雙離合變速器技術(shù)綜述

李風(fēng)邑

摘?要：本文以雙離合變速器的專利申請(qǐng)為基礎(chǔ)，研究了雙離合變速器的結(jié)構(gòu)和技術(shù)發(fā)展，為進(jìn)一步研究提供了相關(guān)參考。

關(guān)鍵詞：雙離合;dual clutch;direct shift gearbox;技術(shù)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(gè)：第一，改變傳動(dòng)比，進(jìn)而改變扭矩和轉(zhuǎn)速;第二，實(shí)現(xiàn)汽車倒擋行駛;第三，中斷動(dòng)力傳遞，實(shí)現(xiàn)空擋等。

變速器按照操控方式可分為手動(dòng)變速器和自動(dòng)變速器，手動(dòng)變速器是由駕駛員手動(dòng)操縱變速桿進(jìn)行換擋的變速器，而自動(dòng)變速器是由車輛的自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)車輛的負(fù)荷和速度自動(dòng)進(jìn)行換擋的變速器。自動(dòng)變速器又分為機(jī)械式自動(dòng)變速器、雙離合自動(dòng)變速器、液力自動(dòng)變速器和無(wú)級(jí)變速器。其中，雙離合變速器有著良好的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和乘坐舒適性等優(yōu)點(diǎn)，且整體處于發(fā)展階段，是適合重點(diǎn)研發(fā)的自動(dòng)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(guò)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(guò)風(fēng)冷散熱。雙離合變速器的特點(diǎn)在于，兩個(gè)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(dòng)力，使得動(dòng)力不間斷的輸出。

設(shè)雙離合變速器的離合分別為C1和C2，則其換擋過(guò)程為：在一擋時(shí)，離合器C1結(jié)合，同步器與對(duì)應(yīng)的輸出軸一擋齒輪結(jié)合，在將要升二擋的時(shí)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(jìn)入二擋的過(guò)程中，處于結(jié)合狀態(tài)的離合器C1分離，同時(shí)處于分離狀態(tài)的離合器C2結(jié)合，變速器直接進(jìn)入二擋。在二擋即將升三擋的時(shí)候，同步器提前與離合器C1對(duì)應(yīng)的輸出軸的三擋齒輪結(jié)合，在進(jìn)入三擋的過(guò)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(jìn)入三擋，在其他擋位變換的時(shí)候執(zhí)行類似的動(dòng)作。因此，兩個(gè)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(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力不間斷的輸出。

二、雙離合變速器的技術(shù)發(fā)展

雙離合變速器的主要專利申請(qǐng)集中在德國(guó)、中國(guó)、日本、美國(guó)等國(guó)家，其中德國(guó)、日本、美國(guó)是傳統(tǒng)的汽車強(qiáng)國(guó)，其工業(yè)基礎(chǔ)雄厚，且重視汽車核心部件之一的變速器的新技術(shù)的研發(fā)，因此成為雙離合變速器的主要專利申請(qǐng)國(guó)。國(guó)內(nèi)的申請(qǐng)人對(duì)雙離合變速器的研發(fā)起步較晚，但經(jīng)過(guò)十幾年的努力，積累了一定的技術(shù)，取得了較為豐碩的成果。

全球的雙離合變速器的重要申請(qǐng)人大部分為國(guó)外企業(yè)，其中德國(guó)采埃孚公司和舍弗勒公司在汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)方面均擁有雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)和很強(qiáng)的研發(fā)能力，是汽車制造商的變速器主要供應(yīng)商，同樣來(lái)自德國(guó)的大眾公司在汽車整車研發(fā)和制造方面具備先進(jìn)水平，同時(shí)可以看出德國(guó)企業(yè)對(duì)雙離合變速器的研發(fā)具有世界領(lǐng)先水平。來(lái)自美國(guó)的通用公司、韓國(guó)的大眾公司和日本的豐田公司均對(duì)雙離合變速器有深入的研究。中國(guó)的比亞迪公司和上海變速器公司對(duì)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(qǐng)了世界上第一個(gè)雙離合變速器的專利DE894204C，將手動(dòng)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(dòng)力傳遞通過(guò)兩個(gè)離合器連接兩根輸入軸，相鄰擋位的從動(dòng)齒輪交替與兩輸入軸的主動(dòng)齒輪嚙合，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的不間斷輸出。但當(dāng)時(shí)由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)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(jì)八十年代，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)成熟之后，雙離合變速器才真正在汽車上應(yīng)用。

1983年，公開(kāi)號(hào)為DE3343827A1的專利申請(qǐng)公開(kāi)了雙離合變速器的結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)，包括連接發(fā)動(dòng)機(jī)軸的液壓驅(qū)動(dòng)的雙離合器，其中一個(gè)離合器連接的內(nèi)軸輸出一、三、五擋和倒擋，另一個(gè)離合器連接的嵌套在內(nèi)軸上的外軸輸出二、四擋，兩個(gè)離合器分別由兩個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)，控制設(shè)備包括電液壓力調(diào)節(jié)先導(dǎo)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(duì)離合器踏板進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)了雙離合變速器的精確控制。

1987年，公開(kāi)號(hào)為DE19631983C1的專利申請(qǐng)公開(kāi)了雙離合變速器齒輪的接合方法，其結(jié)構(gòu)為兩個(gè)齒輪輸入軸和一個(gè)齒輪輸出軸，每個(gè)輸入軸通過(guò)一個(gè)摩擦式離合器與發(fā)動(dòng)機(jī)連接，在應(yīng)用的過(guò)程中，其中一個(gè)離合器輸出發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩，同時(shí)另一個(gè)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(gè)離合器能夠交替輸出動(dòng)力，這為后續(xù)的雙離合變速器的發(fā)展墊定了基礎(chǔ)。

2004年，公開(kāi)號(hào)為US20030747993A的專利申請(qǐng)公開(kāi)了用于混合動(dòng)力汽車的雙離合變速器，將發(fā)動(dòng)機(jī)作為第一動(dòng)力源，將電動(dòng)機(jī)作為第二動(dòng)力源，雙離合變速器均與發(fā)動(dòng)機(jī)連接，其中一個(gè)離合器的輸出軸與電動(dòng)機(jī)連接，這樣可以在車輛加速過(guò)程中由電動(dòng)機(jī)提供附加的轉(zhuǎn)矩來(lái)減小發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，同時(shí)減小發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸從而改善燃油經(jīng)濟(jì)性。

2017年，公開(kāi)號(hào)為CN107120390A的專利申請(qǐng)公開(kāi)了用于機(jī)動(dòng)車輛的雙離合變速器，其將兩個(gè)離合器配置為連接發(fā)動(dòng)機(jī)與輸入軸，并設(shè)置平行于輸入軸的兩個(gè)中間軸，以及設(shè)置在兩個(gè)中間軸中的聯(lián)接裝置，其中聯(lián)接裝置是雙作用設(shè)計(jì)，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(gè)前進(jìn)擋和兩個(gè)后退擋。

以上專利申請(qǐng)從不同角度對(duì)雙離合變速器進(jìn)行了改進(jìn)，體現(xiàn)了雙離合變速器的技術(shù)發(fā)展路線和未來(lái)研究方向。

三、總結(jié)與展望

雙離合變速器經(jīng)過(guò)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，而近幾年的雙離合變速器的研究已經(jīng)由傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)加變速器向混合動(dòng)力加變速器轉(zhuǎn)變，尤其是如何對(duì)雙離合變速器進(jìn)行布置和控制能使混合動(dòng)力車輛減小能源消耗，已經(jīng)成為雙離合變速器的重點(diǎn)研究方向。而在不久的將來(lái)，在純電動(dòng)汽車日益普及的趨勢(shì)下，如何使雙離合變速器在純電動(dòng)汽車中發(fā)揮出重要的作用也許是雙離合變速器未來(lái)的發(fā)展方向。