袁 韶，张广辉，赵振东，吴金国

（1.南京工程学院 汽车与轨道交通学院，江苏 南京 211167；2.南京奥吉智能汽车技术研究院有限公司，江苏 南京 211000）

目前变速器市场，手动变速器（Manual Transmission, MT）发展的时间最长，技术也最成熟，其存在缺点，即换挡过程不传递动力，对加速性能和乘坐舒适性影响很大。自动变速器换挡平稳，整个过程动力无中断，加速性能和乘坐舒适性表现良好。因为性能优越，简单易上手，近些年来自动变速器的普及率已超过手动变速器，且两者差距逐年扩大。在自动变速器中，双离合自动变速器（Dual Clutch Transmission, DCT）性能最好。DCT以MT的传动结构为原型，对其进行升级改进，是MT的改良版，因此它有和MT一样的高传动效率。DCT相比无级变速器（Continuously Variable Transmission, CVT），动力性更好，相比液力自动变速器（Automatic Transmission, AT）燃油经济性更好，相比电控机械式自动变速器（Automated Mechanical Transmission, AMT）换挡性能更好，能带来更好的驾驶体验。

自诞生以来，经过不断的技术革新，车辆产品性能不断提高，搭载了DCT的车辆性能显著高于搭载了其他变速器的车辆性能。如今，汽车厂商不断加大对DCT的研发力度，未来市场空前广阔。

1 DCT工作原理

为了实现动力性换挡，将挡位分为奇数挡（I、III、V挡）与偶数挡（II、IV挡）分散布置，I、III、V挡与离合器 C1相连，II、IV挡与离合器C2相连。如图1所示。

图1 DCT工作原理图

1.1 起步过程

车辆静止时，整个传动系统无动力传递。车辆缓慢起步时，传感器自动收集各类控制信号并实时传递数据给自动变速箱控制单元（Transmission Control Unit, TCU），TCU发出车辆动作指令，控制自动换挡机构换挡，使I挡齿轮提前啮合，然后控制离合器C1接合，实现车辆缓慢起步。

1.2 换挡过程

TCU对每个挡位换挡临界点预设了一个车速值。车辆I挡行驶，加速到预设的II挡换挡临界点车速时，TCU开始介入，提前换入II挡。继续加速达到II挡换挡点时，离合器C1逐渐分离直至完全分离，同时离合器 C2逐渐接合直至完全接合，即换入II挡。以上为一个完整的换挡过程。换挡过程中控制好两个离合器的扭矩重叠，即可迅速完成换挡，其余挡位换挡过程类似。

2 DCT分类及特点

DCT按结构可分为湿式和干式两种。

2.1 湿式DCT的特点

湿式DCT浸泡在充满液压油的密闭容腔中，离合器摩擦片接合和分离过程中产生滑磨功，冷却油将热量带走，使摩擦片降温，保证离合器正常的工作。密闭的工作环境，能有效隔绝外部污染源的影响，同时也决定了其内部结构的复杂性，复杂的结构也带来了较高的成本，大规模的应用也因此受限。

2.2 干式DCT的特点

干式 DCT滑磨过程中生成的热量难以散发，完全依靠风冷散热，热量全部散失需要等待的时间较长。因此，干式DCT不适用于长时间接合、滑磨生成热量多的工况。表1为湿式和干式DCT的性能对比。

表1 湿式和干式DCT性能对比

3 DCT研究现状

3.1 国外研究现状

文献[6]提出了一种平滑换挡控制技术，获得了30 ℃到120 ℃的液压油温范围内的平滑换挡特性。文献[7]研制了一种双离合变速器换挡控制器，可在升降挡阶段更好控制发动机扭矩传递。文献[8]详细分析了双离合自动变速器的换挡过程，研究了DCT换挡过程中离合器的工作状态。文献[9]等建立了 DCT整车动力学模型和控制逻辑，以此分析了DCT中离合器分离和接合的规律。文献[10]等提出了一种新的分别估计每个离合器扭矩的算法。文献[11]等分析了DCT换挡过程，建立了DCT车辆动力系统的三维离合器模型和数学模型。文献[12]等采用最优控制分配为双离合自动变速器的换挡制定了控制策略。文献[13]等提出了一种基于速度和转矩状态反馈的换挡控制策略，对改善换挡品质有一定的效果。

3.2 国内研究现状

过学迅等建立了双离合器分离、接合的控制逻辑，设计了基于模糊控制的换挡方法。杨昭分析了DCT升降挡过程中离合器的控制策略，对换挡品质及评价指标进行了研究。姚晓涛等提出了基于发动机恒转速与双离合器同时参与起步过程的控制方法。张丙玉提出了动态调整起步目标转速的方法，不仅满足车辆起步动态响应，也提高了起步的平顺性。杨光春制订了双离合器联合参与起步的控制策略，标定了双离合器同时起步的模糊控制策略。罗勇提出了考虑驾驶员起步意图识别的起步控制策略。郝洪涛提出了一种基于摩擦参数估计的换挡控制方法，并通过仿真验证了改善DCT换挡品质的有效性。

4 DCT发展趋势

DCT产品不断升级与发展是为了提高产品性能，使之更智能化、轻量化。发展至今，DCT的各项性能已经和 AT相当，并且燃油经济性优于AT。

4.1 DCT市场规模预测

当前自动变速器是我国变速器市场的主流，且市场规模逐年扩大。DCT优异的性能表现使之在自动变速器领域也处于领先地位。

各类变速器市场规模预测如表 2所示。因为操作难度大，长时间驾驶易产生疲劳等缺点，传动手动变速器的市场占比已远不如自动变速器。自动变速器中，AMT因换挡过程不传递动力，且顿挫感明显，影响了消费者的驾乘体验，因此市场占比最少。其中，DCT市场占比的上升幅度很大，有超过AT的趋势。

表2 各类变速器市场规模预测

4.2 DCT系统发展趋势

DCT系统的发展趋势，可以归纳为以下几个方面：

（1）噪声、振动与声振粗糙度（Noise Vibration Harshness, NVH）性能更优化：优化硬件设计和软件控制逻辑进而提高变速器的 NVH性能水平，表现为降低换挡时拨叉杂音和踩油门过程中的爆震噪音，为乘客带去更舒适的乘车体验。

（2）控制系统智能化：车辆运行状况受外界影响一直在动态变化，因此需要控制系统自学习，对这些变化作自适应调整，提高驾乘感受；控制系统能优化调整两个离合器的扭矩重叠，最大程度缩短换挡时间，提高换挡品质。同时对换挡规律进行优化，避免意外换挡或错误换挡。

（3）机电一体化：机电一体化是汽车发展的必然趋势，电子部件取代了原有的机械部件，其中较为典型的是线控换挡技术，减少了换挡过程接触的机械零件数，防止驾驶过程中误操作，提高换挡效率。

（4）系统高度集成化：传动系统结构复杂，零部件繁多，将一些关键部件如液压阀、传感器等集成为一体，对繁杂的电路、线束进行封装。既节省了内部空间，便于拆装，又避免了线束之间的信号干扰，提高了可靠性。

5 DCT的关键技术与问题

DCT在许多方面的性能表现都已经十分优异，但是在产品研发改进中，也存在着许多关键技术亟待突破。

5.1 DCT关键技术

5.1.1 双离合器模块的开发

我国汽车工业起步相较国外晚许多，技术也落后于国外。双离合器模块是DCT的核心部分，对DCT性能好坏起关键性作用。此项关键技术目前主要掌握在美国的博格华纳公司和德国的舍弗勒集团。因此，国内企业需要将研发重点投入到该领域，打破国外的垄断地位。

5.1.2 热管理系统的研究

DCT变速箱工作过程中，会通过以下途径产生热量：（1）齿轮互相啮合；（2）离合器滑磨做功；（3）电磁阀通电工作；（4）液压油流经管道。这些热量如果不能及时散发，就会降低变速箱的工作效率。因此，需要研发一套高效的热管理系统，及时对变速箱工作过程中产生的这些热量进行冷却，最大程度提高变速箱的效率。

5.1.3 起步控制策略

DCT车辆通过离合器传递发动机动力，因此，对其起步时离合器的接合速度等特性进行研究十分重要。通过小位移控制执行机构、模糊 PID算法等实现离合器的分离与接合，不仅容错率高，自适应性也好。不断提出各种先进控制理论用于车辆起步控制，能在很大程度上提高车辆的起步性能。

5.1.4 智能换挡规律

自动变速器传统的换挡规律完善，前提是要求被控对象的数学模型十分精确，才能对其准确求解，实际中往往很难做到这点。因此，如何使变速器根据驾驶员意图和驾驶环境进行智能换挡值得深究。

如今，制定换挡规律过程中集成了多种先进控制理论，其中较为典型的有模糊控制技术和神经网络理论。车辆行驶过程中，使用模糊规则相对来说最容易体现驾驶员的驾驶经验。神经网络很强的非线性映射性便于从数据中提取一定的逻辑规律，有利于智能换挡系统研究。

先进控制理论的应用对智能换挡规律的制定大有裨益，在研究开发的过程中，需要集思广益，不断创造出愈加先进的控制理论。

5.2 DCT常见问题

5.2.1 传感器故障

油液温度传感器因产生故障误判油温信息，并将错误的信号传递给电控单元，致使变速器开启保护模式，正常行驶的车辆忽然失去动力，影响了行车安全。

5.2.2 换挡异响

在城市道路上行驶遇到堵车时，需要频繁换挡。在换挡时，离合器反复进行摩擦，油压不稳定导致换挡拨叉在切换时会出现很明显的响声。

5.2.3 低速顿挫

车辆低速行驶时，传动比的变化较大，扭矩波动明显。因为冲击度与变速器输出扭矩变化率成正比，所以车速越低、档位越低，顿挫就越严重。

目前，针对上述问题，汽车厂商给出的维修方案通常是（1）刷新变速器软件；（2）更换离合器总成。

6 结语

DCT变速箱里的齿轮传动机构和传统手动挡类似，因此拥有良好的生产继承性，可以很好的保护现有的手动变速器生产资源，适合我国国情。

DCT因其优异的性能表现被越来越多的人们所认知并接受。但是，DCT也存在着诸如换挡异响、低速顿挫、传感器存在故障等问题，技术并不是特别成熟，可靠性有待进一步验证。随着科研人员对DCT关键技术的攻关，未来DCT将会不断发展，其综合性能也将持续提高，市场占有率也将达到一个新的高度。