雙離合變速箱在混合動力系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳紅濤，張林濤，于潮，王仁廣

（中國汽車技術(shù)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?，F(xiàn)在雙離合器變速器在大眾公司的汽車上的應(yīng)用較多。這種系統(tǒng)的主要優(yōu)點是傳動過程中的能耗損失非常低，但也有成本和轉(zhuǎn)矩傳遞方面的一些問題。大眾公司設(shè)計的新一代DSG變速器采用了兩個離合器和六個前進(jìn)擋的傳統(tǒng)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(jīng)濟(jì)性;

（2）變速器反應(yīng)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(qiáng)勁、平滑;

（4）百公里加速時間比傳統(tǒng)手動變速器還短;

（5）動力傳動部件是一臺三軸式六前進(jìn)擋的傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)

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(jī)構(gòu)、電子控制和液壓控制系統(tǒng)組成，其中核心機(jī)械部分是雙離合器和三軸式齒輪箱，如圖1所示。詳細(xì)結(jié)構(gòu)見參考文獻(xiàn) ［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(dāng)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(jié)構(gòu)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(nèi)的油壓通過活塞壓緊離合器。由于2個離合器的工作狀態(tài)相反，不會發(fā)生2個離合器同時接合的情形。

DSG變速器的擋位轉(zhuǎn)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(dá)，推動撥叉就可以進(jìn)入相應(yīng)的擋位，由液壓控制系統(tǒng)來控制它們的工作。系統(tǒng)中有6個油壓調(diào)節(jié)電磁閥，用來調(diào)節(jié)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(guān)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(jī)構(gòu)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(jié)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(yù)先選好擋位，為接下來的升擋做準(zhǔn)備。變速器進(jìn)入2擋后，1擋退出，同時3擋預(yù)先結(jié)合。所以在DSG變速器的工作過程中總是有兩個擋位是結(jié)合的，一個正在工作，另一個則為下一步做好準(zhǔn)備。

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

一般變速器升擋總是一擋一擋地進(jìn)行，而降擋經(jīng)常會跳躍地降擋，DSG變速器在手動控制模式下也可以進(jìn)行跳躍降擋，例如，從6擋降到3擋，連續(xù)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(zhuǎn)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(fā)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(fā)動機(jī)、單離合器、電機(jī)、雙離合器、變速器。此總成可以實現(xiàn)以下6種工作模式。

（1）發(fā)動機(jī)起動模式。車輛處于停止?fàn)顟B(tài)，單離合器K0結(jié)合，雙離合器DC都分離，電機(jī)EM作為起動機(jī)起動發(fā)動機(jī)ICE。如圖4所示。

（2）發(fā)動機(jī)單獨驅(qū)動模式。發(fā)動機(jī)ICE起動，單離合器K0結(jié)合，電機(jī)EM不工作，雙離合器DC中的一個結(jié)合，動力經(jīng)9速變速器TM輸出。如圖5所示。

（3）并聯(lián)混合動力驅(qū)動模式。發(fā)動機(jī)ICE工作，單離合器K0結(jié)合，電機(jī)EM工作，雙離合器DC中的一個結(jié)合，動力經(jīng)9速變速器TM輸出。如圖6所示。

（4）電機(jī)制動回饋模式。發(fā)動機(jī)ICE不工作，單離合器K0分離，雙離合器DC中的一個結(jié)合，動力經(jīng)9速變速器TM輸入，驅(qū)動電機(jī)EM以發(fā)電機(jī)方式工作。如圖7所示。

（5）純電動驅(qū)動模式。發(fā)動機(jī)ICE不工作，單離合器K0分離，電機(jī)EM以電動機(jī)方式工作，雙離合器DC中的一個結(jié)合，動力經(jīng)9速變速器TM輸出。如圖8所示。

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

5 結(jié)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(yīng)用。

【1】鄭勁.DSG雙離合變速器的結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)的建模和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化［J］.汽車技術(shù)，2008（12）:1－3.

【3】李長玉.自動變速器中單向離合器的結(jié)構(gòu)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.