選擇性輸出雙離合自動(dòng)變速器液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王光飛 ，陳朝陽 ，張代勝 ，汪韶杰

（1.合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，合肥230009；2.合肥工業(yè)大學(xué) 汽車工程技術(shù)研究院，合肥230009）

雙離合器自動(dòng)變速器（DCT）是一種新的自動(dòng)變速器技術(shù)，其特點(diǎn)是有兩個(gè)離合器，換擋時(shí)兩個(gè)離合器配合使用實(shí)現(xiàn)動(dòng)力換擋。雙離合器自動(dòng)變速器（DCT）同時(shí)具備了手動(dòng)變速器和自動(dòng)變速器的優(yōu)點(diǎn)，傳動(dòng)效率高，不僅保證了車輛的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，而且改善了車輛的行駛舒適性。

變速器的動(dòng)力傳遞和換擋過程的實(shí)現(xiàn)是通過TCU電控單元發(fā)出信號(hào)，通過各種執(zhí)行器調(diào)節(jié)油液壓力、流量和方向來控制兩個(gè)離合器和換擋撥叉執(zhí)行器的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)的。分析設(shè)計(jì)變速器液壓控制系統(tǒng)的油路分布和液壓閥的選擇具有重要意義。本文對(duì)一種新型的變速器的液壓系統(tǒng)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)來滿足換擋和動(dòng)力傳遞需要。

1 DCT結(jié)構(gòu)及其工作原理

1.1 DCT結(jié)構(gòu)

選擇性輸出雙離合自動(dòng)變速器采用并聯(lián)行星輪系結(jié)構(gòu)，其傳動(dòng)裝置由一個(gè)帶有同步器裝置的輸入軸，兩根平行布置的中間軸，布置在輸出軸上的兩個(gè)平行布置的離合器、多個(gè)同步器裝置、多個(gè)換擋撥叉，一個(gè)倒擋軸以及1個(gè)差速器組成。使用選擇性輸出的方式將變速器奇、偶數(shù)擋輸出齒輪分別布置在兩根中間軸上，通過兩個(gè)離合器的切換以及切換成不同的同步器狀態(tài)，經(jīng)由不同輸出軸實(shí)現(xiàn)扭矩變換和輸出。三維結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 DCT工作原理

傳統(tǒng)的DCT通過兩個(gè)離合器的交替切換來完成換擋過程，而該變速器則通過控制離合器和同步器的工作狀態(tài)即可實(shí)現(xiàn)換擋。工作原理如圖2所示。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，在空擋情況下，所有同步器中位，兩離合器均分離；在擋時(shí)，換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)撥叉使得同步器T1左位，同步器T2右位，離合器L1結(jié)合，此時(shí)在行星輪系中，太陽輪輸入，齒圈固定，行星架輸出；判斷升至二擋時(shí)，撥叉使得同步器T3右位，完成預(yù)掛擋，離合器L1逐漸分離，而離合器L2逐漸結(jié)合，直至換擋成功。判斷升至三擋時(shí)，撥叉使得同步器T2左位，完成預(yù)掛擋，離合器L2逐漸分離，而離合器L1逐漸結(jié)合，直至換擋成功，此時(shí)行星輪系為直接擋輸出。判斷升至四擋時(shí)，撥叉使得同步器T3左位，完成預(yù)掛擋，離合器L1逐漸分離，而離合器L2逐漸結(jié)合，直至換擋成功。而在倒擋時(shí)，同步器T1右位，同步器T3左位，離合器L2結(jié)合，離合器L1分離。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 液壓控制系統(tǒng)組成和控制原理分析

DCT液壓控制系統(tǒng)主要由三部分組成：離合器壓力控制部分、同步器壓力控制部分和潤滑冷卻控制部分。DCT液壓系統(tǒng)采用的是與發(fā)動(dòng)機(jī)固聯(lián)的定量泵，泵的排量與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。通過泵排出的油液首先通過主油路壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)主油路油壓，在主油壓的基礎(chǔ)上安全閥對(duì)系統(tǒng)壓力進(jìn)行二次調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)后的油液通往換擋閥控制撥叉的運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)不同擋位之間的切換.該油液同時(shí)通往離合器壓力控制閥提供動(dòng)力傳遞所需的壓力。圖3為液壓系統(tǒng)各個(gè)液壓元件連接示意圖。

2.2 液壓系統(tǒng)模型

2.2.1 主油路調(diào)壓

主油路油壓是通過主油路調(diào)壓閥調(diào)節(jié)后的油泵輸出油壓，離合器結(jié)合油壓和換擋撥叉油缸中的油壓都是在主油路油壓的基礎(chǔ)上根據(jù)不同工況來調(diào)節(jié)的，主油壓的控制很重要，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷大時(shí)，為了讓離合器結(jié)合可靠，需要加大主油路油壓；在換擋過程中，同步器結(jié)合時(shí)，需要適當(dāng)減小主油壓以減少換擋沖擊。發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷小時(shí)，也需要適當(dāng)減小主油路油壓，以減少燃油消耗。

壓力油從油泵的出油口出來同時(shí)流向主油壓滑閥的供油口、左端的第一控制口和主油壓比例閥的供油口；流向主油壓比例閥的油液由供油口進(jìn)，出油口出，第一路反饋到主油壓比例閥的控制口，第二路流向主油壓滑閥右端的第二控制口；在主油壓滑閥左端的第一控制口和右端的第二控制口兩端壓差作用下，調(diào)節(jié)主油壓滑閥的出油口開口大小，從而調(diào)節(jié)從主油壓滑閥的供油口流向出油口油液的流量和壓力。

2.2.2 離合器壓力調(diào)節(jié)

換擋過程中需要控制離合器的結(jié)合和分離，主油路油壓經(jīng)過離合器壓力控制閥和離合器安全閥進(jìn)入離合器油缸。離合器壓力控制閥根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況和TCU信號(hào)調(diào)節(jié)進(jìn)入離合器的油壓。離合器壓力控制閥工作口處并聯(lián)一個(gè)蓄能器.可以起到壓力變化時(shí)吸收液壓脈動(dòng)沖擊，穩(wěn)定離合器結(jié)合油壓的作用。

關(guān)于離合器的安全保護(hù)：當(dāng)離合器處于工作狀態(tài)，此時(shí)由于換擋的需要，必須使離合器脫開，但是離合器壓力控制閥發(fā)生卡滯，離合器壓力控制閥的供油口與出油口一直連通；斷開離合器安全閥供電，使離合器安全閥的供油口與出油口不相通，離合器液壓缸中的壓力油通過離合器安全閥的出油口泄流回油箱，離合器脫開。

2.2.3 同步器壓力控制

主油路油壓經(jīng)過同步器壓力控制閥和同步器位置控制閥進(jìn)入同步器油缸，同步器壓力控制閥根據(jù)TCU信號(hào)控制進(jìn)入同步器油缸的油壓，同步器位置控制閥控制進(jìn)入左右同步器油缸的油液通斷，使同步器能實(shí)現(xiàn)左中右三個(gè)工作位置。中位時(shí)兩端泄壓回油。

2.2.4 潤滑冷卻油路

壓力油第一路流向主油壓滑閥5的供油口5P，第二路與主壓力滑閥的第一控制口5A1連接，用于調(diào)節(jié)右路的壓力，壓力油經(jīng)主壓力滑閥5的出油口5B流出，流向節(jié)流閥32的供油口32P，經(jīng)節(jié)流閥調(diào)壓后從節(jié)流閥出油口32B流出，流經(jīng)冷卻器33與潤滑油路過濾器34，分成3條潤滑之路35、36、37，流向3根傳動(dòng)軸形成飛濺潤滑。

2.2.5 換擋元件傳感器和壓力傳感器

換擋元件傳感器是用來識(shí)別準(zhǔn)確的撥叉位置，當(dāng)撥叉準(zhǔn)確的掛入左端或右端工作位置時(shí)傳感器會(huì)感應(yīng)信號(hào)反饋到TCU。離合器壓力傳感器用來監(jiān)測離合器油壓并實(shí)時(shí)把壓力信號(hào)反饋至TCU，當(dāng)壓力變化影響正常工作情況時(shí)，TCU會(huì)給出信號(hào)至壓力控制閥和安全閥確保離合器的正常工作。

3 液壓試驗(yàn)臺(tái)的建立

為了驗(yàn)證所建模型的準(zhǔn)確性，根據(jù)上述模型圖建立了液壓試驗(yàn)臺(tái)。試驗(yàn)臺(tái)如圖4所示。

通過液壓試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)變速器的自動(dòng)換擋，驗(yàn)證了上述選擇性輸出雙離合自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)原理和液壓控制系統(tǒng)的可行性，為進(jìn)一步的研究奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

液壓控制系統(tǒng)是自動(dòng)變速器的重要組成部分，本文對(duì)一種新型結(jié)構(gòu)的雙離合自動(dòng)變速器的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究并建立液壓試驗(yàn)臺(tái)，驗(yàn)證機(jī)械傳動(dòng)部分和液壓模型的可行性。

目前，國內(nèi)對(duì)雙離合自動(dòng)變速器液壓控制系統(tǒng)的研究還比較少，本文的研究可以為后期的液壓系統(tǒng)閥板集成化提供基礎(chǔ)。

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