【正文】 動、機械傳動、儲能傳動、電傳動。 AT 具有起步平穩(wěn)、柔和，以及換擋迅速、無沖擊等優(yōu)點。但是它也具有效率低、動力性略差、結(jié)構(gòu)復雜、成本高等缺點 [1]； CVT 雖具有速比無級變化的優(yōu)點，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的無級傳遞，提高無級自動變速汽車的乘車舒適性、加速性以及燃油經(jīng)濟性。 AMT 的工作原理決定了它在換擋過程中首先要分離離合器，然后將變速器摘空擋，再選擋、換擋，最后 2 接合離合器。特別是在舒適性方面，由于換擋過程的動力中斷，必然會產(chǎn)生動力傳動系統(tǒng)的沖擊，影響了汽車的行駛平順性，使得其在對舒適性要求高的車型上的應用受到了限制。 為了解決中斷動力換擋給車輛性能帶來的影響，需要對電控機械式自動變速器的換擋過程進行精確的控制。如果要進一步提高電控機械式自動變速器的性能，則需要增加發(fā)動機起、停等一些其它控制手段，反而增加了車輛的復雜程度和成本，得不償失。為了既可以充分利用 AMT 所具有的優(yōu)點，又可以消除 AMT 中斷動力換擋的缺點，雙離合器式自動變速器（ DCT）應運而生，它繼承了手動 變速器傳動效率高、安裝空間緊湊、重量輕、價格便宜等許多優(yōu)點。 首先，因為 DCT 是按照動力換擋的原理來設計的，在換擋過程中避免了動力中斷，保留了 AT、 CVT 等換擋品質(zhì)好的優(yōu)點。而且，它大大縮短了換擋時間，兩個離合器的切換時間通常在 ～ 秒左右，換擋完成時間非常短， 所以不易被車輛乘客感覺到，極大的提高了換擋舒適性，保證了車輛具有良好的動力性與換擋品質(zhì) [2]。并且擋位是在離合器分離的情況下預先掛擋的，因此可以有較充分的轉(zhuǎn)速同步時間，原來的同步器還可以改用嚙合套，其結(jié)構(gòu)更為簡單，其成本遠遠低于 AT、 CVT 等自動變速器。 3 總之，雙離合器自動變速器既繼承了手動變速器傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、價格便宜等許多優(yōu)點，而且實現(xiàn)了自動變速器的動力性換擋，又保留了液力機械自動變速器和無級自動變速器換擋品質(zhì)好的優(yōu)點，使車輛具有很好的動力性和經(jīng)濟性，相對于電控機械式自動變速器，是一個巨大的進步。RudolfFranke 在上個世紀 30 年代末首先提出將手動變速器變?yōu)閯恿Q擋變 速器的概念，用于改善卡車變速器的換擋品質(zhì)。即一部分傳遞奇數(shù)擋，另一部分傳遞偶數(shù)擋。 圖 1939 年 Kegresse 發(fā)明的雙離合器自動變速器 上世紀 80 年代，保時捷公司重新設計發(fā)明了專用于賽車的雙離合變速器 (PDK Porsche Doppel Kupplungen)，如圖 所示，消除了換擋時的動力傳遞停滯現(xiàn)象，但也未能將 DCT 技術投入批量生產(chǎn) [3]。 2021 年，由 Ricardo 公司研發(fā)的 7 擋 DCT 已經(jīng)裝配于 Bugatti Veyron 上； 2021 年 4 月，配備 LuK 干式雙離合器的 7 擋 DSG 變速器在德國大眾汽車公司進入量產(chǎn)，這款變速器有較強的抗疲勞強度的能力，在結(jié)構(gòu)緊湊型、燃油經(jīng)濟性方面比濕式雙離合器更勝一籌；截至 2021 年 4 底，除大眾公司外，另有保時捷、寶馬、尼桑、福特、沃爾沃、奧迪等多家公司向市場推出了配備 DCT 的車型。 圖 1985 年保時捷應用于賽車上的雙離合器自動變速器 與 國外相比，國內(nèi)對雙離合器自動變速器的研究較晚、較少。 在渝舉行的“中國工程科技論壇 —— 2021 中國汽車自主創(chuàng)新”上獲悉，上汽正加速研發(fā)我國自主創(chuàng)新、擁有國際領先技術的濕式雙離合器自動變速箱，并表示該項產(chǎn)品將于不久正式面世。 課題 的 研究內(nèi)容 及技術路線 我國是以平行軸式變速器生產(chǎn)為主的國家，生產(chǎn)雙離合器自動變速器可以充分利用原有手動變速器的生產(chǎn)設備，只需增加少量的生產(chǎn)設備即可，生產(chǎn)繼承性好，可以大大的減小成本，因此發(fā)展和研究雙離合器自動變速器將是實現(xiàn)汽車自主創(chuàng)新的一個重要方向。主要進行以下工作： 首先以 DCT 系統(tǒng)的工作原理為基礎，總結(jié)歸納出各種可能的雙離合器自動變速器的結(jié)構(gòu)和布置型式，以及其各個結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，從中選擇適合原型車的布置 形式，同時對換擋執(zhí)行機構(gòu)方案進行比較分析。 根據(jù)原型車參數(shù)，應用已經(jīng)確定的 DCT 結(jié)構(gòu)和尺寸的設計原則與方法，設計干式雙離合器自動變速器的基本結(jié)構(gòu)。 圖 技術路線圖 雙離合器自動變速器的原理分析 雙離合器自動變速器的結(jié)構(gòu)分析及確定 雙離合器結(jié)構(gòu) 形式 分析及確定 雙離合器自動變速器的主要參數(shù)計算 齒輪參數(shù)計算 各軸的結(jié)構(gòu)尺寸計算 齒輪校核 各軸的校核 軸承的選用及校核 雙離合器自動變速器的原理分析 雙離合器自動變速器的結(jié)構(gòu)分析及確定 雙離合器結(jié)構(gòu) 形式 分析及確定 雙離合器自動變速器的主要參數(shù)計算 齒輪參數(shù)計算 各軸的結(jié)構(gòu)尺寸計算 齒輪校核 各軸的校核 軸承的選用及校核 6 第 2 章 雙離合器自動變速器傳動方案的確定 雙離合器自動變速器既可以充分利用 AMT 的一系列的優(yōu)點，又可以消除中斷動力換擋的缺點。雙離合器自動變速器系統(tǒng)主要由雙離合器、變速器、雙離合器執(zhí)行機構(gòu)、變速器換擋執(zhí)行機構(gòu)、 ECU 和各種傳感器等組成。一個變速器處于工作狀態(tài)時，另一變速器空轉(zhuǎn)。換擋過程非常迅速，換擋時間不會超過 ，從而消除了切斷動力換擋帶來的問題。其齒輪及軸系采用機械變速器定軸式結(jié)構(gòu)，有多種傳動方案 [4]。起步時，先將擋位切換為 1 擋，然后離合器 CL1 接合，車輛開始起步運行，離合器CL2 仍處于分離狀態(tài)，不傳遞動力。當達到 2 擋的換擋點時， CL1 離合器開始分 離，同時CL2 離合器開始接合，兩個離合器交替切換，直到離合器 CL1 完全分離，離合器 CL2完全接合，換擋過程結(jié)束。而 1 擋和 3 擋均連接在離合器 CL1 上，因為該離合器處于分離狀態(tài)，不傳遞動力，故可以控制選換擋執(zhí)行機構(gòu)預先換入即將進入工作的擋位，當車輛運行達到換擋點時，只需要將正在工作的離合器 CL2 分離，同時將另一個離合器 CL1 接合，配合好兩個離合器的切換時 序即可方便地實現(xiàn)整個換擋過程。雙離合器自動變速系統(tǒng)中換擋過渡過程實際就是兩個離合器分離和結(jié)合的過渡過程。 圖 雙離合器自動變速系統(tǒng)控制原理圖 為了使汽車具有較好的動力性和燃油經(jīng)濟性，雙離合器自動變速器通常設有 5 個或 6 個前進擋和一個倒擋，有的也有 7 個前進擋。 兩軸式 DCT 沒有中間軸，兩根輸入 軸中的常嚙合齒輪直接與輸出軸的相應齒輪相嚙合，動力從輸出軸傳出。兩軸式 DCT 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。由于沒有直接擋，因此在高擋工作時，齒輪和軸承均承載，噪聲較大，也增加了磨損，這也是它的缺點。 圖 兩軸式雙離合器自動變速器 圖 為單中間軸式雙離合器自動變速器結(jié)構(gòu)簡圖。其 8 5 擋與離合器與 CL1 連接在一起， 6 擋連接在 CL2 離合器上，即將變速器的擋位按奇、偶數(shù)分別與兩個離合器分開配置，變速器換擋所用的同步器等與原來的普通手動變速器完全相同 [7]。中間軸自動變速器只有一根中間軸，動力從輸入軸通過齒輪副傳遞到中間軸，再從中間軸傳遞 到輸出軸。由于只有一根中間軸，除直接擋外，所有擋位的從動齒輪都布置在中間軸上，這就使得中間軸的軸向長度很大。因為單中間軸 DCT 的輸入軸和輸出軸的軸線在同一條直線上，所以能方便布置直接擋。單中間軸 DCT 的缺點是除直接擋外，其他擋位傳動效率有所降低，當前進擋擋位較多時，實心輸入軸和中間軸都較長，所以單中間軸式DCT 一般應用于對變速器軸向尺寸要求不高的 車輛上。圖 為雙中間軸式雙離合器自動變速器的結(jié)構(gòu)簡圖。發(fā)動機的曲軸通過飛輪與兩個離合器主動部分連接。 雙中間軸 DCT 與單中間軸 DCT 最大的區(qū)別就是用兩根中間軸代替了一根中間 9 軸，分別傳遞輸入軸到輸出軸的轉(zhuǎn)矩。因為雙中間軸 DCT 每一擋位至少通過兩對齒輪嚙合才能將動力輸出，所以與兩軸式 DCT 相比，雙中間軸自動變速器的傳動 效率較低，但是由于其能有效的減小變速器軸的長度，減小自動變速器的尺寸，且適 圖 雙中間軸式雙離合器自動變速器 合于布置較多擋位數(shù)，所以在對變速器的軸向尺寸要求較高的情況下，如前置前驅(qū)動乘用車的變速器布置為橫置工作時，或者中、重型商用車傳遞轉(zhuǎn)矩大，為提高其強度與剛度時，一般采用此傳動結(jié)構(gòu)，尤其在中、大型和豪華型轎車中 得到廣泛使用。雙離合器作為 DCT 的重要部件之一，其工作性能直接關系到車輛的是否正常起步及換擋品質(zhì)。目前 ,在 DCT 系統(tǒng)中通常采用干式單片或濕式多片兩種結(jié)構(gòu)型式 [9]。兩個離合器一般采用軸向并排布置，通過兩組分離杠桿分別控制兩個離合器的分離和接合。 干式雙離合器可以通過壓盤和飛輪吸收較大熱量，對滑磨產(chǎn)生熱量的速度不敏感，但因空氣散熱較慢，熱量不易在短時間內(nèi)散發(fā)出去，因此受到滑磨產(chǎn)生的總熱量的限制。 10 干式雙離合器則通過離合器從動盤上的摩擦 片來傳遞轉(zhuǎn)矩，由于節(jié)省了相關液力系統(tǒng)再結(jié)合干式離合器本身所具有的傳遞轉(zhuǎn)矩的高效性，干式系統(tǒng)很大程度地提高了燃油經(jīng)濟性，電機驅(qū)動的干式雙離合器的油耗通常比液壓驅(qū)動的濕式雙離合器低4%～ 6%。 采用干式雙離合器的變速器系統(tǒng)的效率得以顯著提高。使其可以設計的更加緊湊。這樣，在車上布置兩個干式離合器，而且還要布置兩個離合器的操縱機構(gòu)需要的安裝空間很大；并且在離合器片磨損后，需要定期更換摩擦片。采用膜片彈簧作壓緊彈簧可以彌補干式離合器的上述缺點：首先，膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使得離合器結(jié)構(gòu)大為簡化，質(zhì)量減輕，并顯著地縮短了離合器的軸向尺寸。另外，由于膜片彈簧具有非線性的彈性特性，故在從動盤磨損后 ，仍能可靠地傳遞發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩而不致產(chǎn)生滑磨。 濕式雙離合器性能分析 濕式離合器有較好的可控性和控制品質(zhì) ,結(jié)構(gòu)比較單一，具有壓力分布均勻、磨損小且均勻、傳遞轉(zhuǎn)矩容量大、不用專門調(diào)整摩擦片間隙等特點。 濕式雙離合器受限于產(chǎn)生熱量的速度，但不受產(chǎn)生的總熱量的限制。濕式離合器具有良好的散熱特點，適用于離合器結(jié)合過程中壓力逐步增加、發(fā)熱速度較慢的工作狀況。濕式離合器工作環(huán)境對外全封閉，免受外界溫度、粉塵及內(nèi)部機油的影響，工作性能穩(wěn)定。但濕式離合器摩擦片與對偶鋼片均較薄，其損壞形式多為瞬時溫升過高或溫度分布不均導致的燒蝕或翹曲，而不是摩擦片的磨損。同時由于液壓油的存在，導 致離合器不能徹底分離，產(chǎn)生功率損失，其結(jié)構(gòu)比干式復雜， 11 因而制造難度大，制造成本高。而與之相比，由于目前膜片彈簧的引用彌補了干式離合器結(jié)構(gòu)尺寸較大的缺點，使得開發(fā)具有良好的生產(chǎn)繼承性、較高的傳動效率、相對較低的生產(chǎn)成本等特點。 DCT 基本結(jié)構(gòu)方案的確 定 根據(jù)上述 DCT 的雙離合器模塊、齒 輪軸系結(jié)構(gòu)及執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式特點，結(jié)合本文研究的原型車特點和要求，確定所要開發(fā)設計的 DCT 雙離合器、機械系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)方案。 根據(jù)常見的 DCT 結(jié)構(gòu)特點及其適用的乘用車的布置形式，選擇雙中間軸式的結(jié)構(gòu)設計方案。對不同結(jié)構(gòu)的 DCT 結(jié)構(gòu)形式進行了分析，主要分析了兩軸式、單中間軸式、雙中間軸式的結(jié)構(gòu)特點，分析了干式和濕式離合器的特性及適用范圍，為結(jié)構(gòu)選型提供參考。 12 第 3 章 雙離合器自動變速器的設計與計算 變速器主要參數(shù)的選擇 本次畢業(yè)設計是在給定主要整車參數(shù)的情況下進行設計， 整車主要技術參數(shù)如表 所示 。最高檔通常是直接檔，傳動比為 ；有的變速器最高檔是超速檔，傳動比為 ～ 。目前乘用車的傳動比范圍在 ～ 之間，總質(zhì)量輕些的商用車在 ～ 之間，其它商用車則更大 [14]。 變速器各檔傳動比的確定 主減速器傳動比的確定 發(fā)動機轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度之間的關系式為： iirnuga ? （ ） 式中： au —— 汽車行駛速度（ km/h）； n —— 發(fā)動機轉(zhuǎn)速（ r/min）； r —— 車輪滾動半徑（ m）； gi —— 變速器 傳動比； 13 0i —— 主減速器傳動比。用公式表示如下： m a xm a x0m a x s i nc os ??? GGfr iiT tge ?? （ ） 式中： G —— 車輛總重量 (N)； f —— 坡道面滾動阻力系數(shù) (對瀝青路面 μ=~)； maxeT —— 發(fā)動機最大扭矩 (Nm； ?i ； ?t? ，把以上數(shù)據(jù)代入（ ）式： 14 ) i (1 ??? ?????? ??gi 滿足不產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)條件。公式表示如下： ?11 Zft FrTT ?? ?? 1110m a x Gr fGiiT tge ?? teg iTfGrGi ??0m ax111 ?? （ ） 式中： 1G —— 驅(qū)動輪的地 面法向反力， 1G =8000N； ? —— 驅(qū)動輪與地面間的附著系數(shù)；對 良好的 混凝土或瀝青路面 ? 可取 ~之間。 變速器各檔速比 的配置 按等比級數(shù)分配其它各檔傳動比，即： qiiiiiiiiiiii ?????? 766554433221 71 ??