汤伟雄
广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院
摘要：目前，我国的汽车行业发展十分迅速，本文介绍了双离合器式自动变速箱(DCT)的工作原理，对比分析了DCT与其它自动变速箱的优缺点。介绍了DCT变速箱的发展历史，现阶段国际和国内DCT开发状态。就传统燃油车、混合动力车以及纯电动整车上DCT的发展前景进行了展望。基于现有市场情况预测了国内市场上DCT变速箱的发展趋势。论述了DCT开发过程中的关键技术及难点问题。指出DCT变速箱最为符合中国以手动变速箱生产为主的产业基础，具有较好的发展前景。
关键词：DCT;双离合器;自动变速箱;工作原理
引言
换挡品质控制一直是液力机械式自动变速箱（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ＡＴ）的研究热点，换挡品质的提高很大程度上对改善乘车舒适性并减小对换挡元件磨损和车辆冲击起到决定性作用。目前，改善换挡品质的主要措施包括：换挡过程中对摩擦元件油压变化规律的控制，达到换挡过程中车速变化平顺，不出现过高的瞬时加速度或减速度；在换挡过程中，减少传动系统动载荷，避免传动系的动力出现瞬间巨变或中断。通过油门和转速的反馈，扭矩控制发动机在最佳工作位置，达到变速过程平稳而连续；在换挡过程中参与换挡的离合器摩擦片会以滑磨功的方式产生能量损耗量，这些热量严重影响离合器的使用寿命，因此，换挡过程中在保证换挡平顺性下要减少离合器摩擦片的热负荷，提高离合器的工作可靠性和耐用性。
1DCT工作原理
DCT实现了手动变速箱的自动化。DCT主要由内外两个离合器（C1、C2）、外输入轴、内输入轴、同步器、换挡拨叉、从动轴1、从动轴2和输出轴构成。外离合器和外输入轴相连，控制着偶数档位；内离合器和内输入轴相连，控制着奇数档位。通过离合器的交替工作实现换挡过程。对于湿式双离合自动变速器，通过施加在离合器上油压的变化实现在档行驶、起步、蠕动、换挡等功能。DCT机械系统传动简图如图1所示。
图1机械系统传动简图
2全球DCT变速箱的发展现状
自从2002年以来，DCT变速箱在乘用车上得到了迅速推广。广泛应用阶段也经历过三次大的技术革新。第一代，主要代表产品是大众公司的DQ250和德国格特拉克公司的DCT450等产品，分别应用在大众高尔夫和福特蒙迪欧等车型上。这一代DCT变速箱的显著缺点就是变速箱整体效率较低，搅油损失较高。同时，不能按需控制的机械泵也加大了发动机的负载，影响了整车的燃油经济性。第二代DCT产品，为提高效率，降低整车油耗，具有二个显著变化点。（1）由干式离合器代替了效率较低的湿式离合器。（2）由电子油泵代替了由发动机驱动的机械油泵。上述两项改进措施提高了变速箱传动效率。电子油泵的应用，也可更好的支持发动机自动起停功能，进一步降低了整车油耗。2008年初，大众在高尔车上搭载采用干式双离合器技术的第二代DCT。同期，福特汽车也发布了与德国格特拉克公司合作开发的新型DCT变速箱，即Powershift变速箱。然而，在提高了变速箱传递效率和整车燃油经济性的同时，干式双离合器容易过热的问题开始凸显。离合器过热会带来车辆行驶有顿挫感，甚至会导致TCU控制离合器完全分离，整车失去行驶动力。为解决上述问题，第三代DCT产品应运而生。第三代DCT为了改进上一代离合器容易过热问题，将干式离合器重新换装为湿式离合器。但相比第一代DCT则有了更多的关于提高燃油经济性方面的设计改进。比如，离合器润滑系统根据油温反馈进行的实时闭环控制，做到按需润滑，从而最大限度的降低离合器的拖拽损失和油泵机械损失。同时，依然保留了第二代产品的电子油泵。而在一些大扭矩变速箱上，为了进一步降低功耗，还采取了机械泵和电子泵双泵设计。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过优化变速箱内部轴齿润滑系统，减少了变速箱油的加注量，降低了搅油损失。
3DCT变速箱的发展趋势
3.1DCT变速箱技术发展趋势
随着技术进步和消费者要求的提高，DCT变速箱在如下方面将会有进一步的发展和进步：（1）NVH性能进一步提高：通过硬件设计优化及软件控制逻辑的优化，提高变速箱的NVH水平，主要体现在降低换挡过程拨叉噪音，降低松踩油门过程中的齿轮敲击声音等，带给乘客更加舒适的体验。（2）控制系统智能化：通过控制系统的自学习功能，针对车辆状况的变化及时进行自适应调整，提高驾驶体验；通过优化变速箱起步策略，降低起步过程中抖动水平。充分考虑油门变化率、坡度、车重等其它信息，优化换挡规律，避免不必要的升降档等。（3）机械部件电子化：越来越多的机械零部件被电子元器件取代，比如变速箱内置的线控换挡ETRS等。（4）系统高度集成化：传感器、控制器、电磁阀等零部件逐渐高度集成为一体，提高可靠性，减少体积和成本；电机作为驱动单元之一与变速箱高度一体化将会大大提高整个驱动系统的效率，从而实现驱动系统轻量化和小型化。
3.2电控式温控系统
以上提到的集成温控阀的风冷式温控系统、水冷式温控系统、兼具风冷和水冷的双温控系统，这些温控系统的温度控制都是依靠蜡式调温器来实现的。我们知道，蜡式调温器的温度控制是依靠石蜡感受外界的温度来实现的，由于石蜡本身的特性，使得温度控制的反应速度不是那么灵敏。当前已有主机客户的概念设计在使用电控的方'式来控制变速箱的油温，主要是通过电驱动(电控阀)，不通过蜡式温控阀，依靠发动机冷却水，集成热交换器，通过ECU控制水泵运转来实现。这种控制方式可以实现精准、快速的升温和降温，但是成本较高。目前该电控式变速箱温控系统在国内还未有批量使用，技术还不成熟，后续有待进一步研究。
3.3DCT变速箱开发的关键技术
（1）双离合器模块的开发：湿式双离合器主要由博格华纳等少数全球供应商开发提供。干式双离合器核心技术也主要掌握在舍弗勒和法雷奥等少数供应商手中。双离合器模块作为DCT变速箱的重要组成部分，很大程度上决定了DCT的性能和耐久。国内在该领域的自主开发亟需突破。（2）DCT起步控制策略：装有DCT车辆的起步是靠离合器主从动片的滑磨直至同步而实现车辆的起步过程的。通过优化离合器的动力学模型、完善离合器结合的控制策略及提高离合器执行机构的跟踪品质，是提高车辆起步性能的主要途径。（3）智能换挡规律的制定：DCT变速箱由于存在预选挡的概念，因此，基于两参数换挡规律的基础上，考虑油门踏板变化率以及车重、道路坡度等信息对换挡规律，包括预选挡规律进行优化，避免频繁的意外的升降挡动作，从而提高整车NVH表现和换挡舒适性，提高换挡机构的寿命。
结语
本文基于DCT变速箱的结构、工作原理和特点，DCT的发展历史，预测了DCT的发展趋势，得出如下结论：（1）DCT变速箱是手动变速箱的基本原理，创新开发而来，因而具有传动效率高、可靠性高等优点。通过双离合器传递动力的切换，实现了动力不间断换档。同时具备较好的动力性和舒适性。综合了手动变速箱和自动变速箱的优点于一身，发展前景较广阔。（2）DCT的机械结构部分同AMT类似，开发难度相对较低。难点在于控制系统的开发设计。尤其是换挡逻辑的制定和离合器的控制策略。因此，开发初期，特别是软件开发方面投资较大。但是批量生产以后，物料成本将低于AT和CVT，综合成本较低。
参考文献
[1]吴光强，孙贤安.汽车自动变速箱发展综述[J].同济大学学报.2010Vol.38No.10.
[2]吴光强，杨伟斌，秦大同.双离合器式自动变速箱控制系统的关键技术[J].机械工程学报.2007（2）.
论文作者:汤伟雄
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/27
标签：离合器论文; 变速箱论文; 换挡论文; 系统论文; 整车论文; 过程中论文; 自动变速箱论文; 《中国西部科技》2019年第23期论文;