双离合器变速箱工作原理详解
2012/6/23
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离合器位于发动机与变速器之间，是发动机与变速器动力传递的“开关”，它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。
为了解决这个问题，早在上世纪80年代，汽车工程界就弄出了一个双离合系统变速器，简称DSG（英文全称：Direct Shift Gearbox），福特称之为PowerShift装配在赛车上，能消除换档离合时的动力传递停滞现象。例如 布加迪EBl6.4 Veyron的新型7速变速器是装置了双离合器，从一个档位换到另一个档位，时间不会超过0.2秒。现在，这种双离合器已经从赛车应用到一般跑车上。奥迪汽车公司的新型奥迪TT跑车和新奥迪A3都已经装置了这种DSG。福特蒙迪欧致胜和新福克斯采用的是PowerShift双离合器变速器，这些汽车装配双离合器的目的是可以比自动变速器更加平顺地换档，不会有迟滞现象。
双离合系统变速器是一个整体，有6个档位，离合器与变速器装配在同一机构内，两个离合器互相配合工作。这好比喻一辆车有两套离合器，正司机控制一套，副司机控制另一套。正司机挂上1档松开离合踏板起步时，这时副司机也预先挂上2档但踩住离合踏板；当车速上来准备换档，正司机踩住离合踏板的同时副司机即松开离合踏板，2档开始工作。这样就省略了档位空置的一刹那，动力传递连续，有点象接力赛。双离合系统两套离合器传动系统，通过电脑控制协调工作。
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。
两根传动轴分别由第一、第二离合器控制与发动机动力的连接与断开，分别负责1、3、5档和2、4、6档的档位变换。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。
自动双离合器变速箱的换档控制方法
一种用于对一个自动化的双离合器变速箱进行换档控制的方法，该双离合器变速箱包含一个第一分变速装置，其配有一个第一变速箱输入轴、一个第一发动机离合器和一个第一档组；该变速箱还包含一个第二分变速装置，其配有一个第二变速箱输入轴、一个第二发动机离合器和一个第二档组，利用此方法，在一个负载档和一个分配给同一分变速装置的目标档之间实现一个换档过程，为此利用一个分配给另一个分变速装置的中间档来作为多重换档，换档步骤是，S1：接入中间档；S2：从负载档的发动机离合器转换到中间档的发动机离合器的离合器变换；S3：解脱负载档；S4：接入目标档；S5：从中间档的发动机离合器到目标档的发动机离合器的离合器变换；利用此方法，将所配置的驱动发动机的发动机转速n↓[M]在换档过程结束时引导到目标档的同步转速n↓[MS]，根据本发明如此设置：在换档过程开始时（t=t↓[0]）预定出一个初始额定转速梯度（dn↓[M]／dt）↓[0]，利用此额定转速梯度，发动机转速n↓[M]在一个估计的总换档时间Δt↓[s∑]’时在换档过程结束时便达到同步转速n↓[MS]；驱动发动机的发动机转速n↓[M]在换档过程开始时首先按照预定的初始－额定转速梯度（dn↓[M]／dt）↓[0]加以改变；在换档过程中求得实际的换档进程，并将之与所估计的换档进程进行对比；使额定转速梯度dn↓[M]／dt在确定的换档进程偏差的情况下匹配于实际的换档进程。
双离合器式自动变速器控制系统的关键技术
PowerShift双离合器变速器由机械系统和控制系统组成，控制系统是的Powershift关键部件，而起步控制策略的制定、综合智能换挡规律的制定和换挡品质的改善方法是控制系统的核心技术，对整车的起步性能、换挡品质、动力性和经济性等有着重要的影响。
1 Powershift的起步控制技术
1.1 Powershift的起步控制技术的研究现状
综合当前的研究成果，通过优化离合器的动力学模型、完善离合器接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。
离合器起步过程中的动力学模型是进行离合器控制策略研究的基础，包括离合器执行机构动力学模型、接合过程中转矩传递的模型及离合器接合过程的动力学模型。杨树军等对电控液动湿式离合器执行机构动力学模型进行了研究，并建立了接合过程的动力学模型。李焕松、张俊智、申水文和葛安林等对电控液动干式离合器执行机构的工作过程进行了详细分析，建立了相应的模型。
离合器接合速度的控制策略是优化起步性能的关键，总体可分为基于现代控制技术和基于智能控制技术的控制策略。
基于现代控制技术的控制策略 车辆起步性能的评价指标中，冲击度与滑摩功是相互矛盾的，不可能使二者同时达到最优。在满足各种约束条件的前提下，为了找出比较满意的综合最优解，基于约束条件的最优算法及最优控制方法，在离合器起步控制中得到了应用。葛安林等基于离合器的动力学模型，以平均冲击能量和滑摩功为目标函数，进行多目标函数的综合优化，从而获得在不同操纵规律下，任一坡度、载荷和挡位下起步时的最佳接合规律。孙承顺、张建武和秦大同等基于最小值和线性二次型的最优控制原理，综合考虑冲击度和滑摩功两项评价指标，以解析形式推导出离合器的最优接合轨线。席军强、陈慧岩和丁华荣等根据离合器输出轴转速和发动机转速与离合器输出轴转速差，得到理想离合器输出轴加速度，并通过控制离合器驱动机构的行程增量，使得实际离合器输出轴加速度和理想相一致，实现了起步过程中的自适应控制。
提高离合器执行机构的跟踪品质，应研究鲁棒性强、跟踪品质好的执行机构控制器。建立控制决策系统和硬件机构之间的良好接口，是精确实现离合器的控制策略、优化离合器起步性能的关键。
1.2 Powershift起步控制技术的评价及发展动态
应从提高离合器动力学模型的精度、完善离合器控制策略及提高执行机构的跟踪精度三方面来优化离合器的起步性能，离合器控制策略的完善最为关键，其各种方法的评价及发展动态如下。
最优控制等综合优化方法需要建立精确的离合器动力学模型，且不适应控制过程中参数变化引起的决策凋整。建立完全精确的动力学模型十分困难，而且由于车辆起步时载荷、挡位等变化，使离合器传动系中参数具有不确定性，限制了最优控制的性能。
因此基于优秀驾驶员的起步操纵经验，不断丰富模糊控制规则的基础上，研究如何通过少量的调试次数，即可获取较优控制参数的方法，是目前急需解决的问题。
2 换挡规律的制定
基于经验的换挡规律HAYASHI等利用模糊控制和神经网络方法，对优秀驾驶员的换挡规律进行辨识，建立了基于经验的换挡规律，提高了车辆在爬坡及制动工况时的性能。
基于约束条件的换挡规律早期使用的单参数换挡规律目前应用较少。彼得罗夫提出了以车速和油门作为控制参数的二参数换挡规律，二参数换挡规律引入了油门参数，实现了驾驶员的干预换挡，与单参数相比，整车的动力性、经济性和换挡品质有了较大的提高，当前被广泛采用；
综合智能换挡规律是实现汽车的可驾驶性、燃油消耗、废气排放和其他性能达到综合较优的最佳途径，也是换挡规律发展和应用的方向。可以从提高基于约束条件换挡规律的精度以及丰富换挡决策的知识库、加强综合智能换挡规律的试验研究两方面来完善综合智能换挡规律。
3 换挡品质
换挡品质研究的主要目标，就是缩短换挡时间，且使换挡过程中的冲击度和滑摩功符合要求。优化离合器的切换规律，控制离合器的接合、分离速度，是提高Powershift换挡品质的重要途径。应直接以各电磁阀的占控比，直流电动机电压的方向、占控比或运转时间为研究对象，对比分析不同控制指令时的换挡品质。考虑系统温度、离合器磨损等因素对换挡品质的影响，对控制指令进行补偿。最终得到使各挡位的换挡品质达到综合较优时，各电磁阀或各电动机控制指令的数值表。
动力传动系的综合控制也是提高换挡品质的重要途径，基于CAN总线的动力传动系综合控制，能够根据发动机电子控制单元和变速器电子控制单元之间的信息共享，通过发动机的供油控制，缩短换挡的时间，优化换挡品质。应该考虑离合器的执行机构、电子油门的执行电动机和各传感器对控制指令的滞后情况，制定并优化各控制指令发出的时序，合理制定每个挡位升、降挡过程中，电子油门执行电动机控制指令的数值表，实现动力传动系的综合控制。
双离合器变速箱的工作原理？
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。
发动机的输入轴通过缓冲器与两幅离合器外片相连。发动机启动后自动挂1挡。由于离合器1处于打开状态，因而没有扭矩传到驱动轮。当离合器1关闭时，离合器1的外片逐渐贴合内片并开始通过第一挡的实心轴、齿轮组和同步器传动发动机扭矩至差速器，最终至驱动轮。同时，由于离合器2此时并不传递扭矩，因此第二挡已被预先选定。从第一挡换到第二挡时，由于第一挡的解除和第二挡的挂挡在同一速度，车辆有足够的前冲力。当第离合器2完全接合后，第三挡已被预先选定，因为此时离合器1没有接合，不传导扭矩，挂挡原理依次类推。此时驾驶员仅感觉到离合器转换。对快速换挡操作来说，换下一挡即意味着与之相连的离合器开放，但此挡位预先选定。通过变速箱控制软件的复杂算法，根据驾驶员各自的需要调整换挡类型和换挡速度确保了选定正确挡位。通过设计，双离合变速器中的最大差速小于传统的液力自动离合器，该类离合器操作起来简便快速，与传统的液力自动离合器相比，其舒适感也更高，或不低于液力自动变速器。通过简单的控制软件即可实现从运动型到高舒适型驾乘体验的改变，因此可有效的控制成本以满足不同层次市场、客户的需求。
双离合自动变速箱产品背景及发展历程
汽车变速箱发展经历了100多年，从最初采用侧链传动到手动变速箱，及至液力自动变速箱和电控机械式自动变速箱，再到现在无级自动变速箱的普及，在汽车工业技术不断前进的同时，变速箱也向着更平顺、更省油、更富驾驶乐趣的方向不断发展。直至双离合自动变速箱的出现，变速箱技术又伴随着速度和梦想，迈向了一个全新的高度。
开发双离合自动变速箱技术的核心在于双离合器模块、扭振减震器模块和控制模块的技术。这些模块是双离合器自动变速箱中的关键零部件，是这种先进的自动变速箱的心脏和大脑。一汽-大众全新迈腾所采用的双离合自动变速箱，即是大众集团与掌握双离合变速器核心技术的美国博格华纳(BorgWarner)和德国舍弗勒( Schaeffler )集团共同合作开发的产物，因为其产品标有注册商标，所以，只有大众品牌的双离合变速箱产品可以使用DSG这一称谓，而其他品牌的双离合器产品多使用“DCT”，或其他称谓。
福特、沃尔沃 PowershiftPowershift变速箱具备两片独立的湿式离合器（新福克斯采用的是干式双离合器结构），并以类似两组手动变速箱的方式平行运作。一组离合器负责控制奇数档位 (1、3、5和倒档) ，另一组则负责控制偶数档位 (2、4、6档) 。受益于两组湿式离合器的设计，Powershift变速箱可承受最高达450牛米的扭力输出，同时理论上也不存在档位齿比的限制；因此Powershift变速箱被原厂视为柴油引擎的最佳搭配选择。
双离合变速箱在满足消费者对驾驶运动感和车辆节油的双重要求，为那些酷爱手动变速箱的驾驶者们提供了最佳选择，让更多车主的驾驶激情从此不再间断。
附：双离合变速箱的诞生及重大历史事件
1940年，Darmstadt大学教授Rudolph Franke第一个申请了双离合器变速箱专利，该变速箱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箱（PDK Porsche Doppel Kupplungen）。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) 技术双离合变速箱，称之为DSG®。
附：变速箱百年发展历程
1894年，一个法国工程师给一辆汽车装上世界上第一个变速箱至今，汽车变速箱已经经过了一百多年的发展。变速箱，英文Transmission，作为汽车重要的组成部分，是承担放大发动机扭矩，配合引擎功扭特性，实现理想动力传递，从而适应各种路况实现汽车行驶的主要装置。
人们所熟知的变速箱一般有手动变速箱和自动变速箱。传统的变速箱利用不同的齿轮搭配实现了上述目的，而齿轮搭配的变换就只有靠脚踩离合手拉挡杆来实现，这就是所谓的手动变速箱。为实现轻松换挡，取消离合脚踏和手动挂挡的AT(Automatic Transmission)变速箱出现了，它主要利用液力变扭器配合传统机械齿轮箱实现换挡功能。人们通常所说的自动变速汽车就是使用了这种AT。
因为AT使用得较早，所以英文定名就叫“自动变速箱”。1908年，福特T型车最早采用一种两个速比的自动变速箱。从那以后，自动变速箱的构造原理并无大的改变，但材料技术的进步与润滑油性能的提高，使这种变速箱的速比更为丰富。然而，AT并不等同于自动变速箱。只要能实现自动换挡变速的便可叫自动变速箱，要达到此目的其实途径很多：除AT外，还包括了无级变速箱等其它形式。
无级变速箱即CVT(Continuously Variable Transmission)，是指：在变速系统中不使用齿轮，提供平稳和“无级的”速比转换的变速系统，同时具有重量轻、体积小、零件少的特点，是公认的理想的汽车传动装置。相比较AT，CVT无极变速箱主要是在传动方式上有所不同。后者是采用传动钢带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力，从而实现传动比的连续改变。
随着市场对于车辆平顺舒适、高效节能的要求不断升级，大众公司和博格华纳携手突破技术界限，打造出了一款换档平顺动感，大幅度减少能耗，且能够配合于大扭矩，大排量发动机的变速箱——DSG双离合自动变速箱。
产品背景
要知道什么是双离合变速器，首先我们先要了解一下它的背景：汽车自动变速器有多种不同的技术，其中最新的同时也是发展最快的是双离合器自动变速器。开发双离合器自动变速器技术的核心就在于双离合器模块、扭振减震器模块和控制模块的技术。这些模块是双离合器自动变速器中的关键零部件，是这种先进的自动变速器的心脏和大脑。2003年世界首款双离合器自动变速器投放市场，使用的就是博格华纳公司生产的模块。双离合器自动变速器具有卓越的效率和舒适性，自从问世以来，已经取得了巨大的市场成功。目前双离合变速器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。
双离合变速器的优势
1.传动过程中的能耗损失非常有限，大大提高了车辆的燃油经济性。
2.反应非常灵敏，具有很好的驾驶乐趣。
3.车辆在加速过程中不会有动力中断的感觉，使车辆的加速更加强劲、圆滑。百公里加速时间比传统手动变速器还短。
双离合变速器的劣势
1.成本问题。双离合变速器的结构复杂，制造工艺要求也比较高，所以成本也是比较高的。因而目前我们看到配备双离合变速器的基本都是一些中高档车型。
2.扭矩问题。在何以承受的范围内，双离合变速箱已经绝对能够满足一般车辆要求，但对于激烈的驾驶方式还是不够。因为如果是干式离合器，传动过程中会产生过多的热量，而湿式离合器则比较容易打滑。
双离合变速器的种类
在家用车上常见的双离合变速器主要分为“干式”双离合变速器与“湿式”双离合变速器两类，两者可以说是各有所长。简单来说“干式”双离合器优点是比一般“湿式”双离合变速器的反应更加灵敏，但对于离合器片的磨损较严重。而“湿式”双离合器则减少了离合器片的磨损，不过由于是由电子液压控制系统来操控，所以使用中会有一定的延迟。
