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双离合变速器

出处:爱卡汽车网 爱卡汽车网 汽车论坛 汽车报价 [ ]

 

  双离合变速器

 

有什么用?

•换挡顺畅,没有一般自动变速器的换挡顿挫感。

•节油并可高效利用发动机产生的动能,技术先进。

双离合变速箱

 

缺点:

•变速箱结构复杂,后期保养开销高。

•多年研发试验质量渐趋稳定,但个别新车用户因故障更换过DSG变速箱。

•变速箱过热,性能有所衰减。

误区:

    不是仅有大众拥有双离合技术。DSG只是大众对自己买断的双离合技术专有称谓而已。Powershift双离合器变速箱是由福特集团与变速箱大厂格特拉克(Getrag)共同研发。PDK:Porsche DoppelKupplung(保时捷双离合变速箱),双离合器变速箱为保时捷公司的独创技术,近来年因为大众汽车的大力推行,而在市场上也获得了极高的知名度。

双离合变速箱

 

原理:

    双离合变速箱结合了手动变速箱和自动变速箱的优点,没有使用变矩器,转而采用两套离合器,通过两套离合器的相互交替工作,来到达无间隙换挡的效果。两组离合器分别控制奇数挡与偶数挡,具体说来就是在换挡之前,DSG已经预先将下一挡位齿轮啮合,在得到换挡指令之后,DSG迅速向发动机发出指令,发动机转速升高,此时先前啮合的齿轮迅速结合,同时第一组离合器完全放开,完成一次升挡动作,后面的动作以此类推。

    因为没有了液力变矩器,所以发动机的动力可以完全发挥出来,同时两组离合器相互交替工作,使得换挡时间极短,发动机的动力断层也就非常有限。作为驾驶者我们最直接的感觉就是,切换挡动作极其迅速而且平顺,动力传输过程几乎没有间断,车辆动力性能可以得到完全的发挥。与采用液力变矩器的传统自动变速器比较起来,由于DSG的换挡更直接,动力损失更小,所以其燃油消耗可以降低10%以上。

    不过与传统的自动变速器比起来,DSG也存在一些固有的弊端,首先就是由于没有采用液力变矩器,又不能实现手动变速器“半联动”的动作,所以对于小排量的发动机而言,低转速下的扭矩不足的特性就会被完全暴露出来;其次,由于DSG变速器采用了电脑控制,属于一款智能型变速器,它在升/降挡的过程中需要向发动机发出电子信号,经发动机回复后,与发动机配合才能完成升/降挡。大量电子元件的使用,也增加了其故障出现的机率。

    双离合自动变速器(简称DCT)基于手动变速箱基础之上。而与手动变速箱所不同的是,DCT中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操作。就像tiptronic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。如果离合器1通过实心轴与挡位1、3、5相连,那么离合器2则通过空心轴与挡位2、4、6和倒挡相连。通俗的说就是,这种变速箱形式就有两个离合器,一个控制1、3、5档,一个控制2、4、6档。使用一档的时候二档已经准备好了,同理,所以换档时间大大缩短,没有延时。

    双离合是一种既能传递动力,又能切断动力的传动机构。它的作用主要是保证汽车能平稳起步,变速换挡时减轻变速齿轮的冲击载荷并防止传动系过载。在一般汽车上,汽车换档时通过离合器分离与接合实现,在分离与接合之间就有动力传递暂时中断的现象。这在普通汽车上没有什么影响,但在争分夺秒的赛车上,如果离合器掌握不好动力跟不上,车速就会变慢,影响成绩。

    当汽车正常行驶的时候,一个离合器与变速器中某一档位相连,将发动机动力传递到驱动轮;电脑根据汽车速度和转速对驾驶者的换档意图做出判断,预见性地控制另一个离合器与另一个档位的齿轮组相连,但仅处于准备状态,尚未与发动机动力相连。换档时第1个离合器断开,同时第2个离合器将所相连的齿轮组与发动机接合。除了空档之外,一个离合器处于关闭状态,另一个离合器则处于打开状态。  

    双离合器的利用比较有名的就是大众的DSG技术。1.DSG变速器的特点新一代DSG变速器采用了2个离合器和6个前进档的传统齿轮变速器作为动力的传送部件,这是目前世界上最先进的、具有革命性的自动变速器。  

    双离合变速器(Dual Clutch Transmission) DCT有别于一般的自动变速器系统,它基于手动变速器而又不是自动变速器,除了拥有手动变速器的灵活性及自动变速器的舒适性外,还能提供无间断的动力输出。而传统的手动变速器使用一台离合器,当换挡时,驾驶员须踩下离合器踏板,使不同挡的齿轮做出啮合动作,而动力就在换挡期间出现间断,令输出表现有所断续。

    DCT内含两台自动控制的离合器,由电子控制及液压推动,能同时控制两台离合器的运作。当变速器运作时,一组齿轮被啮合,而接近换挡时,下一组挡段的齿轮已被预选,但离合器仍处于分离状态;当换挡时,一台离合器将使用中的齿轮分离,同时另一台离合器啮合已被预选,在整个换挡期间能确保最少有一组齿轮在输出动力,从而不会出现动力中断的状况。为配合以上运作,DCT的传动轴运动时被分为两部分,一为实心的传动轴,另一为空心的传动轴。实心的传动轴连接了1、3、5及倒挡,而空心的传动轴则连接2、4及6挡,两台离合器各自负责一根传动轴的啮合动作,引擎动力便会由其中一根传动轴做出无间断的传送。  

    与传统的手动变速器相比,DSG使用更方便,因为说到底,它还是一个手动变速器,只是使用了DCT的新技术,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,DCT比手动变速器换挡更快速、顺畅,动力输出不间断。基于DCT的特性及操作模式,DCT系统能带给驾驶者有如驾驶赛车般的感受。另外,它消除了手动变速器在换挡时的扭矩中断感,使驾驶更灵敏。基于其使用手动变速器作为基础及其独特的设计,DCT能抵御高达350牛•米的扭力。

双离合变速箱

 

 如图,离合器1负责1档、3档、5档和倒档,离合器2负责2档、4档和6档;挂上奇数档时,离合器1结合,输入轴1工作,离合器2分离,输入轴2不工作,即在DSG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;手动模式下可以进行跳跃降档:如果起始档位和最终档位属于同一个离合器控制的,则会通过另一离合器控制的档位转换一下,如果起始档位和最终档位不属于同一个离合器控制的,则可以直接跳跃降至所定档位。

    AMT的结构较自动变速箱效率更高,而DSG除了拥有手动变速箱的灵活及自动变速箱的舒适外,它更能提供无间断的动力输出,这完全有别于两台自动控制的离合器。DSG基本由几个大项组成:两个基本3轴的6前速机械波箱、一个内含两套多瓣式离合片的电子液压离合器机构、一套波箱ECU。不同于普通的双轴波箱,或者单输入轴系统,DSG波箱除了具有双离合器外,更具备同轴的双输入轴系统,而且将6个前进档分别置于两边各自的从动轴上。传统的手动变速箱使用一台离合器,当换挡时驾驶员须踩下离合器脚踏,令不同挡的齿轮作出齿合动作,而动力就在换挡其间出现间断,令输出表现有所断续。

    DSG则可以想象为将两台手动变速箱的功能合二为一,并建立在单一的系统内。DSG内含两台自动控制的离合器,由电子控制及液压推动,能同时控制两组离合器的运作。当变速箱运作时,一组齿轮被齿合,而接近换挡之时,下一组挡段的齿轮已被预选,但离合器仍处于分离状态;当换挡时一具离合器将使用中的齿轮分离,同时另一具离合器齿合已被预选的齿轮,在整个换挡期间能确保最少有一组齿轮在输出动力,令动力没有出现间断的状况。

    要配合以上运作,DSG的传动轴被分为两条,一条是放于内里实心的传动轴,而另一条则是在外面套着的空心传动轴;内里实心的传动轴连接了1、3、5及后挡,而外面空心的传动轴则连接2、4及6挡,两具离合器各自负责一条传动轴的齿合动作,引擎动力便会由其中一条传动轴作出无间断的传送,考虑到零件使用寿命,设计人员选择了油槽膜片式离合器,离合器动作由液压系统来控制。

    由于使用2套离合器并且在换挡之前下一档位已被预选齿合,因此DSG的换挡速度非常的快,只需不到0.2秒的时间,下一档已经进去了,比最好技术的专业车手的手动变速还快,因此使用同一辆车使用DSG比使用MT的加速成绩来得要快。

    在实际驾驶中,DSG给人的感觉是在整个换挡过程感觉不到一点点顿挫或推拉,仅仅是从转速表上可以反映出挡位在变动。此外,DSG还有多种驾驶模式,比如运动模式,在电子程序的帮助下该模式的加挡明显迟缓而减挡则有了很大的改进,换挡时间也调得更短,犹如驾驶跑车一般。驾驶员还可以通过搬动换挡杆或按一下方向盘上的按钮随时将自动模式切换到手动模式,提供富有动感的驾驶方式。方向盘两边的换挡按钮能使驾驶员在不触动换挡杆的情况下就可以进行加挡或减挡的动作,就像F1车手驾驶F1赛车一样。在激烈的驾驶环境下,例如高速弯道时,手动换挡往往显得非常有必要,在DSG的帮助下,驾驶员在换挡的过程中还能体验到油门自动增加的特殊乐趣。

    DSG变速器的结构:DSG变速器主要由多片湿式双离合器、三轴式齿轮变速器、自动换档机构、电子控制液压控制系统组成。其中最具创意的核心部分是双离合器和三轴式齿轮箱,如下图所示。DSG变速器有2根同轴心的输入轴,输入轴1装在输入轴2里面。  输入轴1和离合器1相连,输入轴1上的齿轮分别和1档齿、3档齿、5档齿相啮合;输入轴2是空心的,和离合器2相连,输入轴2上的齿轮分别和2档齿、4档齿、6档齿相啮合;倒档齿轮通过中间轴齿轮和输入轴1的齿轮啮合。  

    通俗地讲,离合器1管1档、3档、5档和倒档,在汽车行驶中一旦用到上述档位中任何一档,离合器1是接合的;离合器2管2档、4档和6档,当使用2、4、6档中的任一档时,离合器2接合。  

    DSG变速器的多片湿式双离合器的结构和液压式自动变速器中的离合器相似,但是尺寸要大很多。利用液压缸内的油压和活塞压紧离合器,油压的建立是由ECU指令电磁阀来控制的,2个离合器的工作状态是相反的,不会发生2个离合器同时接合的情形。DSG变速器的档位转换是由档位选择器来操作的,档位选择器实际上是个液压马达,推动拨叉就可以进入相应的档位,由液压控制系统来控制它们的工作。在液压控制系统中有6个油压调节电磁阀,用来调节2个离合器和4个档位选择器中的油压压力,还有5个开关电磁阀,分别控制档位选择器和离合器的工作。  

    DSG变速器的工作:DSG变速器的工作过程比较特别,在1档起步行驶时,动力传递路线如图中直线和箭头所示,离合器1接合,通过输入轴1到1档齿轮,再输出到差速器。同时,图中虚线和箭头所示的路线是2档时的动力传输路线,由于离合器2是分离的,这条路线实际上还没有动力在传输,是预先选好档位,为接下来的升档做准备的。档变速器进入2档后,退出1档,同时3档预先结合,如下图中动力传递路线所示。所以在DSG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。DSG变速器在降档时,同样有2个档位是结合的,如果4档正在工作,则3档作为预选档位而结合。DSG变速器的升档或降档是由ECU进行判断的,踩油门踏板时,ECU判定为升档过程,作好升档准备;踩制动踏板时,ECU判定为降档过程,作好降档准备。一般变速器升档总是一档一档地进行的,而降档经常会跳跃地降档,DSG变速器在手动控制模式下也可以进行跳跃降档,例如,从6档降到3档,连续按3下降档按钮,变速器就会从6档直接降到3档,但是如果从6档降到2档时,变速器会降到5档,在从5档直接降到2档。在跳跃降档时,如果起始档位和最终档位属于同一个离合器控制的,则会通过另一离合器控制的档位转换一下,如果起始档位和最终档位不属于同一个离合器控制的,则可以直接跳跃降至所定档位。

双离合变速箱

 

扩展阅读:

    DCT的核心技术仅掌握在美国博格华纳(BorgWarner)和德国舍弗勒(Schaeffler)集团手中。博格华纳是大众第一代六速DSG(大众的DCT)关键技术的提供者,为大众DSG提供湿式双离合。今年春天,大众发布了新一代干式七速双离合变速器,由德国舍弗勒集团旗下的LuK公司提供。

•大众——DSG双离合器变速箱

    很多国人对于双离合变速器的认识也是从DSG开始。当然,大众的“双离合”也是比较有代表性的,旗下大部分进口车也都配有DSG,如高尔夫GTI,EOS,迈腾和尚酷等。不过,现今大众其实共有两款DSG双离合变速器,在大众内部代号分别为DQ250和DQ200,从直观数据上分析,代号DQ250的DSG有六个挡位,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和即将上市的09款迈腾;而DQ200则是七速双离合变速器,能承受最大扭矩为250NM,主要搭载于中低排量的车型,如下半年上市的高尔夫6、速腾等。

•福特——POWERSHIFT双离合器变速箱

    与大众最近采用干式离合器的DSG变速箱不同,Powershift采用的是湿式双离合器——浸泡在里的离合器片对离合器进行和冷却——可以将动力输送给六个档位中的任何一个,由电脑控制的离合器根据汽车速度和转速对驾驶者的换档意图做出判断,可以预选择下一挡位从而实现档位的快速切换。  

    由于Powershift变速箱可以将箱设置在电脑控制的“自动”模式之下,或者利用盘设置的拨片手动模式实现换档,因此被福特形容为“将两个器合二为一”。搭载2.0升四缸涡轮柴油的C30、S40和V50是首批配备此种变速箱的车型。虽然这台的最大功率和扭矩分别为136马力和320牛米,但该器可承受的最大扭矩输出达到450牛米。

•保时捷——PDK双离合器变速箱

    PDK双离合器变速箱其原文为保时捷DoppelKupplungen,当然就是双离合器变速系统的德文,而PDK便是取名自德文原名中三个单字的前缀字母的组合。根据消息显示,这个全新的双离合器自手排变速系统作动原理与VW集团的DSG相同,也同样具备附在方向盘后方的换档拨片,让驾驶人手不需离开方向盘就可以进行换档控制的功能。  

    PDK双离合器变速箱同样具备两组离合器,分别负责奇数与偶数档位,不过目前还不清楚该系统将在何时上市或配备在市售车款上,但考虑到它的换档速度要比现在大多数普通的手排变速箱快很多,预计保时捷的大多数车款将把这个双离合器变速箱作为选购配备。

•三菱——TC-SST双离合器变速箱

    双离合器的结构是三菱在EVO 10代上独有的新系统采用了独特的换档控制技术。TC-SST没有使用传统的扭矩配置,而是代之以两个独立的离合器系统,一个系统用于偶数档,一个系统用于奇数档。两个离合器会在同一时间各选择一个档位。这样一来,汽车在脱离一个档位后自动挂上下一档,其换档速度远远快于手动操作速度,从而缩短了换档延迟和动力损失。除换档更加平稳外,TC-SST还提高了EVO的加速度 

    三菱的TC-SST提供了三种换档控制模式,分别适应不同的路面情况或驾驶风格。驾驶者通过操作杆底座旁边的开关既可轻松实现模式切换。在市区内行使时,可使用“普通模式“该模式下换档速度相对较慢,档位切换更加温和平稳,燃油经济性较好。在此模式下发动机的声音相对比较温柔。“运动模式”下档位变化速度较快,适用于在蜿蜒的山路上进行手动操作。在此模式下发动机窝轮的轰鸣声才渐显出来。“超级运动模式”在此模式下才能真正发挥出EVO的精髓,在小于10公里的时速下切换超级运动模式(为了是驾驶者更好的适应和驾驶所以建议在低于10公里时的速度时切换)在这时从一档起步塌上油门在7000转时自动换档这个时候才能真正体会到EVO的魅力所在。轰鸣声、推背感、紧张刺激的感觉在短短的两三秒钟随之而来150码以上的速度过弯也许有人说我夸张,也许会有人反对我的意见,但如果你真的驾驶过你就会明白。

发展历史:

    双离合变速箱起源来自赛车运动,它最早的实际应用是在80年代初的保时捷Prosche 962C和1985年的奥迪Audi sport quattro S1 RC赛车上,但是因为耐久性等问题经过了十余年的改进后,才真正被普通量产车所应用。时至今日DSG这项技术已经有20余年的历史,在技术方面已经非常成熟了。

    1940年,Darmstadt大学教授Rudolph Franke第一个申请了双离合器变速器专利,该变速器曾经在卡车上试验过,但是没有投入批量生产。随后保时捷也发明了专用于赛车的双离合变速器(PDK Porsche DoppelKupplungen)。然而,在那个时代,未能成功将DCT/PDK技术投入批量生产。  

    1985年,奥迪将双离合器技术应用于赛车场上,当时被命名为“Audi Sport Quattro S1赛车配合双离合器技术”。双离合器技术使奥迪赛车驰骋于当时的各大越野赛场,获得多项赛事的胜利。  

    到了20世纪90年代末期,大众公司和博格华纳携手合作生产第一个适用于大批量生产和应用于主流车型的DualTronic(R) 技术双离合变速器。  

    博格华纳公司通过使用新的电子液压元件使DCT变成了实用性很强的变速器。2002年,DCT应用在德国大众高尔夫R32和奥迪TT V6上。2003年,其相继推广到高尔夫等其他车型上。   

    2004年,DCT在德国大众途安(Touran)车型上首次与TDI柴油发动机匹配。DCT因其优秀的燃油经济性而在欧洲成为“新宠”。博格华纳的DCT新项目计划今年(2007年)投产,主要为豪华型乘用车、跑车配套,全年产能为60万套。