雙離合器變速箱(Dual Clutch Transmission DCT)，又叫直接換檔變速器(Direct Shift Gearbox DSG)，各大生產(chǎn)廠家稱謂有所不同。
1939年，法國人KegresseAdolphe申請了世界上第一個雙離合變速器的專利，將手動變速器分為兩部分，一部分傳遞奇數(shù)擋，另一部分傳遞偶數(shù)擋，動力傳遞通過兩個離合器連接兩根輸入軸，相鄰擋位的從動齒輪交替與兩輸入軸的主動齒輪嚙合，從而實現(xiàn)動力的不間斷輸出。2003年，六速濕式雙離合變速器使用在德國大眾高爾夫R32和奧迪TTV6上，在保時捷、福特、沃爾沃等諸多上品牌均有應(yīng)用。2009年，中國國產(chǎn)乘用車市場首先出現(xiàn)配有DCT的車型。
雙離合變速器分干式與濕式兩類，主要由離合器、液壓控制系統(tǒng)和換檔機(jī)構(gòu)等組成，擁有手動變速器換擋機(jī)構(gòu)，不切斷動力完成換擋，性能上兼顧手動變速器的高效率和比自動變速器更快的換擋速度。具有換擋速度快，傳動效率高，舒適性好，燃油經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)勢，但制造工藝復(fù)雜，尤其是電子控制部分復(fù)雜。
雙離合變速器經(jīng)過幾十年的迅速發(fā)展，其結(jié)構(gòu)和控制方法已經(jīng)較為成熟。其研究已經(jīng)由內(nèi)燃機(jī)加變速器向混合動力加變速器轉(zhuǎn)變，使混合動力車輛減小能源消耗，成為雙離合變速器重點研究方向。純電動汽車日益普及，使雙離合變速器在純電動汽車中發(fā)揮出重要的作用，許是雙離合變速器未來的發(fā)展方向。
發(fā)展簡史
雙離合變速器(DCT)又稱為直接換檔變速器(DirectShiftGearbox，DSG)。離合器位于發(fā)動機(jī)與變速器之間，是發(fā)動機(jī)與變速器動力傳遞的“開關(guān)”，它是一種既能傳遞動力，又能切斷動力的傳動機(jī)構(gòu)。它的作用主要是保證汽車能平穩(wěn)起步，變速換檔時減輕變速齒輪的沖擊載荷并防止傳動系統(tǒng)過載。
1939年，德國Kegresse.A申請了世界上第一個雙離合變速器的專利，首次提出將手動變速器分為兩部分的設(shè)計概念，一部分傳遞奇數(shù)擋，另一部分傳遞偶數(shù)擋，動力傳遞通過兩個離合器連接兩根輸入軸，相鄰擋位的從動齒輪交替與兩輸入軸的主動齒輪嚙合，配合兩離合器的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)在不切斷動力的情況下轉(zhuǎn)換傳動比，從而縮短換檔時間，有效提高換檔品質(zhì)。
1985年，奧迪將雙離合器技術(shù)應(yīng)用于賽車場上，當(dāng)時被命名為"AudiSport quattro s1賽車配合雙離合器技術(shù)"，并在在PikesPeak派克峰舉行的山道賽中一舉奪冠。
20世紀(jì)90年代末期大眾集團(tuán)和博格華納(BorgWarner)攜手合作生產(chǎn)第一個適用于大批量生產(chǎn)和應(yīng)用于主流車型奧迪車上2002年展示其合作開發(fā)的直接換檔變速器DSGDirectShiftGearbox)，2003年又推出了六速濕式的雙離合變速器并率先使用在在德國大眾高爾夫R32和奧迪TTV6上后又相繼推廣到其他車型上。
2007年，平行軸式變速器的干式雙離合變速器PSG(ParallelShiftGearbaox)在Luk攜手福特福特汽車公司格特拉克Getrag公司共同研發(fā)問世，此外，博格華納全面實施所宣布計劃時預(yù)計每年會面向230萬個雙離合變速器提供其創(chuàng)新的DualTronic(R)技術(shù)。
2009年，大眾聯(lián)手舍弗勒集團(tuán)(Schaeffler)推出了7DSG變速器擁有世界先進(jìn)的技術(shù)水平目前DCT的核心技術(shù)僅掌握在美國博格華納和德國舍弗勒集團(tuán)手中目前市場上常見的變速器有大眾的DSG雙離合變速器福特的POWERSHIFT雙離合變速器保時捷的PKD雙離合變速器三菱的TC-SST雙離合變速器其中大眾的DSG具有代表性。
2009年，中國國產(chǎn)乘用車市場首先出現(xiàn)配DCT的車型，積累的經(jīng)驗以及數(shù)據(jù)較少，長期以引進(jìn)國外的雙離合自動變速器為主或用中外合資的方式進(jìn)行開發(fā)。比如，博格華納與中國包括中國一汽、上汽集團(tuán)、東風(fēng)、長安、奇瑞等12家自主車企合資建立了大連DCT工廠。在自主品牌中，上汽集團(tuán)MG榮威兩大品牌已有多款車型匹配，比亞迪L3幾乎已經(jīng)是全系自動擋均搭載DCT，而廣汽集團(tuán)、上汽，通過與外方合作研發(fā)也逐步將DCT普及于旗下各級別車型。
2016年，重慶青山工業(yè)有限責(zé)任公司公司自主研發(fā)的小扭矩濕式雙離合變速器DF515實現(xiàn)量產(chǎn)。干式離合器因為中國城市道路擁堵，離合器長時間處于半聯(lián)動狀態(tài)容易導(dǎo)致過熱，引發(fā)變速器問題?？梢钥闯鯠CT仍存在較大的技術(shù)提升空間。
雙離合變速器已經(jīng)走到第三代產(chǎn)品，解決了前兩代機(jī)械油泵降低效率及干式離合器過熱等問題。雙離合變速器仍然以濕式離合器為多，并配有可調(diào)節(jié)流量的電子機(jī)械離合器冷卻泵，最大程度降低了離合器本身的拖曳扭矩，在保證了熱容量的前提下，減少了效率損失。
設(shè)計理念
離合器位于汽車發(fā)動機(jī)與變速器之間，是發(fā)動機(jī)與變速器之間動力傳遞的“開關(guān)”，既能傳遞動力，又能切斷動力，其主要作用是保證汽車能平穩(wěn)起步行駛；在變換擋位以后，離合器會減輕變速齒輪的沖擊力，讓汽車加速或減速行駛更加平順。在一般汽車上，汽車換擋時通過離合器分離與接合實現(xiàn)，在分離與接合之間會有動力傳遞暫時中斷的現(xiàn)象。這在普通汽車上沒有什么影響，但在爭分奪秒的賽車上，如果離合器掌握不好動力跟不上，車速就會變慢，影響成績。手動切換往往接合迅速，沖擊力較大，換擋不平順，想達(dá)到平順迅速的效果，需要豐富的駕駛經(jīng)驗與正確判斷；自動變速箱則依靠ECU的控制完成換擋，但反應(yīng)較慢。雙離合變速器就是為完善這一情況而進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計。
工作原理
雙離合變速器的多片濕式雙離合器的結(jié)構(gòu)和液壓式自動變速器中的離合器相似，但是尺寸要大很多。利用液壓缸內(nèi)的油壓和活塞壓緊離合器，油壓的建立是由ECU指令電磁閥來控制的，2個離合器的工作狀態(tài)是相反的，不會發(fā)生2個離合器同時接合的情形。輸入軸也分為兩部分，且為同軸心結(jié)構(gòu)，中心的實心輸入軸負(fù)責(zé)一組齒輪，空心輸入軸負(fù)責(zé)另一組。雙離合變速器的內(nèi)部構(gòu)造幾乎徹底顛覆了傳統(tǒng)的變速器形式。雙離合變速器的工作原理可以簡單理解為一個離合器對應(yīng)奇數(shù)檔，另一離合器對應(yīng)偶數(shù)檔。當(dāng)車輛掛人一個檔位時，另一個離合器及對應(yīng)的下一個檔位已經(jīng)處于預(yù)備狀態(tài)，只要當(dāng)前檔位分離就可以立刻接合下一個檔位，因此雙離合變速器的換檔速度要比一般的自動變速器甚至手動變速器還快。此外，雙離合變速器雖然內(nèi)部復(fù)雜，但實際體積和重量相比自動變速器而言有明顯優(yōu)勢，并沒有比手動變速器增加多少，因此裝備雙離合變速器的車型不會增加過多的負(fù)載。
基本分類
雙離合器主要分干式和濕式兩種，干式雙離合器使用的摩擦材料與普通手動變速器的從動盤相同，工作時不能有油污，而濕式多片離合器與自動變速器中使用的摩擦材料相同，工作時必須有機(jī)油的浸泡才能增大摩擦阻力，并依靠機(jī)油的流動帶走離合器上的熱量。濕式離合器每一離合器中有多片摩擦片，所以稱為多片式離合器。
目前已經(jīng)投人使用的干式和濕式雙離合器的車型很多，各廠家對雙離合器的稱呼也各不相同，其結(jié)構(gòu)也有一定的差異，但從總體上來看所有干式雙離合器的原理是相同的，所有濕式雙離合器的原理也是相同，差異也只是在局部結(jié)構(gòu)上。就目前而言，濕式雙離合器使用在6擋變速器中，而干式雙離合器多使用在7擋變速中。如大眾與福特車型，6擋DSG的多片式雙離合器是在冷卻油槽中以“濕式”運行，而Luk的雙離合器為干式結(jié)構(gòu)。濕式雙離合器的扭矩傳遞通過浸沒在油中的濕式離合器摩擦片來實現(xiàn)，而干式的則通過離合器從動盤上的摩擦片來傳遞扭矩。由于節(jié)省了相關(guān)液力系統(tǒng)以及干式離合器本身所具有的傳遞扭矩的高效性，干式系統(tǒng)很大程度地提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。同樣是1.9TDI(105PS/77kW)的發(fā)動機(jī)，配備7擋DSG變速箱的要比6擋濕式雙離合器變速節(jié)省超過10%的燃油。
結(jié)構(gòu)組成
雙離合變速器主要由多片濕式雙離合器、三軸式齒輪變速器、自動換檔機(jī)構(gòu)、電子控制液壓控制系統(tǒng)等組成。雙離合變速器有兩套離合器系統(tǒng)，一個控制1、3、5檔及倒擋R，一個控制2、4、6檔(以6速DSG為例)?？蓪商纂x合器各自負(fù)責(zé)的部分假想成兩個變速器。當(dāng)一個變速器工作時，另一個處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。通過兩個離合器間的切換實現(xiàn)兩個變速器的交替工作(當(dāng)車輛在奇數(shù)檔位行駛時，可預(yù)先掛好偶數(shù)檔)，在保證動力不間斷的情況下，實現(xiàn)各檔位間的平穩(wěn)變換。其主要組成結(jié)構(gòu)包括如下幾個部分：
齒輪傳動機(jī)構(gòu)
雙離合自動變速箱的齒輪傳動機(jī)構(gòu)是基于手動變速箱基礎(chǔ)設(shè)計的，與手動變速箱所不同的是，雙離合變速箱的離合器與兩根輸入軸相連，換擋和離合操作都是通過集成電子和液壓元件的機(jī)械電子模塊來實現(xiàn)，而不再需要離合器踏板和手動換擋桿的操作。雙離合自動變速箱的齒輪傳動系統(tǒng)類似于手動變速箱的齒輪傳動系統(tǒng)，都是通過改變不同傳動比齒輪的齒合來實現(xiàn)擋位的切換，這樣不會有很多的動力損失，而且大大縮短了換擋時間。
電液控制閥板
電液控制閥板由變速箱電子控制單元，變速箱閥體組1，變速箱閥體組2，離合器輸入轉(zhuǎn)速傳感器，離合器行程位置傳感器，輸入軸速度傳感器，擋位行程傳感器，2/4擋同步器活塞，1/3擋同步器活塞，5/7擋同步器活塞，6/R擋同步器活塞，K1、K2驅(qū)動機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。
液壓泵單元
液壓泵單元安裝在機(jī)械滑閥模塊上，由液壓泵和電動機(jī)組成。液壓泵電動機(jī)是一個碳刷直流電動機(jī)，由機(jī)械滑閥單元的ECU依靠壓力要求按需驅(qū)動，通過連接器驅(qū)動液壓泵。液壓泵根據(jù)齒輪泵原理工作，它吸人油液并加壓，液壓油通過油泵殼體內(nèi)壁和齒隙間從吸人側(cè)被泵人壓力側(cè)，最大供油壓力約為70Pa。信號失效影響：如果電動機(jī)不能被激活，油液壓力下降，并且離合器在壓力盤彈簧的作用下斷開。蓄壓器在設(shè)計上類似氣壓蓄壓器，當(dāng)液壓泵關(guān)閉時，保證液壓系統(tǒng)有油壓，能儲存0.2L的液壓油。
離合器操縱機(jī)構(gòu)
觸發(fā)離合器的電子機(jī)械滑閥控制單元觸發(fā)電磁閥有：變速箱部分閥1及操作離合器，變速箱部分閥2及操作離合器。
換擋控制閥
換擋調(diào)節(jié)閥控制擋位選擇器的油流量，每個控制閥可使擋位選擇器形成兩個擋位。雙離合變速器的檔位轉(zhuǎn)換是由檔位選擇器來操作的，檔位選擇器實際上是個液壓馬達(dá)，推動撥叉就可以進(jìn)入相應(yīng)的檔位，由液壓控制系統(tǒng)來控制它們的工作。如果沒有齒輪齒合，控制閥控制油壓，使擋位選擇器保持空擋位置，選擋桿位于P位置，點火開關(guān)關(guān)閉，一擋和倒擋齒輪齒合。
換擋選擇機(jī)構(gòu)
滑閥箱單元控制擋位選擇機(jī)構(gòu)換擋，活塞和換擋撥叉相連，為實現(xiàn)擋位的變換，油壓被供應(yīng)到換擋機(jī)構(gòu)的活塞上。
主要特點
雙離合器自動變速器(DualClutchTransmission，DCT)，顧名思義就是該變速器擁有兩套離合系統(tǒng)，分別負(fù)責(zé)奇、偶數(shù)擋的換擋。該變速器擁有手動變速器的換擋機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)在不切斷動力的情況下完成換擋，在性能上兼顧手動變速器的高效率和比自動變速器更快的換擋速度。優(yōu)勢：換擋速度快，傳動效率高，舒適性好，燃油經(jīng)濟(jì)性好；劣勢：制造工藝復(fù)雜，尤其是電子控制部分復(fù)雜。具體表現(xiàn)在如下幾個方面：
雙離合變速器可以歸類為自動手動變速器，操作與標(biāo)準(zhǔn)的手動變速器相似，可以選擇自己控制換擋還是由電腦來完成，盡管沒有離合器踏板，但駕駛員仍然可以通過按鈕或換擋撥片來控制汽車電腦何時采取動作。由于結(jié)合了手動變速器和自動變速器的長處，在結(jié)構(gòu)上沒有采用液力變矩器，而采用2組離合器相互交替工作完成擋位的自動切換，發(fā)動機(jī)動力得到充分發(fā)揮，傳動效率高；采用2組離合器相互交替工作，縮短了換擋時間，發(fā)動機(jī)動力斷層有限，充分發(fā)揮汽車動力性能，換擋迅速且平順，同時提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性；與采用液力變矩器的傳統(tǒng)自動變速器相比，雙離合變速器的動力損失更小，燃油消耗可降低10％以上。
與傳統(tǒng)的采用液力變矩器的自動變速器相比，雙離合變速器也存在一些不足之處。由于沒有采用液力變矩器，又無法像手動變速器實現(xiàn)“半聯(lián)動”動作，尤其是對于排量較小發(fā)動機(jī)，在低轉(zhuǎn)速范圍轉(zhuǎn)矩不足問題越發(fā)明顯；雙離合變速器大多采用電腦控制，屬智能型變速器，其在升／降擋過程中需不斷向發(fā)動機(jī)發(fā)出電子信號，經(jīng)發(fā)動機(jī)回復(fù)后，與發(fā)動機(jī)配合完成升／降擋；大量電子元件的使用增加了故障出現(xiàn)頻率；雙離合變速器研制費用高，結(jié)構(gòu)精密而復(fù)雜，質(zhì)量大，制造成本高，造成汽車價格偏高；另外，雙離合變速器可靠性有待提高，且日后的維護(hù)保養(yǎng)費用也較高。
控制模式
DSG變速器也有手動和自動2種控制模式，除了排檔桿可以控制外，方向盤上還配備有手動控制的換檔按鈕，在行駛中，2種控制模式之間可以隨時切換。選用手動模式時，如果不做升檔操作，即使將油門踩到底，DSG變速器也不會升檔。換檔邏輯控制可以根據(jù)司機(jī)的意愿進(jìn)行換檔控制。在手動控制模式下，可以跳躍降檔。在1檔起步行駛時，動力傳遞路線如圖3所示。外部離合器接合，通過內(nèi)部輸入軸到1檔齒輪，再輸出到差速器。
應(yīng)用車型
雙離合變速箱應(yīng)用車型廣泛，也有不同的叫法，例如，大眾稱其為DSG，奧迪稱S-tronic，保時捷叫PDK，福特叫Powershift，等等，而比較規(guī)范的叫法則是DCT。中國國內(nèi)在售的裝備雙離合變速器的車型已經(jīng)越來越多，具代表性的是大眾旗下的大眾邁騰、GTI、EOS以及尚酷，裝配雙離合變速器的速騰及朗逸也已經(jīng)上市。此外，沃爾沃S40也有雙離合版本，而保時捷的眾多車型也都采用了雙離合變速器。
雙離合變速箱應(yīng)用車型——奧迪S-tronic，其雙離合系統(tǒng)變速器是一個整體，有6個檔位，離合器與變速器裝配在同一機(jī)構(gòu)內(nèi)，兩個離合器互相配合工作。這好比一輛車有兩套離合器，正駕駛員控制一套，副駕駛員控制另一套。正駕駛員掛上1檔松開離合踏板起步時，副駕駛員也預(yù)先掛上2檔但踩住離合踏板；當(dāng)車速上來準(zhǔn)備換檔，正駕駛員踩住離合踏板的同時，副駕駛員即松開離合踏板，2檔開始工作。這樣就省略了檔位空置一剎那，動力傳遞連續(xù)。雙離合系統(tǒng)兩套離合器傳動系統(tǒng)，通過ECU控制協(xié)調(diào)工作。當(dāng)汽車正常行駛的時候，一個離合器與變速器中某一檔位相連，將發(fā)動機(jī)動力傳遞到驅(qū)動輪，ECU根據(jù)汽車速度和轉(zhuǎn)速對駕駛員的換檔意圖做出判斷，預(yù)見性地控制另一個離合器與另一個檔位的齒輪組相連，但僅處于準(zhǔn)備狀態(tài)，尚未與發(fā)動機(jī)動力相連。換檔時第一個離合器斷開，同時第二個離合器將所相連的齒輪組與發(fā)動機(jī)接合。除了空檔之外，一個離合器處于關(guān)閉狀態(tài)，另一個離合器則處于打開狀態(tài)。兩根傳動軸分別由第一、第二離合器控制與發(fā)動機(jī)動力的連接與斷開，分別負(fù)責(zé)1、3、5檔和2、4、6檔的檔位變換?？紤]到零件使用壽命，設(shè)計人員選擇了油槽膜片式離合器，離合器動作由液壓系統(tǒng)來控制。DSG變速器主要是要滿足消費者對駕駛感覺和車輛節(jié)油的雙重要求，為喜歡手動變速器的消費者提供了最佳選擇。配備DSG的發(fā)動機(jī)由于快速的齒輪轉(zhuǎn)換能夠馬上產(chǎn)生牽引力和更大的靈活性，加速時間比手動變速器更加迅捷。
應(yīng)用前景
DCT在各個層面依然有很多提升空間，在發(fā)動機(jī)的調(diào)校以及匹配，改善摩擦材料滿足高耐磨性要求，同時提高散熱效能，優(yōu)化換擋以及起步的算法，在經(jīng)濟(jì)性為前提下提高動力性以及乘駕體驗。從工信部發(fā)布的中國油耗目標(biāo)來看，在2018年百公里燃油消耗量需降至6L/100km，而2020年及以后需要達(dá)到5L/100km，年降幅達(dá)到了0.5L/100km。因此中國車企不約而同的焦距在了DCT上，畢竟AT及MT技術(shù)已經(jīng)相對成熟，而DCT的完善空間很大，其在未來的應(yīng)用場景也是更為廣泛的。雖然手動變速器是市場的主體但是雙離合變速器DCT的使用量也是逐年增加的，從2005年的0.7%到2011年的6.2%再至2016年的12%，呈穩(wěn)定上升的趨勢，在未來DCT必將成為一個不可替代的、主導(dǎo)性的變速器。
雙離合變速器經(jīng)過幾十年的迅速發(fā)展，其結(jié)構(gòu)和控制方法已經(jīng)較為成熟。在能源短缺和環(huán)境污染的背景下，節(jié)能減排是汽車的發(fā)展方向之一，雙離合變速器研究已經(jīng)由傳動的內(nèi)燃機(jī)加變速器向混合動力加變速器轉(zhuǎn)變，尤其是如何對雙離合變速器進(jìn)行布置和控制能使混合動力車輛減小能源消耗，已經(jīng)成為雙離合變速器的重點研究方向。而在不久的將來，在純電動汽車日益普及的趨勢下，如何使雙離合變速器在純電動汽車中發(fā)揮出重要的作用也許是雙離合變速器未來的發(fā)展方向。
參考資料 >