雙離合變速箱在混合動力系統中的應用

陳紅濤，張林濤，于潮，王仁廣

（中國汽車技術研究中心，天津 300162）

1 雙離合器變速器特點

1940年，德國人Rudolph Franke第一個申請了雙離合器變速箱 （DCT）專利。現在雙離合器變速器在大眾公司的汽車上的應用較多。這種系統的主要優點是傳動過程中的能耗損失非常低，但也有成本和轉矩傳遞方面的一些問題。大眾公司設計的新一代DSG變速器采用了兩個離合器和六個前進擋的傳統齒輪變速器作為動力的傳送部件，這種雙離合器變速器主要具有以下特點:

（1）傳動過程中的能耗損失非常有限，大大提高了車輛的燃油經濟性;

（2）變速器反應非常靈敏;

（3）車輛在加速過程中不會有動力中斷的感覺，使車輛的加速更強勁、平滑;

（4）百公里加速時間比傳統手動變速器還短;

（5）動力傳動部件是一臺三軸式六前進擋的傳統齒輪變速器，增加了速比的分配;

（6）雙離合器的使用，可以使變速器同時有兩個擋位嚙合，使換擋操作更加快捷。

2 DSG變速器的結構

DSG變速器主要由多片濕式雙離合器、三軸式齒輪變速器、自動換擋機構、電子控制和液壓控制系統組成，其中核心機械部分是雙離合器和三軸式齒輪箱，如圖1所示。詳細結構見參考文獻 ［1］。

DSG變速器有兩根同心的輸入軸，輸入軸1穿過輸入軸2。展開圖如圖2所示，輸入軸1和離合器K1相連，輸入軸1上的齒輪分別和1、3、5和R擋的齒輪相嚙合;輸入軸2是空心的，和離合器K2相連，輸入軸2上的齒輪分別和2、4、6擋的齒輪相嚙合;倒擋齒輪通過中間軸齒輪和輸入軸1的齒輪嚙合。簡單地講，離合器1管1、3、5和R擋，在汽車行駛中一旦用到1、3、5和R擋中的任何一擋，離合器K1接合;離合器2管2、4、6擋，當使用2、4、6擋中的任一擋時，離合器K2接合。

DSG變速器的多片濕式雙離合器和液壓式自動變速器中的離合器結構相似，但由于傳遞的力矩較大，尺寸要大很多。油壓的建立是由ECU指令電磁閥來控制的，利用液壓缸內的油壓通過活塞壓緊離合器。由于2個離合器的工作狀態相反，不會發生2個離合器同時接合的情形。

DSG變速器的擋位轉換是由擋位選擇器來操作的，擋位選擇器實際上是個液壓馬達，推動撥叉就可以進入相應的擋位，由液壓控制系統來控制它們的工作。系統中有6個油壓調節電磁閥，用來調節2個離合器和4個擋位選擇器中的油壓壓力，還有5個開關電磁閥，分別控制擋位選擇器和離合器的工作。DSG變速器的具體換擋機構和離合器跟普通自動變速器的差不多［2－3］。

3 DSG變速器的工作過程

DSG變速器的工作過程比較特別。如圖1所示，1擋起步行駛時，離合器1接合，通過輸入軸1到1擋齒輪，再輸出到差速器。同時2擋結合，由于離合器2是分離的，2擋這條路線實際上還沒有動力在傳輸，只是預先選好擋位，為接下來的升擋做準備。變速器進入2擋后，1擋退出，同時3擋預先結合。所以在DSG變速器的工作過程中總是有兩個擋位是結合的，一個正在工作，另一個則為下一步做好準備。

DSG變速器在降擋時，同樣有兩個擋位是結合的，如果4擋正在工作，則3擋作為預選擋位而結合。DSG變速器的升擋或降擋是由ECU進行判斷的，踩加速踏板時，ECU判定為升擋過程，作好升擋準備;踩制動踏板時，ECU判定為降擋過程，準備降擋。

一般變速器升擋總是一擋一擋地進行，而降擋經常會跳躍地降擋，DSG變速器在手動控制模式下也可以進行跳躍降擋，例如，從6擋降到3擋，連續按3次降擋按鈕，變速器就會從6擋直接降到3擋，但是如果從6擋降到2擋時，變速器會先降到5擋，再從5擋直接降到2擋。在跳躍降擋時，如果起始擋位和最終擋位屬于同一個離合器控制的，則會通過另一離合器控制的擋位轉換一下，如果起始擋位和最終擋位不屬于同一個離合器控制的，則可以直接跳躍降至所定擋位。

4 IAV雙離合器混合動力變速器的工作模式

IAV公司開發出一種9速比的雙離合器混合動力總成［4－5］，如圖3所示，主要部分包括發動機、單離合器、電機、雙離合器、變速器。此總成可以實現以下6種工作模式。

（1）發動機起動模式。車輛處于停止狀態，單離合器K0結合，雙離合器DC都分離，電機EM作為起動機起動發動機ICE。如圖4所示。

（2）發動機單獨驅動模式。發動機ICE起動，單離合器K0結合，電機EM不工作，雙離合器DC中的一個結合，動力經9速變速器TM輸出。如圖5所示。

（3）并聯混合動力驅動模式。發動機ICE工作，單離合器K0結合，電機EM工作，雙離合器DC中的一個結合，動力經9速變速器TM輸出。如圖6所示。

（4）電機制動回饋模式。發動機ICE不工作，單離合器K0分離，雙離合器DC中的一個結合，動力經9速變速器TM輸入，驅動電機EM以發電機方式工作。如圖7所示。

（5）純電動驅動模式。發動機ICE不工作，單離合器K0分離，電機EM以電動機方式工作，雙離合器DC中的一個結合，動力經9速變速器TM輸出。如圖8所示。

（6）純電動驅動時的發動機起動模式。單離合器K0結合，電機EM以電動機方式工作，雙離合器DC中的一個結合，電機EM的動力一部分經9速變速器TM輸出驅動車輛，一部分用來起動發動機ICE。如圖9所示。

5 結束語

通過對大眾DSG雙離合器的分析說明和IAV公司的9速比雙離合器混合動力變速器的工作過程說明，可以清楚地了解雙離合器的基本組成和工作原理，以及其在混合動力汽車中的具體應用。

【1】鄭勁.DSG雙離合變速器的結構分析［J］.汽車零部件，2011（4）:85－86.

【2】郭孔輝，周曉暉，王爽，等.自動變速器換擋機構的建模和結構參數優化［J］.汽車技術，2008（12）:1－3.

【3】李長玉.自動變速器中單向離合器的結構與功能分析［J］.汽車零部件，2010（6）:90－91.

【4】Leech M，Muller J，Schneider E.A new 9-speed Hybrid dual clutch transmission for transverse applications［C］.2011 TM Symposium China，2011.

【5】Blessing U C.6HDT250-Scalable Hybrid Dual Clutch Transmission from Mild to Plug-In［C］.2011 TM Symposium China，2011.