双离合器式自动变速器简介

双离合器式自动变速器简介吉林大学牛铭奎葛安林金伦杭州依维柯汽车变速器有限公司徐彩琪【Abstract】In the paper, a type of automatic transmission with two wet clutches，that is based on the traditional parallel manual shift transmission，is introduced. It could shift without power off and improve the automobile’s power performance and fuel economy. This paper details its principle.【摘要】本文介绍了一种由双湿式离合器构成的自动变速器，它是基于传统的平行轴式手动变速器发展而来的，可以实现不中断动力换档，极大的提高了车辆的动力性与经济性。

本文在此详细的介绍了它的工作原理。

Topic words: Automatic transmission, Dual clutch, Wet clutch主题词：自动变速器双离合器湿式离合器1、前言目前，随着车辆操纵自动化的快速发展，汽车自动变速器正呈现蓬勃发展的趋势。

现在的汽车自动变速器主要有液力机械式自动变速器，即AT（Automatic Transmission）；无级变速器，即CVT（Continuously Variable Transmission）；以及近几年国内外正在花大力气研究的电控机械式自动变速器，即AMT （Automated Manual Transmission）。

特别是电控机械式自动变速器的发展，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，正受到了各大汽车厂的重视。

电控机械式自动变速器的产生是基于传统的平行轴式手动变速器发展而来的，它研究的出发点是将现有的手动变速器自动化。

其最典型的例证多在欧洲，由于手动变速器在欧洲汽车市场仍然占有80%的市场比例，因此欧洲对这种电控机械式自动变速器的研究也就倾注了更多的热情。

目前世界上正在进行电控机械式自动变速器开发研究的主要有美国EATON公司、德国的LUK、SACHS、GETRAG 等公司以及英国的RICARDO公司等许多厂家，已经生产面世的车型也有德国BMW 公司的M3型车、大众公司的LUPO车，以及意大利菲亚特公司的阿尔法-罗密欧等诸多车型。

在对电控机械式自动变速器的开发研究过程之中，也逐渐的发现了它的一些缺点，它的工作原理决定了它在换档过程中首先要分离离合器，然后将变速器摘空挡，再选档、换档，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，所以换档过程中产生了动力传递的中断，车辆必然产生减速度，换档时间长，给车辆的加速性、舒适性等带来不利影响。

为了解决中断动力换档给车辆性能带来的影响，需要对电控机械式自动变速器的换档过程进行精确的控制。

特别是为了减少换档过程中的冲击度，需要对发动机与变速器构成的动力总成在转速差、扭矩等方面进行精确匹配和控制，但是这些也只能在一定程度上改善其换档性能，并不能从根本上解决问题。

而如果要进一步提高电控机械式自动变速器的性能，则需要增加发动机起停等一些其它控制手段，反而增加了车辆的复杂程度和成本，得不偿失。

所以，电控机械式自动变速器在对车辆舒适性等方面要求不高的车型上，例如军用车辆、公共汽车、载重车等，由于其具有结构简单、成本低等优点，仍具有优势，但是在对舒适性要求高的车型上，其应用就具有了局限性。

为了既可以充分利用电控机械式自动变速器所具有的优点，又可以消除其中断动力换档的缺点，一种采用双离合器结构的自动变速器就应运而生了，这种自动变速器的出现已经成为了许多汽车厂家所关注的热点。

2、双离合器式自动变速器工作原理2.1换档工作过程首先，我们以一个较典型的双离合器式自动变速器原理为例，介绍一下双离合器的换档工作过程。

如图1所示，为一个双离合器式自动变速器的工作原理图，它为了实现动力换档，将档位按奇数档（1、3、5档）与偶数档（2、4档）分开配置，分别与两个湿式离合器相连。

其1、3、5档与离合器C1联结在一起，而2、4档联结在离合器C2上。

离合器C1的输出轴为一个实心轴，而离合器C2的输出轴是套在C1输出轴外面的一个空心轴，两个输出轴是同心的。

在车辆处于停车状态时，两个离合器都是常开式的，即在平时两个离合器均处于分离状态，不传递动力。

当车辆起步时，因C1分离，自动换档机构将档位切换为I 档，然后离合器C1接合，车辆开始起步运行，这时的控制过程与电控机械式自动变速器类似。

车辆换入I 档运行后，因为此时离合器C2处于分离状态，不传递动力，当车辆加速，达到接近II 档的换档点时，自动换档机构可以将档位提前换入II 档，离合器C1开始分离，同时离合器C2开始接合，两个离合器交替切换，直到离合器C1完全分离，离合器C2完全接合，整个换档过程结束，与目前的AT 自动变速器相同。

车辆进入II 档运行后，车辆自动变速器电控单元可以根据相关传感器信号知道车辆当前运行状态，进而判断车辆即将进入运行的档位，如果车辆加速，则下一个档位为III 档，如果车辆减速，则下一个档位为I 档。

而I 档和III 档均联接在离合器C1上，因为该离合器处于分离状态，不传递动力，故可以指令自动换档机构十分方便的预先换入即将进入工作的档位，当车辆运行达到换档点时，只需要将正在工作的离合器C2分离，同时将另一个离合器C1接合，配合好两个离合器的切换时序，整个换档动作全部完成。

车辆继续运行时，其它档位的切换过程也都类似，在此就不再一一叙述。

2.2离合器切换控制在换档过程中，发动机的动力始终不断的被传递到车轮，所以这样完成的换 图1 双离合器工作原理档过程为动力换档。

但是在两个离合器切换过程中，与AT 自动变速器一样，必然存在工作重叠的部分，其控制压力的切换过程如图2所示。

如何控制好C1与C2的配合时序，是双离合器控制策略中最重要的问题之一，在这方面，我们经过摸索，已经总结出了成熟的控制规律。

如果两个离合器重叠量过大，则会出现双锁死的情况，会产生破坏作用；如果两个离合器重叠量过少，则仍会出现少量动力切换中断的情况。

所以，需要对两个离合器的工作进行精确的调节。

在车辆起步、爬行等工况中，也可以对离合器进行滑差控制，即可以控制离合器在不完全接合的状态下通过滑磨传递动力。

我们在这方面也已经掌握了成功的经验。

2.3换档机构与扭转减震器双离合器式自动变速器在档位切换时的同步器与齿轮的啮合动作同样也要实现自动化操作，而且它的工作原理和结构设计与电控机械式自动变速器中的换档机构几乎完全相同，可以借用已经成熟的经验。

并且，在双离合器式自动变速器中不再有选档过程，每一个换档同步器需要一个换档执行机构控制其工作，直接推动同步器换档。

因为这种自动变速器的离合器为湿式的，其自动换档机构也往往采用液压控制方式，利用电磁阀来控制液压换档执行机构。

这样，液压能源既可以驱动双离合器，也可以驱动换档执行机构，还可以为湿式离合器提供冷却油源，提高了系统的集成度。

我们在此介绍的双离合器式自动变速器是由湿式离合器和液压换档机构构成的，它同样也可以由双干式离合器以及电动换档执行机构组成，其工作原理完全相同。

但是，由于干式离合器的结构尺寸较大，特别是轴向尺寸长，而且两个离合器的操纵机构布置起来也相对比较困难，这在一定程度上限制了在双离合器式自动变速器中采用干式离合器的可能。

但是，在一些特殊的用途中，例如在混合动力车辆的传动系统中，考虑两个离合器具体的布置方案，也有采用双干式离合器，以及电控换档执行机构等，这要根据具体的车型来决定。

因为在双离合器式自动变速器中没有液力变矩器，所以必须采用扭转减震器来吸收扭转振动。

这个扭转减震器通常布置在发动机飞轮和湿式离合器的动力输入部件之间，这样，我们在设计扭转减震器的过程中，可以应用双质量飞轮的设计原理，设计基于双质量飞轮的扭转减震器，它的第一重质量由质量减少了的发动机飞轮构成，而它的第二重质量则由湿式离合器构成。

通过精确设计扭转减震器和湿式离合器的参数，既可以将其结构高度集成化，减小安装尺寸，又可以大大的改善其吸收扭转振动的效果。

2.4系统框图双离合器式自动变速器的控制系统框图如图3所示。

电控单元（TCU ）采集各个传感器的信号，实时在线的对车辆的运行状态进行判断。

在需要进行换档等操作时，TCU 发出指令，控制离合器及换档操纵机构操纵两个离合器和变速箱进行工作。

湿式离合器和换档操纵机构的动力由液压动力源提供。

图2 双离合器工作切换双离合器式自动变速器在换档工作过程中同样也需要对发动机进行控制。

对电喷发动机的控制往往需要通过CAN总线等进行整体匹配；而对于还没有电喷化的发动机，如目前大部分的柴油机等，则需要增加电子油门进行控制。

图3 双离合器式自动变速器控制系统框图3、双离合器式自动变速器的应用双离合器式自动变速器也是基于平行轴式手动变速器发展而来的，它继承了手动变速器传动效率高、安装空间紧凑、重量轻、价格便宜等许多优点，而且实现了换档过程的动力换档，即在换档过程中不中断动力，保留了AT、CVT等换档品质好的优点。

这使得车辆在换档过程中，发动机的动力始终可以传递到车轮，换档迅速平稳，不仅保证了车辆的加速性，而且由于车辆不再产生由于换档引起的急剧减速情况，也极大的改善了车辆运行的舒适性。

这对电控机械式自动变速器来说，是一个巨大的改进。

运用这种双离合器式自动变速器动力换档的原理，不但可以直接开发设计自动变速器，而且它的一些结构构成也是目前国内外重点研究的混合动力车辆项目中传动系统的基本组成部分。

因此，研究这种双离合器的工作过程和控制规律，对于开发新型的自动变速器和促进车辆混合动力传动技术的研究，既有实用价值，又具有理论意义。

双离合器式自动变速器的应用范围很大，它既可以应用在大型车、中型车上，而且由于它很短的换档时间，也可以应用在运动车上。

并且，通常在较高扭矩的车辆中，它的应用更为有利。

这是因为，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，而套在它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双离合器式自动变速器的设计，多适合发动机排量较大的车辆。

对于较小发动机排量的车辆，如果要开发设计双离合器式自动变速器，也可以采用双中间轴的布置方案，这种方案不再采用轴套轴的方式，而是采用了两个独立的中间轴，其刚度和强度都不再有问题，而且这样设计的双离合器式自动变速器轴向尺寸非常紧凑。