DSG 6

Det är väldigt få bilar nuförtiden som inte mäts och styrs av sensorer, aktuatorer och datorsystem. Datorsystemen kan, om de är välkonstruerade, utföra uppgifter och handlingar mycket snabbare och noggrannare än vi människor. De manuella växellådorna har också förändrats. Allt oftare förses växellådorna med en del mekatronik som helt och hållet kan ta över förarens kopplande och växlande. Ett bra exempel på det är växellådan DSG 6 som Volkswagen AG använder.

Hur fungerar DSG? Och vad kan ACtronics göra om en 6-växlad DSG-låda inte fungerar korrekt?

Namnet DSG visar på skillnaden med den gamla manuella växellådan. DSG står nämligen för Direkt Shalt Getriebe eller Direct Shift Gearbox på engelska. Det här systemet är mycket snabbare än en klassisk växellåda. Det beror bland annat på att nästa växel alltid är ”redo”. DSG 6 har nämligen två kopplingar medan de gamla manuella växellådorna bara har en koppling. Detta gäller även primäraxeln; DSG 6 har två stycken. Man kan alltså säga att det är två växellådor som samarbetar i ett och samma växelhus. En delväxellåda för de ojämna växlarna och en delväxellåda för de jämna växlarna. Det ger stora fördelar, men innebär även stora tekniska utmaningar.

DSG 6-Delvaxelladan

Vi börjar med att beskriva den mekaniska uppbyggnaden:

För att två primäraxlar ska kunna samarbeta med en roterande vevaxel, krävs en speciell konstruktion. I DSG 6-växellådan finns därför en stor ihålig primäraxel (grön) och i den en primäraxel med mindre diameter (röd) som kan rotera fritt. På så sätt kan man utnyttja de tekniska fördelarna med att ha två primäraxlar utan att behöva utöka utrymmet. Båda axlarna kan nämligen samtidigt vara kopplade till var sitt kugghjul. Fördelen med det är att bara den första axeln behöver kopplas ur vid växlandet och att den andra växeln kopplas i direkt. Normalt sett tar det tid att växla till nästa kugghjul, men inte i det här fallet, eftersom det nu sker det vid en tidpunkt när ingen växling egentligen krävs (mer om detta i praktikexemplet).

Två primäraxlar kräver dock två egna kopplingar och hur konstruerar man ett kopplingssystem som kan koppla båda primäraxlarna till motorn? Under konstruktionen av systemet visade det sig snabbt att koppling med en pedal inte fungerade, och därför utvecklade man en automatiskt styrd koppling. Kopplingen med våt skivkoppling är en kombination av en koppling med liten diameter för (den gröna) primäraxeln och en koppling med större diameter för (den röda) primäraxeln så att bägge kan rotera fritt i ett hus.
Men hur ser man till att bägge kopplingar kan hantera samma vridmoment? Det löstes genom att göra kopplingen med mindre diameter tjockare. Tack vare denna anpassning klarar den mindre kopplingen av större vridmoment per mm2. Kopplingen med den större diametern behöver inte denna anpassning och är därför tunnare. Båda kopplingarna klarar alltså av samma vridmoment, trots att de har olika diameter.

DSG-6-TCU-1

Kopplingen styrs av två solenoider. De kan styra både den ”gröna” och den ”röda” delväxellådan och på så sätt koppla en av axlarna till motorn. En manöver i systemet kopplar alltså ur den ena kopplingen och kopplar på bråkdelen av en sekund senare i den andra. På så sätt går växlandet mycket snabbare än när det görs manuellt. Det behövs ingen urkoppling – flytta kugghjul – ikoppling för att byta växel, utan bara en åtgärd av två solenoider.

Den mekaniska delen av växellådan är alltså välkonstruerad, men obrukbar utan smart mekatronik. Systemet måste nämligen helt automatiskt och under alla omständigheter koppla och växla utan att fel uppstår.

DSG-6

Det är nu växellådsstyrenheten, Transmission Control Unit (TCU), kommer in i bilden. TCU:n är DSG-växellådans hjärna. Den består till en del av elektronik som med hjälp av fordonsparametrar och sensorvärden tar alla beslut. Dessutom innehåller TCU:n aktuatorer som styr de inbyggda kopplings- och växelsolenoiderna. Det är det som termen mekatronik står för: en kombination av mekanik och elektronik (som till exempel i en elektriskt styrd gasventil).

Vi vill inte fördjupa oss i detaljer, men den input som TCU:n får varierar från gas- och bromspedalens läge till information från ECU:n om exempelvis motorns varvtal. All denna information bearbetas kontinuerligt och om en åtgärd behövs, styrs solenoiderna direkt. TCU:n förutspår alltså hela tiden vad som kommer att ske och det är mycket komplicerat att reglera detta invecklade samspel av handlingar.

För att på ett överskådligt sätt kunna förklara vilken roll mekatroniken spelar i en DSG-växellåda, har vi sammanställt ett praktikexempel med tydliga bilder. På bilderna visas hur det hydrauliska systemet styrs av solenoiderna.

Exempel: Du accelererar så snabbt som möjligt från stillastående till 80 km/h, men måste sedan direkt bromsa vid ett trafikljus

Mekatroniken är aktiv även när fordonet står stilla, så redan innan du kör iväg händer allt möjligt. Kopplingarna hålls i neutralläget av solenoiderna, den röda primäraxeln sitter i kugghjulet till 1:ans växel och den gröna primäraxeln redan i kugghjulet till 2:an (se bild 1).

Så snart gaspedalen trycks ned ordentligt sätter mekatroniken igång. Den ”input” som kommer från gaspedalen gör att elektroniken måste ta olika beslut. Solednoiden som hör till den ”röda” kopplingen aktiveras nu och kopplar direkt den röda primäraxeln. Hur snabbt och häftigt det sker, beräknas av olika värden, bland annat hur djupt gaspedalen trampas ned och hur högt det nuvarande varvtalet är. Växlingen måste gå snabbt, men också mjukt.

hur fungerar DSG 6

När det maximala varvtalet för 1:ans växel har uppnåtts är det dags att växla till tvåan. Återigen är det, bland annat, gaspedalens läge och motorns varvtal som sörjer för input, elektroniken som bestämmer om det ska växlas, och solenoiderna som styr kopplingarna. I detta fall kopplas den röda primäraxeln ur och den gröna primäraxeln i. Bilen kan fortsätta accelerera.

DSG 6 hur fungerar

I tvåans växel, när bilen fortfarande accelererar, är det dags för nästa beslut. Den röda primäraxeln är fortfarande kopplad till 1:ans kugghjul. Är det klokt att det kugghjulet fortsätter att vara kopplat, eller är det bättre att växla till 3:ans kugghjul? Den input som det allt högre varvtalet och den fortfarande djupt nedtrampade gaspedalen ger, gör att elektroniken beslutar att aktivera en hydraulisk aktuator att få den röda primäraxeln att växla till 3:ans kugghjul. Treans växel är redo.

hur fungerar DSG 6

Bilen har nu uppnått 80 km/h, men föraren måste bromsa inför ett rött trafikljus. Nu kommer ingen input från gaspedalen längre, utan istället från bromspedalen som trampas ned. Elektroniken märker detta, men vidtar inga åtgärder. Varvtalet är nämligen ortfarande högt, och om föraren snart börjar gasa igen, måste 3:ans växel vara redo.

Varvtalet fortsätter att minska. Till slut beslutar elektroniken ändå att låta en hydraulisk aktuator styra den röda primäraxeln till första växelns kugghjul. Den första växeln är redo.

hur Fungerar DSG-6

Vad som händer sedan är uppenbart; föraren växlar tillbaka till ettan och när fordonet står stilla står kopplingen i friläget, med ettans växel redo att kopplas i.

Som du förstår fungerar DSG inte ordentligt om inte mekatroniken är som den ska. Handlingarna som beskrivs så utförligt här, sker i praktiken på mindre än 10 sekunder. Dessutom har man inte tagit hänsyn till eventuell manuell input från ”växelspaken”.

Egentligen är växelspak inget bra ord. Det är en ”selector lever” som vidarbefordrar information till TCU:n. Den ser dock ut som en gammaldags växelspak (se nedanstående foto), men det hade också kunnat var en vridknapp.

Via spaken får TCU:n ännu mer input eller ”uppdrag” vilket gör besluten ännu besvärligare. Om denna input ska bearbetas direkt eller inte, har även med andra variabler att göra. Det slutgiltiga valet görs av elektroniken i TCU:n och egentligen används informationen från ”växelspaken” bara när all annan input tillåter det. Antagligen börjar du nu förstå hur komplicerat systemet är! TCU:n måste ta hänsyn till allt.

Men om inte TCU:n fungerar ordentligt? Kan man göra något åt det?

ACtronics har fördjupat sig i problematiken och har hittat ett antal orsaker i TCU:n. Vi har utvecklat en renoveringsmetod med vilken TCU:n kan återställas, utan att kvaliteten försämras. Man behåller samma kvalitet som i en ny originaldel. Dessutom har vi byggt en riktig testuppställning som vi utförligt kan testa all mekatronik i DSG6 med. Du behöver alltså inte alltid följa de råd som diverse DSG-specialister ger. De säger i princip alltid att det bara finns en lösning: att byta ut TCU:n. Men vi vet alltså att renovering i många fall är möjlig.

Siemens Simtec 71

Visste du förresten att vår service börjar i och med transporten av TCU:n? ACtronics vet precis hur känslig mekatroniken kan vara och använder sig därför av speciella transportlådor som produkterna kan skickas i. Transportlådorna fylls med ett speciellt fyllnadsmaterial som gör att produkten inte kan röra sig.

DSG 6 med kodnr. DQ250 är ett exempel av många på växellåda vars mekatronik vi kan renovera. Denna DSG används ofta i olika typer av Volkswagen AG-bilar. TCU:n som används till Multitronic i olika bilar från Audi är ett annat bra exempel från vårt sortiment.

Till sist en film som på ett tydligt sätt visar hur en DSG fungerar: