双离合器变速器(DCT)发展趋势分析

对于汽车驾驶者来说，手动变速器带来的驾驶乐趣和自动变速器带来的便利性是一对突出的矛盾，而双离合器自动变速器(DCT)能够解决这个矛盾。DCT综合了液力机械自动变速器(AT)和电控机械自动变速器(AMT)的优点，传动效率高、结构简单、操作便利、无动力中断且能较好的与柴油发动机匹配，不仅保证了车辆的动力性和经济性，而且改善了车辆运行的舒适性。

根据相关机构对OEM配套和售后市场的综合调研及分析，预计，到2015年DCT在欧洲变速器市场所占的份额达到29%；而在亚太(不含日本)市场，DCT的销售也将快速增长，到那时的份额可达13%(图1)。

若把这个数据与2005年的状况相比，则清晰地表明DCT的应用将在10年跨出一大步。

1  DCT的发展现状

双离合器变速器的概念创始厂1933年，出现在Kegresses的专利中。经过数十年的技术完善，2002年大众汽车公司首次将双离合器直接换挡变速器(DSG)应用到大众高尔大量产车上，实现了DCT的产品化。至2007年底，各种应用DSG的轿车已累计销售超过100万辆。

第1代DSG主要结构的特点：

1)采用并排布置的2个湿式离合器；

2)6个前进挡和1个倒挡；

3)变速器的挡位按奇数挡(1，3，5，R挡)与偶数挡(2，4，6挡)分开配置，并分别与2个离合器相联；

4)2个离合器的输出轴分别为1个实心轴和1个套在实心轴外面的空心轴，2个输出轴是同心的，这样的结构使变速器变得更加紧凑。

第1代DSG按照车辆的驱动形式可分为两类：一类是大众高尔夫GTI等前置前驱(PF)汽车采用的三轴式DSG(图2)，其轴向长度短，适用于前置前驱汽车，但机械结构较复杂；另一类是奥迪Roadjet等前置后驱(FR)汽车采用的两轴式DSG(图3)，其机械结构比三轴式DSG简单，但由于轴向长度较长，只适用于前置后驱汽车。

大众汽车公司于2008午2月起在高尔夫系列轿车上配备第2代DSG(图4)。第2代DSG在保持整体体积与第l代三轴式DSG相近的基础上，增加了一个前进挡；并用2个前后布置的干式离合器替代了原来并排布置的湿式离合器。这2项变革将有助于提高汽车的经济性。

以2辆分别装备第l代6挡DSG和第2代7挡DSG的1.4 L高尔夫轿车为研究对象进行的对比实验表明(表1)，装备7挡DSG的高尔夫轿车，每行驶100km，CO2排放减少1kg；降低油耗0.4L。

2  干式与湿式离合器比较分析

DCT在换挡过程中存在2个离合器同时滑摩的阶段，会产生大量的热量。如果不及时散热，离合器摩擦而会产生局部高温，导致摩擦片的翘曲变形甚至烧结在一起，严重影响离合器的性能和寿命。所以离合器摩擦片的材料、耐磨性，摩擦系数及其摩擦面的油槽设计形式都是需要解决的关键问题。

与湿式离合器相比，干式离合器具有以下优点：

1)传动效率高，经济性好：

2)结构紧凑，质量轻；

3)成本低，维护费用低。

然而实际上由于干式离合器的热负荷性能差和使用寿命短等原因，限制了干式离合器的应用。因此，湿式离合器首先被应用在第1代DSG产品上。虽然采用湿式离合器DSG的轿车油耗比采用干式离合器要高出4%-6%，且离合器分离时拖动力矩较大，增加了额外的能量损耗。但其较好的热负荷性能和较长的使用寿命能保证DSG顺利地投入使用。

目前选择离合器的依据是：对负荷性能进行计算，将计算结果纳入负载指数：综合考虑离合器的效率、可靠性，使用寿命、油耗和性能等方而的要求，将检测得到的数据与能力指数进行对比。能力指数取决于离合器的规格大小，同时又与离合器的冷却性能、热性能和磨损有关。因此选择离合器时，不仅要考虑有着决定意义的负载因素和能力因素，而且要考虑离合器所传递的发动机功率，同时还要考虑是否有足够的空间容纳(图5)。研究表明，在输出扭矩为150-250 N·m的轿车中，使用干式离合器是较佳的选择。

3  DCT自动控制的关键技术

DCT的设想早在1933年就已经产生，虽然它具有出众的性能，但复杂的换挡过程是制约其投入实际应用的重要因素之  。驾驶手动变速器的汽车时，控制离合器和油门所需要的熟练配合就已经对驾驶者提出了较高的要求，让驾驶者同时控制油门和2个离合器的难度可想而知。而近年来电子技术的逐渐成熟促使DCT的发展进入了突飞猛进的阶段。

3.1  起步控制

车辆起步时，为了使2个离合器具有相近的使用寿命，并保证起步的快速和平顺性，可以便2个离合器同时进入滑摩状态，共同传递起步力矩实现车辆起步。由于起步工况的不确定性和驾驶员的操作意图随机地变化，要求起步离合器的控制算法应能够准确适应这些变化，具有较强鲁棒性的模糊控制算法能够满足实际应用需要。

3.2  换挡规律

研究换挡规律的主要目标是使汽车具有操纵灵活、安全可靠、动力性和经济性好等特点。当前先进的综合智能换挡规律是在传统的换挡规律基础上，参考优秀驾驶员的换挡操纵经验，综合考虑驾驶员类型、驾驶员意图，行驶环境和汽车的行驶状态，利用模糊控制和神经网络技术等智能控制技术，生成—个可使动力性、燃油经济性、废气排放和其他性能达到综合最优且符合驾驶员意愿的换挡规律。

3.3   换挡品质

离合器是靠摩擦元件所产生的摩擦力来传递扭矩的。除了结构参数外，摩擦扭矩主要取决于摩擦系数和离合器油缸的压紧油压。这两个因素在离合器的结合过程中都是变动的。合理地控制换挡过程中油压的变化规律，能够有效地限制变速箱辅出轴上的扭矩扰动，得到良好的换挡品质，使车速平稳地过渡。实际应用中的油压控制方法主要有缓冲阀和比例溢流阀等.经过模糊控制算法优化后的脉宽调制信号，通过改变比例溢流阀的电流来控制自动变速器的管路油压，从而改善换挡品质。

4  结论

DCT是基于平行轴式手动变速器发展而来的，它继承了手动变速器的优点，而且实现了动力换挡，这不仅保证了车辆的加速性，也极大地改善了车辆运行的舒适性。采用干式离合器的DSG具有传动效率高、经济性好及成本低等优点，克服了热负荷性能和使用寿命上的缺陷之后将会在轿车上得到大量应用。作为变速器家族的后起之秀，DCT的控制方法尚在研究与实践的过程中。模糊控制和智能控制等先进的控制方法有望提高DCT的性能，进而促使整车的行驶性能得到提高。