双离合器自动变速器综述

摘要本文以国家对双离合器自动变速器的自主开发研究为幕，分别介绍了双离合器自动变速器国内外发展状况，以国内研究的方向，特点，内容为例，介绍了此项技术对我国的重要意义。

关键词双离合器自动变速器发展使用

一、双离合器自动变速器技术发展起来的原因及国家支持

任何一种技术，一种产品的开发都是以需要为目的的，都是对原有同类产品性能提高而产生的，与此双离合器自动变速器也不例外。那么双离合器到底有什么有什么优点呢？这当然要和普通的变速器相比较。

车辆的经济性、动力性、驾乘舒适性不仅取决于发动机，而且在很大程度上依赖于变速器及变速器与发动机的匹配。最早出现的手动挡变速器(MT) ,通过离合器和手动换挡拨叉来实现挡位的变换，这种变速器具有结构简单、外形紧凑，传动效率高，可靠性高，成本低等优点，应用较为广泛。由于车辆在换挡过程中，必须分离离合器，导致动力中断，影响了车辆的动力性和驾乘舒适性。由液力变矩器和行星齿轮机构组成的液力自动变速器(AT) 能够实现动力换挡，克服了手动挡变速器换挡过程中动力中断的缺点，并且实现了自动换挡。钢带无级变速器(CVT) 则是通过改变带轮的工作半径，使变速器传动比无级变化，,能使发动机始终工作在最佳工作点，使车辆的性能大大提高。随着世界能源危机的出现,城市道路的日渐拥堵,汽车动力传动装置也在发生变化。当代汽车的发展更注重燃油经济性、排放以及驾乘舒适性，一种在传动效率和生产成本等方面优于传统自动变速器(AT) 的新技术—电控机械式自动变速器(AMT) 被开发出来，由于其具有目前汽车工业发展所要求的高燃油经济性、低排放和保护现有手动变速器生产投资的优点，受到了各大汽车厂的重视。AMT的工作原理决定了它在换挡过程中首先要分离离合器,然后将变速器摘空挡,再选挡、换挡，最后接合离合器。这样，当离合器分离后，直到离合器再重新接合之前,发动机的动力将不能被传递到车轮去驱动车辆运行，所以换挡过程中产生了动力传递的中断，车辆必然产生减速度,换挡时间长，给车辆的加速性、舒适性等带来不利影响。为了既可以充分利用AMT所具有的优点，又可以消除其中断动力换挡的缺点，一种新型自动变速器就应运而生了，这就是双离合器自动变速器(Dual ClutchTransmission) ,简称DCT。由于双离合器自动变速器对汽车的动力性，经济性，乘坐舒适性都有很好的改善，再加上比较适合我国以手动变速器为主导的市场，所以目前,这种自动变速器已成为许多汽车厂家关注的热点。

由以上论述可以知道国家对双离合器自动变速器的大力支持，作为“十一五”重点支持项目，作为自己的自主创新点，请看下面的一段材料引至中国科技部。

“十一五”国家863计划重点项目“汽车开发先进技术”依据《国家中长期科学和技术发展规划纲要》的任务要求设置。

项目总体目标是开发出满足“十一五”末期国家汽车相关标准、法规的轿车以及重型商用车整车产品、适应于轿车的直喷汽油机和双离合器自动变速器，以及适应于重型商用车的柴油机和机械自动变速器等关键零部件和总成。

项目将加强以企业为主体的自主创新，产学研结合，以轿车开发技术和重型商用车开发技术为主线，以关键零部件开发技术和基础共性技术为支撑，产业链协同发展。通过自主创新，突破汽车设计、开发的关键核心技术，提升我国汽车自主开发能力，推动我国汽车工业技术的进步，提高我国汽车工业的核心竞争能力。

本项目课题承担单位采取择优委托的方式确定，课题申请单位必须针对课题整体内容进行申请。

所以国家之所以这么做是为了提高国产汽车的自主开发能力，冲破国外技术的技术壁垒。

二、双离合器自动变速器的优点及应用

（1）DCT的优点

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 （2）DCT的应用

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。

三、国内外的发展情况及市场分析

第一个关于双离合器的专利最早产生于上世纪四五十年代，由于各种原因这项技术的的开发被搁浅一段时间，但是在最近的二十年又重新摆在研发人员面前，最卓有成效的是欧洲德国的大众公司，其中ZF公司，福特公司，戴姆勒-科莱斯勒公司都在投入大量的人力物力在研发。并且大众公司已经运用到多款汽车上了，比如奥迪TT，第五代高尔夫上，取到了良好的效果。其针对双离合器的大大小小的专利也有60之多。

在过去的十年中，欧洲的汽车变速器市场一直保持着平稳近乎沉寂的发展。手动变速器（MT）占据了最大的市场份额，而自动变速器（AT）位居第二。自动手动变速器（AMT）和无极变速器（CVT）仅仅占到市场份额的一小部分。然而，随着双重离合器技术的出现，这种情形将会发生改变。严格来说，双离合器变速器（DCT）是自动手动变速器（AMT）的一种，但它通常被看作是一种单独的汽车变速器类型，因为其在设计上有一点重要的不同之处。同自动手动变速器（AMT）一样，双离合器变速器（DCT）基于现有的生产工艺，这意味着它可以使用AMT的零部件，并能够在相同的生产线上生产。DCT不单单只有一个离合器，而是拥有两个离合器。这就保证了在动力传递过程中，齿轮之间的转换没有任何停顿。由于DCT可以在手动和自动两种模式下进行操作，所以吸引了众多的驾车者。

双离合器变速器（DCT）还有一个优点，因为其非常短暂的变速时间，驾驶者几乎感觉不到换档时所产生的顿挫感，这使得DCT在油料消耗方面优于手动变速器。而且，与装有转距变换器的自动变速器相比，DCT拥有更加良好的燃油效率。这些优点同样赢得了大众的关注。

大众/奥迪汽车已经向市场推出了自己的双离合器变速器Q250DCT。广受好评的SG级产品使用了美国汽车零部件制造商伯格沃尔（Borg-Warner）公司生产的离合器组件。其他OEM制造商，包括宝马、保时捷和福特汽车计划将在今后几年推出相应的产品。大众汽车公司预计在未来几年中推出5款不同的双离合器变速器，看来DCT技术在大众公司将被广泛应用。大众公司已经将双离合器变速器（直接变速DSG技术）应用于其一款商务车Caddy之中。

最后值得关注的一点是，来自外界的新的竞争者可能会威胁到双离合器变速器的未来。位于英国的Zeroshift公司推出一种新的AMT技术，据称能够拥有双离合器变速器的全部优点，包括零换档时间。通过使用一系列滑动爪和齿槽来实现换档时两齿轮在同一时间啮合，其设计更加简单，制造成本比双离合器的要低。

同处于亚洲的中国也不示弱，目前中国汽车行业的情况是,许多技术还依靠国外。在变速器的发展上呈现出跳跃式变化。现在自动变速器主要以AT为主, 吉利、上海大众、上海通用等公司的汽车都采用AT。在国家“863”重大专项中,轿车DCT的研发正式立项,按照国家产学研一体化的方针,浙江吉利控股集团有限公司、杭州前进齿轮箱集团有限公司、重庆青山工业有限责任公司等积极与国内知名高校以及一些知名企业携手合作,投入了相当的人力、物力和财力,其研发队伍越来越大。国内高校以吉林大学为代表也开展了DCT的研发工作,并且已经申请了一部分专利。一汽集团在AMT的研发上已经积累了一定的经验,目前已决心要开发DCT,而且要能够攻克关键的控制器单元。上汽集团已经投入了近10 亿元用于开发自己的DCT,争取2009年底批量生产,并且确立了用于匹配DCT的一系列自主品牌车型。目前该项目已经具备了由上汽股份汽齿总厂、博格华钠、GIF等组成的一个庞大的研发团队,概念设计阶段已经初步完成,作为DCT 的核心之一的TCU,博世、、西门子作为TCU潜在的供应商,都在积极争取加入到这个性的团队中来。

在国内也出现了百花齐放，百家争鸣的现象。主要有牛铭奎（吉林大学）最近研究了双离合器式自动变速器的开发与研究。结合奇瑞轿车DCT的开发任务，他的文章重点分析了DCT的工作原理、结构特点、换档工作特性、工作方案和控制策略。首先，分析了单、双中间轴式DCT的工作原理，确定了DCT系统的总体控制方案、液压控制系统工作原理图，制定了DCT各工作部分的具体控制措施，并着重比较了传统离合器从动片式扭转减振器与双质量飞轮式扭转减振器的工作特点，为DCT中扭转减振器的设计提供了设计依据。然后，通过建立发动机、DCT换档过程的教学模型，分析其升、降档过程特性曲线，指出了DCT换档时应控制的目标，并通过对发动机输出转速、扭矩控制方式的分析，提出了发动机的最佳控制方式；最后，详细分析了高速开关阀的阀芯运动过程，建立其运动过程的数学模型，研究其响应特性，并介绍了高速开关阀的双电压驱动工作原理和方法，同时确定了DCT系统中离合器分离与接合的控制策略。

金伦（吉林大学）2003的研究生学位论文介绍了双离合器自动变速器的开发。不过本论文研究内容不是太对题，大都介绍目前传统变速器的特点等等，对双离合器自动变速器提到的内容很少，没有太多的信息量和价值，作者针对双离合器自动变速器的开发也做了一些研究，主要有以下几个方面的内容：1.设计了几种双离合器自动变速器的结构，并根据实际情况以及课题的需要确定了所要采用的结构形式，详细的介绍了双离合器自动变速器换档过程；2.确定了双离合器自动变速器采用湿式离合器以及摩擦片的材料，对一些相关参数进行了计算。对双离合器换档过程中油压变化进行了计算，确定了双离合器工作切换压力特性图；3.对离合器的起步过程进行了研究，建立了离合器结合过程的动力学模型，对离合器动力学模型MATLAB SIMULINK仿真，提出了车辆起步品质的三个评价指标，确定了离合器结合量和结合速度控制的脉扑图；4.根据模糊数学的知识，确定了离合器的模糊控制器，进

牛铭奎、徐彩琪等（吉林大学汽车工程学院、杭州依维柯汽车变速器有限公司）2004年报道了双离合器式自动变速器换挡特性研究。介绍了双离合式自动变速器工作原理，建立了换挡过程的数学模型，并对升、降挡的换挡特性进行了仿真与试验分析，为DCT的开发设计提供了参考依据。

荆崇波（北京理工大学机械与车辆工程学院）2005年报道了双离合器自动变速器及其应用前景分析。介绍了一种采用双离合器构成的自动变速器的典型结构及其工作原理，变速器的挡位按奇偶数分开布置，分别与两个离合器相联接，通过两个离合器的交互切换完成换挡过程，实现动力换挡。文中简要分析了该型变速器的工作特性及关键技术，并对其应用前景进行了预测。

郭晓林（装甲兵工程学院机械工程系）2006年报道了双离合器自动变速系统动力学建模及仿真研究。在分析双离合器自动变速器的典型结构及工作原理的基础上，利用面向对象的图形化系统仿真分析软件EASY5，建立了典型湿式双离合器动力换挡的自动变速器及其控制系统的动力学模型，并与采用传统的手动变速系统的车辆对比，进行了加速性能的仿真分析，研究了车辆换挡过渡过程中影响换挡品质的主要因素及其改进措施。为这种新型的自动变速器在我国的推广和应用研究提供了一些基本的理论依据。（装甲兵工程学院学报。

刘振军（重庆大学机械传动国家重点实验室）2005年报道了车辆双离合器自动变速传动技术研究进展分析。双离合器式自动变速从根本上解决了电控机械式自动变速存在的切断动力换挡问题，极大地提高了换挡舒适性，保证了车辆具有良好的动力性与换挡特性。分析了双离合器自动变速传动的工作原理和典型结构，干式单片离合器和湿式多片离合器的结构特点，并对双离合器自动变速传动系统的换挡控制、离合器控制等关键控制问题进行了分析。

吉林大学2002年申请了双离合器式自动变速机构发明专利及实用新型专利（申请号02144729、申请号02251103）。发明涉及行走机械动力传递变速装置，具体涉及一种特别适用于汽车的自动换档变速机构。该机构可以有效地解决目前汽车电控机械式自动变速器在换档过程中产生的动力中断问题，以提高汽车运行的舒适性。其技术方案是：该机构包括与离合器、换档同步器相联接的换档控制系统和电控系统TCU及五档位变速器，其特征在于动力输出轴上设置有两个湿式离合器，变速器主动齿轮按奇、偶数档位分别与离合器驱动连接，离合器交替传递工作动力以实现档位切换。

吉林大学2004年申请了双离合器式自动变速器发明专利及实用新型专利（申请号200410011060、申请号200420012387）。它包括各档位齿轮副、换档同步装置及换档控制系统，其特征在于其动力输入轴和输出轴上各设置有一个湿式离合器，各档位齿轮副按奇、偶数档位划分，分别与该两个湿式离合器之中的一个离合器的从动片相连接，两个离合器交替传递工作动力以实现档位切换。其换档工作中不存在动力中断，而且缩短了换档时间，极大的提高了换档舒适性，保证了车辆具有良好的动力性和换档品质。以结构简单的平行轴式结构达到了结构复杂的旋转轴式自动变速器的效果，结构更加紧凑。

韩国现代自动车株式会社2004年申请了双离合器变速装置发明专利（申请号200410080754）。其包括分别具有第一输出轴和第二输出轴的第一输出装置和第二输出装置，选择接收和改变通过第一输入轴和第二输入轴选择输入的发动机扭矩，在与一个主动齿轮对应的轴向位置上，停车齿轮布置在变速装置内第一输出轴和第二输出轴之一上，所述一个主动齿轮与另一输出轴的一个从动齿轮啮合。

日产自动车株式会社2004年申请了用于自动双离合器式变速器的换档控制装置和方法发明专利（申请号200410030165）。一种用于自动双离合器式变速器的换档控制装置包括一个换档运动检测装置，其检测换档指令装置的换档运动并输出一个换档启动指令，以及一个换档控制器，其这样配置，根据换档启动指令进行换档前的控制，通过将第一和第二发动机离合器之一从换档前的齿速比的动力传递路径分离，并接合对应于换档后的换档离合器，根据来自上述换档指令输出装置的换档指令进行换档，通过将第一和第二发动机离合器中的另一个从换档前的齿速比的动力传递路径分离，并接合上述第一和第二发动机离合器之一。还提供了一种换档控制方法。

美国博格华纳公司2004年申请了控制双离合器变速装置的方法系列发明专利（申请号200410005883、申请号200410005884、申请号200410005885）。发明涉及一种控制双离合器变速装置的换档操作的计时的方法及在换档期间控制双离合器变速装置的每个离合器传递扭矩的方法。

大众汽车有限公司2003年申请了自动双离合器变速箱的换档控制方法发明专利（申请号200380109880）。

联邦德国卢克摩擦片和离合器两合公司2001年申请了双离合器变速箱的操作装置发明专利（申请号01808695）。本发明的任务是提供一种双离合器变速箱，其中可借助单个致动器实现在多个变速支路中的换挡操作。此外可缩短用于变速级转换的时间及改善舒适性及可操作性。

四、总结存在的技术难点

1．大的环境是开发技术平台薄弱；

2．制造工艺问题---中国的机械行业几乎没有设计业，都是制造业，就是加工，模仿别人的东西，所以对双离合器自动变速器很难完成自己设计工艺上的要求；

3．高精端零部件，配件，难以达到要求，比如用到的液压系统，液压阀，控制阀体，控制软件，很多是国外的技术；

4．双离合器自动变速器中离合器是结构，自动变速是控制，国内还没有自主开发的自动变速器作为双离合器自动变速器的基础；

5．一些配件，研发肯定还会模仿国外部分，当液压阀体，变速器控制软件核心，等关键部分还要进口的话，那就不是所谓的国家863支持的项目。

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