雙離合變速器技術綜述

李風邑

摘?要：本文以雙離合變速器的專利申請為基礎，研究了雙離合變速器的結(jié)構和技術發(fā)展，為進一步研究提供了相關參考。

關鍵詞：雙離合;dual clutch;direct shift gearbox;技術發(fā)展

一、雙離合變速器概述

變速器是汽車的核心部件之一，其作用有三個：第一，改變傳動比，進而改變扭矩和轉(zhuǎn)速;第二，實現(xiàn)汽車倒擋行駛;第三，中斷動力傳遞，實現(xiàn)空擋等。

變速器按照操控方式可分為手動變速器和自動變速器，手動變速器是由駕駛員手動操縱變速桿進行換擋的變速器，而自動變速器是由車輛的自動控制系統(tǒng)根據(jù)車輛的負荷和速度自動進行換擋的變速器。自動變速器又分為機械式自動變速器、雙離合自動變速器、液力自動變速器和無級變速器。其中，雙離合變速器有著良好的動力性、燃油經(jīng)濟性和乘坐舒適性等優(yōu)點，且整體處于發(fā)展階段，是適合重點研發(fā)的自動變速器。

雙離合變速器按照離合器的類型分為濕式雙離合變速器和干式雙離合變速器，兩者的不同之處在于離合器的冷卻方式，濕式離合器的兩組離合器片安裝在封閉的油腔中，通過油冷卻散熱，而干式離合器的兩組離合器片暴露在空氣中，通過風冷散熱。雙離合變速器的特點在于，兩個輸入軸分別控制奇數(shù)擋和偶數(shù)擋，即輸入軸1控制1、3、5擋，而輸入軸2控制2、4、6擋和倒擋，輸入軸1和2交替輸出動力，使得動力不間斷的輸出。

設雙離合變速器的離合分別為C1和C2，則其換擋過程為：在一擋時，離合器C1結(jié)合，同步器與對應的輸出軸一擋齒輪結(jié)合，在將要升二擋的時候，同步器提前與另一輸出軸的二擋齒輪結(jié)合，離合器C2仍處于分離的狀態(tài)，在進入二擋的過程中，處于結(jié)合狀態(tài)的離合器C1分離，同時處于分離狀態(tài)的離合器C2結(jié)合，變速器直接進入二擋。在二擋即將升三擋的時候，同步器提前與離合器C1對應的輸出軸的三擋齒輪結(jié)合，在進入三擋的過程中，處于結(jié)合狀態(tài)的離合器C2分離，處于分離狀態(tài)的離合器C1結(jié)合，變速器直接進入三擋，在其他擋位變換的時候執(zhí)行類似的動作。因此，兩個離合器C1和C2的交替分離與結(jié)合控制變速器交替輸出動力，實現(xiàn)了動力不間斷的輸出。

二、雙離合變速器的技術發(fā)展

雙離合變速器的主要專利申請集中在德國、中國、日本、美國等國家，其中德國、日本、美國是傳統(tǒng)的汽車強國，其工業(yè)基礎雄厚，且重視汽車核心部件之一的變速器的新技術的研發(fā)，因此成為雙離合變速器的主要專利申請國。國內(nèi)的申請人對雙離合變速器的研發(fā)起步較晚，但經(jīng)過十幾年的努力，積累了一定的技術，取得了較為豐碩的成果。

全球的雙離合變速器的重要申請人大部分為國外企業(yè)，其中德國采埃孚公司和舍弗勒公司在汽車動力傳動系統(tǒng)方面均擁有雄厚的技術基礎和很強的研發(fā)能力，是汽車制造商的變速器主要供應商，同樣來自德國的大眾公司在汽車整車研發(fā)和制造方面具備先進水平，同時可以看出德國企業(yè)對雙離合變速器的研發(fā)具有世界領先水平。來自美國的通用公司、韓國的大眾公司和日本的豐田公司均對雙離合變速器有深入的研究。中國的比亞迪公司和上海變速器公司對雙離合變速器的研發(fā)起步較晚，但由于研發(fā)投入大，也取得了一定的成果。

1939年，Kegresse Adolphe申請了世界上第一個雙離合變速器的專利DE894204C，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。但當時由于計算機控制技術不成熟，未投入量產(chǎn)，基于同樣的原因，此后幾十年各公司研發(fā)的雙離合變速器也未投入量產(chǎn)。直到十九世紀八十年代，計算機控制技術成熟之后，雙離合變速器才真正在汽車上應用。

1983年，公開號為DE3343827A1的專利申請公開了雙離合變速器的結(jié)構及控制系統(tǒng)，包括連接發(fā)動機軸的液壓驅(qū)動的雙離合器，其中一個離合器連接的內(nèi)軸輸出一、三、五擋和倒擋，另一個離合器連接的嵌套在內(nèi)軸上的外軸輸出二、四擋，兩個離合器分別由兩個液壓缸驅(qū)動，控制設備包括電液壓力調(diào)節(jié)先導閥閥、液壓調(diào)節(jié)閥、換擋油閥等，其利用電液控制系統(tǒng)代替人工對離合器踏板進行操作，實現(xiàn)了雙離合變速器的精確控制。

1987年，公開號為DE19631983C1的專利申請公開了雙離合變速器齒輪的接合方法，其結(jié)構為兩個齒輪輸入軸和一個齒輪輸出軸，每個輸入軸通過一個摩擦式離合器與發(fā)動機連接，在應用的過程中，其中一個離合器輸出發(fā)動機的扭矩，同時另一個離合器分離但其輸出軸的同步器處于結(jié)合狀態(tài)，因此，兩個離合器能夠交替輸出動力，這為后續(xù)的雙離合變速器的發(fā)展墊定了基礎。

2004年，公開號為US20030747993A的專利申請公開了用于混合動力汽車的雙離合變速器，將發(fā)動機作為第一動力源，將電動機作為第二動力源，雙離合變速器均與發(fā)動機連接，其中一個離合器的輸出軸與電動機連接，這樣可以在車輛加速過程中由電動機提供附加的轉(zhuǎn)矩來減小發(fā)動機的負荷，同時減小發(fā)動機的尺寸從而改善燃油經(jīng)濟性。

2017年，公開號為CN107120390A的專利申請公開了用于機動車輛的雙離合變速器，其將兩個離合器配置為連接發(fā)動機與輸入軸，并設置平行于輸入軸的兩個中間軸，以及設置在兩個中間軸中的聯(lián)接裝置，其中聯(lián)接裝置是雙作用設計，這樣可以在不顯著增大變速器尺寸或重量的情況下增加擋位，例如將擋位增加為十一個前進擋和兩個后退擋。

以上專利申請從不同角度對雙離合變速器進行了改進，體現(xiàn)了雙離合變速器的技術發(fā)展路線和未來研究方向。

三、總結(jié)與展望

雙離合變速器經(jīng)過幾十年的迅速發(fā)展，其結(jié)構和控制方法已經(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，而近幾年的雙離合變速器的研究已經(jīng)由傳動的內(nèi)燃機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。