淺談雙離合自動變速器的原理及應(yīng)用

文/大連 龐成立

一、雙離合自動變速器簡介

科技的創(chuàng)新讓駕駛者從繁瑣而疲倦的換擋過程中解脫出來，時下，裝備自動變速器的車型已經(jīng)占據(jù)了轎車市場的半壁江山。然而，傳統(tǒng)的自動變速器在動力方面的損失較大，發(fā)動機(jī)有相當(dāng)一部分的動力在變速器的動力傳遞過程中被吞噬掉了。與手動變速器相比，自動變速器在損失動力的同時也會相應(yīng)地增加油耗。

如何能在便捷和性能方面找到更合理的解決方式呢？雙離合自動變速器也許是一條比較好的出路。20世紀(jì)90年代末期，大眾和博格華納合作生產(chǎn)了第一款適用于大批量生產(chǎn)和應(yīng)用于主流車型的雙離合變速器。雙離合技術(shù)使得手動變速器具備自動性能，同時大大改善了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。應(yīng)用該技術(shù)，可以保證變速器在換擋時消除汽車動力中斷現(xiàn)象。

博格華納為雙離合自動變速器開發(fā)的DualTronic雙離合自動變速干式離合器和控制系統(tǒng)已于2003年批量生產(chǎn)，配套于大眾奧迪革新產(chǎn)品DSG(直接換擋變速器)，最先應(yīng)用于2003款大眾高爾夫R32和奧迪TT上。博格華納的雙離合自動變速器因其產(chǎn)品創(chuàng)新和加工精細(xì)而贏得了2005年度北美供應(yīng)商超級大獎。該變速器設(shè)計特點是模塊化：離合器、機(jī)械電子單元和變速器分別構(gòu)成一個單元；運用干式雙離合器；機(jī)械電子單元和機(jī)械變速器具有單獨的機(jī)油系統(tǒng)，一次性加注，無需更換；具有4 軸 7 擋并且無油 / 水熱交換器。如圖1、圖2所示。

雙離合自動變速器基于手動變速器基礎(chǔ)之上。而與手動變速器所不同的是，雙離合自動變速器的兩幅離合器與二根輸入軸相連，換擋和離合操作都是通過一集成電子和液壓元件的機(jī)械電子模塊來實現(xiàn)，而不再通過離合器踏板的操作。就像液力自動變速器一樣，駕駛員可以手動換擋或?qū)⒆兯贄U處于全自動D擋(舒適型，在發(fā)動機(jī)低速運行時換擋)或S擋(任務(wù)型，在發(fā)動機(jī)高速運行時換擋)模式，此種模式下的換擋通常由擋位和離合執(zhí)行器實現(xiàn)。兩幅離合器各自與不同的輸入軸相連，如圖3所示。離合器1通過實心軸與擋位1、3、5相連，離合器2則通過空心軸與擋位2、4、6和倒擋相連。

通俗的說，這種變速器就如同有兩個離合器，一個控制1、3、5、7擋，一個控制2、4、6、R擋。使用一擋的時候二擋已經(jīng)準(zhǔn)備好了，所以換擋時間大大縮短，沒有延時。

二、雙離合自動變速器車型列舉

1.大眾DSG雙離合器變速器

很多國人對于雙離合變速器的認(rèn)識是從DSG開始的。當(dāng)然，大眾的“雙離合”也比較具有代表性，其旗下大部分進(jìn)口車型也都配有DSG，如高爾夫GTI，EOS，邁騰和尚酷等。

大眾EOS采用的就是DSG雙離合變速器。不過，當(dāng)前大眾共有兩款DSG雙離合變速器，在大眾內(nèi)部代號分別為DQ250和D Q 2 0 0，從直觀數(shù)據(jù)上分析，代號DQ250的DSG有6個擋位，能承受最大扭矩為350Nm，主要用于高排量或主打操控性的車型，如高爾夫GTI和09款邁騰；而DQ200則是7速雙離合變速器，能承受最大扭矩為250Nm，主要搭載于中低排量的車型，如高爾夫6、速騰等。

2.沃爾沃Powershift雙離合器變速器

與大眾所采用的干式離合器的DSG變速器不同，沃爾沃Powershift采用的是濕式雙離合器，它將離合器片浸泡在機(jī)油之中來對其進(jìn)行冷卻。離合器可以將動力輸送給6個擋位中的任何一個，由電腦控制的離合器根據(jù)汽車速度和轉(zhuǎn)速對駕駛者的換擋意圖做出判斷，可以預(yù)選擇下一擋位從而實現(xiàn)擋位的快速切換。

Powershift變速器可以設(shè)定在電腦控制的“自動”模式之下，或者利用方向盤上的撥片來實現(xiàn)手動換擋。搭載2.0升四缸渦輪柴油機(jī)的沃爾沃C30、S40和V50是首批配備這款變速器的車型，雖然這臺發(fā)動機(jī)的最大功率和扭矩分別為136馬力和320 Nm，但這種雙離合變速器可承受的最大扭矩輸出達(dá)到450 Nm。

三、技術(shù)分析

1.雙離合器扭矩傳遞路線

從動軸的扭矩傳遞路線和大眾以往的手動變速器的傳遞路線基本一致，但要注意的是，雙離合器使得從動軸上的同步器可以實現(xiàn)提前掛擋。雙離合器安裝在變速器殼體內(nèi)，由兩個傳統(tǒng)離合器結(jié)合在一起，構(gòu)成一個雙離合器，稱作 K1 和 K2。離合器 K1通過花鍵將扭矩傳遞給輸入軸 1，輸入軸1將1擋和3擋的扭矩繼續(xù)傳遞給輸出軸1，將5擋和7擋的扭矩傳遞給輸出軸2。離合器K2通過花鍵將扭矩傳遞給輸入軸2，后者將2擋和4擋的扭矩繼續(xù)傳遞給輸出軸1；將6擋和倒車擋的扭矩傳遞給輸出軸2。此后，扭矩通過倒車擋中間齒輪R1繼續(xù)傳遞給輸出軸3的倒車擋齒輪R2。所有三個輸出軸都與差速器的主減速器齒輪連接，如圖3所示。

雙離合器主動輪支撐環(huán)將扭矩傳遞給雙離合器內(nèi)的主動輪。支撐環(huán)與主動輪彼此固定連接在一起。主動輪以浮動輪方式支撐在輸入軸 2 上。如果操縱了其中一個離合器，則扭矩會通過主動輪 傳遞給相應(yīng)的離合器從動盤，然后繼續(xù)傳遞給相應(yīng)的輸出軸，如圖4所示。

2.離合器的工作

雙離合器中有兩個獨立的干式離合器。這些離合器分別將扭矩傳遞給一個子變速器。離合器可以處于兩個位置：發(fā)動機(jī)停機(jī)和怠速運轉(zhuǎn)時，兩個離合器分離；行駛狀態(tài)時，兩個離合器中始終只有一個離合器接合。離合器K1將1、3、5和7擋的扭矩傳遞給輸入軸1,離合器K2未操縱。

離合器 K1操縱時，接合桿將接合軸承壓向盤形彈簧，這種壓力運動在多個轉(zhuǎn)向點處轉(zhuǎn)換為拉力運動。因此，將離合器壓盤拉向離合器從動盤以及主動輪， 扭矩傳遞給輸入軸，如圖5所示。離合器 K1已操縱。

離合器K2將2、4、6和R擋的扭矩傳遞給輸入軸2。K2操縱接合桿時，接合軸承壓向離合器壓盤的盤形彈簧。由于盤形彈簧支撐在離合器殼體上，因此離合器壓盤壓向主動輪，扭矩傳遞給輸入軸2，如圖6所示。離合器K2已操縱。

3.輸入軸的結(jié)構(gòu)

輸入軸安裝在變速器殼體內(nèi)，每個輸入軸都通過花鍵與一個離合器連接。 輸入軸根據(jù)當(dāng)前所掛擋位將發(fā)動機(jī)扭矩傳遞給輸出軸。輸入軸2為中空軸，輸入軸1穿過中空的輸入軸2。每個軸上都有一個將輸入軸支撐在變速器殼體內(nèi)的球軸承，如圖7所示。

輸入軸1通過花鍵與離合器K1連接，通過輸入軸1可換到1、3、5、7擋。變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器Y的脈沖信號輪位于該軸上，用于獲取變速器輸入轉(zhuǎn)速，如圖8所示。

輸入軸2采用空心軸結(jié)構(gòu)，該部件通過花鍵與K2連接，通過輸入軸2可換到2、4、6和R擋。變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器X的齒輪位于該軸上，用于獲取變速器輸入轉(zhuǎn)速，如圖9所示。

四、雙離合自動變速器的前景

復(fù)雜精確的雙離合器操控系統(tǒng)實現(xiàn)了換擋過程中發(fā)動機(jī)動力不間斷的傳遞，使操控便利舒適，為駕駛者提供了更富動感的駕駛感受。當(dāng)然，快速的換擋離不開DQ200變速器的核心控制系統(tǒng)，包括：一個機(jī)電控制模塊、帶有多個獨立傳感器的控制閥組件以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。機(jī)電控制模塊收集并處理傳感器的信號數(shù)據(jù)，對雙離合器、換擋齒輪、液壓系統(tǒng)壓力等進(jìn)行控制。另外，該系統(tǒng)還應(yīng)用了調(diào)節(jié)閥、轉(zhuǎn)換閥等許多液壓閥。DSG變速器的數(shù)據(jù)信息通過一個插入式通訊接口在機(jī)電控制模塊和整車電氣系統(tǒng)之間進(jìn)行交換。通過這個接口，整車和發(fā)動機(jī)的數(shù)據(jù)信息也傳遞到DSG變速器的控制系統(tǒng)上。

DQ200變速器長369mm，重量僅為70kg，由大約400個零部件組成。7擋 DSG突出的亮點是采用“干式”雙離合器，與采用在冷卻油槽中以“濕式”運行多片式雙離合器的6擋 DSG 相比，這一設(shè)計使變速器系統(tǒng)的效率顯著提高。 DQ200變速器省去了吸濾器、油冷器以及變速器殼體中的高壓油管。另外，DQ200的電液控制獨立于變速器油的循環(huán)系統(tǒng)之外，該系統(tǒng)可以設(shè)定更高的系統(tǒng)工作壓力，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的效率提高。

7擋DSG配合90kW TSI發(fā)動機(jī)令高爾夫轎車創(chuàng)造了平均油耗5.9L/100km的低油耗新記錄。而配備90kW TSI發(fā)動機(jī)、6擋手動變速器的高爾夫百千米的油耗為 6.3升。同時，CO2排放也從149g/km 降低到139g/km。與傳統(tǒng)自動變速器相比，DSG可以降低油耗達(dá)20%。

在自動擋車型被越來越多消費者認(rèn)可的情況下，配備雙離合自動變速器的轎車市場也越做越大。比如，大眾汽車在全球每年大約銷售40萬輛裝備DQ200變速器的轎車，包括裝備6擋DQ200變速器的Golf、帕薩特等。截至目前，凡是安裝有雙離合自動變速器的汽車都出色地解決了減排和節(jié)省燃料的雙重任務(wù)。由此可見，雙離合自動變速器經(jīng)受住了市場的考驗。