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全面解读DCT双离合器变速器技术

信息来源:gkong.biz  时间:2009-08-26  浏览次数:91

  汽车变速系统技术整体上是由手动换档向自动换档发展,尤其是现阶段高速发展的计算机技术应用于换档变速系统,使汽立自动变速技术得到了快速的发展。
  近年来,汽车自动变速器主要有三种型式:电控机械自动变速器(AMT)、无级自动变速器(CVT)和液力机械自动变速器(AT)。
  在电控机械式自动变速器领域,近年来又出现了一种新的变速传动方式,即双离合器式自动变速传动(Dual Clutch Transmission)由于它既继承了ATM和手动变速器的结构简单、安装空间紧凑、重量轻、传动效率高、制造成本低等许多优点,又融合AT不间断动力、迅速平稳换挡的良好特点,很快便成了业界研究开发的新热点。DCT将会在一定程度上改变现有的变速器市场格局。未来几年,全球轻型车变速器市场的竞争将在AT、CVT和DCT之间展开。
  双离合器变速器技术发展历史及应用现状
  双离合器变速器(DCT)的概念到目前已经有六七十年的历史。早在1939年德国的Kegresse.A第一个申请了双离合器变速器的专利,提出了将手动变速器分为两部分的设计概念,一部分传递奇数档,另一部分传递偶数档,且其动力传递通过两个离合器联结两根输入轴,相邻各档的被动齿轮交错与两输入轴齿轮啮合,配合两离合器的控制,能够实现在不切断动力的情况下转换传动比,从而缩短换档时间,有效提高换档品质,该变速器曾经在载货车上进行过试验,限于当时的控制技术,这种变速器并没有投入批量生产。随后在20世纪80年代,保时捷也发明了专用于赛车的双离合变速器(PDK),但也未能将DCT技术投入批量生产。
  1985年,大众公司在奥迪Sport Quattro S1赛车上采用了双离合器变速器技术(见图1),但直到20世纪90年代末随着电子技术的迅速发展,双离合器控制技术逐渐得以成熟,大众汽车公司和博格华纳首先携手合作生产将它放置在量产主流车型——奥迪车上,并给它命名为直接换档变速器Direct-Shift Gearbox(DSG)。并于2002年首次向世界展示了这一技术创新。2003年推出了6档DSG变速器,成为首个提供双离合器系统的整车厂。2006年,大众又率先在奥迪TT 3.2车型上应用了DSG变速器,随后DSG产品陆续配套到了大众捷达、大众途安、大众第五代高尔夫、大众宝来、奥迪A3、奥迪TT、Seat、Skoda等众多车型。目前已创下超过100万件的销售记录。近日大众公司代号为DQ200变速器,它使用了一对干离合器片代替了原来的6档DSG变速器的液体调节双离合器片,其换档效率和动力传递有了明显的提升(见图2、图3)。
  作为创新型变速器的实际开发者之一的德国顶尖跑车专业品牌——保时捷将推出其自主开发的、称之为“PDK”(Porsche Doppel Kupplungen——双离合器变速系统的德文)的双离合器变速器。
  在大众DSG变速器问世后,沃尔沃和宝马也相继投入双离合器变速器阵营,以相似的概念推出各自的变速器产品。宝马新近发布了DKG七档双离合变速器的研发成果,并决定将该技术最先在宝马M3车系中使用,称之为“M-DCT”宝马七档自动变速器和大众最新的七档自动变速器最大的区别就是:“M-DCT”双离合器采用湿式离合器,而大众的双离合器采用干式离合器。
  日前,菲亚特也正式宣布其自主研发的双离合变速系统将于2009年发布。这套变速器被命名为C635,配备在菲亚特多款车型上,包括Grande Punto,Bravo和阿尔法罗密欧的一些车上。将于2010年上市。
  上汽自主品牌汽车——荣威将在2010年前推出与博格华纳合作的带DSG双离合器变速器的车型。根据上汽的规划,09年就要上市的荣威750 1.8T和荣威W261最有可能成为搭载博格华纳DSG双离合器技术的车型。
  总之,虽然大众等厂家各自推出了双离合器变速器,但是核心的双离合控制模块均来自美国博格华纳公司。
  双离合器变速器的结构特点及工作过程
  图3 大众汽车配备双离合器自动变速器的部分车型
  图4 其他车厂双离合器技术的车型
  结构特点
  双离合器变速器是由两个离合器集合而成的双离合装置、基于手动变速器的三轴式齿轮变速系统、自动换档机构、电子控制液压控制系统组成。输入轴总成是由一个实心轴及其外部套筒轴组合而成的双传动输入系统,奇数档位和偶数档位的传动齿轮分别布置在这两个输入轴上(见图6所示)。离合器1与实心输入轴相联,控制奇数档,离合器2与套筒(空心)输入轴相联,控制偶数档。两个离合器轮流向双传动系统传递动力。
  而动力的输出轴也是有分别的,一根输出轴实现低速档时的动力输出,另一根轴实现高速和倒车档的动力输出,两根输出轴的动力都要和变速器的最终输出轴联动在一起,将动力输送到车轮上,此外在变速齿轮组的布置上也没有采用传统的布置方式,变速齿轮的放置并不是按照档位的顺序排列的,这样相邻两个档位的变速齿轮就不会再共用一个同步器,这更是为实现动力的无缝传递提供了技术保证。结构布置如图5所示。
  而动力的输出轴也是有分别的,一根输出轴实现低速档时的动力输出,另一根轴实现高速和倒车档的动力输出,两根输出轴的动力都要和变速器的最终输出轴联动在一起,将动力输送到车轮上,此外在变速齿轮组的布置上也没有采用传统的布置方式,变速齿轮的放置并不是按照档位的顺序排列的,这样相邻两个档位的变速齿轮就不会再共用一个同步器,这更是为实现动力的无缝传递提供了技术保证。结构布置如图5所示。
  工作过程
  当汽车挂上1档起步行驶时,控制奇数档输入的离合器1接通,使连接奇数档的实心输入轴转动,1档同步器自动与低速档输出轴上的1档齿轮啮合,实现与低速档输出轴联动。动力传递路线如图6(a)中实线和箭头所示,在低速输出轴的末端有一斜齿轮,依靠这个斜齿轮将动力输出到差速器,再传递给最终输出轴。在1档同步器和1档齿轮相啮合的同时,2档同步器也在电控组件的控制下和2档齿轮相啮合,处于工作待命状态。再看2档的动力传输路线,当变速器挂入1档后,控制偶数挡位输入轴的离合器2是分离的,因而此时处于与发动机动力完全断开的状态,如图6(a)中虚线和箭头所示的路线,此时连接偶数档的套筒(空心)输入轴虽然在2档齿轮的带动下也会转动,但其完全是在跟随着其他奇数档的齿轮转动,并没有任何动力的输出,仅是为接下来的升档做预先准备。因此偶数档位的输入轴也就不会对奇数档输入轴的动力造成干涉,高速档的输出轴也会跟随转动,但同样是处于空转状态,没有任何动力的输出,所以在动力输出上没有任何动力发生相互干涉。
  变速器进入2档时,当踩下1档离合器退出1档的同时,离合器2连接,挂上2档如图6(b)中实线和箭头所示,与此同时,3档又预先结合如图6(b)中虚线和箭头所示,如此连续的进行工作,使得变速器在入档和摘档时完全没有间隙。所以在DCT变速器的工作过程中总是有2个档位是结合的,一个正在工作,另一个则为下一步做好准备。控制偶数档的离合器在电控单元的控制下,与发动机的动力输出端结合,控制奇数档输入轴的离合器与发动机的输出端断开,就完成了输入轴的动力切换,这一过程中,两个离合器完全是同步进行的,而不再会像传统的单离合器变速器那样,在离合器与发动机的动力输出端断开时,会出现动力中断的现象。在完成了二档动力切换同时,控制三档的同步器也会在电控部件的控制下,与三档变速齿轮箱啮合,使三档的传动齿轮处于待命状态。
  除了升档时,DSG会使更高档位处于待命状态以外,在超速档时,同样可以为降档实现待命状态,加快降档时间。
  DCT在国内市场的前景分析
  由于DCT是基于平行轴式手动变速器发展而来的,因此它在继承了手动变速器传动效率高、安装空间紧凑、质量轻、价格低等优点的同时,又具有自动变速器起步和换档品质优良的特性,具有广阔的发展前景和推广应用的显著优势,主要表现在如下几个方面:
  DCT几乎不受传递功率的限制,可以广泛应用于各种车辆。
  DCT的生产成本低。
  由于DCT是基于手动变速器发展而来,动力传递仍然是依靠离合器和齿轮,复杂程度底,国内的齿轮传动零部件制造技术比较成熟,大多数变速器生产厂家有一定的技术基础。为发展DCT技术提供了条件。
  DCT的生产装置可通过对现有的手动档变速器生产线稍加改造便可使用,因此对于手动变速器生产厂产品升级过程周期短新增投资较少,生产继承性好。
  由于变速器的需求范围很广,DCT技术(齿轮传动技术+自动控制技术)的应用将不仅只限于汽车变速器,在其他运输机械行业,也能产生同样应用的效应。
  我国汽车工业起步较晚,现阶段的生产线也多以生产手动档变速器为主,在自动变速器正处于高增长期的今天,国产汽车的自动变速器主要还是在依靠进口,因此发展DCT产品对提高我国自动变速器的自主开发能力必将会产生积极的推动作用。同时也与我国工业基础相适应。

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