发动机扭矩经离合器K1和K2传递给输入轴1和输入轴2上。两个输入轴套装在一起分别承担着某些挡位的动力传递功能,如图2-13所示。
图2-13 输入轴1和输入轴2
油泵驱动轴、输入轴1和输入轴2,三者空套在一起。
(1)输入轴1 输入轴1在空心的输入轴2的内部,通过花键与离合器K1相连,输入轴1上有1挡/倒挡齿轮、3挡齿轮及5挡螺旋齿轮,在1挡和3挡齿轮之间还有输入轴1的转速传感器G501的靶轮为控制单元提供输入轴1的转速信息。输入轴1如图2-14所示。
图2-14 输入轴1
(2)输入轴2 输入轴2为空心,套在输入轴1的外部,通过花键和离合器K2片组相连,输入轴2上有2挡、4挡/6挡齿轮,在2挡齿轮附近还有输入轴2转速传感器G502的靶轮为控制单元提供输入轴2的转速信息。输入轴2如图2-15所示。
图2-15 输入轴2
1挡和倒挡共用一个齿轮;4挡和6挡共用一个齿轮,这种设计使变速器长度大为缩短。G501是测量输入轴1的转速的,是脉冲式传感器,其靶轮为磁性靶轮,性能较强的磁性物质可能会影响传感器信号的准确性。
(1)输出轴1 在直接换挡变速器中,与两个输入轴对应的还有两个输出轴。由于1挡/倒挡使用同一个齿轮,4挡/6挡使用同一个齿轮,所以这种变速器的结构长度就减小了。
输出轴1上的元件有,1挡、2挡、3挡同步器(三件式),1挡、2挡、3挡、4挡换挡齿轮,4挡的单联同步滑动齿轮共两个同步器总成,即1挡/3挡和2挡/4挡同步器。输出齿轮用于与差速器接合,输出轴1与差速器中的主减速齿轮啮合。输出轴1如图2-16所示。
图2-16 输出轴1
(2)输出轴2 输出轴2上有测量变速器输出转速的靶轮以及5挡、6挡、倒挡的滑动齿轮输出齿轮,用于与差速器接合的这两个输出轴经相应的输出齿轮将扭矩传递到差速器。输出轴2如图2-17所示。
图2-17 输出轴2
(1)驻车锁安装位置 差速器内集成了一个驻车锁,该锁可在没有拉紧手制动器的情况下,使得车辆能可靠驻车而不溜车。止动爪以纯机械方式工作,它通过换挡杆和变速器上驻车锁杠杆之间的一条拉索来工作,该拉索只用于操纵驻车锁。驻车锁安装位置如图2-18所示。
图2-18 驻车锁安装位置
(2)驻车锁工作过程 由于发动机不工作时是不传递动力的(离合器K1和K2都是脱开的),所以02E变速器需要有一个驻车锁(这与普通自动变速器是一样的)。驻车锁的齿轮部与主传动(圆柱齿轮)啮合在一起。止动爪是采用选挡杆拉索这种纯机械方式来操纵的,选挡杆拉索仅用来操纵驻车锁。驻车锁止机构如图2-19所示。
图2-19 驻车锁止机构
将换挡杆推至挡位P,驻车锁就锁止了,这时止动爪就卡在驻车锁齿轮的齿间;定位弹簧卡入杠杆中,将止动爪固定在这个位置上;如果止动爪卡在驻车锁齿轮的某个齿上,那么压力弹簧1就拉紧了;如果车辆移动,那么放松的压力弹簧1会将止动爪压入到驻车锁齿轮上最近的一个齿槽中;如果将换挡杆从挡位“P”中移出,那么驻车锁就松开了,滑板被向右推回到初始位置,压力弹簧2将止动爪从驻车锁齿轮的齿槽中压出,如图2-20所示。
图2-20 驻车锁工作原理图
选挡杆在位置R、N、D、S时,出于安全原因,止动爪以及驻车锁齿轮的形状和齿形角以及止动爪的压入力都经过精心设计,使得在车速高于约7km/h时,止动爪就不会再啮合了。
要想挂上某一挡位,必须将滑套推到滑动齿轮的齿上。同步器的任务是使将要换挡的齿轮与滑套同步转动。镀钼的黄铜同步环是同步器的基本件。1挡、2挡、3挡配备的三锥同步器如图2-21所示。与单联圆锥系统相比,这种三锥式结构可显著增大摩擦面。
图2-21 1挡、2挡、3挡配
由于传热面增大了,所以同步器的效率就提高了。低挡位时,不同滑动齿轮之间较大的转速差很快就消除了,只需用较小的力就可挂入一个挡位。
4挡、5挡、6挡使用的是单锥同步器,如图2-22所示。这几个挡位的换挡转速差不大,转速的同步很快就可完成,换挡也不需要很大的力。倒挡使用的是双圆锥同步器,如图2-23所示。
图2-22 4挡、5挡、6挡使
图2-23 倒挡使用的双圆锥同
三锥同步器的构件有,一个外环(同步环);一个中间环;一个内环(第二个同步环);滑动齿轮/挡位齿轮上的摩擦圆锥。
单锥同步器的构件有,同步环;滑动齿轮/挡位齿轮上的摩擦圆锥。
1挡、2挡、3挡变速比大,因此采用三锥式同步器;4挡、5挡、6挡变速比相对小,因此采用单锥式同步器;在后续的开发中,对1~4挡的同步器都做了改进。
变速箱的四个换挡轴由液压控制单元控制,通过为换挡轴施加压力来控制拨叉动作。每个拨叉轴的两端由一个有轴承的钢制圆筒支撑,圆筒的末端被压入活塞腔。换挡油压通过油道传输到活塞腔内作用在圆筒后端,形成推力,完成换挡。换挡轴压力通过保持换挡轴持续时间进行调节,如图2-24所示。每个拨叉上都有拨叉位置传感器,用于精确地识别拨叉位置。
图2-24 换挡拨叉结构
说明:换挡轴压力最大可达20bar(在传输系统温度和开关持续时间的共同作用下),当一个挡位工作时,其相应推力一直存在;拨叉通过电液单元控制,最终完成所有挡位变换,使电磁式挡位传感器获得准确拨叉位置。
换挡与普通的手动变速器一样,如图2-25所示,也是采用换挡拨叉,一个拨叉可控制两个挡位。直接换挡变速器上的拨叉是采用液压方式来操纵的,不像普通手动变速器那样采用的是换挡拉杆。
图2-25 换挡拨叉工作原理
换挡拨叉装在一个油缸中的球轴承上,换挡时,来自机械电子装置的ATF被引到油缸的左侧,由于油缸右侧无压力,换挡拨叉就会移动,从而带动了滑套,于是就挂上了挡。
挡位挂上后,换挡拨叉就切换到无压力状态。挡位通过换挡齿轮的倒角和换挡拨叉上的锁止机构保持在这个位置上。如果没有操纵换挡拨叉的话,那么换挡拨叉就由一个安装在变速器内部的锁止机构保持在空挡位置。每个换挡拨叉上都有一个永久磁铁,机械电子装置内的位移传感器通过这块磁铁来识别各个换挡拨叉的准确位置。
为了清楚表示出每个轴,图2-26中的输出轴1和输入轴2以及倒挡轴并不是其实际位置,而是让所有轴都处于同一个平面。
图2-26 换挡轴的安装位置
(1)换挡拨叉位置 四个换挡接合套由液压控制的换挡拨叉来操纵,每个换挡拨叉采用滚子轴承在两个钢套中导向。钢套是压入到变速器壳体内的,钢套同时还是液压活塞的缸筒,换挡拨叉通过活塞就可来回运动,如图2-27所示。
图2-27 换挡拨叉安装位置
换挡压力ATF经过变速器壳体上的孔流至向后开的缸筒(液压缸)内。每个换挡拨叉配有一个行程传感器,该传感器用于感知换挡拨叉的准确位置和行程。根据需要,换挡拨叉上作用有压力,根据压力大小会将换挡拨叉推至左侧止点位置或右侧止点位置(指已挂挡时)或者中间位置(空挡位置),如图2-28所示。
图2-28 换挡拨叉在空挡位置
如果已挂挡了,那么相应的液压缸就被泄压成无压力状态了,挂入的挡由换挡齿的齿背和止动销来保持住,如图2-29所示。
图2-29 换挡过程中的换挡拨
在空挡位置时,换挡拨叉由止动销保持在中间位置处,换挡接合套有自己的空挡位置止动销。为了保证换挡时间恒定不变,换挡压力会根据变速器温度、换挡持续时间来进行调节,换挡压力最大可达20bar。
如果出现功能故障或者换挡位置错误,那么安全切断功能会将相应的分变速器液压“安全切断”。为了保证变速器的正常工作,变速器控制单元必须要知道换挡拨叉的准确位置。行程传感器就是用来感知换挡拨叉位置的。
由于存在着制造公差,所以变速器控制单元需要进行每个换挡拨叉各个止点位置和同步点(每个挡位的)的自适应(基本设定)。在更换了Mechatronik后或者存储有换挡方面故障时,也需要用诊断仪进行基本设定(也叫基本校正)。为此需通过“导航功能”来执行“基本设定”,随后按规定进行自适应行车。
(2)02E DSG自动变速器换挡顺序
①在1挡位置时加速1st挡齿轮锁环被压到位置1,2nd挡齿轮锁环被预压到位置2,离合器K1被关闭,离合器K2被打开,如图2-30所示。
图2-30 02E DSG离合
因为倒挡和1挡被相同的传输组件1分配(通过传输组件1,即sub-transmission1),但是2个齿轮不能同时被选择。为了缩短驱动时的相应时间,当换挡杆在P/N位置时,倒挡被传输组件1预选择,2挡被传输组件2预选择。
②转换到2挡,当变速箱从1挡转换到2挡时离合器K1打开,离合器K2关闭,发动机传输扭矩到2挡齿轮,此时,3挡齿轮锁环被预压到位置1,如图2-31所示。
图2-31 02E DSG3挡
换挡轴次序Gear-shift sequence,即当D(S)挡被选择,离合器K2最初短时接合使扭矩传递到2挡齿轮;同时在传输组件1(原自由状态)中1挡接合,离合器1迅速工作,全负荷传输;离合器K2立即完全断开。
在其他一些“不可预知”换挡轴状态或者极低的温度下,换挡可能需要更长的时间。挡位变化是通过液压促动换挡拨叉,所以换挡轴运动至少需要100ms的时间。
发动机扭矩经双质量飞轮传递到直接换挡变速器(DSG)上。对于前轮驱动车来说,扭矩经驱动轴传到前轮上;对于四轮驱动车来说,扭矩还要经过一个锥齿轮传动机构传到后桥上。万向节传动轴将扭矩传递传到Haldex耦合器。在这个后主减速器中集成有后桥差速器,扭矩传递如图2-32所示。
图2-32 扭矩传递
大众02E DSG变速器的输入轴1由离合器K1驱动,完成1挡、3挡、5挡和倒挡,输入轴2由离合器K2驱动,完成2挡、4挡、6挡和空挡。输出轴1用于1挡、2挡、3挡、4挡,输出轴2用于5挡、6挡和倒挡。
(1)1挡传递路线 发动机→双质量飞轮→离合器K1→输入轴1→1挡主动齿轮→1挡从动齿轮→输出轴1→输出齿轮→差速器→驱动车轮,如图2-33所示。
图2-33 1挡传递路线图
(2)2挡传递路线 发动机→双质量飞轮→离合器K2→输入轴2→2挡主动齿轮→2挡从动齿轮→输出轴1→输出齿轮→差速器→驱动车轮,如图2-34所示。
图2-34 2挡传递路线图
(3)3挡传递路线 发动机→双质量飞轮→离合器K1→输入轴1→3挡主动齿轮→3挡从动齿轮→输出轴1→输出齿轮→差速器→驱动车轮,如图2-35所示。
图2-35 3挡传递路线图
(4)4挡传递路线 发动机→双质量飞轮→离合器K2→输入轴2→4挡主动齿轮→4挡从动齿轮→输出轴1→输出齿轮→差速器→驱动车轮,如图2-36所示。
图2-36 4挡传递路线图
(5)5挡传递路线 发动机→双质量飞轮→离合器K1→输入轴1→5挡主动齿轮→5挡从动齿轮→输出轴2→输出齿轮→差速器→驱动车轮,如图2-37所示。
图2-37 5挡传递路线图
(6)6挡传递路线 发动机→双质量飞轮→离合器K2→输入轴2→6挡主动齿轮→6挡从动齿轮→输出轴2→输出齿轮→差速器→驱动车轮,如图2-38所示。
图2-38 6挡传递路线图
(7)R挡传递路线 发动机→双质量飞轮→离合器K1→输入轴1→1/R挡主动齿轮→倒挡轴→倒挡从动齿轮→输出轴2→输出齿轮→差速器→驱动车轮,如图2-39所示。
图2-39 R挡传递路线图