選擇性輸出雙離合自動變速器液壓控制系統設計

王光飛 ，陳朝陽 ，張代勝 ，汪韶杰

（1.合肥工業大學 機械與汽車工程學院，合肥230009；2.合肥工業大學 汽車工程技術研究院，合肥230009）

雙離合器自動變速器（DCT）是一種新的自動變速器技術，其特點是有兩個離合器，換擋時兩個離合器配合使用實現動力換擋。雙離合器自動變速器（DCT）同時具備了手動變速器和自動變速器的優點，傳動效率高，不僅保證了車輛的動力性和經濟性，而且改善了車輛的行駛舒適性。

變速器的動力傳遞和換擋過程的實現是通過TCU電控單元發出信號，通過各種執行器調節油液壓力、流量和方向來控制兩個離合器和換擋撥叉執行器的動作來實現的。分析設計變速器液壓控制系統的油路分布和液壓閥的選擇具有重要意義。本文對一種新型的變速器的液壓系統進行研究設計來滿足換擋和動力傳遞需要。

1 DCT結構及其工作原理

1.1 DCT結構

選擇性輸出雙離合自動變速器采用并聯行星輪系結構，其傳動裝置由一個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平行布置的離合器、多個同步器裝置、多個換擋撥叉，一個倒擋軸以及1個差速器組成。使用選擇性輸出的方式將變速器奇、偶數擋輸出齒輪分別布置在兩根中間軸上，通過兩個離合器的切換以及切換成不同的同步器狀態，經由不同輸出軸實現扭矩變換和輸出。三維結構如圖1所示。

1.2 DCT工作原理

傳統的DCT通過兩個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即可實現換擋。工作原理如圖2所示。

汽車發動機啟動時，在空擋情況下，所有同步器中位，兩離合器均分離；在擋時，換擋執行機構撥叉使得同步器T1左位，同步器T2右位，離合器L1結合，此時在行星輪系中，太陽輪輸入，齒圈固定，行星架輸出；判斷升至二擋時，撥叉使得同步器T3右位，完成預掛擋，離合器L1逐漸分離，而離合器L2逐漸結合，直至換擋成功。判斷升至三擋時，撥叉使得同步器T2左位，完成預掛擋，離合器L2逐漸分離，而離合器L1逐漸結合，直至換擋成功，此時行星輪系為直接擋輸出。判斷升至四擋時，撥叉使得同步器T3左位，完成預掛擋，離合器L1逐漸分離，而離合器L2逐漸結合，直至換擋成功。而在倒擋時，同步器T1右位，同步器T3左位，離合器L2結合，離合器L1分離。

2 控制系統設計

2.1 液壓控制系統組成和控制原理分析

DCT液壓控制系統主要由三部分組成：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液壓系統采用的是與發動機固聯的定量泵，泵的排量與發動機的轉速成正比。通過泵排出的油液首先通過主油路壓力調節閥調節主油路油壓，在主油壓的基礎上安全閥對系統壓力進行二次調節。調節后的油液通往換擋閥控制撥叉的運動以實現不同擋位之間的切換.該油液同時通往離合器壓力控制閥提供動力傳遞所需的壓力。圖3為液壓系統各個液壓元件連接示意圖。

2.2 液壓系統模型

2.2.1 主油路調壓

主油路油壓是通過主油路調壓閥調節后的油泵輸出油壓，離合器結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上根據不同工況來調節的，主油壓的控制很重要，發動機負荷大時，為了讓離合器結合可靠，需要加大主油路油壓；在換擋過程中，同步器結合時，需要適當減小主油壓以減少換擋沖擊。發動機負荷小時，也需要適當減小主油路油壓，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，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，調節主油壓滑閥的出油口開口大小，從而調節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 離合器壓力調節

換擋過程中需要控制離合器的結合和分離，主油路油壓經過離合器壓力控制閥和離合器安全閥進入離合器油缸。離合器壓力控制閥根據發動機工況和TCU信號調節進入離合器的油壓。離合器壓力控制閥工作口處并聯一個蓄能器.可以起到壓力變化時吸收液壓脈動沖擊，穩定離合器結合油壓的作用。

關于離合器的安全保護：當離合器處于工作狀態，此時由于換擋的需要，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

主油路油壓經過同步器壓力控制閥和同步器位置控制閥進入同步器油缸，同步器壓力控制閥根據TCU信號控制進入同步器油缸的油壓，同步器位置控制閥控制進入左右同步器油缸的油液通斷，使同步器能實現左中右三個工作位置。中位時兩端泄壓回油。

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，用于調節右路的壓力，壓力油經主壓力滑閥5的出油口5B流出，流向節流閥32的供油口32P，經節流閥調壓后從節流閥出油口32B流出，流經冷卻器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別準確的撥叉位置，當撥叉準確的掛入左端或右端工作位置時傳感器會感應信號反饋到TCU。離合器壓力傳感器用來監測離合器油壓并實時把壓力信號反饋至TCU，當壓力變化影響正常工作情況時，TCU會給出信號至壓力控制閥和安全閥確保離合器的正常工作。

3 液壓試驗臺的建立

為了驗證所建模型的準確性，根據上述模型圖建立了液壓試驗臺。試驗臺如圖4所示。

通過液壓試驗臺的試驗，可以實現變速器的自動換擋，驗證了上述選擇性輸出雙離合自動變速器結構原理和液壓控制系統的可行性，為進一步的研究奠定了基礎。

4 結束語

液壓控制系統是自動變速器的重要組成部分，本文對一種新型結構的雙離合自動變速器的液壓系統進行設計研究并建立液壓試驗臺，驗證機械傳動部分和液壓模型的可行性。

目前，國內對雙離合自動變速器液壓控制系統的研究還比較少，本文的研究可以為后期的液壓系統閥板集成化提供基礎。

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