浅谈双离合自动变速器的原理及应用

一、双离合自动变速器简介

科技的创新让驾驶者从繁琐而疲倦的换挡过程中解脱出来，时下，装备自动变速器的车型已经占据了轿车市场的半壁江山。然而，传统的自动变速器在动力方面的损失较大，发动机有相当一部分的动力在变速器的动力传递过程中被吞噬掉了。与手动变速器相比，自动变速器在损失动力的同时也会相应地增加油耗。

如何能在便捷和性能方面找到更合理的解决方式呢?双离合自动变速器也许是一条比较好的出路。20世纪90年代末期，大众和博格华纳合作生产了第一款适用于大批量生产和应用于主流车型的双离合变速器。双离合技术使得手动变速器具备自动性能，同时大大改善了汽车的燃油经济性。应用该技术，可以保证变速器在换挡时消除汽车动力中断现象。

博格华纳为双离合自动变速器开发的DuaITronic双离合自动变速干式离合器和控制系统已于2003年批量生产，配套于大众奥迪革新产品DSG(直接换挡变速器)，最先应用于2003款大众高尔夫R32和奥迪TT上。博格华纳的双离合自动变速器因其产品创新和加工精细而赢得了2005年度北美供应商超级大奖。该变速器设计特点是模块化：离合器、机械电子单元和变速器分别构成一个单元；运用干式双离合器；机械电子单元和机械变速器具有单独的机油系统，一次性加注，无需更换；具有4轴7挡并且无油／水热交换器。如图1、图2所示。

双离合自动变速器基于手动变速器基础之上。而与手动变速器所不同的是，双离合自动变速器的两幅离合器与二根输入轴相连，换挡和离合操作都是通过一集成电子和液压元件的机械电子模块来实现，而不再通过离合器踏板的操作。就像液力自动变速器一样，驾驶员可以手动换挡或将变速杆处于全自动D挡(舒适型，在发动机低速运行时换挡)或S挡(任务型，在发动机高速运行时换挡)模式，此种模式下的换挡通常由挡位和离合执行器实现。两幅离合器各自与不同的输入轴相连，如图3所示。离合器1通过实心轴与挡位1、3、5相连，离合器2则通过空心轴与挡位2、4、6和倒挡相连。

通俗的说，这种变速器就如同有两个离合器，一个控制1、3、5、7挡，一个控制2、4、6、R挡。使用一挡的时候二挡已经准备好了，所以换挡时间大大缩短，没有延时。

二、双离合自动变速器车型列举

1　大众DSG双离合器变速器

很多国人对于双离合变速器的认识是从DSG开始的。当然，大众的“双离合”也比较具有代表性，其旗下大部分进口车型也都配有DSG，如高尔夫GTI，EOS，迈腾和尚酷等。

大众EOS采用的就是DSG双离合变速器。不过，当前大众共有两款DSG双离合变速器，在大众内部代号分别为D0250和DQ200，从直观数据上分析，代号D0250的DSG有6个挡位，能承受最大扭矩为350Nm，主要用于高排量或主打操控性的车型，如高尔夫GTI和09款迈腾；而DQ200则是7速双离合变速器，能承受最大扭矩为250Nm，主要搭载于中低排量的车型，如高尔夫6、速腾等。

2　沃尔沃Powershift双离合器变速器

与大众所采用的干式离合器的DSG变速器不同，沃尔沃Powershift采用的是湿式双离合器，它将离合器片浸泡在机油之中来对其进行冷却。离合器可以将动力输送给6个挡位中的任何一个，由电脑控制的离合器根据汽车速度和转速对驾驶者的换挡意图做出判断，可以预选择下一挡位从而实现挡位的快速切换。

Powershift变速器可以设定在电脑控制的“自动”模式之下，或者利用方向盘上的拨片来实现手动换挡。搭载2.0升四缸涡轮柴油机的沃尔沃C30、S40和V50是首批配备这款变速器的车型，虽然这台发动机的最大功率和扭矩分别为136马力和320Nm，但这种双离合变速器可承受的最大扭矩输出达到450Nm。

三、技术分析

1　双离合器扭矩传递路线

从动轴的扭矩传递路线和大众以往的手动变速器的传递路线基本一致，但要注意的是，双离台器使得从动轴上的同步器可以实现提前挂挡。双离合器安装在变速器壳体内，由两个传统离合器结合在一起，构成一个双离合器，称作K1和K2。离合器K1通过花键将扭矩传递给输入轴1，输入轴1将1挡和3挡的扭矩继续传递给输出轴1，将5挡和7挡的扭矩传递给输出轴2。离合器K2通过花键将扭矩传递给输入轴2，后者将2挡和4挡的扭矩继续传递给输出轴1；将6挡和倒车挡的扭矩传递给输出轴2。此后，扭矩通过倒车挡中间齿轮R1继续传递给输出轴3的倒车挡齿轮R2。所有三个输出轴都与差速器的主减速器齿轮连接，如图3所示。

双离合器主动轮支撑环将扭矩传递给双离合器内的主动轮。支撑环与主动轮彼此固定连接在一起。主动轮以浮动轮方式支撑在输入轴2上。如果操纵了其中一个离合器，则扭矩会通过主动轮传递给相应的离合器从动盘，然后继续传递给相应的输出轴，如图4所示。

2　离合器的工作

双离合器中有两个独立的干式离合器。这些离合器分别将扭矩传递给一个子变速器。离合器可以处于两个位置：发动机停机和怠速运转时，两个离合器分离；行驶状态时，两个离合器中始终只有一个离合器接合。离合器K1将1、3、5和7挡的扭矩传递给输入轴1，离合器K2未操纵。

离合器K1操纵时，接合杆将接台轴承压向盘形弹簧，这种压力运动在多个转向点处转换为拉力运动。因此，将离合器压盘拉向离合器从动盘以及主动轮，扭矩传递给输入轴，如图5所示。离合器K1已操纵。

离合器K2将2、4、6和R挡的扭矩传递给输入轴2。K2操纵接合杆时，接合轴承压向离合器压盘的盘形弹簧。由于盘形弹簧支撑在离合器壳体上，因此离合器压盘压向主动轮，扭矩传递给输入轴2，如图6所示。离合器K2已操纵。

3　输入轴的结构

输入轴安装在变速器壳体内，每个输入轴都通过花键与一个离合器连接。输入轴根据当前所挂挡位将发动机扭矩传递给输出轴。输入轴2为中空轴，输入轴1穿过中空的输入轴2。每个轴上都有一个将输入轴支撑在变速器壳体内的球轴承，如图7所不。

输入轴1通过花键与离合器K1连接，通过输入轴1可换到1、3、5、7挡。变速器输入转速传感器Y的脉冲信号轮位于该轴上，用于获取变速器输入转速，如图8所示。

输入轴2采用空心轴结构．该部件通过花键与K2连接，通过输入轴2可换到2、4、6和DR挡。变速器输入转速传感器X的齿轮位于该轴上，用于获取变速器输入转速，如图g所示。

四、双离合自动变速器的前景

复杂精确的双离合器操控系统实现了换挡过程中发动机动力不间断的传递，使操控便利舒适，为驾驶者提供了更富动感的驾驶感受。当然，快速的换挡离不开D0200变速器的核心控制系统，包括：一个机电控制模块、带有多个独立传感器的控制阀组件以及执行机构。机电控制模块收集并处理传感器的信号数据，对双离合器、换挡齿轮、液压系统压力等进行控制。另外，该系统还应用了调节阀、转换阀等许多液压阀。DSG变速器的数据信息通过一个插入式通讯接口在机电控制模块和整车电气系统之间进行交换。通过这个接口，整车和发动机的数据信息也传递到DSG变速器的控制系统上。

D0200变速器长369mm，重量仅为70Kq，由大约400个零部件组成。7挡DSG突出的亮点是采用“干式”双离合器，与采用在冷却油槽中以“湿式”运行多片式双离合器的6挡DSG相比，这一设计使变速器系统的效率显著提高。D0200变速器省去了吸滤器、油冷器以及变速器壳体中的高压油管。另外．D0200的电液控制独立于变速器油的循环系统之外，该系统可以设定更高的系统工作压力，使执行机构的效率提高。

7挡DSG配合90kW TS1发动机令高尔夫轿车创造了平均油耗5.9L／100km的低油耗新记录。而配备90kW TSI发动机、6挡手动变速器的高尔夫百千米的油耗为6.3升。同时，CO2排放也从149g／km降低到139g／km。与传统自动变速器相比，DSG可以降低油耗达20％。

在自动挡车型被越来越多消费者认可的情况下，配备双离合自动变速器的轿车市场也越做越大。比如，大众汽车在全球每年大约销售40万辆装备D0200变速器的轿车，包括装备6挡D0200变速器的Golf、帕萨特等。截至目前，凡是安装有双离合自动变速器的汽车都出色地解决了减排和节省燃料的双重任务。由此可见，双离合自动变速器经受住了市场的考验。