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大众双离合自动变速器常见故障与控制技术

2020-02-23张华伟

机电工程技术 2020年10期
关键词:挡位干式湿式

张华伟

(广东松山职业技术学院,广东韶关 512126)

0 引言

双离合变速器具有卓越的性能,但其本身结构相对复杂,一旦出现故障维修比较麻烦,掌握其工作原理和控制技术,对双离合变速器维修很有必要。从长期来说,国内双离合变速器的独立研发更利于提高企业竞争力和生存能力。

1 DSG工作原理与技术特点

1.1 工作原理

DSG(Direct Shift Gearbox)双离合自动变速器[1-3],总共有2 个离合器,一个离合器(1 号离合器)控制奇数挡和倒挡,另一个离合器(2号离合器)控制偶数挡;当拨挡杆在奇数挡时,1号离合器与动力输入轴联接,输入轴1工作,离合器2分离,输入轴2不工作;同样,当拨挡杆在偶数挡时,离合器2 与动力输入轴2 联接时,离合器1 与输入轴1 分离,这样整个工作过程总有两个挡位相联接,一个正在工作时,另一个则在随时准备着下一次换挡。假如正在工作的挡位和需要跳转的挡位处于同一个离合器上,那么转换的时候会先跳到另外一个离合器上再跳回原来的离合器上,如果离合器正在工作的挡位和需要跳转的挡位不属于同一个离合器控制的,那么就可以直接跳跃降到选定挡位。

理论上,手动变速器的传动效率比自动变速器高,自动变速器的舒适性比手动变速好,而DSG 不但拥有二者的灵活及舒适,还可以提供换挡不中断的动力输出,这与传统变速器控制的离合器原理完全不同有关。

手动变速箱只有一套离合器,换挡时,必须踩下离合器脚踏,以实现不同挡的齿轮作出啮合动作,而这一过程,输出动力就有所间断。DSG 则可以想象为建立在单一的系统内的两台手动变速器的功能合成,在电子控制及液压推动下,实现了两组离合器能同时控制的运作。当变速器工作时,不同组的齿轮啮合,需要换挡时候,另外一组预选,这样就保证了至少有一组动力传动次轮在输出动力在整个换挡期间,以实现动力的无缝衔接。

要实现以上工作行程,DSG 的传动轴就要分为实心和空心传动轴两根轴,实心传动轴连接了奇数和倒车挡,空心传动轴连接偶数挡,两组离合器各自负责一条传动轴的啮合传动,动力就实现无间断传递。目前,多采用由液压系统来控制的油槽膜片式的离合器,以延长零部件的使用寿命。相对于手动变速器(MT)和传统自动变速器(AT),因换挡之前下一挡的预啮合的离合器,时间降幅非常大,因此DSG 的换挡速度非常的快。

在真实驾驶实验中,DSG 车辆整个换挡过程感觉非常平顺,只能在仪表盘看到挡位的变化显示。此外,DSG 换挡时间大幅降低,使得驾驶产生跑车感觉,还可以实现自动模式和手动模式的切换,实现动感驾驶。高速弯道行驶时,还能实现油门自动增加的手动换挡乐趣的切换。

1.2 技术特点

双离合变速器虽然集合MT 和AT 的优势,通过采用2 套离合器,替换了AT的液力变矩器,通过相互交替工作,实现了挡位更换过程动力的无间断传递。在执行的过程中,在得到换挡杆指令之后,DSG 首先迅速向发动机发出信号,在各种传感器和执行元件的闭环系统下,曲轴转速迅速上升,预先啮合的次轮迅速啮合,相对应的离合器退出结合,以此实现升挡过程,其余升降挡动作以此类推。

双离合变速器没有液力变矩器,因此动力传递的消耗就比较小,双离合器里的两组离合器互相交替传递动力,因此换挡时间极短,使得发动机动力输出中断间距更小。驾驶员能感受到换挡的速度较快,平顺性较高,动力无中断感,发动机的动力性能输出占比高,汽车整体性能更好。普通自动变速器使用液力变矩器相比于双离合自动变速器,后者换挡更加直接,动力性能更好,燃油经济性可以提高10%以上。

2 大众6速湿式双离合变速器

2.1 湿式双离合变速器控制技术

湿式双离合变速器其双离合器中的1块主动离合片和2块从动离合片被安装在充满液压油的密闭油腔中。由于液压油的存在使得湿式双离合变速箱有更好的调节和散热能力,而且能传递更大的扭矩。湿式DSG 双离合变速器在执行换挡时,完成的主要就是这两个离合器之间的自由切换控制,采用的是“叠加控制”,在执行这样的控制策略过程中,会带来微不足道的干预感(干涉力)。2个元件出现在重叠点时,由于重叠时间短、重叠扭矩不高因此对元件本身不会产生很大的危害,但重叠不足或过度重叠时,换挡品质和元件本身都受到影响,这就对控制精度及精准性提出了很高的要求。

2.2 湿式双离合变速器的结构

湿式双离合变速器上部设计了ATF 油滤清器和单个ATF油散热器。自动变速器前端布置2组离合器,2根输入轴分别与之相连接,内部齿轮、同步器同传统手动变速器类似,不同之处是电液控制单元将阀体和、控制单元连在一起,提高操作控制的集成度。

湿式DSG 双离合变速器内部结构可以看成类似三轴式手动变速器结构,其中一根输入轴套于输入轴之上,通过花键与对应离合器连接。不同的动力轴分别对应高挡位和低挡位齿轮,两个离合器采用整体式设计,结合和分离原理与传统的AT是一样的。

3 大众干式7速双离合变速器

3.1 干式双离合变速器的特点

大众汽车7 速双离合变速器,变速器顿挫感控制、舒适性、换挡冲击等方面的性能出色,主要配备在扭矩较小的车型上,如高尔夫、途安、速腾、帕萨特、朗逸等。DSG 变速器靠机械齿轮啮合传动,而普通自动变速器靠液力变矩器传动,因此干式双离合变速器动力传递更加直接,传动效率在90%以上,和普通手动变速器不相上下。且DSG 凭结构优点,能把换挡速度缩小在零点几秒内,即使技术最好的赛车手换挡,也比不过DSG 的换挡速度,而且车辆的加速性能有了巨大提升。

其实对于汽车双离合自动变速箱而言,无非是体现平顺性、加速性和油耗3方面。而双离合的出现,则正好在这3方面对传统AT和CVT无级变速形成了冲击。而作为首批使用双离合变速器的车企,经历了多年的调试和市场验证,DSG 也慢慢地获得了市场的认可。

3.2 干式双离合变速器结构及工作原理

干式双离合变速器主要采用三轴式齿轮结构和2 个多片式离合器以及电控液力控制换挡控制机构组成,与传统变速器的不同之处甚广[4-6]。双离合变速器的换挡机构也是由两个独立控制的离合器组成,分别传递动力给变速器的两根输入轴,结构布置和湿式离合器比较类似,只是在控制结构方面有所不同。

干式双离合变速器工作原理:车辆在挂上奇、偶数挡行驶时,相应离合器结合,对应输入轴工作,另外一套离合不结合,但是齿轮出于预啮合状态;需要进行换挡时,以极短的时间切换离合器工作,实现平稳地换挡,这样工作过程基本和湿式双离合类似。

3.3 干式双离合变速器控制技术

以常见大众0AM 型7 速干式DSG 双离合变速器为例,因缺乏应急模式的安全中断功能,只有在某些特定工况下,仅能通过某个离合器的控制[4],实现行车功能(倒车挡位除外),这主要是由于在液压控制系统中,主油路油压仅仅取决于由单一直流电动机驱动油泵,控制系统仅采用1个压力传感器,这样控制系统压力升高或降低主要是利用常规安全阀、限压阀和单向阀等纯机械式阀门。

4 大众DSG双离合变速器故障分析

4.1 湿式双离合变速器故障分析

大量的维修实例证明,湿式控制的大众DQ250(02E)型DSG 变速器(6 速)的常见故障主要原因是电子液压模块及双离合器本身,主要故障表现在起初主要出现在大排量车上,后期小排量的车型上发现了类似的问题,工作过程顿挫感明显,换挡异响,个别挡位不能够行驶,发动机转速自行升高或无法加速[7-9]。

4.2 干式双离合变速器故障分析

虽然双离合技术出现很早,而且市面大量使用,但是由于双离合技术的不成熟,问题还是频频出现,最主要原因是控制模块收到油液温度传感器的错误信号后启动了保护模式,使得正常行驶的车辆出现了动力中断,危及行车安全。

当车辆正面撞击时,由于离合器处于接合状态,使得撞击力的作用力产生的反作用力传递给发动机机体内部,同时离合器产生尺寸变化,ECU 将会检测行程位置与设定值之间存在较大偏差,此时应急模式被错误启动,以致车辆不能正常行驶,维修带有这一类型DSG 事故车辆时,对离合器的检查和调整显得尤为重要。

维修注意事项有两个问题:(1)正常更换机械部件,电子模块或外壳如果是机械电子模块,需要使用专用诊断仪器位置去除机械和电子模块中的同步器,4个换挡拨叉都是切换到中间位置,才可以成功移除机械电子模块;(2)当机械和电子模块本身无法使用诊断仪器执行此功能时,需要手动将所有同步器和4个换挡拨叉移动到N位置,并测量实际结果信息之前拆除模块。

5 降低双离合变速器故障率

5.1 湿式双离合变速器与干式双离合变速器的区别

(1)工作环境

干式双离合与湿式双离合器的区别在于两者不同的离合器片[10]。湿式双离合器片,是指离合器片浸泡在变速箱油液里,而干式双离合的离合器片直接与发动机飞轮接触。

(2)技术成熟度与可靠性

湿式双离合由于离合器片工作在液压油中,油液起到了一定的散热效果,所以使用起来更为稳定。干式双离合因为散热不好,在拥堵的市区容易出现离合器片高温甚至是烧蚀的风险。在这一层上说,湿式双离合变速箱技术成熟度要高。此外,湿式双离合结构复杂,制造成本高,再就是其动力传递效率不如干式的高。

双离合器是汽车变速器的一个动力传递和切断的机构,相当于发动机与变速器动力传递的开关,在DSG 里,这个动力开关由ECU 控制,还能防止传动系统载荷过大,减小变速齿轮受到的冲击剪应力,一般变速器在进行换挡时,离合器分离,动力被中断,动力输出被浪费掉了。双离合就可以避免这个现象。

普通手动变速器只有1 个离合器,换挡时踩下离合器踏板,发动机动力输入与变速器动力输出中断,每次换挡时都有动力中断的现象,因此动力输出效率比不上双离合变速器。

5.2 湿式双离合变速器故障率降低措施

湿式双离合变速器由于离合器片工作在液压油中,油液起到了一定的散热效果,所以使用起来更为稳定。干式双离合因为散热不好,在拥堵的市区容易出现离合器片高温甚至是烧蚀的风险。在这一层上来说,湿式双离合变速器技术成熟度要高。故障率相对于干式双离合变速器要低,故障点主要在电子液压模块及双离合器本身。变速箱最好定时更换一下变速箱内部的油液,长时间不换,油液润滑度不够导致机械运转时磨损,长此以往油液慢慢变黑,滤网过滤性能降低同时变速箱内部零件也磨损导致变速箱出现故障。

5.3 干式双离合变速器故障率降低措施

作为干式双离合变速箱,它的最大问题就在于如何保证良好的散热,这也是干式双离合器的致命弱点。干式双离合变速箱与传统的自动变速箱相比,它的弱项在于拥堵路段频繁的起步换挡跟车的时候,自动变速器的车子不会有什么问题,而干式双离合的车子,会因为频繁的起步跟车,挡位不断的在1-2-1 之间来回切换,短时间内频繁的挡位切换,将使得变数器油温上升,严重时导致变数器损坏[11-13]。

为此在日常驾驶时需做到以下几点:车辆起步时避免大脚油门,尽量避免暴力驾驶;在长时间等红绿灯或原地停车时,脚踩刹车挂在N 挡上,然后松开刹车,拉手刹车制动。这样可以保证变速箱的离合器处于休息状态,把磨损降低到最小。

在遇到国内一些比较拥挤的路段时,需要频繁起步跟车,挡位不断在1-2-1 之间来回切换,为防止短时间内频繁的挡位切换,推荐使用手动模式避免挡位来回切换。或者推荐使用运动模式前行,由于运动模式(S挡)下的变速箱换挡契机相对普通模式会延后,待发动机转速提高到一个更高的标定后才会换挡,同样也避免了挡位不断在1-2-1 之间来回切换,只需将转速保持在2 000 r/min 左右,龟速跟车前行,这样做即保证了车辆的平顺性,同时又很好地保护了变速箱。

6 结束语

湿式双离合变速器其双离合器中的1块主动离合片和2块从动离合片被安装在充满液压油的密闭油腔中。由于液压油的存在使得湿式双离合变速箱有更好的调节和散热能力,而且能传递更大的扭矩。干式双离合变速器其双离合器是依靠两块从动盘上的摩擦片来传递扭矩的,因而扭矩传递效率更好。由于节省了液力系统及省去了离合器液压油,因而变速箱整体重量更轻,燃油经济性更好。

通过对大众双离合自动变速器原理的分析,对常见故障与控制技术归纳总结,将对维修双离合变速器起到很好的作用。当然,汽车技术在不断的进步,新的科技很快用到汽车上,只有保持对新技术不断追求的热情,才能适应汽车新技术发展。

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