DSG 变速器换挡系统的结构与工作原理分析

郑劲

(兰州石化职业技术学院，甘肃兰州730060)

0 引言

DSG 变速器采用了2 个离合器和6 或7 个前进挡的传统齿轮变速器作为动力的传动部件。和传统的液力自动变速器相比，DSG 自动变速器有着明显的区别，DSG 没有采用液力变矩器，自动换挡更灵活，车辆的行驶性能更加优异。在传动过程中的能耗损失非常有限，大大提高了车辆的燃油经济性;反应非常灵敏，具有很好的驾驶乐趣;车辆在加速过程中不会有动力中断的感觉，使车辆的加速更加强劲、平稳。汽车从起步到加速到100 km/h 所用时间比传统手动变速器还短;与传统自动变速器一样可以实现顺畅换挡，不影响牵引力。可以说，DSG 变速器是目前世界上最先进的变速系统之一［1］。

1 DSG 变速器的传动机构

DSG 变速器是在手动变速器基础上，加上电子控制单元和液压驱动元件，让两离合器交替工作，不间断地输出动力，传动机构的结构如图1 所示。图示DSG 有6 个前进挡和1 个倒挡，有两个并排安装的湿式离合器K1，K2，变速器的挡位按奇数挡(1、3、5、R 挡)与偶数挡(2、4、6 挡)分开布置，分别与离合器K1、K2配合工作，两个离合器分别与输入轴1(实心轴)和输入轴2 (空心轴)相连接，两离合器各自负责一根输入轴的驱动，发动机的动力便在两根输入轴交替中无间断地传送扭矩［2］。

2 DSG 变速器换挡操纵控制系统的组成与原理

DSG 变速器换挡操纵控制系统由电控系统和液压操纵系统构成，图2 是其组成框图。电控系统由传感器、控制单元及执行器构成，传感器主要有压力传感器、车速传感器、发动机转速传感器及节气门位置传感器等，执行器主要是高速电磁阀，湿式离合器K1与K2分别由两个高速开关电磁阀进行控制。液压操纵系统主要由液压油泵、液压缸及换挡操纵机构组成。

双离合器变速器的“智能”来自于DSG 变速器的电子控制系统，它作为变速器的控制核心，操控着快速而复杂的换挡过程。控制单元ECU 收集并处理传感器的信号数据，对离合器、挡位操纵系统、液压系统的压力等进行控制。另外，该系统还应用了调节阀、转换阀等许多液压阀。变速器的数据信息通过一个插入式通讯接口在机电控制模块和整车电气系统之间进行交换，通过这个接口，整车和发动机的数据信息也传递到变速器的控制系统。

DSG 变速器的换挡自动控制过程可参看图2。具体工作原理如下:DSG 变速器换挡由电控单元(ECU)采集各个传感器的信号，实时在线对车辆的运行状态进行识别与判断。在需要进行换挡等操作时，ECU 发出指令，控制离合器与同步器换挡机构实现2 个离合器与变速器同步换挡动作的操纵。DSG 双离合器自动变速器在换挡工作过程中同样也需要对发动机进行控制，通过CAN 总线等进行整体匹配，根据道路状况，运行工况进行调节。

3 换挡液压操纵控制系统

换挡液压操纵控制系统主要负责接受电控系统的控制指令，对离合器和变速器的换挡机构进行操纵。液压控制系统主要包括双离合器控制部分、换挡机构控制部分和冷却部分［3］。

在DSG 中，双离合器控制部分是对离合器油缸充入和释放液压油来实现离合器的分离和接合的，离合器油缸通过高速电磁阀进行动作控制。离合器的结合与分离由ECU 系统根据车辆的工况按照一定的换挡控制规律计算得出。DSG 变速器通过两个离合器的匹配切换实现换挡动作，换挡迅速平稳，换挡时间可达到0.03 ～0.05 s，驾驶者不会有任何感觉。在换挡过程中，发动机输出动力始终不断地传递到车轮上，实现动力换挡，保证车辆具有良好的加速性能。如图1 所示，具体工作原理如下:发动机启动后自动挂1 挡，在高速电磁阀的驱动下离合器K1结合，发动机扭矩通过1 挡的实心轴、齿轮组和同步器传动至差速器，最终至驱动轮，车辆起步行驶，此时离合器K2仍然处于分离状态，不传递动力，但与之相连的2 挡已被预先选定。当汽车加速达到接近2 挡的换挡点时，ECU 控制系统通过指令控制高速电磁阀使换挡执行机构自动将挡位换入2挡。当达到2 挡换挡点时，离合器K1开始分离，同时离合器K2开始结合，两个离合器交替切换，直到离合器K1完全分离，离合器K2完全结合，整个换挡过程结束［4］。在DSG 变速器自动换挡过程中，对高速电磁阀的精准控制至关重要。ECU通过调节脉冲信号的占空比来控制流经高速开关电磁阀的平均电流量，从而控制离合器的结合速度。

在DSG 中，必须实现换挡过程的自动化，这就要增加自动换挡机构来完成换挡任务，DSG 变速器的换挡装置是挡位选择器，挡位选择器由1 个拨叉2 个油缸(图3)组成，每个挡位有1 个同步器。挡位选择器中的液压缸推动拨叉就可以进入相应的挡位，由液压操纵系统来控制它们的工作，如图4 所示。四组挡位选择器可以独立控制4 个拨叉及每一个同步器，让相邻挡位的提前结合成为现实，DSG 变速器的快速反应并不只是双离合器的功劳。在液压控制系统中有6 个油压调节电磁阀，用来调节2 个离合器和4 个挡位选择器中的油压压力，还有5个开关电磁阀，分别控制挡位选择器和离合器的工作。

为了保证换挡时拨叉到达指定位置，拨叉位置应受到精确控制。图5 所示是换挡拨叉位置精确度控制装置，行程传感器把拨叉位置传给电脑确定拨位。

4 高速开关电磁阀结构及特性

4.1 高速开关电磁阀结构及工作原理

在DSG 变速器运行中，离合器的结合与分离、变速器的换挡、液压系统的主压力的调节等主要是通过控制高速电磁阀来实现的。高速开关电磁阀只有ON、OFF 两种工作状态，其开关靠高低电平来驱动，具有良好的数控性能，同时还具有极高的响应速度。以满足对离合器操纵系统的精确控制的需要。

高速开关电磁阀的结构如图6 所示。高速开关电磁阀为推杆球阀式，其特点是借助供油口与控制口间的压差使球阀复位，取代了普通阀复位弹簧，从而提高了电磁阀的寿命和可靠性。高速开关电磁阀控制方式为脉宽调制式［5］。当脉冲信号为低电平时，供油球阀7 在供油-回油压差作用下向左运动，使供油口与控制口接通，在供油球阀左移同时，通过分离销的作用推动回油球阀5 紧靠密封座面，使回油口与供油口断开，控制口为高压。当脉冲信号为高电平时，衔铁1 产生的电磁推力通过顶杆和分离销使回油阀与供油阀一起右移，直至供油球阀紧靠其密封座面，此时回油阀5 打开，供油阀关闭，控制口为低压。

4.2 高速开关电磁阀的驱动电路

由于在DSG 变速器中，两个离合器是交替工作的，两个离合器的结合与分离是由高速开关电磁阀来控制的，因此高速电磁阀的稳定工作极为重要，由于ECU 输出的脉宽调制信号不能用于直接驱动高速开关电磁阀，必须设有驱动电路，其电路如图7 所示［4］。

5 结束语

DSG 变速器是由手动变速器技术发展而来的，它不仅继承了手动变速箱传动效率高，结构紧凑重量轻，制造工艺成熟等诸多优点，而且实现了自动和动力换挡，保证了车辆的加速性，被业内人士普遍看好，有着广阔的发展前景。但同时研究表明，DSG 变速器也存在着一些亟待解决的技术问题，如控制策略的优化、关键零部件的加工及可靠性等问题。

【1】吴铭.大众新一代智能自动变速器:7 挡DSG［J］. 汽车维修，2009(1):4 -6.

【2】郑劲. DSG 双离合变速器的结构分析［J］. 汽车零部件，2011(4):85 -86.

【3】李春明.汽车底盘电控技术［M］.北京:机械工业出版社，2010:126 -130.

【4】刘国强，孙伟，陈德民，等. 双离合器自动变速器结构分析及换挡方式研究［J］.机械设计与制造，2011(8):104-105.

【5】刘国强，陈德民，孙伟，等. 双离合器自动变速器控制系统中高速电磁阀特性及其控制研究［J］. 液压与气动，2011(2):38 -40.