De flesta vet att bilar kommer med två grundläggande växellådorstyper:manualer, som kräver att föraren växlar genom att trycka ner en kopplingspedal och använda en spakväxling, och automater, som gör allt växlingsarbete för förare som använder kopplingar, en momentomvandlare och uppsättningar planetväxlar. Men det finns också något däremellan som erbjuder det bästa av två världar – dubbelkopplingsväxellådan , även kallad halvautomatisk växellåda, den "kopplingslösa" manuella växellådan och den automatiska manuella växellådan.
I racerbilarnas värld, halvautomatiska växellådor, som den sekventiella manuella växellådan (eller SMG), har varit en stapelvara i flera år. Men i en värld av produktionsfordon är det en relativt ny teknik - en som definieras av en mycket specifik design som kallas dubbelkopplingsväxellådan.
Den här artikeln kommer att utforska hur en dubbelkopplingsväxellåda fungerar, hur den kan jämföras med andra typer av växellådor och varför vissa förutspår att det är framtidens växellåda.
En dubbelkopplingsväxellåda erbjuder funktionen av två manuella växellådor i en. För att förstå vad detta betyder är det bra att se över hur en konventionell manuell växellåda fungerar. När en förare vill växla från en växel till en annan i en vanlig stick-shift-bil trycker han först ner kopplingspedalen. Detta driver en enkel koppling, som kopplar bort motorn från växellådan och avbryter kraftflödet till transmissionen. Sedan använder föraren växeln för att välja en ny växel, en process som går ut på att flytta en tandad krage från ett kugghjul till ett annat kugghjul av en annan storlek. Enheter som kallas synkroniserare matcha växlarna innan de sätts i för att förhindra slipning. När den nya växeln är ilagd släpper föraren kopplingspedalen, som återansluter motorn till växellådan och överför kraften till hjulen.
Så i en konventionell manuell växellåda finns det inte ett kontinuerligt kraftflöde från motorn till hjulen. Istället ändras kraftleveransen från på till av till på under växling, vilket orsakar ett fenomen som kallas "växlingsstöt" eller "momentavbrott". För en okvalificerad förare kan detta leda till att passagerare kastas fram och tillbaka när växeln växlas.
En dubbelkopplingslåda använder däremot två kopplingar, men har ingen kopplingspedal. Sofistikerad elektronik och hydraulik styr kopplingarna, precis som de gör i en vanlig automatlåda. I en DCT fungerar dock kopplingarna oberoende. En koppling styr de udda växlarna (första, tredje, femma och back), medan den andra styr de jämna växlarna (andra, fjärde och sjätte). Med detta arrangemang kan växlar ändras utan att avbryta kraftflödet från motorn till transmissionen. Sekvensiellt fungerar det så här:
Innehåll
En tvådelad transmissionsaxel är hjärtat i en DCT. Till skillnad från en konventionell manuell växellåda, som rymmer alla sina växlar på en enda ingående axel, delar DCT upp udda och jämna växlar på två ingående axlar. Hur är detta möjligt? Det yttre skaftet är ihåligt, vilket ger plats för ett inre skaft, som är kapslat inuti. Den yttre ihåliga axeln matar andra och fjärde växlarna, medan den inre axeln matar första, tredje och femte.
Diagrammet nedan visar detta arrangemang för en typisk femväxlad DCT. Lägg märke till att en koppling styr andra och fjärde växlarna, medan en annan, oberoende koppling styr första, tredje och femte växlarna. Det är tricket som tillåter blixtsnabba växlingar och håller kraftleveransen konstant. En standard manuell växellåda kan inte göra detta eftersom den måste använda en koppling för alla udda och jämna växlar.
Eftersom en dubbelkopplingsväxellåda liknar en automat, kan man tro att den kräver en vridmomentomvandlare, vilket är hur en automat överför motorns vridmoment från motorn till växellådan. DCT kräver dock inga momentomvandlare. Istället använder DCT för närvarande på marknaden våta lamellkopplingar. En "våt" koppling är en som badar kopplingskomponenterna i smörjvätska för att minska friktionen och begränsa produktionen av värme. Flera tillverkare utvecklar DCT som använder torrkopplingar, som de som vanligtvis förknippas med manuella växellådor, men alla produktionsfordon utrustade med DCT idag använder den våta versionen. Många motorcyklar har enkla lamellkopplingar.
Liksom vridmomentomvandlare använder våta lamellkopplingar hydrauliskt tryck för att driva växlarna. Vätskan gör sitt arbete inuti kopplingskolven, se diagrammet ovan. När kopplingen är inkopplad tvingar hydraultrycket inuti kolven en uppsättning spiralfjädrar, som trycker en serie staplade kopplingsplattor och friktionsskivor mot en fast tryckplatta. Friktionsskivorna har invändiga tänder som är dimensionerade och formade för att passa in med splines på kopplingstrumman. I sin tur är trumman kopplad till växelsatsen som ska ta emot överföringskraften. Audis dubbelkopplingsväxellåda har både en liten spiralfjäder och en stor membranfjäder i sina våta lamellkopplingar.
För att koppla ur kopplingen reduceras vätsketrycket inuti kolven. Detta gör att kolvfjädrarna kan slappna av, vilket underlättar trycket på kopplingspaketet och tryckplattan.
Vi ska titta på fördelarna och nackdelarna med dubbelkopplingstransmissioner härnäst.
Förhoppningsvis blir det tydligt varför DCT klassas som en automatiserad manuell växellåda. I princip beter sig DCT precis som en vanlig manuell växellåda:Den har ingående och extra axlar för att hysa växlar, synkronisatorer och en koppling. Vad den inte har är en kopplingspedal, eftersom datorer, solenoider och hydraulik gör själva växlingen. Även utan en kopplingspedal kan föraren fortfarande "berätta" för datorn när den ska vidta åtgärder genom paddlar, knappar eller en växling.
Förarerfarenhet är alltså bara en av de många fördelarna med en DCT. Med uppväxlingar som bara tar 8 millisekunder, känner många att DCT erbjuder den mest dynamiska accelerationen av alla fordon på marknaden. Den erbjuder säkerligen mjuk acceleration genom att eliminera växlingsstöten som följer med växlingar i manuella växellådor och även vissa automater. Det bästa av allt är att det ger förarna lyxen att välja om de föredrar att styra växlingen eller låta datorn göra allt arbete.
Den kanske mest övertygande fördelen med en DCT är förbättrad bränsleekonomi. Eftersom kraftflödet från motorn till transmissionen inte avbryts ökar bränsleeffektiviteten dramatiskt. Vissa experter säger att en sexväxlad DCT kan ge upp till 10 procent högre relativ bränsleeffektivitet jämfört med en konventionell femväxlad automat.
Många biltillverkare är intresserade av DCT-teknik. Vissa biltillverkare är dock försiktiga med de extra kostnader som är förknippade med att modifiera produktionslinjer för att rymma en ny typ av transmission. Detta kan initialt öka kostnaderna för bilar utrustade med DCT, vilket kan avskräcka kostnadsmedvetna konsumenter.
Dessutom investerar tillverkare redan mycket i alternativa transmissionsteknologier. En av de mest anmärkningsvärda är den kontinuerligt variabla transmissionen, eller CVT. En CVT är en typ av automatisk växellåda som använder ett rörligt remskissystem och en rem eller kedja för att oändligt justera utväxlingen över ett brett område. CVT:er minskar också växlingsstöten och ökar bränsleeffektiviteten avsevärt. Men CVT:er klarar inte de höga vridmomentkraven från prestandabilar.
DCT:er har inte sådana problem och är idealiska för högpresterande fordon. I Europa, där manuella växellådor föredras på grund av deras prestanda och bränsleeffektivitet, förutspår vissa att DCT kommer att ta 25 procent av marknaden. Bara en procent av bilarna som tillverkas i Västeuropa kommer att vara utrustade med en CVT 2012.
Därefter ska vi titta på DCT:s historia och se vad framtiden har att erbjuda.
Mannen som uppfann dubbelkopplingsväxellådan var en pionjär inom bilteknik. Adolphe Kégresse är mest känd för att ha utvecklat halvbanan, en typ av fordon utrustad med ändlösa gummisteg som gör att den kan köra terräng över olika former av terräng. 1939 kom Kégresse på idén till en dubbelkopplingsväxellåda, som han hoppades kunna använda på det legendariska Citroën "Traction"-fordonet. Tyvärr hindrade ogynnsamma affärsförhållanden ytterligare utveckling.
Både Audi och Porsche tog upp konceptet med dubbla kopplingar, även om dess användning till en början var begränsad till racerbilar. Racebilarna 956 och 962C inkluderade Porsche Dual Klutch , eller PDK. 1986 vann en Porsche 962 Monza 1000 Kilometer World Sports Prototype Championship - den första vinsten för en bil utrustad med PDK halvautomatiska paddelväxlade växellåda. Audi skrev också historia 1985 när en Sport quattro S1 rallybil utrustad med dubbelkopplingsväxellåda vann Pikes Peak-backen, en tävling uppför det 4 300 meter höga berget.
Kommersialisering av dubbelkopplingsväxellådan har dock inte varit möjlig förrän nyligen. Volkswagen har varit en pionjär inom dubbelkopplingstransmissioner och licensierat BorgWarners DualTronic-teknik. Europeiska bilar utrustade med DCT inkluderar Volkswagen Beetle, Golf, Touran och Jetta samt Audi TT och A3; Skoda Octavia; och Seat Altea, Toledo och Leon.
Ford är den andra stora tillverkaren som satsar på dubbelkopplingstransmissioner, tillverkade av Ford of Europe och dess 50/50 joint venture-transmissionstillverkare, GETRAG-Ford. Den demonstrerade Powershift System, en sexväxlad dubbelkopplingsväxellåda, på Frankfurt International Motor Show 2005. Däremot är det ungefär två år kvar till produktionsfordon som använder en första generationens Powershift.
För mycket mer information om dubbelkopplingstransmissioner och relaterade ämnen, kolla in länkarna nedan.
Ursprungligen publicerad:6 april 2006
