魔枪士buff:双离合器变速器工作原理

大多数人都知道汽车的变速器分为两种基本类型：手动和自动。手动变速器要求驾驶员踩下离合器踏板并使用换挡杆来实现换挡；而自动变速器可以使用离合器、变矩器和行星齿轮组为驾驶员完成全部换挡工作。 但是还有一种介于二者之间并综合了二者各自优点的变速器：双离合器变速器。这种变速器也称为半自动变速器、“无离合”手动变速器和自动手动变速器。
在赛车领域，半自动变速器（例如顺序手动变速器）多年来一直占据主导地位。 但是在量产车中，这还是一种相对较新的技术。被称作双离合器变速器或直接换挡变速器的这些特定设计采用的就是这种技术。
鸣谢 感谢杰夫·贝克曼为本文提供的协助。
本文将探讨双离合器变速器的工作原理、它与其他两种变速器的对比，以及为何有人预言这种变速器代表了未来的发展趋势。
手动操作还是自动操作
双离合器变速器在一个变速器中实现了两个手动变速器的功能。 为了帮助您理解这句话的含义，我们可以回顾一下传统的手动变速器的工作原理。 在使用标准换挡杆换挡的汽车中，如果驾驶员要从一个挡位换到另一个挡位，他先要踩下离合器踏板。 此动作可以操作一个离合器，使发动机与变速器断开连接，中断输送到变速器的动力。 然后，驾驶员使用换挡杆选择新的挡位，这个过程涉及到将齿形联轴器从一个齿轮移动到另一个不同大小的齿轮。 称为“同步器”的设备会让齿轮在结合之前相匹配以防止磨齿。 一旦换入了新的挡位，驾驶员就可以松开离合器踏板，从而使发动机重新连接到变速器，并将动力传送给车轮。
由此可见，在传统的手动变速器中，从发动机到车轮没有连续的动力输出。 在换挡的过程中，动力传送将从“有”到“无”再到“有”进行变化，这样就会导致“换挡冲击”或“扭矩中断”现象。 对于技术不熟练的驾驶员，这种现象会导致车上的乘客在换挡过程中感到前后摇晃。

双离合器变速器工作原理
对比之下，双离合器变速器使用两个离合器，但没有离合器踏板。先进的电子系统和液压系统像控制标准自动变速器那样对离合器进行控制。 但在双离合器变速器中，各离合器单独运转。 一个离合器控制奇数挡（一挡、三挡、五挡和倒挡），另一个离合器控制偶数挡（二挡、四挡和六挡）。 这样，不需要中断从发动机到变速器的动力传送就可以换挡。 其工作方式如下：
驾驶员也可以选择完全自动模式，从而将所有换挡工作交给计算机完成。 在这种模式下，驾驶体验非常类似于普通自动挡车。 由于双离合器变速器可以“逐渐退出”一个挡位并“逐渐接入”另一个挡位，因此减少了换挡冲击。 更重要的是，换挡是在负载下完成的，因此可以始终维持动力输出。
独创性的双轴构造使奇数挡和偶数挡分离，从而使这一切成为可能。 我们将在下一节了解有关这两个轴的知识。
在双离合器变速器的中央是一个由两个部分构成的变速器轴。 普通的手动变速器将所有挡位的齿轮安放在一根输入轴上，与此不同的是，双离合器变速器将奇数挡齿轮和偶数挡齿轮分别安放到两根输入轴上。 这是如何实现的呢？ 外轴是中空的，其中留有嵌套内轴的空间。 外部的中空轴为二挡和四挡提供动力，而内轴为一挡、三挡和五挡提供动力。
下图显示了典型的五速双离合器变速器的这种结构。 请注意，一个离合器控制二挡和四挡，而另一个独立的离合器控制一挡、三挡和五挡。 这就是可以实现瞬间换挡并保持连续动力传输的诀窍。 标准的手动变速器由于必须使用一个离合器来控制所有的奇数挡和偶数挡齿轮，因而无法做到这一点。

由于双离合器变速器与自动变速器类似，因此，您可能会认为，双离合器变速器会像自动变速器一样需要一个变矩器，以用来将发动机扭矩从发动机传送到变速器。 但是，双离合器变速器不需要变矩器。 市场上当前的双离合器变速器使用的是湿式多片离合器。 “湿式”离合器是指将离合器组件浸泡在润滑液中以减少摩擦并限制发热的离合器。 有几家制造商正在开发使用干式离合器（像那些通常与手动变速器关联的离合器那样）的双离合器变速器，但现在装备双离合器变速器的所有量产车使用的都是湿式离合器。 许多摩托车使用了单一的多片离合器。

湿式多片离合器和变矩器一样，都是使用液压来驱动齿轮。 液体作用于离合器活塞内部，如上图所示。 当离合器结合后，活塞内部的液压迫使一组螺旋弹簧分离，从而将一系列离合器片和摩擦盘推向固定的压板。 摩擦盘有内部齿形，其大小和形状可与离合器从动鼓上的花键啮合。 而动鼓又连接到将接收传动力的齿轮。 奥迪的双离合器变速器在其湿式多片离合器中既有一个小的螺旋弹簧，又有一个大的膜片弹簧。

为了使离合器分开，活塞内部的液压会减少。 这样就可以让活塞弹簧松弛下来，从而减少离合器总成和压板上的压力。
下面让我们了解一下双离合器变速器的优缺点。
希望您现在已经清楚为什么会将双离合器变速器归类为自动手动变速器。双离合器变速器的操作大体上与标准的手动变速器类似： 双离合器变速器使用了输入轴和辅助轴来安放齿轮、同步器和离合器。 由于实际的换挡工作是由计算机、电磁阀和液压系统完成的，因此双离合器变速器没有离合器踏板。 即使没有离合器踏板，驾驶员仍然可以通过翘板开关、按钮或换挡杆“告诉”计算机何时采取动作。
轻松的驾驶体验仅仅是双离合器变速器带来的众多优点之一。 由于升挡仅需要8毫秒，很多人都认为，双离合器变速器在市场上现有的任何车辆中可以提供最为凌厉的加速度。 由于双离合器变速器消除了手动变速器中伴随换挡带来的换挡冲击（甚至有些自动变速器中也存在），自然可以提供平稳的加速。 最为突出的优点是，双离合器变速器可以让驾驶员自由选择是自己控制换挡还是交由计算机来完成。

Audi Press Database 供图
配有双离合器变速器的奥迪TT Roadster
双离合器变速器最为引人关注的优点可能是节油。 由于从发动机到变速器的动力传送不会发生中断，因此可以显著降低油耗。 有些专家认为，六速双离合器变速器与传统的五速自动变速器相比，最多可以节油10%。
很多汽车制造商都对双离合器变速器技术感兴趣。 不过，有些汽车制造商对于因改造生产线以提供新型变速器而带来的附加成本还存有顾虑。 这些附加成本最初会增加装备双离合器变速器汽车的成本，而这可能不会受到精明的消费者的欢迎。
此外，有些制造商已经在替代变速器技术上投入了巨资。 最值得注意的一项技术就是无级变速器，即CVT。CVT是一种自动变速器，可使用移动的滑轮系统和皮带或链条，在一个很宽的范围内无级调节齿数比。 CVT还可以减少换挡冲击，并且可以显著降低油耗。 但CVT无法满足高性能汽车的高扭矩要求。
双离合器变速器则没有这类问题，因而是高性能汽车的理想之选。 在欧洲，手动变速器凭借其性能和节油的优势成为人们的首选，因此有人预言，双离合器变速器将会占据25%的欧洲市场。 到2012年，西欧生产的汽车中将只有1%会安装CVT。
下面我们来回顾双离合器变速器的历史，并展望其未来的前景。
发明双离合器变速器的人是汽车工程技术方面的先驱。Adolphe Kégresse（阿道夫•加尔奇）以开发了半履带车而闻名于世，这是一种装备了橡胶履带的车辆，可以在各种地形中越野行驶。1939年，加尔奇构思了双离合器变速器的设想，希望应用于具有传奇色彩的雪铁龙Traction（前驱）车上。 不幸的是，当时不利的商业环境阻碍了这一设想的继续发展。

UK Cars 供图
加尔奇为雪铁龙设计的双离合器变速器的草图
奥迪和保时捷都采用了双离合器的概念，但最初的应用只限于赛车上。956和962C赛车上就采用了“保时捷双离合器”（简称“PDK”）。1986年，保时捷962夺得了蒙扎1000公里世界跑车原型车锦标赛的桂冠，这是装备了PDK半自动翘板开关换挡变速器的汽车在这一赛事中首次夺魁。 奥迪也在1985年创造了历史，当时，装备了双离合器变速器的Sport quattro S1拉力赛车在海拔高达4300米的派克峰 (Pikes Peak) 举行的山道赛中一举夺冠。

保时捷（北美） 供图
保时捷962
但是，直到最近，双离合器变速器的商业化才变得可行。 大众汽车一直是双离合器变速器应用的先锋，获得了博格华纳 (BorgWarner) 的DualTronic技术的许可。 目前，只有欧洲才有装备了双离合器变速器的量产汽车。 这些车型包括大众的甲壳虫、高尔夫、途安和捷达；奥迪的TT和A3；斯柯达的欧雅以及西亚特的Altea、Toledo和Leon。

VM Media Room供图
大众捷达2.0
福特公司是双离合器变速器的第二大制造商，其采用的双离合器变速器是福特欧洲公司及其合资变速器制造商GETRAG-Ford（福特与合资方各占50%的股份）生产。 在2005年的法兰克福国际汽车展上，福特公司展示了六速双离合器变速器的“动力换挡系统”。 但采用第一代动力换挡的量产车还需要大约两年才能面世。
美国的驾驶员可能还需等待更长的时间，才能享受到装备了双离合器变速器的汽车的种种好处。 在这一时刻到来之前，狂热的性能追求者可能还不得不满足于标准的五速手动变速器。