双离合自动变速器的变速机构设计摘 要：双离合器自动变速器由电控机械式自动变速器发展而来，它综合了液力机械自动变速器（AT）和电控机械自动变速器（AMT）的优点，能够实现动力换挡、减少了换档时间、提高了换档品质、极大地提高了汽车的舒适性和操纵性。本设计以双离合器式自动变速器的结构和工作原理为基础，针对干式双离合器自动变速器的设计方法，分析了各种不同变速器的布置方案并选定了本变速器的最终布置方案。对变速器中的主要零件包括齿轮形式、换挡结构形式作了阐述并进行了选择并对变速器的传动比的范围、中心距做初步的选择和设计。对变速器中的齿轮的模数、压力角、螺旋角、进行了选择并计算出齿轮其他的相关参数和对齿轮的校核。关键词：双离合器；自动变速器；传动比；齿轮；轴Design of The Transmission Mechanism of Dual ClutchTransmission Abstract ：DCT duo to Mechanical Transmission.Itinherits the advantages of Automatic Transmission(AT) and Automated Mechanical Transmission (AMT).It has the ability of power shifing that can reduce shift time andimprove shift quality.And the comfort and maneuverability of vehicle will be greatly improved. In this thesis,the study of dry type Dual Clutch Transmission is based on the Structural characteristics and working principle of DCT. For dry-type dual-clutch automatic transmission design, analyzed the layout of the various transmission options and selected the final layout of the transmission scheme. The major part of gear, including gear form, elaborated shift structure and make the choice and range of transmission gear ratio, center distance a preliminary selection and design. The gear on the transmission module, pressure angle, helix angle, were calculated gear selection and other relevant parameters and checking on the gear. Key words: Dual Clutch Transmission；Automatic transmission；Transmission Ratio；Gear ；Axis1 前言汽车自动变速技术是人们长期以来一直努力追求的目标，是车辆改进和完善传动系统的重要方向。自动变速技术始于1960年左右，到现在车辆的自动变速技术已取得了长足的进步。装备自动变速器的汽车，具有操纵方便、起步平稳、乘坐舒适性好、燃油经济性高、安全可靠等一系列优点，使得市场上对装备自动变速器的汽车的需求日渐高涨。汽车自动变速器的研究和应用有着更加重要的现实意义，各主要工业国家均在这方面投入了大量人力和财力，研制出种类繁多的各类自动变速器。自动变速器技术越来越完善，在越来越多的车辆上得到应用，成为现代汽车与现代工业发展的标志之一。随着我国的经济发展，家庭汽车的普及程度越来越高，且对乘用车的乘坐舒适性、燃油经济性和排放性能有了更高的要求。因此研究和开发既有高质量、操纵方便又有经济实用等特点的车辆具有广阔发展前景，来满足日益增长的广大消费者的需求。要实现这些功能，满足这些要求，就必须开发和研制出传动系中既能够高效传递发动机动力，又具有操纵方便的自动变速器1。2 课题研究的目的和意义由于汽车传动方式和控制方式的不同，汽车自动变速系统存在多种不同的类型。根据传动方式的不同，可以分为以下五类：液力传动、液压传动、机械传动、储能传动、电传动。汽车上应用较多的自动变速器主要有液力机械自动变速器（Automatic Transmission，AT）、无级变速器（Continuously Variable Transmission，CVT）和电控机械自动变速器（Automated Manual Transmission，AMT）以及最近发展的双离合器自动变速器（Dual Clutch Transmission，DCT）等四种。AT具有起步平稳、柔和，以及换挡迅速、无冲击等优点。除其装有的液力变矩器可以改善车辆性能外，还主要归功于它实现了动力换挡，即换挡过程中不切断动力传递，只是通过两个离合器(或制动器)间的切换完成，换挡时间极短，换挡品质与车辆性能好。但是它也具有效率低、动力性略差、结构复杂、成本高等缺点1；CVT虽具有速比无级变化的优点，可以实现转矩的无级传递，提高无级自动变速汽车的乘车舒适性、加速性以及燃油经济性。但是其起动性能差，一般需另加起动装置，并且无级自动变速器的设备更换量大、制造困难和价格也较高等缺点。AMT的工作原理决定了它在换挡过程中首先要分离离合器，然后将变速器摘空挡，再选挡、换挡，最后接合离合器。这样，当离合器分离后，直到离合器再重新接合之前，发动机的动力将不能被传递到车轮去驱动车辆运行，所以换挡过程中产生了动力传递的中断，这对车辆的动力性、舒适性以及燃油经济性和排放带来了一定的影响。特别是在舒适性方面，由于换挡过程的动力中断，必然会产生动力传动系统的冲击，影响了汽车的行驶平顺性，使得其在对舒适性要求高的车型上的应用受到了限制。同时动力中断也会造成一定的动力损失，影响了汽车的加速性能。为了解决中断动力换挡给车辆性能带来的影响，需要对电控机械式自动变速器的换挡过程进行精确的控制。特别是为了减少换挡过程中的冲击度，需要对发动机与变速器构成的动力总成在转速差、转矩等方面进行精确匹配和控制，但是这些仅在一定程度上改善其换挡性能，并不能从根本上解决问题。如果要进一步提高电控机械式自动变速器的性能，则需要增加发动机起、停等一些其它控制手段，反而增加了车辆的复杂程度和成本，得不偿失。所以，电控机械式自动变速器在对车辆舒适性等方面要求不高的车型上，例如低挡轿车、军用车辆、公共汽车、载重车等，由于其具有结构简单、成本低等优点，仍具有优势，但是在对舒适性要求高的车型上，其应用就具有了局限性。为了既可以充分利用AMT所具有的优点，又可以消除AMT中断动力换挡的缺点，双离合器式自动变速器（DCT）应运而生，它继承了手动变速器传动效率高、安装空间紧凑、重量轻、价格便宜等许多优点。DCT的优点体现在对车辆性能的提高和对自动变速器生产成本的降低两个方面。首先，因为DCT是按照动力换挡的原理来设计的，在换挡过程中避免了动力中断，保留了AT、CVT等换挡品质好的优点。车辆在换挡过程中，发动机的动力始终可以传递到车轮，换挡迅速平稳，不仅保证了车辆的加速性，而且由于车辆不再产生由于换挡时动力中断引起的冲击，也极大的改善了车辆运行的舒适性。而且，它大大缩短了换挡时间，两个离合器的切换时间通常在0.30.4秒左右，换挡完成时间非常短，所以不易被车辆乘客感觉到，极大的提高了换挡舒适性，保证了车辆具有良好的动力性与换挡品质2。其次，由于双离合器式自动变速器是在传统的手动变速器基础上进行自动化的，从而以结构简单的平行轴式结构达到了结构复杂的旋转轴（行星齿轮）式自动变速器的效果，但结构更加紧凑，成本更低。并且挡位是在离合器分离的情况下预先挂挡的，因此可以有较充分的转速同步时间，原来的同步器还可以改用啮合套，其结构更为简单，其成本远远低于AT、CVT等自动变速器。所以它与AMT一样、可以充分利用原有手动变速器的生产设备，只需增加少量的生产设备即可，生产继承性好，很适合现有的手动变速器生产厂，具有很高的经济效益和社会效益。总之，双离合器自动变速器既继承了手动变速器传动效率高、结构紧凑、重量轻、价格便宜等许多优点，而且实现了自动变速器的动力性换挡，又保留了液力机械自动变速器和无级自动变速器换挡品质好的优点，使车辆具有很好的动力性和经济性，相对于电控机械式自动变速器，是一个巨大的进步。2.1 课题的研究现状双离合器自动变速器的概念从产生到现在已经有七十年左右的历史。RudolfFranke在上个世纪30年代末首先提出将手动变速器变为动力换挡变速器的概念，用于改善卡车变速器的换挡品质。1939年德国人Kegresse.A第一个申请了双离合器变速器的专利，图1为Kegresse.A发明的双离合器自动变速器，其提出了将手动变速器分为两部分的设计概念。即一部分传递奇数挡，另一部分传递偶数挡。且其动力传递通过两个离合器联结两根输入轴，相邻各挡的从动齿轮交错与两输入轴齿轮啮合，配合两个离合器的控制，能够实现在不切断动力的情况下，改变传动比，从而缩短了换挡时间，有效地提高换挡品质，并在载货车上进行过相关的试验，但这种变速器并没有投入批量生产。图1 Kegresse发明的双离合器自动变速器 Fig.1 Kegresse present dual clutch automatic transmission上世纪80年代，保时捷公司重新设计发明了专用于赛车的双离合变速器(PDK Porsche Doppel Kupplungen)，如图2所示，消除了换挡时的动力传递停滞现象，但也未能将DCT技术投入批量生产3。随着电子控制技术的飞速发展，双离合器自动变速器的研究开发取得了很大的突破，并且其量产和大范围的应用于普通轿车也成为可能性。2005年，由Ricardo公司研发的7挡DCT已经装配于Bugatti Veyron上；2008年4月，配备LuK干式双离合器的7挡DSG变速器在德国大众汽车公司进入量产，这款变速器有较强的抗疲劳强度的能力，在结构紧凑型、燃油经济性方面比湿式双离合器更胜一筹；截至2010年底，除大众公司外，另有保时捷、宝马、尼桑、福特、沃尔沃、奥迪等多家公司向市场推出了配备DCT的车型。预计到2011年底欧洲生产的车辆约6.5%采用双离合器传动技术，而福特汽车将成为采用双离合器传动汽车的第二大汽车生产商。图2 保时捷应用于赛车上的双离合器自动变速器Fig.2 Porsche applied to racing on a dual clutch automatic transmission与国外相比，国内对双离合器自动变速器的研究较晚、较少。2006年，国家将双离合器自动变速器列为“十一五”国家863计划重点项目进行研究，从此其在国内得到了迅速发展； 2008年杭齿集团等研究结构研究的6挡干式DCT获得重大突破；上汽集团2008年开始DCT的研究，并于2009年生产出样机；2009年吉利集团推出其研究的DCT样机。在渝举行的“中国工程科技论坛2010中国汽车自主创新”上获悉，上汽正加速研发我国自主创新、拥有国际领先技术的湿式双离合器自动变速箱，并表示该项产品将于不久正式面世。同时，2011年2月比亚迪也推出自主研发的双离合器式自动变速器。