淺談汽車雙離合變速系統(tǒng)

文/江蘇 陶金忠

1.何謂雙離合變速系統(tǒng)

汽車行駛時(shí)，在動(dòng)力換擋過程中，一般通過離合器將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力與變速器分離開來，然后操縱變速器進(jìn)行換擋。因此，在整個(gè)過程中就不可避免地存在動(dòng)力傳遞暫時(shí)中斷的現(xiàn)象。如果采用兩個(gè)離合器交替地進(jìn)行工作，可以使這種現(xiàn)象減少甚至消除。

雙離合變速系統(tǒng)就是指采用兩組離合器交替進(jìn)行工作，來減少或消除單個(gè)離合器工作時(shí)所產(chǎn)生的動(dòng)力中斷現(xiàn)象，使汽車變速換擋的過程更加平順。

雙離合變速器簡(jiǎn)稱DCT，英文全稱為Dual Clutch Transmission，又稱DSG，英文全稱為Direct Shift Gearbox，意為“直接換擋變速器”，是DCT的自動(dòng)版本。

汽車技術(shù)的發(fā)展很多源于賽車運(yùn)動(dòng)，而雙離合變速器也一樣。 早在1985年的奧迪Audi sport quattro S1 RC賽車以及20世紀(jì)80年代初的保時(shí)捷Porsche 962C上就有采用，盡管當(dāng)時(shí)并不完善，但也為他們贏得了多項(xiàng)冠軍。當(dāng)時(shí)雙離合變速器的主要問題是耐用性不佳，耐用性的好壞同樣決定了其成本的多寡，經(jīng)過了10多年的努力改進(jìn)，耐久性的問題得到解決，因此得以普遍應(yīng)用。至今雙離合技術(shù)已有20多年的歷史，在技術(shù)方面已基本成熟。

2.雙離合變速器的結(jié)構(gòu)原理

雙離合變速器的結(jié)構(gòu)主要是由兩個(gè)多片式離合器、三軸式齒輪變速器以及電液換擋控制機(jī)構(gòu)組成，而其中兩個(gè)多片式離合器和三軸式齒輪變速器的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的變速器有較大的差異。如圖1、圖2所示，雙離合變速器由兩個(gè)獨(dú)立控制的離合器，即離合器1和離合器2，離合器接合后動(dòng)力分別傳遞給變速器的兩根輸入軸1和2，輸入軸2空心，輸入軸1從其中穿出。輸入軸1上裝有1、倒、3、5擋齒輪，輸入軸2上裝有2、4、6擋齒輪。另有兩根輸出軸1、2，其中輸出軸1上裝有輸出齒輪1以及2、4、3、1擋齒輪，并裝有2/4擋同步器和1/3倒擋同步器。輸出軸2上裝有輸出齒輪2以及空套有倒擋、6、5擋齒輪，并裝有倒擋6擋同步器和5擋同步器。還有一倒擋軸，其上裝有倒擋雙聯(lián)齒輪，其中稍大的齒輪與輸入軸1上的1擋齒輪嚙合傳遞倒擋動(dòng)力。輸出軸1、2通過其軸上的齒輪1和齒輪2將動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)橋輸入齒輪。由圖可知，離合器1負(fù)責(zé)傳遞變速器的1擋、3擋、5擋和倒擋的動(dòng)力，離合器2負(fù)責(zé)傳遞2擋、4擋和6擋的動(dòng)力。

雙離合變速器工作原理如下：汽車在掛上奇數(shù)擋行駛時(shí)，離合器1結(jié)合，輸入軸1工作，變速器在某一奇數(shù)擋位工作，此時(shí)離合器2處于分離狀態(tài)，輸入軸2不工作，但有一偶數(shù)擋位的同步器處于接合狀態(tài)(預(yù)嚙合)；當(dāng)要進(jìn)行換擋時(shí)，將離合器1分離的同時(shí)讓離合器2接合，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、快速地?fù)Q擋(換擋時(shí)間通常只有0.1～0.2s，有的升擋僅需0.008s)；接著，某一奇數(shù)擋位的同步器又處于接合狀態(tài)(預(yù)嚙合)，即在雙離合變速器的工作過程中總是有2個(gè)擋位是結(jié)合的，一個(gè)正在工作，另一個(gè)則為下一步做好準(zhǔn)備，這就使汽車在換擋過程中大大減少或消除了動(dòng)力的中斷。另外，在手動(dòng)模式下可以進(jìn)行跳躍換擋，若初始擋位和目標(biāo)擋位屬同一離合器控制，則會(huì)通過另一離合器控制的擋位轉(zhuǎn)換一下，如果初始擋位和目標(biāo)擋位不屬同一離合器控制，則可以直接跳躍換至所定擋位。

上述對(duì)離合器和同步器的控制及操縱與普通電液控制變速器相似，在此不作贅述。此外，1擋和6擋的動(dòng)力傳遞路線分別如圖3和圖4所示。

雙離合變速器可以想象為將兩臺(tái)手動(dòng)變速器的功能合二為一，并建立在單一的系統(tǒng)內(nèi)，內(nèi)含兩臺(tái)自動(dòng)控制的離合器。雙離合變速器可由電子控制及液壓推動(dòng)，能同時(shí)控制兩組離合器的運(yùn)作。

3.雙離合變速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

(1)優(yōu)點(diǎn)

雙離合變速器可以歸類為自動(dòng)、手動(dòng)變速器，其操作基本上與標(biāo)準(zhǔn)的手動(dòng)變速器相類似。雙離合變速器可以讓駕駛員自由選擇是自己控制換擋還是由汽車電腦來完成。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(shí)采取動(dòng)作。

由于結(jié)合了手動(dòng)變速器和自動(dòng)變速器的長(zhǎng)處，雙離合變速器在結(jié)構(gòu)上沒有采用液力變矩器，而采用兩組離合器相互交替工作，以完成擋位的自動(dòng)切換。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力得到了充分的發(fā)揮，傳動(dòng)效率高，大大縮短了換擋時(shí)間，充分發(fā)揮了汽車的動(dòng)力性能，換擋迅速且平順。此外，雙離合變速器還提高了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。與采用液力變矩器的傳統(tǒng)自動(dòng)變速器相比，動(dòng)力損失更小，燃油消耗可以降低10%以上。

(2)缺點(diǎn)

與傳統(tǒng)的采用液力變矩器的自動(dòng)變速器相比，雙離合變速器也存在一些不足之處。首先，由于沒有采用液力變矩器，又無法像手動(dòng)變速器那樣實(shí)現(xiàn)“半聯(lián)動(dòng)”的動(dòng)作，因此尤其是對(duì)于排量較小的發(fā)動(dòng)機(jī)來說，在低轉(zhuǎn)速范圍，轉(zhuǎn)矩不足的問題就格外明顯；其次，由于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(dòng)機(jī)發(fā)出電子信號(hào)，經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)回復(fù)后，與發(fā)動(dòng)機(jī)配合才能完成升/降擋，大量電子元件的使用，也大大增加了其故障出現(xiàn)的頻率；再次，雙離合變速器研制費(fèi)用高，結(jié)構(gòu)精密而復(fù)雜，質(zhì)量大，制造成本高，因此造成汽車價(jià)格偏高；另外，雙離合變速器可靠性有待提高，且在日后的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用也較高。

4.雙離合變速系統(tǒng)的應(yīng)用狀況

目前常見的雙離合變速器有大眾的DSG、福特的Powershift、三菱的SST、保時(shí)捷的PDK以及寶馬的MDKG等。

(1)大眾DSG

大眾汽車在2002年于德國沃爾夫斯堡首次向世界展示了這一創(chuàng)新技術(shù)，它采用了雙離合器和6個(gè)前進(jìn)擋的傳統(tǒng)齒輪變速器作為動(dòng)力的傳送部件，主要與高扭矩的發(fā)動(dòng)機(jī)配合使用。這套變速器長(zhǎng)度較短，可以用于前置前驅(qū)的車型上。

配備了D S G的汽車，加速比手動(dòng)變速器更迅捷。以2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)的Golf GTI為例，帶有DSG的車型0到100k m加速只需6.9s，比手動(dòng)擋的車型更快；百千米油耗只有8.0L，與手動(dòng)擋車型相當(dāng)，也無傳統(tǒng)自動(dòng)變速器急加速時(shí)的滯后感。但由于沒有液力變矩器的緩沖，換擋加速不如傳統(tǒng)變速器柔和，因此適用于注重加速和操控的跑車，而不適用于注重舒適性的豪華房車。

(2)福特Powershift

Powershift雙離合變速器于2008年問世，是由福特集團(tuán)與變速器大廠格特拉克(Getrag)共同研發(fā)的。目前在國內(nèi)的VOLVO C30、XC60、S60以及福特蒙迪歐致勝的部分車型上配備。該變速器擁有6個(gè)前進(jìn)擋，有兩個(gè)相互獨(dú)立的濕式離合器，最大可以承受450N·m的扭矩。

與其他廠家的雙離合變速器相比，Powershift雙離合變速器最大的特點(diǎn)不是換擋速度快，而是擁有堪比CVT的極佳換擋平順性。并且由于可以承受較大的扭矩，因此該變速器可以使用在一些大功率車上，尤其是柴油車。但它的加速性能不是十分理想。

(3)三菱SST(Sport Shift Transmission)

2007年7月，三菱在東京發(fā)布了自己研發(fā)的雙離合變速器——SST。雙離合器的SST給駕駛者提供了三種模式，分別為正常、運(yùn)動(dòng)及超級(jí)運(yùn)動(dòng)。這極大的滿足了各種路面的需求，能夠保證市區(qū)行駛的快速反應(yīng)，而在城外快速路上，也可以實(shí)現(xiàn)線性的運(yùn)動(dòng)感受。

使用雙離合器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸?shù)母咝?，使車子不僅擁有手動(dòng)變速器的效果，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)非常順暢自如的擋位變換。在快速的升降擋過程中，由于雙離合器所擁有的高效動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)，使得它們不僅可以快速的加速，而且也能夠保證良好的經(jīng)濟(jì)性。

(4)保時(shí)捷PDK(Porsche Doppel Kupplung)

保時(shí)捷PDK雙離合變速器是保時(shí)捷公司的獨(dú)創(chuàng)技術(shù)，早在1983年保時(shí)捷公司便已將PDK雙離合變速器用于956賽車上，但這一技術(shù)并不成熟。 二十五年后，隨著電子控制技術(shù)與液壓控制組件的成熟，保時(shí)捷公司才正式在997的小改款中推出，以7速的PDK雙離合變速器，全面取代Tiptronic變速器，投放于市場(chǎng)。

PDK雙離合變速器由一個(gè)傳統(tǒng)手動(dòng)變速器和一個(gè)分為2個(gè)獨(dú)立變速器的液壓控制系統(tǒng)組成。2個(gè)沿徑向布置的濕式離合器可以通過液壓控制，并使用變速器油提供冷卻和潤滑。目前PDK變速器在911、Boxster、Cayman以及Panamera都有裝備。

(5)寶馬MDKG(Doppel Kuppling Getriebe，MDouble Clutchgearbox)

寶馬M3Coupe配備DKG變速器，其從靜止加速到100km/h的時(shí)間縮短至4.6s，比手動(dòng)變速器快了0.2s，百千米油耗減少到11.9L。DKG變速器擁有多達(dá)11種的控制模式，其中全自動(dòng)模式有五種，手動(dòng)換擋模式有六種，新款寶馬M3Coupe的420馬力4.0LV8發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力將得到更充分更及時(shí)的調(diào)配。

寶馬MDKG七速自動(dòng)變速器和大眾最新的七速自動(dòng)變速器最大的區(qū)別就是：寶馬MDKG七速自動(dòng)變速器采用濕式變速器，而大眾的七速自動(dòng)變速器采用干式變速器，兩者各有所長(zhǎng)。

5.雙離合變速系統(tǒng)在實(shí)用中存在的缺陷

盡管雙離合技術(shù)出現(xiàn)較早，且在汽車上大量應(yīng)用也有幾年了，但是在實(shí)用中還是出現(xiàn)了一些問題。以大眾汽車的DSG雙離合系統(tǒng)為例，不管是在中國市場(chǎng)還是北美和歐洲市場(chǎng)，近期頻頻出現(xiàn)問題。2009年10月大眾公司發(fā)出召回通告，召回部分裝備6速DSG雙離合自動(dòng)變速器的2009款國產(chǎn)邁騰、進(jìn)口奧迪TT、進(jìn)口大眾EOS、CC、R36、R36Variant及GTI轎車，涉及車輛數(shù)量總計(jì)2760輛。召回原因：由于油液溫度傳感器可能向控制單元發(fā)送錯(cuò)誤的溫度信號(hào)，在極個(gè)別情況下，可能導(dǎo)致控制單元啟動(dòng)變速器保護(hù)模式，暫時(shí)中斷動(dòng)力輸出，影響行車安全。故障提醒：故障發(fā)生時(shí)，儀表板上的擋位指示燈會(huì)閃爍，同時(shí)剎車踏板指示燈亮起。處理方案：免費(fèi)維修，更新變速器控制單元程序，以消除隱患。

但是這樣的處理并未將問題徹底解決。尤其是在交通擁堵的城市中使用時(shí)，由于汽車離合器頻繁處在起步、制動(dòng)停車以及換擋過程中，導(dǎo)致離合器溫度升高，直接影響到對(duì)離合器的控制。所以一部分車輛產(chǎn)生如“聳動(dòng)”、“顫抖”、“沖擊”、“突然加速”、“異響”以及不能自動(dòng)換擋等現(xiàn)象。

作為汽車新技術(shù)雙離合技術(shù)已經(jīng)成熟，而這一成熟技術(shù)在實(shí)車上運(yùn)用時(shí)出現(xiàn)一些問題也在情理之中。作為一名普通汽車消費(fèi)者來說，是注重雙離合自動(dòng)變速器汽車能象賽車那樣動(dòng)力連續(xù)無遲滯，還是注重汽車的綜合性價(jià)比呢？這可能是仁者見仁，智者見智的問題了！