大眾02E型雙離合器式自動變速器原理與檢修

黎永鍵，陳述官

（廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電系，廣東 廣州 511365）

雙離合器式自動變速器（Direct Shift Gearbox，簡稱DSG）是一種電控機(jī)械式自動變速器，具有響應(yīng)速度快、環(huán)保、運(yùn)動性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)整車良好的動力性、經(jīng)濟(jì)性和換擋平順性［1］。德國大眾汽車公司研制了雙離合器式自動變速器并廣泛應(yīng)用于大眾系列轎車上。相關(guān)研究表明，該類型變速器具備功能強(qiáng)大的隨車故障自診斷系統(tǒng)，為排除變速器電控系統(tǒng)相關(guān)故障提供了基礎(chǔ)條件［2］。另一方面，由于該類型變速器結(jié)構(gòu)特殊性，其故障排除方法與傳統(tǒng)自動變速器有較大的差異，對故障檢測與維修工作提出了新的要求［3］。因此，維修人員必須充分了解雙離合器式自動變速器結(jié)構(gòu)和工作原理，熟悉故障診斷與排除的思路和方法，制定科學(xué)的工作方案，選擇合適的工具儀器檢測出故障點(diǎn)，從而實(shí)施相應(yīng)的故障維修作業(yè)以解決問題。

本文介紹雙離合器式自動變速器結(jié)構(gòu)、原理以及故障診斷與檢修方法，結(jié)合維修案例說明該類型自動變速器的故障解決過程，以期提供解決同類型故障的經(jīng)驗(yàn)。

1 雙離合器式自動變速器結(jié)構(gòu)及原理

1.1 整體結(jié)構(gòu)

以大眾02E型雙離合式自動變速器為例，主要由換擋機(jī)構(gòu)、電子控制系統(tǒng)、電控液壓單元等三部分組成［4］。

1）換擋機(jī)構(gòu)。如圖1所示，02E雙離合器式自動變速器采用三軸式齒輪換擋機(jī)構(gòu)：輸入軸1、2；輸出軸1、2；倒擋（R擋）軸。輸入軸1為空心結(jié)構(gòu)，輸入軸2從輸入軸1的中心穿出。輸入軸1上裝有1擋、3擋、5擋和R檔齒輪，輸入軸2上裝有2擋、4擋、6擋齒輪。輸出軸1上裝有輸出齒輪1以及2擋、4擋、3擋、1擋齒輪，并裝有1、3擋同步器、2、4擋同步器。輸出軸2上裝有輸出齒輪2，空套有倒擋、6擋、5擋齒輪，并裝有6、R擋、5擋同步器。倒擋軸上裝有雙聯(lián)齒輪，較大的齒輪與輸入軸1上的1擋齒輪嚙合以傳遞倒擋動力。輸出軸的動力通過輸出齒輪1和輸出齒輪2傳遞到驅(qū)動橋輸入齒輪。雙離合器自動變速器是通過離合器C1、離合器C2的交替切換實(shí)現(xiàn)動力傳遞，離合器結(jié)合時，動力分別傳遞給變速器的輸入軸1和2。其中，C1負(fù)責(zé)傳遞變速器的1擋、3擋、5擋、R擋的動力，C2負(fù)責(zé)傳遞2擋、4擋、6擋的動力。

圖1 雙離合器式自動變速器換擋機(jī)構(gòu)

2）電子控制系統(tǒng)。如圖2所示，電子控制系統(tǒng)由傳感器、控制單元ECU以及執(zhí)行器三部分組成。

傳感器用于測量變速器工況。主要包括變速箱輸入速度傳感器、離合器位置傳感器、擋位選擇傳感器、變速箱壓力傳感器、控制單元溫度傳感器等。

控制單元ECU接收來自傳感器的信號，計(jì)算分析并作出控制決策。ECU實(shí)現(xiàn)的功能包括：離合器切換控制、換擋控制邏輯、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制等。

執(zhí)行器用于實(shí)現(xiàn)換擋動作和系統(tǒng)保護(hù)。主要元件包括：各液壓泵電機(jī)、離合器控制閥、系統(tǒng)壓力控制閥、擋位切換撥叉控制閥。

圖2 電子控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3）電控液壓單元。雙離合器式自動變速器采用電控液壓單元作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，換擋油路如圖3所示，其中N99、N89、N90、N91為換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥；N92為多路控制閥；N215為離合器C1控制閥；N216為離合器C2控制閥；N217為主油壓控制閥；N218為離合器冷卻壓力控制閥；N233、N371為安全閥。液壓單元內(nèi)部包含各電磁閥、壓力調(diào)節(jié)閥、液壓滑閥和多路轉(zhuǎn)換器，各組成元件的主要功能如表1所示。

圖3 換擋油路控制圖

表1 電控液壓單元的組成及功能

1.2 換擋原理

汽車行駛過程中，電控單元ECU根據(jù)當(dāng)前工況下決定變速器擋位，并發(fā)送控制指令到電控液壓單元；電控液壓單元根據(jù)控制指令切換油路，C1、C2切換工作狀態(tài)，過程如下［5］：

1）當(dāng)變速器為奇數(shù)擋時，C1結(jié)合，輸入軸1傳輸動力；C2分離，輸入軸2不傳輸動力，但有一偶數(shù)擋位的同步器處于預(yù)嚙合狀態(tài)。

2）要切換到偶數(shù)擋時，將C1分離，同時C2結(jié)合，由于該偶數(shù)擋位的同步器已處于預(yù)嚙合狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、快速換擋（換擋時間為0.1～0.2 s，升擋時間為0.008 s）；換擋后，某一奇數(shù)擋位的同步器處于預(yù)嚙合狀態(tài)。

2 雙離合器式自動變速器故障檢修方法

2.1 故障診斷思路

雙離合器式自動變速器的故障診斷與檢修流程如圖4所示。其主要內(nèi)容包括：1）通過詢問和故障車輛路試的方法確認(rèn)故障；2）基本檢查，如基本電器設(shè)備檢查、線路連接情況檢查和電控系統(tǒng)自診斷檢查等；3）變速器測試，如油壓試、讀取數(shù)據(jù)流、電控元件測試等，并進(jìn)一步分析變速器各擋油路、系統(tǒng)電路、動力傳遞路線等；4）在確定故障原因基礎(chǔ)上，制定可行的維修方案以進(jìn)行維修作業(yè)；5）維修竣工后，再次試車以確定故障是否排除。

圖4 雙離合器式自動變速器故障診斷流程

2.2 自動變速器故障檢修工具

對于大眾系列轎車的電控系統(tǒng)部分，一般使用VAS5053進(jìn)行故障診斷［6］。VAS5053用于電子車輛系統(tǒng)的接口并執(zhí)行診斷，對控制單元的參數(shù)進(jìn)行更正和使得車輛系統(tǒng)能夠使用其他后續(xù)開發(fā)的特殊功能［7］。使用方法如下：

1）打開電源，進(jìn)入菜單選項(xiàng)，選擇車型，進(jìn)入功能界面，如圖5所示。

圖5 VAS5053功能界面

2）故障診斷?？梢赃x擇“掃描全車故障碼”，讀取相應(yīng)的故障碼；或者進(jìn)入“選擇控制模塊”，根據(jù)要檢查的內(nèi)容，輸入對應(yīng)的控制模塊地址碼：01-發(fā)動機(jī)模塊，02-防抱死制動系統(tǒng)模塊，03-自動變速器模塊，46-舒適安全系統(tǒng)模塊。輸入地址代碼后，可讀取該模塊存儲的故障碼。

3）讀取數(shù)據(jù)流。選擇“讀取數(shù)據(jù)流”功能，可觀察動態(tài)條件下各種傳感器、執(zhí)行器的數(shù)據(jù)，與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較，以判斷是否正常。

3 故障檢修實(shí)例

一輛2015年款的大眾邁騰轎車進(jìn)廠維修，其行駛里程為50 000 km，配置02E型雙離合器式自動變速器。車主反映該車啟動后可以正常掛擋起步，但是行駛過程中出現(xiàn)偶發(fā)性的換擋故障，如無法掛入倒檔，掛入前進(jìn)擋時出現(xiàn)較大的噪聲。故障診斷流程如下：

1）問診。該車之前由于底盤系統(tǒng)故障在某汽車修理廠進(jìn)行維修，其變速器被拆下并更換了部分零件。此后，上述故障現(xiàn)象出現(xiàn)，但未確定導(dǎo)致故障的原因。

2）確認(rèn)故障。汽車正常啟動后將變速器掛入前進(jìn)擋，并進(jìn)行路試。行駛過程中發(fā)現(xiàn)，汽車一開始正常工作，但是行駛約3公里后，出現(xiàn)變速桿顯示屏閃爍，駕駛員感覺到整車性能和變速器換擋動作出現(xiàn)變化。進(jìn)一步試車發(fā)現(xiàn)，變速器由D擋退回N擋后撥叉不能及時回位，連續(xù)多次操作才可以完全回位，并且出現(xiàn)較大噪聲。

3）基本檢查。首先進(jìn)行外觀檢查，查看變速器外部是否破裂、油管是否漏油，無異常現(xiàn)象。拔出自動變速器油尺，檢查ATF油的油品和油量。檢查結(jié)果：ATF油的液面高度正常，油品無明顯變差。

4）故障自診斷。通過大眾專用檢測儀VAS5053讀取故障碼，獲得一個故障碼信息：19143（含義為變速器齒輪機(jī)械脫落無信號/通信）。

5）讀數(shù)據(jù)流。根據(jù)故障現(xiàn)象分析，利用VAS5053讀數(shù)據(jù)流，且鎖定N215、N233、N217等。數(shù)據(jù)流記錄如表2所示。

表2 數(shù)據(jù)流記錄

6）故障分析。查詢大眾汽車維修資料，02E型雙離合器式自動變速器的電磁閥在各檔位時通電情況如表3所示［8］。

表3 換擋電磁閥通電情況

換擋過程的電磁閥工作分析：①變速器由D擋掛入N擋時，ECU首先給電磁閥N215通電，則離合器C1分離，發(fā)動機(jī)動力被切斷。同時，離合器壓力傳感器G193監(jiān)測離合器C1實(shí)時壓力，若C1的壓力不符合要求時，安全閥N233起保護(hù)作用。主油壓電磁閥N217決定系統(tǒng)油壓大小，保持油壓穩(wěn)定。由D擋掛入N擋后，1/3擋同步器換擋撥叉將置于空擋位置。②變速器由N擋掛入D擋時，離合器C1處于準(zhǔn)備傳遞動力的狀態(tài)。此時，換擋電磁閥N92不通電，換擋電磁閥N88通電并將1/3擋同步器換擋撥叉置于1擋側(cè)；然后，N88斷電，N92通電，N90通電，將2/4擋同步器換擋撥叉置于2擋側(cè)。接著，N90、N92都斷電，由機(jī)械式鎖止機(jī)構(gòu)將同步器撥叉鎖定在相應(yīng)的擋位。因此，變速器將形成2個擋位，即1擋（起步擋）和2擋（預(yù)備擋）。③變速器由D擋掛入R擋時，離合器C2做好動力傳遞準(zhǔn)備，換擋撥叉是在N92未通電的情況下，由N91瞬間通電將6/R擋位同步器撥叉切換到R擋側(cè)。然后，倒檔的主/被動齒輪嚙合，掛入倒檔，實(shí)現(xiàn)倒檔動力傳遞。

7）故障原因判斷。綜合以上的分析，故障原因在于1/3擋同步器換擋撥叉歸位出現(xiàn)問題，不能在正常的換擋時間內(nèi)到達(dá)規(guī)定的位置。由于變速器是通過換擋撥叉位置傳感器監(jiān)測換擋情況，換擋撥叉未出現(xiàn)在規(guī)定位置而產(chǎn)生故障碼，并啟動安全保護(hù)模式，通過顯示屏閃爍進(jìn)行報(bào)警。導(dǎo)致故障的具體原因有兩種可能［9］：①同步器換擋撥叉出現(xiàn)機(jī)械卡滯；②電控液壓單元提供的油壓不足。

拆檢電控液壓單元，未發(fā)現(xiàn)同步器換擋撥叉存在機(jī)械卡滯。因此，判斷故障原因?yàn)殡娍匾簤簡卧挠吐饭收?。檢查各換擋電磁閥的電阻，標(biāo)準(zhǔn)值如表4所示。所有電磁閥的電阻值均符合標(biāo)準(zhǔn)。因此，判斷故障真實(shí)原因?yàn)殡娍匾簤簡卧挠吐范氯?/p>

表4 電磁閥電阻標(biāo)準(zhǔn)值

8）故障排除。對電控液壓單元的油路進(jìn)行清洗，然后重新安裝。再次試車，行駛過程中沒有再出現(xiàn)行駛中換擋故障現(xiàn)象，能正常行駛，故障徹底排除。

4 維修經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

結(jié)合故障實(shí)例解決過程，對大眾02E型雙離合器式自動變速器的同類型故障維修經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

1）制定合理的故障診斷與檢修的方案?？蓞⒖肌皢栐\-故障確認(rèn)-基本檢查-分析研究-測試確認(rèn)-故障修復(fù)”的環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)維修方案。

2）本文案例說明該類型變速器結(jié)構(gòu)與其他變速器差異較大，不同的擋位對應(yīng)不同的換擋電磁閥組合，工作過程較為復(fù)雜。因此，維修人員必須對該類型變速器的換擋過程進(jìn)行細(xì)致分析，并建立變速器機(jī)械、電控系統(tǒng)、液壓油路的關(guān)系，為準(zhǔn)確判斷故障原因提供知識基礎(chǔ)。

3）合理使用專用的維修工具進(jìn)行故障檢測。依據(jù)故障診斷儀等專用工具的檢測結(jié)果和數(shù)據(jù)，對照維修手冊提供的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，可迅速定位故障點(diǎn)；同時，結(jié)合理論知識和維修經(jīng)驗(yàn)，為高效排除該類型的變速器故障提供保證。

5 結(jié)語

本文介紹了大眾車系02E型雙離合器式自動變速器的原理、結(jié)構(gòu)和故障檢修實(shí)例。通過此案例說明，該類型變速器各組成部分之間的聯(lián)系較為緊密，故障現(xiàn)象迷惑性強(qiáng)，對故障診斷思路和方法的要求較高。因此，維修人員必須對故障現(xiàn)象進(jìn)行細(xì)致觀察，以建立解決問題的思路，遵循基本原理作出故障原因的分析和判斷，為排除故障提供依據(jù)。在維修過程中，還應(yīng)充分利用現(xiàn)代檢測儀器設(shè)備，高效率地查找出故障點(diǎn)。實(shí)踐證明，按照以上的原則進(jìn)行故障維修作業(yè)，可獲得較理想的維修效果。

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