鄭勁
(蘭州石化職業(yè)技術學院,甘肅蘭州730060)
DSG 變速器采用了2 個離合器和6 或7 個前進擋的傳統(tǒng)齒輪變速器作為動力的傳動部件。和傳統(tǒng)的液力自動變速器相比,DSG 自動變速器有著明顯的區(qū)別,DSG 沒有采用液力變矩器,自動換擋更靈活,車輛的行駛性能更加優(yōu)異。在傳動過程中的能耗損失非常有限,大大提高了車輛的燃油經(jīng)濟性;反應非常靈敏,具有很好的駕駛樂趣;車輛在加速過程中不會有動力中斷的感覺,使車輛的加速更加強勁、平穩(wěn)。汽車從起步到加速到100 km/h 所用時間比傳統(tǒng)手動變速器還短;與傳統(tǒng)自動變速器一樣可以實現(xiàn)順暢換擋,不影響牽引力。可以說,DSG 變速器是目前世界上最先進的變速系統(tǒng)之一[1]。
DSG 變速器是在手動變速器基礎上,加上電子控制單元和液壓驅(qū)動元件,讓兩離合器交替工作,不間斷地輸出動力,傳動機構的結(jié)構如圖1 所示。圖示DSG 有6 個前進擋和1 個倒擋,有兩個并排安裝的濕式離合器K1,K2,變速器的擋位按奇數(shù)擋(1、3、5、R 擋)與偶數(shù)擋(2、4、6 擋)分開布置,分別與離合器K1、K2配合工作,兩個離合器分別與輸入軸1(實心軸)和輸入軸2 (空心軸)相連接,兩離合器各自負責一根輸入軸的驅(qū)動,發(fā)動機的動力便在兩根輸入軸交替中無間斷地傳送扭矩[2]。
DSG 變速器換擋操縱控制系統(tǒng)由電控系統(tǒng)和液壓操縱系統(tǒng)構成,圖2 是其組成框圖。電控系統(tǒng)由傳感器、控制單元及執(zhí)行器構成,傳感器主要有壓力傳感器、車速傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器及節(jié)氣門位置傳感器等,執(zhí)行器主要是高速電磁閥,濕式離合器K1與K2分別由兩個高速開關電磁閥進行控制。液壓操縱系統(tǒng)主要由液壓油泵、液壓缸及換擋操縱機構組成。
雙離合器變速器的“智能”來自于DSG 變速器的電子控制系統(tǒng),它作為變速器的控制核心,操控著快速而復雜的換擋過程??刂茊卧狤CU 收集并處理傳感器的信號數(shù)據(jù),對離合器、擋位操縱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)的壓力等進行控制。另外,該系統(tǒng)還應用了調(diào)節(jié)閥、轉(zhuǎn)換閥等許多液壓閥。變速器的數(shù)據(jù)信息通過一個插入式通訊接口在機電控制模塊和整車電氣系統(tǒng)之間進行交換,通過這個接口,整車和發(fā)動機的數(shù)據(jù)信息也傳遞到變速器的控制系統(tǒng)。
DSG 變速器的換擋自動控制過程可參看圖2。具體工作原理如下:DSG 變速器換擋由電控單元(ECU)采集各個傳感器的信號,實時在線對車輛的運行狀態(tài)進行識別與判斷。在需要進行換擋等操作時,ECU 發(fā)出指令,控制離合器與同步器換擋機構實現(xiàn)2 個離合器與變速器同步換擋動作的操縱。DSG 雙離合器自動變速器在換擋工作過程中同樣也需要對發(fā)動機進行控制,通過CAN 總線等進行整體匹配,根據(jù)道路狀況,運行工況進行調(diào)節(jié)。
換擋液壓操縱控制系統(tǒng)主要負責接受電控系統(tǒng)的控制指令,對離合器和變速器的換擋機構進行操縱。液壓控制系統(tǒng)主要包括雙離合器控制部分、換擋機構控制部分和冷卻部分[3]。
在DSG 中,雙離合器控制部分是對離合器油缸充入和釋放液壓油來實現(xiàn)離合器的分離和接合的,離合器油缸通過高速電磁閥進行動作控制。離合器的結(jié)合與分離由ECU 系統(tǒng)根據(jù)車輛的工況按照一定的換擋控制規(guī)律計算得出。DSG 變速器通過兩個離合器的匹配切換實現(xiàn)換擋動作,換擋迅速平穩(wěn),換擋時間可達到0.03 ~0.05 s,駕駛者不會有任何感覺。在換擋過程中,發(fā)動機輸出動力始終不斷地傳遞到車輪上,實現(xiàn)動力換擋,保證車輛具有良好的加速性能。如圖1 所示,具體工作原理如下:發(fā)動機啟動后自動掛1 擋,在高速電磁閥的驅(qū)動下離合器K1結(jié)合,發(fā)動機扭矩通過1 擋的實心軸、齒輪組和同步器傳動至差速器,最終至驅(qū)動輪,車輛起步行駛,此時離合器K2仍然處于分離狀態(tài),不傳遞動力,但與之相連的2 擋已被預先選定。當汽車加速達到接近2 擋的換擋點時,ECU 控制系統(tǒng)通過指令控制高速電磁閥使換擋執(zhí)行機構自動將擋位換入2擋。當達到2 擋換擋點時,離合器K1開始分離,同時離合器K2開始結(jié)合,兩個離合器交替切換,直到離合器K1完全分離,離合器K2完全結(jié)合,整個換擋過程結(jié)束[4]。在DSG 變速器自動換擋過程中,對高速電磁閥的精準控制至關重要。ECU通過調(diào)節(jié)脈沖信號的占空比來控制流經(jīng)高速開關電磁閥的平均電流量,從而控制離合器的結(jié)合速度。
在DSG 中,必須實現(xiàn)換擋過程的自動化,這就要增加自動換擋機構來完成換擋任務,DSG 變速器的換擋裝置是擋位選擇器,擋位選擇器由1 個撥叉2 個油缸(圖3)組成,每個擋位有1 個同步器。擋位選擇器中的液壓缸推動撥叉就可以進入相應的擋位,由液壓操縱系統(tǒng)來控制它們的工作,如圖4 所示。四組擋位選擇器可以獨立控制4 個撥叉及每一個同步器,讓相鄰擋位的提前結(jié)合成為現(xiàn)實,DSG 變速器的快速反應并不只是雙離合器的功勞。在液壓控制系統(tǒng)中有6 個油壓調(diào)節(jié)電磁閥,用來調(diào)節(jié)2 個離合器和4 個擋位選擇器中的油壓壓力,還有5個開關電磁閥,分別控制擋位選擇器和離合器的工作。
為了保證換擋時撥叉到達指定位置,撥叉位置應受到精確控制。圖5 所示是換擋撥叉位置精確度控制裝置,行程傳感器把撥叉位置傳給電腦確定撥位。
在DSG 變速器運行中,離合器的結(jié)合與分離、變速器的換擋、液壓系統(tǒng)的主壓力的調(diào)節(jié)等主要是通過控制高速電磁閥來實現(xiàn)的。高速開關電磁閥只有ON、OFF 兩種工作狀態(tài),其開關靠高低電平來驅(qū)動,具有良好的數(shù)控性能,同時還具有極高的響應速度。以滿足對離合器操縱系統(tǒng)的精確控制的需要。
高速開關電磁閥的結(jié)構如圖6 所示。高速開關電磁閥為推桿球閥式,其特點是借助供油口與控制口間的壓差使球閥復位,取代了普通閥復位彈簧,從而提高了電磁閥的壽命和可靠性。高速開關電磁閥控制方式為脈寬調(diào)制式[5]。當脈沖信號為低電平時,供油球閥7 在供油-回油壓差作用下向左運動,使供油口與控制口接通,在供油球閥左移同時,通過分離銷的作用推動回油球閥5 緊靠密封座面,使回油口與供油口斷開,控制口為高壓。當脈沖信號為高電平時,銜鐵1 產(chǎn)生的電磁推力通過頂桿和分離銷使回油閥與供油閥一起右移,直至供油球閥緊靠其密封座面,此時回油閥5 打開,供油閥關閉,控制口為低壓。
由于在DSG 變速器中,兩個離合器是交替工作的,兩個離合器的結(jié)合與分離是由高速開關電磁閥來控制的,因此高速電磁閥的穩(wěn)定工作極為重要,由于ECU 輸出的脈寬調(diào)制信號不能用于直接驅(qū)動高速開關電磁閥,必須設有驅(qū)動電路,其電路如圖7 所示[4]。
DSG 變速器是由手動變速器技術發(fā)展而來的,它不僅繼承了手動變速箱傳動效率高,結(jié)構緊湊重量輕,制造工藝成熟等諸多優(yōu)點,而且實現(xiàn)了自動和動力換擋,保證了車輛的加速性,被業(yè)內(nèi)人士普遍看好,有著廣闊的發(fā)展前景。但同時研究表明,DSG 變速器也存在著一些亟待解決的技術問題,如控制策略的優(yōu)化、關鍵零部件的加工及可靠性等問題。
【1】吳銘.大眾新一代智能自動變速器:7 擋DSG[J]. 汽車維修,2009(1):4 -6.
【2】鄭勁. DSG 雙離合變速器的結(jié)構分析[J]. 汽車零部件,2011(4):85 -86.
【3】李春明.汽車底盤電控技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2010:126 -130.
【4】劉國強,孫偉,陳德民,等. 雙離合器自動變速器結(jié)構分析及換擋方式研究[J].機械設計與制造,2011(8):104-105.
【5】劉國強,陳德民,孫偉,等. 雙離合器自動變速器控制系統(tǒng)中高速電磁閥特性及其控制研究[J]. 液壓與氣動,2011(2):38 -40.