[科普]手动与双离合器变速箱原理
今天随着小星一起来了解一下手动变速箱和双离合变速箱的工作原理吧。
1. 手动变速箱
目前手动变速箱在全球范围内仍有超过50%的占有率。原因就是其结构简单，节油且驾驶参与感强。而且手动变速箱是大部分人学车的时候接触到的变速箱。那让我们一起来看一下换挡挡把之下的手动变速箱结构吧。
由手动变速箱的基本换挡机构示意图所示。图左中换挡拨叉决定套筒与对应齿轮结合实现硬连接。发动机输入轴（绿色）将动力传输至中间轴（红色）。中间轴与不同齿比的蓝色齿轮相啮合。但最终那组齿轮输出动力至连接差速器的输出轴则由套筒（紫色）决定。右侧图示紫色部分即为犬牙离合器。其通过长短齿相互啮合，形似犬牙因此命名为犬牙离合器（dog clutch）。由于是硬连接，因此需要同步器（套筒中黄色部分）的帮助进行转速同步。
↑手动变速箱基本换挡机构示意图（来自HowStuffWorks）
如果感兴趣手动变速箱，可以研究一下下面这个结构图。这是5速前进挡手动变速箱的基本结构和换挡原理。左侧的换挡挡把图示是不是很熟悉？如果学车的时候接触的是大众桑塔纳，那么看到的就是一摸一样的图示。如右图所示3个不同纵轴的挡把动作被转换成对3个紫色套筒的前后运动。进而转换成套筒对不同挡位齿轮组的选择。倒挡R与前进挡之间的差别就是多了一个小的转换轴。从而将发动机的动力向反向倒车方向传输。
↑5速手动变速箱基本结构示意图（来自HowStuffWorks）
同一列的换挡拨叉负责前后两个档位。由带同步器的犬牙离合器来控制齿轮的结合。同步器的重要作用让发动机与档位齿轮速度进行同步。当转速差较大时，同步器会通过内部摩擦轴承（黄色）传递动力减小速度差。当速度差小到一定时外部的犬牙齿轮啮合，形成硬连接。
2. 双离合变速箱
↑双离合变速箱基本结构示意图（来自HowStuffWorks）
顾名思义，双离合变速箱拥有两组离合器。为什么要有两组离合器呢？那就要从手动变速箱的驾驶体验说起。我们学车的时候都有感觉，加速的时候每次升档动力都会中断一下。很令人苦恼。同时换挡时机没有掌握好就会出现顿挫。双离合变速箱大幅保留了原来手动变速箱的结构。为了实现换挡自动化和电气化，如原理图所示，输入轴被分为内轴和外轴。分别通过离合器1和2与发动机连接。输入内轴和外轴又分别和奇数档或偶数档啮合。通过带犬牙齿轮的换挡机构来确定具体与输出轴硬连接的挡位。
↑大众6速双离合变速箱DQ250结构示意图（来自大众SSP自学材料）
双离合变速箱通过两组离合器分别连接奇数档和偶数档最大的好处就是当其中一组离合器和挡位齿轮传输动力时，下一个挡位齿轮已经结合了。只是此时离合器脱开没有动力传输。当换挡时只需要进行离合器的切换即可。动力中断的时间很短。
双离合变速箱从控制方式上可分为液力控制和电机控制两种。
a) 液力控制Hydraulic双离合器变速箱
液力控制双离合变速箱就是基于液压执行器进行换挡和离合器控制的变速箱。以大众6速双离合变速箱DQ250为例，主要组件包含多片碟式离合器Multi-Disc Clutch、变速箱机油泵Transmission Fluid Pump、滤清器Filter、冷却器Cooler和电液控制执行机械Mechatronics。
↑大众干式双离合变速箱DQ200原理图（来自大众SSP自学材料）
液力控制双离合变速箱又进一步细分成湿式和干式两种类型。所谓干式并不是不使用变速箱机油，而只是使用的非常少。以大众干式双离合变速箱DQ200为例，它仅需要1.7L的变速箱机油。而对应的大众湿式双离合变速箱DQ250则需要超过7L的变速箱机油。这种差别来自两种变速箱的不同设计。
↑大众湿式双离合变速箱DQ250原理图（来自大众SSP自学材料）
湿式双离合变速箱的结构包含弹簧减震器、双离合总成、输入轴1/2（外轴与内轴）、输出轴1/2、倒挡轴、集成驻车齿轮的差速器、电液执行机构和机油泵。干式双离合变速箱的结构包含双质量飞轮、离合器K1/K2输入轴1/2（内轴和外轴）、输出轴1/2、倒挡轴（输出轴3）和集成差速器的最终输出轴。其设计上的主要区别就是DQ250湿式双离合器变速箱使用需要机油冷却的多片碟式离合器。而干式双离合变速箱采用原手动变速箱类似的单片离合器。因此DQ200变速箱机油更多的用来控制换挡和离合器，而很少用于离合器散热。
↑大众双离合变速箱液力控制换挡拨叉（来自大众SSP自学材料）
由于双离合变速箱与手动变速箱非常类似，因此换挡拨叉也出现在了双离合变速箱当中。只不过不再通过人手来操作换挡，而是通过电控液压执行器进行相应操作。换挡拨叉的两端包含了液压阀。可通过电子控制器调节两端压力，控制拨叉前后运动，从而带动犬牙齿轮与相应齿轮结合。
↑大众双离合变速箱液力控制滑阀箱与控制单元（来自大众SSP自学材料）
也因此DQ250双离合变速箱的电液控制单元Electro-hydraulic Control Unit包含大量液压电池阀。其中长得像蚯蚓一样的就是错综复杂的液压管路。液压管路加上电磁阀组并称为滑阀箱。图中上半部分为滑阀箱的正面。右上角为电控单元Electronic Control Unit的连接器。下半部分为滑阀箱的背面，即为电控单元的主体。
b) 电机控制Electrical双离合变速箱
↑格特拉格7DCT300双离合变速箱电机控制示意图（来自格特拉格CTI演讲）
为了进一步提高控制效率，多家车厂开始引入基于电机控制的双离合变速箱，成为新的潮流。以格特拉格Getrag为宝马提供的7速双离合变速箱7DCT300为例，它包含离合器冷却电机、泵执行器电机1/2、选档执行器电机1/2和控制单元。电机对执行器比如选档和离合器的动作更直接。
以上，小星介绍了手动变速箱的原理，以及基于手动变速箱实施自动化电气化的双离合变速箱。解析了液力控制和电机控制双离合变速箱的差别。希望为大家了解这两种变速箱有所帮助。
奥迪A7双离合变速箱原理介绍视频
从2017年7月1日起，辣笔小星启用新的转载规范
转载无需经过我同意，符合如下转载规范就好。2017年7月1日以后发布的不符合转载规范的文章，有可能会被举报删除。
在文章顶部添加
本文来自公众号： 辣笔小星
微信号 ：xingweisteven