引言

　　双离合器变速箱(DCT)，内部设置有两套独立的离合器以及两套独立的变速箱系统，相对于一般变速箱而言，可以其内部同步器可以进行预挂档操作，即在n档运行阶段，当策略准备进行换档操作的时候，n+1(或n-1)档同步器将会挂入，接下来由两个离合器交替摩擦完成换档，再脱离n档同步器。

　　商用车双离合器变速箱相对于主流变速箱而言，其同步器的工况是不同的，且DCT变速箱在试验过程中发现同步困难现象。针对这样的情况，有必要对商用车双离合器变速箱进行分析研究，来保证商用车双离合器变速箱能达到比较好的性能。

　　1、 主流同步器的参数计算

　　同步器同步力矩T_c是表征同步器容量的重要参数，指的是在转速差存在的情况下，同步器使得转速差消失的摩擦力矩。T_c越大，说明同步器产生同步器效果越明显。

　　通过分析同步力矩，可以了解同步器参数，找到更加适合商用车双离合器变速箱的同步器。

　　图1 同步器齿圈、摩擦锥面受力分析图

　　其中：

　　F—操纵机构给予同步器齿圈的力(可以是手通过杠杆的力，也可以是气压液压给予的力)，N

ω₁—花键毂的转速(该转速为同步器所在轴转速以及齿圈转速)，r/min

μ₁—花键毂与齿圈摩擦系数

N₁—花键毂对齿圈支撑力，N

f₁—花键毂对齿圈摩擦力，

μ₂—齿圈与齿环结合面摩擦系数

N₂—齿圈与齿环之间相互支撑力，N

f₂—齿圈与齿环之间相互摩擦力，

　　θ—结合齿半锥角，度

N₃—摩擦环对齿环支撑力合力，N

 μ₃—摩擦环与齿环锥面摩擦系数

 N_{4—摩擦环对齿环锥面支撑力，N}

r₁—齿环和齿圈受力点的半径，mm

r₂—摩擦锥面平均半径，mm

　　α—摩擦锥面角，度

T_c—同步器同步力矩，

　　通过分析：

　　不论什么形式的变速箱，均存在着同步器的速度差，即存在着同步器的主动边和从动边，所谓主动边，在此定义为转速基本不变的部分(或者说转动惯量非常大的部分)，从动边定义为转动惯量相对于主动部分非常小的部分。那么，在同步器同步的时候，基本可以认为主动边的转速不会变化，而从动边的转速在T_c的影响下，逐渐接近主动边的转速达到同步。

　　一般变速箱同步器的主动边为与输出轴啮合的主动齿轮(输出轴以及整个车辆)，从动部分为同步器(离合器从动盘、输入轴以及中间轴)。DCT变速箱也并没有不同，只是奇数档、偶数档同步器对应的离合器从动盘、输入轴以及中间轴不同而已。那么可以认为，同中心距的变速箱，DCT和一般变速箱的转动惯量相差不大，在此设为Ⅰ。

　　即同步器从动边角加速度a为：

　　加入转速差，即得同步时间t：

　　2、 同步器参数与方案分析

　　由上式分析，可知为了使同步器换档更加容易，比较有效的方法为：

　　1) 减小摩擦锥面角；

　　2) 减小从动边转动惯量；

　　3) 减小从动边与主动边转速差；

　　4) 增大操纵机构拨动力F;

　　5) 增大摩擦环与齿环锥面摩擦系数；

　　6) 增大摩擦锥面平均半径。

　　由上面方案逐条分析可行性与取值范围

　　2.1减小摩擦锥面角(与相关)

　　减小摩擦锥面角是提高同步器容量的一个常用手段，但是锥角过小会导致锥角自锁发生粘连现象，使得齿环与摩擦环无法脱落。具体形式如下：

　　图2 锥面自锁图

　　可以得出齿环变形力

　　当N₃消失，仅剩下N₅以及N₄。

　　可以得到：

　　为了能让齿圈脱离，需要

　　可得到曲线：

　　即取曲线下方值即可满足，即为了保证同步时间t小，选定一个之后，在满足的时候，取最小值即可。

　　2.2减小从动边转动惯量

　　DCT从动边的转动副包括：该从动边的离合器从动盘、输入轴、中间轴以及同步器。其中输入轴与中间轴之间靠常啮合齿轮连接。根据齿轮转动惯量的传递公式：

　　从公式可以看出，常啮合齿轮将离合器从动盘以及输入轴的转动惯量放大了(比较常见)，而且是二次方关系，且从动边里面，转动惯量最大的部分为(由于离合器从动盘直径较大，其转动惯量比一般轴系大两个数量级)，由此可以发现常啮合齿轮传动比对从动边总转动惯量的影响非常大。通过具体实例可以发现：

　　图4 常啮合齿轮传动比与转动惯量关系

i_c的取值从2到3，从动边转动惯量I跨度接近1倍，即可以做出结论，适当降低常啮合齿轮的传动比，可以非常有效的降低从动边转动惯量I，从而有效的减少同步时间。

　　2.3减小从动边与主动边转速差

　　即使DCT变速箱使用和一般变速箱相同的同步器，DCT换档困难的现象还是会出现，主要原因就在于DCT同步器的从动边的转速相对于一般变速箱从动边的转速更加不可控。

　　图5 一般变速箱传动比示意图

　　设输入转速为，且挂档1档

　　通过实例，可以发现，一般变速箱的同步器的转速差为30~200n/min，档位越高，转速差越大，但这样的转速是可控的。

　　然而，DCT变速箱理论上来说，从动边转速应该为0，但是由于存在着摩擦，使得转速不可控，以下为一份DCT换档转速图表：

　　图6 双离合器变速箱一次循环各个转速传感器转速-时间图

　　通过与推导4类似分析，可以发现，DCT变速箱同步器转速差为200~600n/min。这样就会极大的增加同步时间。甚至可能造成同步器摩擦锥面烧蚀等后果。

　　为了能缩短同步时间，作为DCT同步器不受控制的从动边，我们需要让其转速能够受控起来。

　　主要实施方案如下：

　　a) 在换档之前，策略检测到驾驶员的加速/减速意图;

　　b) 欲换档离合器进行短时间触碰后分开，这个时候欲换档离合器和中间轴等零件将会被加速/减速，达到减小转速差目的;

　　c) 挂入欲换档同步器，同步完成;

　　d) 双离合交替切换，换档完成。

　　由于在b)步骤时，同步器未结合，离合器短时间触碰，只是对同步器从动边加速，是比较安全的方法。

　　2.4增大操纵机构拨动力F

　　根据推导2，增大F是一个线性的变化，对于减少同步时间的意义并不大，因为时间减少了，带来的后果可能是同步器摩擦锥面的烧蚀。

　　2.5增大摩擦锥面平均半径r₂

　　该方案也是常用的增大同步器容量的方法，即同样常用的锁销式同步器，可以有效的增大锥面的平均半径r₂。更有甚者使用双锥同步器，可以将同步器容量提升60%。这个方式是现有技术，本文不做讨论。

　　3、 与现有变速箱的比较

　　DCT同步器换档困难的原因，主要是因为DCT同步器从动边转速不可控，导致同步器转速差过大所致。

　　但是由于DCT换档的特殊性，在于DCT同步器同步是相对独立的，只要时间不是太久，它并不影响换档的过程。通过大量实验，我们认为1s~1.5s是可以接受的。

　　一般变速箱的同步时间为0.6~0.8s。

　　粗略计算可以了解，DCT可接受同步时间大概可以为一般变速箱的2倍，但是通过实验发现现在同步时间往往是一般变速箱的3倍。

　　一般变速箱由于转速差很小，根据公式，其从动边转动动能很小，所以可以采用增大同步器容量的办法来缩短同步时间，如果按照这样的方案来缩小DCT的同步时间，所带来的发热功率将是一般变速箱的9~10倍，实验表明，这是DCT同步器难以承受的热量。

　　图7 齿环烧蚀磨损严重

　　所以同步器容量不变的情况下，我们可以采用减小从动部分的转动惯量、减小转速差以及加大换档力的方法来减小同步时间，其中比较优的方法为前两种，因为第一种方法是直接通过减小转动能量来减小同步时间，第二种方法是将转动能量分散到离合器上，都对同步器本身是一种保护。而第三种方法是增加转动加速度来减少同步时间，带来的结果是让动能在更短的时间内损耗在摩擦锥面上，让同步器热量更难耗散，导致同步器烧蚀。

　　4、 结论

　　DCT换档困难，换档同步时间长主要是因为DCT结构导致转速差不受控制。

　　对于减少DCT同步时间，并不需要按照现有同步器同步时间标准来考虑，根据DCT的结构，可以适当放宽要求。

　　而仅仅通过增加DCT同步器容量，是治标不治本的方法。针对DCT独特的换档方式，更应该采用减小从动部分转动惯量以及减小转速差的方法，来减少同步时间。