压紧离合器，油压的建立由变速器控制单元ECT接受与汽车行驶工况有关传感器的信号，按照设定好的换挡程序指令电磁阀来控制的，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。
2.2 平行轴式齿轮箱
平行轴式齿轮箱实质就是整个变速器的齿轮变速机构，通过分析变速器的结
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构得知，该变速器的齿轮变速机构为普通斜齿轮式的。整个齿轮箱有两根同轴心的输入轴，两根输出轴，一根中间轴也称倒档惰轮轴，在每根轴上都适当安装有齿轮，相应的在齿轮和齿轮之间还适当的安装有换挡执行机构——同步器。具体结构介绍如下：
2.2.1 输入轴
输入轴共有两根如图2-4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。
图2-4输入轴一和输入轴二
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，如图2-5
第1章双离合自动变速器绪论
图2-5输入轴一
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，如图2-6所示。
图2-6输入轴二
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2.2.2 输出轴
输出轴有两根：输出轴一和输出轴二。输出轴一如图2-7所示：
图2-7输出轴一
输出轴一上有如下元件：1档和3档同步器（三件式）、2档和4档同步器（单件式）、1、2、3、4档从动换挡齿轮、与差速器相连的输出齿轮。位于输出轴一上1、2、3、4档从动齿轮分别于位于输入轴上的1、2、3、4档主动齿轮常啮合，形成若干对常啮合的齿轮副。当同步器处于中立位置时，输出轴一上的所有从动换挡齿轮处于空转状态，不对外输出动力。
输出轴二如图2-8所示，其上有如下元件：变速器输出轴输出转速传感器脉冲轮、6档和倒档的同步器、5档从动换挡齿轮、6档从动换挡齿轮、倒档从动换挡齿轮和与差速器相连的输出齿轮。位于输出轴二上5、6档从动齿轮分别于位于输入轴上的5、6档主动齿轮常啮合，倒档从动齿轮则是与位于后述的中间轴上的倒档惰轮常啮合。当5档、6档和倒档的同步器处于中立位置时，输出轴2上的所有从动换挡齿轮均处于空转状态，不对外输出动力。
第1章双离合自动变速器绪论
图2-8输出轴二
2.2.3 中间轴/倒档轴
如图2-9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。
图2-9中间轴和倒档轴
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2.3 驱动桥
驱动桥如图2-10所示，主要由主减速器和差速器组组成。主减速器的从动齿轮既与输出轴一上的输出齿轮常啮合，又与输出轴二上的输出齿轮常啮合。即：两个输出轴都与主减速器的从动齿轮相啮合。位于差速器上还安装有P档驻车齿轮，以便于汽车实现驻车制动，防止汽车滑溜。
图2-10驱动桥
变速器内部几根平行轴
的实物安装位置，如图2-11
所示。
图2-11平行轴安装位置
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2.4换挡执行机构
如图2-12所示，DSG变速器的档位转换是由换挡执行机构/档位选择器来操作的，档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档位，又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个档位选择器中的油压压力，还有5个开关电磁阀，分别控制档位选择器和离合器的工作。
图2-12换挡执行机构
换挡执行机构：
在DSG变速器中，换挡执行机构主要由液压马达/液压伺服机构、换挡拨叉、同步器等元件组成。其中液压马达/液压伺服机构8个；换挡拨叉4个；同步器4个。
每个同步器的接合套由一个拨叉控制，每个拨叉由2个液压马达/液压伺服机构控制。同步器约四个，其中1、3档共用一个，2、4档共用一个，6、R档共用一个，5档单独一个。控制结构如图2-13和图2-14所示。
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图2-13控制机构
图2-14控制机构
同步器
为挂某一档位，必须将锁环推到选档齿轮选当齿上，同步器的任务是消除啮合齿轮与锁环之间的转速差。DSG变速器内的同步器有两种形式：三件式（图2-15）和单件式（图2-16）。装备有三件式/三环同步器，与单件式/单锥面系统相比，所提供的摩擦面要大得多，由于传热面积大，因此可大大提高同步效率。