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中国双离合器自动变速器发展及展望 30109123 农机91 徐清城摘要: 介绍了双离合器自动变速器的发展概况, 通过对其结构、原理以及控制系统的分析, 得出双离合器自动变速器是最有发展前景的, 同时也是最适合中国国情的自动变速器。关键词: 自动变速器 双离合器 汽车英文摘要：Introduced the dual clutch automatic transmission, the development situation of the structure, principle through the analysis and control system, and concludes that the dual clutch automatic transmission is most the prospects of development, but also the most suitable for Chinas national conditions to be automatic transmission.英文关键词：Automatic transmission Dual clutch Car1.自动变速器的发展现状随着世界汽车工业的迅速发展， 车辆性能不断优化，电子化程度加强， 自动变速器中新型结构和装置相继涌现。自动变速器自从1904 年通用汽车公司的Cadillac汽车采用手操纵的三档行星齿轮变速器发展开始， 经历了自动变速前期、液力变速阶段、电控自动变速阶段、智能自动变速阶段四个阶段。尤其是现阶段自动变速器结构性能的不断提高及换挡理论的完善， 自动变速器已能按汽车的最佳油耗规律自动换档。鉴于其自身大量的优点， 故自动变速器在各种车辆中得到了广泛的运用。2 自动变速器的特点 汽车的变速器的任务是传递动力,并在动力传递过程中改变传动比,以调节或变换发动机的特性,同时通过变速以适应不同的驾驶要求。自动变速器可使汽车实现车速和扭矩的变化,简化操作, 降低驾驶疲劳和低污染。自动变速器的主要特点表现在以下几个方面。（1）高行车安全性及其良好的驾驶性能:车辆行驶过程中， 驾驶员必须根据道路和交通情况的变化对车辆的行驶方向和速度进行连续不断的频繁操作来改变和调节驾驶状态。这会导致驾驶员的注意力不集中并产生驾驶疲劳,造成交通事故发生率增加。自动变速的车辆,取消了离合踏板和变速操纵杆,只要控制油门踏板, 操纵油门大小代替变速就能实现自动变速,从而减轻了驾驶员的疲劳强度,使交通事故率降低,达到高行驶安全性。自动变速器换档不仅快而且平稳,液力传动和微电脑控制换档方式可以消除或降低动力传递冲击和动载,使汽车的驾驶舒适性得到了很大的提高。（2） 良好的燃油经济性和高环保。发动机在怠速和高速运行时,排放的废气中的有害气体浓度较高。自动变速器能通过系统的优化设计使发动机经常处于经济转速区域内运转,也就是在较小污染排放的转速范围内工作,从而获得最佳的燃油经济性和动力性,进而降低了环境的污染程度,保护了环境。（3） 简单的操纵性。自动变速器就可以根据需要进行自动加档和减档,省去了起步和换档时踩踏离合器、更换变速杆位置和放松油门等复杂的操作规程,大大减小了驾驶员的劳动强度,提高了汽车的平顺性和汽车的动力性能和通过性,减少了误车的可能性；避免了驾驶人员的异常操作。但自动变速器与手动变速器相比,其缺点是结构较复杂,零件加工难度大,生产成本较高,修理也较麻烦。另外自动变速器的传动效率不够高.3.自动变速器的工作原理及类型 自动变速器的工作原理是不需驾驶者操作离合器进行手动换档,而是根据车辆速度、发动机转速、动力负荷等因素自动进行升降档位。汽车驾驶中,驾驶员踏下加速踏板（油门踏板）,控制节气门开度和汽车的行驶速度（变速器输出轴转速）,就能自动控制变速器内的控制装置,控制装置会利用系统的离合器和制动器,以改变变速结构的传动状态达到不同的转速及转矩。其电子控制系统根据节气门位置传感器、车速传感器、水温传感器、液压温度传感器、发动机转速传感器、档位开关、刹车灯开关等数字信号,在设定的换档规律上使换档和锁止时间准确,令汽车运行更加平稳和节省燃油。目前世界上使用最多的汽车自动变速器主要有4 种类型： 液力自动变速器（AT）、电控机械式自动变速器（AMT） 和机械无级自动变速器（CVT） 和双离合自动变速器（DCT）。3.1液力自动变速器 （AT） 液力自动变速器是最早的自动变速器,AT 的基本结构形式。AT 主要由液力变矩器、星齿轮和换档操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。档位根据车速和负荷 (油门踏板的行程)来进行双参数控制这两个参数来自动升降。通过液体动量矩的变化来改变转矩的一种传动元件，其具有离合作用、无级连续变速、调节转矩大小，减少传扭转振动、防止传动系过载、对外负载有良好的自动调节和适应性等特点。其动力传递和基本控制系统。主要由动力、主油压、油压信号等控制路线。AT 的优越性是驾驶员仅通过脚踩油门踏板。便可实现自动变速， 免除了手动变速器繁杂的换档和脚踩离合器踏板的频繁操作。液力自动变速器的电力控制系统使得自动切换速度柔和、平稳，所以乘坐与驾驶都感觉很舒适。但其存在结构复杂、重量大、制造工艺复杂等缺点。3.2电控机械自动变速器 （AMT） 电控机械自动变速器结构是在手动齿轮变速器的基础上改造而成，应用微电子驾驶和自动变速理论增加自动变速操纵系统所组成。AMT 主要由自动离合器、齿轮式机械变速器和电子控制系统三大部件构成。即在 MT 总体结构不变的情况下改用电子控制来实现自动换档。AMT 控制单元（ECU）的输入信号主要有驾驶员的操纵（加速踏板的位置、制动踏板、档位位置、 转向盘等）、车辆的运行状态（车速、发动机转速、节气门开度、车速等）、道路路面状况 （坡道、弯道、颠簸路面等）三大类。ECU 根据 AMT 预先设定的换档规律、离合器控制规律、 发动机节气门自适应调节规律等产生输出信号对自动变速进行有效的控制。AMT 由于机械传动结构和 MT 基本相似，故具有高的传动效率、机构紧凑、工作可靠等优点但也存在控制参量繁多，控制部分的实现难度大等缺点。3.3无级变速器 （CVT） CVT 是速比无级变化的变速器。汽车中主要是指机械式的无级变速器，其中主要有盘式CVT 和带式 CVT 两种。其中盘式 CVT ，主要由输入轴、主动盘改变传动滚轮、输出轴、从动盘和传动滚轮等组成。通过改变传动滚轮的中心轴的方向，使得滚轮与主从动盘的接触点改变，从而改变传动半径，使得速比发生变化，实现无级变速。但是由于传力的接触点应力大，不易形成油膜润滑，其寿命和可靠性难以保证，故在实际使用中比较少。金属带式无级变速器主要包括主动轮组、从动轮组、 金属带和液压泵等基本部件。主动和被动工作轮由固定和可动两部分组成，形成 V型槽，与金属片构成的金属带啮合。当主、被动轮可动部分轴向移动时，相应改变驱动轮与从动轮传动带的接触半径，从而改变传动比。可动轮的轴向移动通过液压控制系统进行连续调节，实现无极变速。CVT 结构比传统变速器简单、体积更小，它既没有手动变速器的繁多齿轮副， 也没有自动变速器复杂的行星齿轮组，主要靠主、从动轮和传动实现速比的无级变化。3.4双离合自动变速器 （DCT） 1940 年，Darmstadt 大学教授 Rudolph Franke 第一个申请了双离合变速器专利，并在货车上进行了装车试验，但因当时电控系统发展缓慢，故没能投入批量生产。随着电子控制技术的发展，国内外各大汽车厂商都投入了较大力量对 DCT 进行研究和开发，并开发出了多种形式的 DCT产品。 DCT 的结构主要由双离合器、空心轴及其内部的心轴、两个平行的分变速器、 控制器和油泵组成。发动机力矩通过 DCT 之前的双质量飞轮滤波后进入变速箱输入端，该输入端与双离合器壳体固接。外圈的离合器 K1 与输入轴 1 连接，内圈的离合器 K2 与输入轴连接，实心轴（输入轴 1）及空心套筒轴（输入轴 2）组合而成的同心双传动轴结构，两传动轴之间有滚针轴承。输入轴 1 驱动奇数档位（1、 3、 5、 档）齿轮，输入轴驱动偶数档位（2、4、6 档）及倒车档齿轮。因为输出轴1 和输出轴 2 上的各档齿轮都是空套在轴上， 故可以实现控制偶数档的离合器在电控单元的控制下，与发动机的动输出端结合，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，会出现动力中断的现象。 其中可以实现预挂档的功能，可以使得动力不中断挂档的功能得以实现。其中 DCT 变速器的控制系统电控单元（ECU）采集各个传感器的信号，其中主要包括转速、扭矩信号；模拟量信号；其它输入量信号等，并且实现实时在线闭环控制对车辆的运行状态进行识别与判断。在需要进行换档等操作时，ECU 发出指令，控制离合器及同步器换档机构实现 2 个离合器与变速器同步换档动作的操纵。离合器和换档操纵机构的动力由电机进行控制。综上所述双离合自动变速器（DCT）使用最为佳。DCT的研究在国内还处于起步阶段，对它的深入研究和产品化必将对提高我国自动变速器的自主开发能力具有积极的意义。4.DCT液压控制系统DCT的液压系统主要包括 3部分: 双离合器控制、换档机构控制、冷却部分，液压控制系统的油压分成 3个压力等级进行控制,工作压力最大的是离合器部分，其次是换档执行机构部分, 系统中压力最低的是离合器的冷却润滑油路, 它通过电机泵的循环工作提供油液。在DCT中, 因为要对发动机进行扭矩控制, 相应的离合器接合过程中伴随着滑摩, 这就必然要产生滑磨热量, 使油液温度升高。如果热量不能及时排出去, 将使离合器的性能和寿命得到影响, 因此要对其提供冷却油路, 并进行散热。4.1DCT的优点及应用与 AT、 CVT、 AMT 相比, 6速 DCT具有以下优点: 燃油经济性好, 比 4 档 AT 提高 18 % , 比 CVT提高 8 % , 比 6档手动变速器提高 2%; 增加驾驶乐趣; 紧凑的设计 /安装空间; 重量轻 (与 AT 相比 );扭矩传递能力大; 起步性能和换档品质好; 有竞争力的价格, MT AMT DCT AT CVT。DCT 的应用范围很大, 既可以应用在大、 中型车上, 由于它换档时间短, 也可以应用在运动车上。通常在较大扭矩的车辆中, 应用更为有利。因为它的两个传动轴一般情况下是同心的, 即中间的一个传动轴是实心的, 而套在外面的则是一个空心轴, 由于轴的刚度、强度以及结构尺寸等方面的原因, 较大的传动轴轴径有利于 DCT 的设计,适合发动机排量较大的车辆。对于小排量的车辆, 可以采用双中间轴的布置, 这种方案不再采用轴套轴的方式, 而是采用了两个独立的中间轴, 其刚度和强度都不会有问题, 而且这样设计的 DCT轴向尺寸非常紧凑。总之, DCT 综合了 MT、 AMT 与 AT 等变速器的优点, 使车辆性能得到了大幅度的提高, 可充分满足节能和环保要求, 尤其适用于下一代混合动力车的研发和推广。DCT的研究在国内还处于起步阶段, 对它的深入研究和产品化必将对提高我国自动变速器的自主开发能力具有积极的意义。5.结束语由于能源危机和环境污染给变速器系统的发展带来广阔前景, 未来 3 5年内 DCT的需求与增长将超过传统的 AT 和 MT。从成本角度分析, 与CVT和 AT 相比, DCT 具有很大的价格优势, 将成为变速器系统发展的主流。据预测, 2013年欧洲变速器市场上, 配备 MT的汽车占 52 % 、配备 AMT的占 10 %、配备 CVT 的占 2 %、配备 DCT 的占16%、配备 AT 的将占 20%。在重型卡车和商用车上, 自动变速器的比例也在增加。而对于中国的变速器市场, 一定会与国际 ?接轨?, 手动变速器的市场份额将下降。DCT 是在手动变速器基础上开发的, 其生产成本要低于自动变速器, 目前售价与普通 AT相当, 但性能要好得多。随着 DCT 大批量应用在汽车上, 其成本还将继续降低。DCT具有良好的生产继承性, 它与传统的AMT 一样, 可以充分利用原有手动变速器的生产设备, 只需增加部分元件和控制单元, 很适合对原有的手动变速器进行改造。其生产投资相对 AT所需 15亿左右的生产设备投资而言, 具有极大的经济和社会效益。同时, 所有用于手动变速器的技术和设备以及工程技术人员都可以为 DCT 服务, 不像 AT 以及 CVT 等产品需要启用完全不同的生产线, 因此在中国开发和推广 DCT技术, 可以充分利用现有的手动变速器生产基础, 这不仅能降低生产成本, 而且大大缩短了产品上市时间, 因此 DCT非常符合目前中国国情。有关部门曾经做过预测, 8年之内, DCT 的销量在世界范围内至少增长 3倍, 在中国甚至将增长 8 10倍。 参考文献1Bernd M atthes .Dual Clutch T rans m issions - L essons L l?earned and Future Potential S.2005 SAE World Congress Detroit ,M ichigan?2M. 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