双离合变速器技术综述

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　　摘 要：本文以双离合变速器的专利申请为基础，研究了双离合变速器的结构和技术发展，为进一步研究提供了相关参考。
　　关键词：双离合;dual clutch;direct shift gearbox;技术发展
　　一、双离合变速器概述
　　变速器是汽车的核心部件之一，其作用有三个：第一，改变传动比，进而改变扭矩和转速;第二，实现汽车倒挡行驶;第三，中断动力传递，实现空挡等。
　　变速器按照操控方式可分为手动变速器和自动变速器，手动变速器是由驾驶员手动操纵变速杆进行换挡的变速器，而自动变速器是由车辆的自动控制系统根据车辆的负荷和速度自动进行换挡的变速器。自动变速器又分为机械式自动变速器、双离合自动变速器、液力自动变速器和无级变速器。其中，双离合变速器有着良好的动力性、燃油经济性和乘坐舒适性等优点，且整体处于发展阶段，是适合重点研发的自动变速器。
　　双离合变速器按照离合器的类型分为湿式双离合变速器和干式双离合变速器，两者的不同之处在于离合器的冷却方式，湿式离合器的两组离合器片安装在封闭的油腔中，通过油冷却散热，而干式离合器的两组离合器片暴露在空气中，通过风冷散热。双离合变速器的特点在于，两个输入轴分别控制奇数挡和偶数挡，即输入轴1控制1、3、5挡，而输入轴2控制2、4、6挡和倒挡，输入轴1和2交替输出动力，使得动力不间断的输出。
　　设双离合变速器的离合分别为C1和C2，则其换挡过程为：在一挡时，离合器C1结合，同步器与对应的输出轴一挡齿轮结合，在将要升二挡的时候，同步器提前与另一输出轴的二挡齿轮结合，离合器C2仍处于分离的状态，在进入二挡的过程中，处于结合状态的离合器C1分离，同时处于分离状态的离合器C2结合，变速器直接进入二挡。在二挡即将升三挡的时候，同步器提前与离合器C1对应的输出轴的三挡齿轮结合，在进入三挡的过程中，处于结合状态的离合器C2分离，处于分离状态的离合器C1结合，变速器直接进入三挡，在其他挡位变换的时候执行类似的动作。因此，两个离合器C1和C2的交替分离与结合控制变速器交替输出动力，实现了动力不间断的输出。
　　二、双离合变速器的技术发展
　　双离合变速器的主要专利申请集中在德国、中国、日本、美国等国家，其中德国、日本、美国是传统的汽车强国，其工业基础雄厚，且重视汽车核心部件之一的变速器的新技术的研发，因此成为双离合变速器的主要专利申请国。国内的申请人对双离合变速器的研发起步较晚，但经过十几年的努力，积累了一定的技术，取得了较为丰硕的成果。
　　全球的双离合变速器的重要申请人大部分为国外企业，其中德国采埃孚公司和舍弗勒公司在汽车动力传动系统方面均拥有雄厚的技术基础和很强的研发能力，是汽车制造商的变速器主要供应商，同样来自德国的大众公司在汽车整车研发和制造方面具备先进水平，同时可以看出德国企业对双离合变速器的研发具有世界领先水平。来自美国的通用公司、韩国的大众公司和日本的丰田公司均对双离合变速器有深入的研究。中国的比亚迪公司和上海变速器公司对双离合变速器的研发起步较晚，但由于研发投入大，也取得了一定的成果。
　　1939年，Kegresse Adolphe申请了世界上第一个双离合变速器的专利DE894204C，将手动变速器分为两部分，一部分传递奇数挡，另一部分传递偶数挡，动力传递通过两个离合器连接两根输入轴，相邻挡位的从动齿轮交替与两输入轴的主动齿轮啮合，从而实现动力的不间断输出。但当时由于计算机控制技术不成熟，未投入量产，基于同样的原因，此后几十年各公司研发的双离合变速器也未投入量产。直到十九世纪八十年代，计算机控制技术成熟之后，双离合变速器才真正在汽车上应用。
　　1983年，公开号为DE3343827A1的专利申请公开了双离合变速器的结构及控制系统，包括连接发动机轴的液压驱动的双离合器，其中一个离合器连接的内轴输出一、三、五挡和倒挡，另一个离合器连接的嵌套在内轴上的外轴输出二、四挡，两个离合器分别由两个液压缸驱动，控制设备包括电液压力调节先导阀阀、液压调节阀、换挡油阀等，其利用电液控制系统代替人工对离合器踏板进行操作，实现了双离合变速器的精确控制。
　　1987年，公开号为DE19631983C1的专利申请公开了双离合变速器齿轮的接合方法，其结构为两个齿轮输入轴和一个齿轮输出轴，每个输入轴通过一个摩擦式离合器与发动机连接，在应用的过程中，其中一个离合器输出发动机的扭矩，同时另一个离合器分离但其输出轴的同步器处于结合状态，因此，两个离合器能够交替输出动力，这为后续的双离合变速器的发展垫定了基础。
　　2004年，公开号为US20030747993A的专利申请公开了用于混合动力汽车的双离合变速器，将发动机作为第一动力源，将电动机作为第二动力源，双离合变速器均与发动机连接，其中一個离合器的输出轴与电动机连接，这样可以在车辆加速过程中由电动机提供附加的转矩来减小发动机的负荷，同时减小发动机的尺寸从而改善燃油经济性。
　　2017年，公开号为CN107120390A的专利申请公开了用于机动车辆的双离合变速器，其将两个离合器配置为连接发动机与输入轴，并设置平行于输入轴的两个中间轴，以及设置在两个中间轴中的联接装置，其中联接装置是双作用设计，这样可以在不显著增大变速器尺寸或重量的情况下增加挡位，例如将挡位增加为十一个前进挡和两个后退挡。
　　以上专利申请从不同角度对双离合变速器进行了改进，体现了双离合变速器的技术发展路线和未来研究方向。
　　三、总结与展望
　　双离合变速器经过几十年的迅速发展，其结构和控制方法已经较为成熟。在能源短缺和环境污染的背景下，节能减排是汽车的发展方向之一，而近几年的双离合变速器的研究已经由传动的内燃机加变速器向混合动力加变速器转变，尤其是如何对双离合变速器进行布置和控制能使混合动力车辆减小能源消耗，已经成为双离合变速器的重点研究方向。而在不久的将来，在纯电动汽车日益普及的趋势下，如何使双离合变速器在纯电动汽车中发挥出重要的作用也许是双离合变速器未来的发展方向。
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