发布作品

    双离合变速箱的那些事

    四冲程技术头像四冲程技术头像
    四冲程技术2020-06-10

    买车的时候,我们最关注的的是三大件:发动机、变速箱和底盘。对于普通家用或者商用车的发动机和底盘而言,不管是合资车还是主流的国产车厂商,技术发展都已经很成熟,没有很大的差异;但是对于变速箱而言,就完全不同,首先不同厂家掌握的技术不一样,然后不同种类的变速箱也有很大差异。今天重点聊一聊双离合变速箱,买车的时候,一谈到这辆车搭载的是双离合变速箱,很多人可能眉头一皱,脑袋一摇,对双离合从内心深处就是抗拒的。双离合变速箱到底做了什么让你伤得这么深?


    汽车变速箱


    发展历史

    双离合的发展历史最早要追溯到20世纪40年代,对双离合变速箱技术的起源有两种说法,一种是指该技术在1939年由法国人阿道夫·加尔奇(Adolphe Kégresse)提出,并打算应用于雪铁龙Traction车型;另一种说法是在1940年由德国达姆斯塔特工业大学的教授Rudolph Franke发明,并安装到卡车上进行试验。


    阿道夫·加尔奇作为法国军事工程师且拥有100多项专利。坊间还流传灯来一张阿道夫·加尔奇提供给雪铁龙的双离合变速箱图纸。这使得阿道夫·加尔奇作为双离合变速箱之父的说法更为可信。


    阿道夫·加尔奇设计的双离合变速箱图纸

    1984年,保时捷956搭载PDK(Porsche DoppelKupplung,保时捷双离合)变速箱最早征战于纽伯格林赛道。

    1986年意大利蒙扎1000公里世界锦标赛上,搭载了PDK双离合变速箱的保时捷962赛车,取得此项比赛的胜利,自此以后双离合技术再次受到人们重视。

    保时捷962

    1987年的派克峰 (Pikes Peak) 山道赛上,奥迪Sport Quattro S1强劲的性能使其在一举夺冠并名扬天下,这款车搭载的就是保时捷双离合变速箱。


    奥迪Sport Quattro S

    2003年首款大众DSG变速箱被应用于第四代高尔夫(图片|配置|询价)R32高性能车上。搭配DSG变速箱的高尔夫R32的百公里加速时间由6.6s缩短到6.4s。虽然优势微弱,但却显现出双离合变速箱光明的前景。这款变速箱就是大众DQ250变速箱,湿式六速双离合变速箱,采用美国博格华纳(Borgwarner)公司的模块,最大可承受350Nm的扭矩。同款的变速箱也被应用于当年的奥迪TT车型上面。

    2006年底特律车展上,奥迪的Roadjet概念车首次采用了为纵置发动机而设计的S-Tronic七速双离合变速箱。这标志着大众集团已经掌握了横置和纵置发动机的双离合变速箱技术。S-Tronic七速双离合变速箱采用了单从动轴技术,比起采用双从动轴的DSG六速双离合变速箱更为紧凑。这款变速箱也就是现在被广泛应用于奥迪车型上的DL501变速箱。

    奥迪的Roadjet概念车

    2008年:大众七速DSG双离合变速箱DQ200开始量产。

    2012年-至今:各厂家探求承载更大扭矩的双离合变速箱。

    结构原理

    以大众DSG双离合变速箱DQ200为例,双离合器模块简单地说就是两套离合器+一个壳体,我们把靠近发动机一端的离合器叫做K1离合器,跟在后面的叫K2离合器。而K1和K2两套离合器拥有各自独立的从动部分(摩擦片+从动盘片+减震器+从动盘毂)、压紧机构(膜片弹簧、压盘)和操纵机构(这里只说到操纵臂)。


      双离合器壳体、壳体中部的驱动盘以及K1和K2的蝶形膜片弹簧和压盘都是发动机的“死党”,它们之间不存在相对转动,双离合器的壳体与发动机飞轮连接,与发动机同步旋转,这些部件叫做“主动部分”。


      随着离合器壳体一同转动的膜片弹簧和压盘扮演了很重要的角色,操纵臂的杠杆作用下压套筒使膜片弹簧受力变形,产生的形变推动(或拉动)压盘压紧摩擦片,这时候从动盘与前面提到的主动部分变成了一个整体,随着发动机同步旋转起来,在从离合器获得动力之后,从动盘依靠内花键将动力传递给输入轴,来自发动机的动力就此进入齿轮箱。

    合器工作原理与手动变速箱相同,工作方式却相反。

      说到蝶形膜片弹簧这里,不得不说这台DQ200的干式双离合器在控制的方式和原理上很有意思,它和我们熟悉的手动变速箱原理一致,同样是靠挤压和摩擦来实现动力的接续传递,也是利用杠杆原理挤压套筒来使膜片弹簧变形。但是,膜片弹簧的工作方式却与手动变速箱离合器中膜片弹簧的方式完全相反(参见上面的动态图)。在手动变速箱的单片离合器结构中,膜片弹簧受到挤压时,会释放离合器压盘,中断动力传输;而在DQ200变速箱中,膜片弹簧在受到挤压时所起的作用竟然是压紧离合器接通动力!说白了,手动变速箱的离合器是--你给外力,它就分离,而这台DQ200双离合变速箱的离合器却恰恰相反,是你给外力,它才接合!

    齿轮箱:双MT合体

      动力从输入轴进入到变速箱箱体之后,将会开始在齿轮之间的旅行。箱体内的齿轮阵营倒是很好划分----也像两套手动变速箱一样--两根输入轴,两根输出轴,然后要再加一套驻车锁止的机构和向车轮半轴输送动力的差速器。这样来看,你会发现双离合的齿轮箱其实只是比传统的手动变速箱多了几根轴而已。而前面我们已经预习过,DQ200和手动变速箱的换挡原理也完全一致,拨叉推动接合齿套完成齿轮的结合或分离(挂挡摘挡)。

      两根输入轴分别与K1离合器及K2离合器相连,采用内外套合的方式,输入轴一上的是1357挡的齿轮,输入轴二上的则是246R的齿轮。当两个离合器交替工作时,动力就能在奇数挡和偶数挡之间接续了。仔细一看输入轴你会发现另一件很有意思的事情,在输入轴一上,对应1357挡位的齿轮都是独立的,而对应246R挡位的二号输入轴上只有两个齿轮,4挡与6挡齿轮共用一个输入轴齿轮,2挡与R挡(倒挡)共用一个输入轴齿轮,这样设计的目的也许是为了保证空心的第二输入轴能拥有足够的强度,同时保证变速箱的紧凑结构。


    --双离合变速箱的“N”挡(空挡)和手动变速箱有什么区别?

      很多网友都想知道双离合变速箱的“N”挡(空挡)和手动变速箱空挡有什么区别。以我们拆解的这台DQ200变速箱为例,它在“N”挡时候的逻辑确实和我们平常手动变速箱的“空挡”有所不同,简单地说,双离合变速箱的“空挡”相当于手动变速箱“挂1挡、踩离合”的状态,这样在接合动力时的速度会更快。而且,在D挡模式下,长时间踩刹车时,离合器也会自动断开,而挡位接合套依然和1挡齿轮接合。


      除了各种轴和齿轮之外,变速箱体还有一个我们不能忽视的部分—驻车控制模块,也就是我们车辆的“P”挡控制机构,驻车齿轮集成在输出轴三上,与倒档齿轮同轴,它是输出轴齿轮中唯一一个拥有内花键的齿轮(与输出轴同步)。

      驻车控制机构是DQ200变速箱上唯一一处与排挡杆存在物理连接的机构(其它所有的控制都是通过电信号传递),当我们把排挡杆挂入“P”挡时,排挡杆通过拉索控制,拉动连接球销,使棘爪扣住驻车齿轮,从而锁止输出轴,达到驻车锁止的目的。

    机电控制模块,“六肢”发达,头脑不简单

      三者当中最辛苦的部分自然就是“既出力又算计”的机电控制模块,这种工作方式简直就是典型的“IT民工”。

      从结构上来看,其组成倒也不复杂,传感器、运算/控制芯片再加上液压单元和执行器,也就四块内容,又是一个简单的数字。机电控制模块就是靠这些组件来完成获取信息--判断/决策--执行的整个过程。在这其中,由齿轮泵构成的液压泵和蓄压罐是机电控制模块所有动力的来源,用人体器官来比喻的话,这里就是心脏。


      我们人类通过四肢来活动,DQ200的机电控制模块则拥有“六肢“,“两肢”分别控制K1和K2离合器的操纵臂,另外“四肢”则用来控制切换挡位拨叉。四个独立的拨叉控制杆控制五个拨叉(六挡和倒挡是两个拨叉共用一个拨叉控制杆),正是独立控制杆的存在才让相邻档位提前接合成为可能。

      而对肢体发出动作指令的“大脑”则由德国大陆Continental提供,这颗大脑通过发动机转速传感器、输出轴转速传感器、接合驾驶者对变速箱控制杆做出的操作,并通过共享CANBUS总线上的车速、轮速、油门踏板位置、转向角度传感器、横向加速度传感器等等一系列信息判断车辆的行驶状态和驾驶者的意图并作出回应。位于拨叉和离合器致动器位置的传感器则时刻提醒这颗德国大脑目前变速箱正在工作的离合器和目前结合的挡位。同时,根据机电控制模块内的油温传感器、油压传感器等及时监测变速箱的工作状态是否正常,其信息量之庞大我们可以想象,这种信息处理能力不知道有没有希望叫板现在流行的双核智能手机…


    --即使没有双离合器,它也可以很快!

      双离合变速箱之所以够快,不仅仅是因为它拥有“双离合模块”这么简单,还有很大程度归功于它的独立换挡控制杆,知道“独立”意味着什么吗?意味着,即便没有双离合器,由于DQ200采用的是间隔挡位共用一个接合套的设计(前面已经讲过),所以相邻挡位的的接合套能够独立运作,理论上可以实现“一个挡位接合套的脱离的同时,相邻挡位齿轮的接合套已经接合!”知道兰博基尼的ISR变速箱(那个号称换挡时间50毫秒的变速箱)的核心系统是什么吗?其实就是多个可以独立控制的拨叉!

    『兰博基尼的ISR变速箱之所以敢于向之前超跑们的序列变速箱叫板也是因为它采用了独立控制的换挡拨叉』

      (本段纯属讨论,欢迎车迷踊跃发言)这种独立控制的效果,要比依靠序列变速箱的“换挡鼓”这种机械式的多拨叉同步动作方式拥有更大的灵活性,尤其是在“跳挡”时的优势非常明显(除了隔奇数跳挡以外…),而换挡鼓机构虽然可以依靠响应敏捷的伺服电机在相邻挡位间快速切换,但是多挡位升挡或降档时(比如急加速时,有可能需要从6挡直接降到3挡),换挡鼓在这时候明显不如独立控制拨叉的结构有优势。
    --变速箱同时需要使用两种油液!

      大多数自动变速箱乃至双离合变速箱中,都只使用一种油液,这种油液既需要实现润滑、散热、传递扭矩的作用,又需要提供液力控制部件所需的液压,而DQ200双离合变速箱采用了独立的双油路设计,并在两个油路中应用了不同的油液。在齿轮箱中,使用型号为G052171的齿轮油,这与国内大众MQ250手动变速箱所使用的齿轮油型号一致,而机电控制模块所使用的则是型号为G004000的液压油,两种油液在各自独立的油路循环中能够更好的发挥自己的功能,使变速箱拥有更好的低温工作特性。

      而且DQ200总共的油液用量仅2.7L(齿轮油1.7L 液压油1L) 较传统的自动变速箱以及湿式双离合变速箱使用的变速箱油减少了近一半,别说DQ200是免维护的设计,即便后期需要养护,在成本上也是有明显优势的。(据说DQ250湿式双离合变速箱的油液用量为6L以上,DQ200总共的油液连其一半都不到)
    --DQ200(7速干式双离合)和DQ250(6速湿式双离合)究竟不同在哪儿?

      DQ200和DQ250最明显的不同相信大家都知道,那就是“干湿”离合器的不同,DQ250使用湿式离合器,离合器的控制方式也完全不同,DQ200依靠液力推动操纵臂,靠膜片弹簧压紧离合器片,而DQ250的离合器接合则完全依靠液压来控制,采用湿式离合器设计的DQ250使用单一的油液,因其用量较大,所以设计了机油槽,并且拥有压力机油滤清器、机油冷却器以及靠曲轴动力驱动的机油泵等等设备,这些都是DQ200所没有的。

      另外,由于前进挡数量不同,7速的DQ200有三根输出轴,倒挡齿轮和驻车齿轮单独占了一根输出轴,而DQ250只有两根,DQ250的驻车齿轮集成在差速器上。

    声名狼藉

    2019年5月5日,大众汽车有限公司、一汽-大众汽车有限公司和上汽大众汽车有限公司根据《缺点汽车产品召回管理条例》和《缺点汽车产品召回管理条例实施方法》的要求,向国家市场监督管理总局备案了召回计划,决定自2019年6月28日起召回共计92621辆车辆。


    大众这次召回接近十万辆汽车的原因在于变速箱的离合器器问题,没错,又是这台臭名昭著双离合变速箱,据大众自己的描述,这款变速箱在部分情况下会造成离合器不再耦合,导致车辆失去动力,存在严重的安全隐患。
    试想一下如果在高速道路上,突然怎么踩油门,汽车都不为所动,失去了动力,这是一件多么可怕的事情,后方的车辆很可能来不及反应导致刹车不及时,造成严重的追尾事故。


    早在2016年,就有众多大众双离合车型的用户反应,这款DSG变速箱在使用了一段时间后,会出现异常的抖动,用户自己形容起来就像:“感觉车轮下面都是碎石块碎砖头一样”,车辆还会出现失去动力不能行驶的情况,据了解,该车主的车辆是一台第六代的高尔夫车型。
    除此以外,也有斯柯达“昊睿”车主反应,自己的轿车突然中断了动力,两秒钟后又突然“啪”得一下窜了出去,差点没吓死他。同时也有“明锐”的车主反应自己遭遇到相似的情况,突然之间踩油门毫无反应,眼看着发动机转速从2000转直接上升至4000、5000转,但是车速却在慢慢降下来,然后过了一会儿不踩油门了,突然车子又往前窜了出去,吓得他直接刹车踹到底,连ABS都踩出来了。
    大众在国内市场分成三个销售渠道,一汽大众、上汽大众以及进口大众,此次召回三方均有车型涉及,其中主要以进口渠道的大众车型为主。


    进口大众将召回自2008年12月9日至2015年3月12日期间生产的部分2009-2015年款甲壳虫、尚酷以及高尔夫系列车型,共计60027辆。

    一汽-大众此次将召回2010年3月4日至2014年11月21日期间生产的部分2010-2014年款进口奥迪A1及A3系列汽车,共计28707辆,2012年12月18日至13年2月3日期间生产的部分13年款国产速腾、高尔夫、迈腾、大众CC及宝来系列汽车,共计1472辆。

    上汽大众召回2012年12月10日至13年3月2日期间生产的部分2012-13年款国产途安、明锐、朗逸、昊睿和帕萨特系列汽车,共计2415辆。
    所有召回的车型之中,进口大众占比64.8%,一汽大众占比32.6%,上汽大众占比2.6%,为什么会出现这样的情况呢?
    主要还是与变速箱的型号有关,这次召回的问题变速箱以老款的DQ200干式双离合变速箱为主,之前也说过,这款变速箱在国内早已是臭名昭著的状态,无论是一汽大众还是上汽大众,在后期都已更换了新的7速湿式双离合变速箱。另一方面,匹配的这款DQ200变速箱的是1.4T涡轮增压发动机(后期也有1.2T涡轮增压款),在朗逸、高尔夫、速腾、明锐等车型中属于中高配置,销量方面比不上搭载1.6L(后期更换为1.5L)自然吸气发动机 爱信6速手自一体变速箱的中低配车型,而事实证明自吸 AT的组合更加耐用。
    大众才走出变速箱“死亡闪烁”的阴影没几年,大众双离合变速箱臭名昭著的由来,离不开一个唤作“死亡闪烁”的故障。那么什么叫“死亡闪烁”呢?

    专业术语应该叫做“应急模式”,即变速箱进入了应急状态,会出现变速箱应急状态的原因主要有三个:1.离合器问题,2. 变速箱内部机械零件的问题, 3. 阀体的问题, 4.控制单元的问题。大众面临的也是这次召回的原因主要在于第一个问题,离合器的问题之上。
    我们都知道DQ200是一款干式双离合变速箱,有两套离合器,离合器一号负责控制1,3,5,7档,离合器二号负责控制2,4,6和倒档,在我们日常正常的行驶状态下,只有一个离合器处于耦合的状态,这个离合器的某个档位处于闭合的状态,而另一套离合器的某个档位处于准备状态,但不会闭合。
    举个简单的例子,我们在路上正常行驶时,档位挂在四档位置,那么这个时候离合器二号处于耦合状态,档位数是四档,离合器一号处于开放状态,其中的第5档处于预挂档位,随时准备接替四档进行升档,这也是为什么双离合变速箱能做到闪电般换挡速度的原因。
    如果离合器一号和二号同时耦合会发生什么呢?
    此时变速箱就会进入应急模式,强制将一号或者二号离合器强制切断其中一个,假如切断了一号,那么1,3,5,7档就全部处于空挡,如果切断了二号离合器,那么2,4,6和倒档便全部变成了空挡。于是正在驾驶的我们发现当前档位下突然动力中断了,车速越来越慢,档位灯不停地闪烁起来,突然转速攀升,紧接着离合器好像又接上了(另一套离合器),汽车“唰”得窜了出去,这就是“死亡闪烁”的原因和表现情况。
    大众双离合变速箱的故障原因离不开自身设计和国内用车环境
    为什么大多数出现问题的大众双离合变速箱都是干式的呢?这就是大众自己的锅了。干式双离合变速箱有着一个“致命缺点”——散热的问题。
    干式双离合变速箱没有冷却油,这与大众另一款6速湿式双离合变速箱DQ250差异,它的散热方式主要是靠通风,套用到发动机上来讲,可以理解为是“风冷式”的。这款干式双离合变速箱拥有两个通风口,一个在上面,一个在前方,前者用于出风,后者则是用于进风。


    在前面的进风口位置,大众工程师牺牲了散热效果加上了一个小盖子,这个小盖子会影响到进风量,从而直接影响了变速箱的散热效果,这也是为什么我们常说干式双离合变速箱在城市拥堵路况走走停停特别容易烧离合的原因,因为拥堵的路况下没法保证足够的进风量进行散热。
    那么大众的工程师是傻的吗?明知道加了小盖子影响进风量还去加?其实他们也是无可奈,因为他们没料到中国的空气质量如此之差,若是不加小盖子,当变速箱内的离合器开始工作,与发动机耦合一起旋转,它就会产生一股负压,像风扇一样把大量灰尘颗粒吸进离合器压盘部位,更坑爹的是由于设计之初工程师们不曾想到中国的道路上居然有那么多灰尘,也没设计灰尘排出的通道,于是压盘上的灰尘越积越多。可惜即便加了个小盖子,在大量的灰尘颗粒面前也是杯水车薪。
    正对着压盘的是什么?了解离合器构造的朋友肯定知道,是摩擦片,也就是俗称的离合器片,一旦两者贴合,就是离合器与发动机耦合一起转动了,发动机的动力就能传递到变速箱再传递到车轮来驱动汽车。而大众的工程师为了在一个变速箱中塞进两套离合器机构,将离合器压缩得很小很薄,压盘与摩擦片之间的距离也很小,大量灰尘颗粒和异物的堆积之下,使得这两者发生了非正常接合,从而引发了“死亡闪烁”现象的产生。

    自从大众的这起事故以后,双离合变速箱在中国就声名狼藉了。

    继续发展

    既然双离合变速箱在市场上名声那么长,为什么却越来越多的厂商搭载双离合变速箱呢?

    原因之一在于多年前大众推出双离合变速箱时做了很多宣传,诸如换挡迅速、省油、动力输出更强等痛点直击消费者心扉。而且相对于AT变速箱,DCT变速箱的成本更低。一时间双离合似乎成了一种时髦和先进的象征。

    很多自主品牌看到后也觉得不错,毕竟既能降低成本又能提升性能,所以就将大笔的研发资金投入到了DCT的变速箱研发和调教上。加上世界一流的供应商博格华纳以及格特拉克彼时急于打开国内市场,所以向众多自主品牌抛出了橄榄枝,它们同很多自主品牌签订了合作协议,共同建厂研发双离合变速箱,一传十、十传百,跟风加入双离合变速箱研发及应用的车企也就越来越多。

    同时,由于很多自主车企都在研发双离合变速箱,因而使得研发成本被进一步降低,双离合变速箱成为了更具性价比的选择,所以如今使用它的品牌也越来越多,比如销量排行靠前的哈弗、荣威、传祺等均使用了双离合变速箱,包括奇瑞、比亚迪、东风等品牌也在其中。尽管为他们提供双离合变速箱的供应商并不相同,但原理和水平却相差不大,说双离合变速箱占据了国产车的半壁江山也不为过。

    原因之二则是眼下AT变速箱供应不足。在20万以内的车型中,AT变速箱大多是被爱信垄断的,而爱信所面临的需求并非只有自主品牌,而是全球市场。产能不足的情况下,它并非“有钱不赚”而只能优先为合作意向更强的厂商提供。比如长安汽车就是爱信6AT变速箱的采购大户,而为了拿下爱信的6AT,长安汽车高层曾多次前往爱信公司斡旋。

    一方面很多自主品牌早已在DCT变速箱这一技术路径上投入了巨资,此时放弃那无异于投资打了水漂,另一方面,DCT变速箱虽然有顿挫的小毛病,但整体上行驶质感和AT差的也并不是特别明显,尤其是成本更低,因而也就使得DCT在国产车中越来越普及。

    次阅读
    评论
    2赞同
    收藏
    分享
    评论
    2赞同
    收藏
    分享

    评论·0

    头像头像
    提交评论
      加载中…

      热门资讯