Hur överföringar med två kopplingar fungerar

De flesta vet att bilar har två grundläggande växellådor: manualer, som kräver att föraren byter växel genom att trycka ner en kopplingspedal och använda en stickskift, och automatik, som gör allt skiftarbete för förare som använder kopplingar, en momentomvandlare och uppsättningar av planetväxlar. Men det finns också något däremellan som erbjuder det bästa från båda världar - transmission med dubbla kopplingar, kallas också halvautomatisk växellåda, den "kopplingslösa" manuella växellådan och automatiserad manuell växellåda.

I en värld av racerbilar, halvautomatiska växellådor, t.ex. sekventiell manuell växellåda (eller SMG), har varit en häftklammer i åratal. Men i världen av produktionsfordon är det en relativt ny teknik - en som definieras av en mycket specifik design som kallas växellådan med dubbla kopplingar eller direkt växling..

Den här artikeln kommer att undersöka hur en transmission med dubbla kopplingar fungerar, hur den jämför med andra typer av överföringar och varför vissa förutspår att det är framtidens transmission.

Hands-On eller Hands-Off

En växel med två kopplingar ger funktionen av två manuella växellådor i en. För att förstå vad det här betyder är det bra att granska hur en konventionell manuell växellåda fungerar. När en förare vill byta från en växel till en annan i en vanlig stick-shift-bil trycker han först ner kopplingspedalen. Detta kör en enda koppling, som kopplar bort motorn från växellådan och avbryter kraftflödet till växellådan. Sedan använder föraren stickskiftet för att välja ett nytt växel, en process som innebär att en tandad krage flyttas från ett växelhjul till ett annat växelhjul av en annan storlek. Enheter som kallas synkroniserare matcha växlarna innan de går i anspråk för att förhindra slipning. När den nya växeln kopplas in, släpper föraren kopplingspedalen, som åter kopplar motorn till växellådan och överför kraft till hjulen.

Så i en konventionell manuell växellåda finns det inte ett kontinuerligt flöde av kraft från motorn till hjulen. Istället ändras kraftleverans från på till av till på under växel, vilket orsakar ett fenomen som kallas "växlingschock" eller "momentavbrott." För en okvalificerad förare kan detta leda till att passagerare kastas framåt och tillbaka igen när växlar byts.

En dubbelkopplingsväxellåda använder däremot två kopplingar, men har ingen kopplingspedal. Sofistikerad elektronik och hydraulik styr kopplingarna, precis som i en automatisk växellåda. I en DCT fungerar dock kopplingarna oberoende. Den ena kopplingen styr de udda växlarna (första, tredje, femte och omvända), medan den andra styr de jämna växlarna (andra, fjärde och sjätte). Med hjälp av detta arrangemang kan växlar bytas utan att störa kraftflödet från motorn till växellådan. Sekventiellt fungerar det så här:

Detta innehåll är inte kompatibelt på den här enheten.

Tack

Tack vare Jeff Beckman för hans hjälp med denna artikel.

Innehåll

1. Transmissionaxlar med två kopplingar
2. Fördelar och nackdelar med dubbelkopplingstransmissioner
3. Dubbelkopplingsöverföringar: förflutna, nutid och framtid

En tvådelad växellåda är kärnan i en DCT. Till skillnad från en konventionell manuell växellåda, som innehåller alla sina växlar på en enda ingångsaxel, delar DCT utda och jämna växlar på två ingångsaxlar. Hur är detta möjligt? Den yttre axeln är ihålig, vilket ger plats för en inre axel, som är häckt inuti. Den yttre ihåliga axeln matar andra och fjärde växlar, medan den inre axeln matar första, tredje och femte.

Diagrammet nedan visar detta arrangemang för en typisk fem-hastighets DCT. Observera att en koppling styr andra och fjärde växlar, medan en annan, oberoende koppling styr första, tredje och femte växlar. Det är trikset som gör att snabba växlar växlar och håller kraftleveransen konstant. En standard manuell växellåda kan inte göra det eftersom den måste använda en koppling för alla udda och jämna växlar.

Kopplingar med flera plattor

Eftersom en växel med två kopplingar liknar en automatisk, kan du tänka att den kräver en vridmomentomvandlare, vilket är hur en automatisk överför motorns vridmoment från motorn till växellådan. DCTs kräver emellertid inte momentomvandlare. Istället använder DCT som för närvarande finns på marknaden våta multiplattkopplingar. En "våt" koppling är en som badar kopplingskomponenterna i smörjfluid för att minska friktionen och begränsa värmeproduktionen. Flera tillverkare utvecklar DCT som använder torra kopplingar, som de som vanligtvis är förknippade med manuella växellådor, men alla produktionsfordon utrustade med DCT använder idag den våta versionen. Många motorcyklar har enkla flerskivarkopplingar.

Liksom vridmomentomvandlare använder våta multiplattkopplingar hydrauliskt tryck för att driva växlarna. Vätskan gör sitt arbete inuti kopplingskolven, sett i diagrammet ovan. När kopplingen är i ingrepp tvingar hydraultrycket inuti kolven en uppsättning av spiralfjäderdelen, som pressar en serie staplade kopplingsplattor och friktionsskivor mot en fast tryckplatta. Friktionsskivorna har inre tänder som är dimensionerade och formade så att de ingriper med splines på kopplingstrumman. I sin tur är trumman ansluten till växeln som tar emot överföringskraften. Audis växellåda med två kopplingar har både en liten spiralfjäder och en stor membranfjäder i sina våta flerskivakopplingar.

För att koppla ur kopplingen reduceras vätsketrycket inuti kolven. Detta gör att kolvfjädrarna kan slappna av, vilket underlättar trycket på kopplingspaketet och tryckplattan.

Vi kommer att titta på för- och nackdelarna med överföringar med dubbla kopplingar nästa.

Audi TT Roadster, en av flera Audi-modeller som finns med en växellåda med dubbla växlar Foto med tillstånd Audi Press Database

Förhoppningsvis blir det klart varför DCT klassificeras som en automatisk manuell växellåda. I princip fungerar DCT precis som en vanlig manuell växellåda: Den har ingångs- och hjälpaxlar till husväxlar, synkroniserare och en koppling. Vad den inte har är en kopplingspedal, eftersom datorer, solenoider och hydraulik gör själva växlingen. Även utan kopplingspedal kan föraren fortfarande "berätta" för datorn när han ska vidta åtgärder genom paddlar, knappar eller växelväxel.

Förarupplevelse är alltså bara en av de många fördelarna med en DCT. Med uppväxlingar som tar bara 8 millisekunder känner många att DCT erbjuder den mest dynamiska accelerationen för alla fordon på marknaden. Det erbjuder verkligen smidig acceleration genom att eliminera växelchocken som följer med växlar i manuella växellådor och till och med vissa automatik. Det bästa av allt är att det ger förarna lyxen att välja om de föredrar att kontrollera växlingen eller låta datorn göra allt arbete.

Den kanske mest tvingande fördelen med en DCT är förbättrad bränsleekonomi. Eftersom kraftflödet från motorn till växellådan inte avbryts ökar bränsleeffektiviteten dramatiskt. Vissa experter säger att en sex-växlad DCT kan ge upp till 10 procent ökad relativ bränsleeffektivitet jämfört med en konventionell fem-växlad automatisk.

Många biltillverkare är intresserade av DCT-teknik. Vissa biltillverkare är dock försiktiga med de extra kostnaderna för att modifiera produktionslinjer för att rymma en ny typ av överföring. Detta kan initialt höja kostnaderna för bilar utrustade med DCT, vilket kan motverka kostnadsmedvetna konsumenter.

Dessutom investerar tillverkarna redan kraftigt i alternativa transmissionstekniker. En av de mest anmärkningsvärda är den kontinuerligt variabla transmissionen, eller CVT. En CVT är en typ av automatväxellåda som använder ett rörligt remskivsystem och ett bälte eller kedja för att oändligt justera växlingsförhållandet över ett brett område. CVT: er minskar också växelchock och ökar bränsleeffektiviteten avsevärt. Men CVT: er kan inte hantera höga vridmomentkrav hos prestandabilar.

DCT har inga sådana problem och är idealiska för högpresterande fordon. I Europa, där manuella överföringar föredras på grund av deras prestanda och bränsleeffektivitet, förutspår vissa att DCT kommer att fånga 25 procent av marknaden. Bara en procent av bilarna som produceras i Västeuropa kommer att ha en CVT senast 2012.

Därefter ska vi titta på DCT: s historia och se vad framtiden innebär.

Porsche 962 Foto med tillstånd av Porsche Cars Nordamerika

Mannen som uppfann växellådan med dubbla kopplingar var en pionjär inom bilteknik. Adolphe Kégresse är bäst känd för att utveckla halvbanan, en typ av fordon utrustat med oändliga gummibanor som gör det möjligt att köra off-road över olika former av terräng. 1939 utformade Kégresse idén om en växellåda med dubbla kopplingar, som han hoppades kunna använda på det legendariska Citroëns "Traction" -fordon. Tyvärr förhindrade negativa affärsförhållanden ytterligare utveckling. -

Både Audi och Porsche tog upp dubbelkopplingskonceptet, även om användningen först var begränsad till racerbilar. 956 och 962C racecars inkluderade Porsche Dual Klutch, eller PDK. 1986 vann en Porsche 962 Monza 1000 Kilometer World Sports Prototype Championship race - den första vinsten för en bil utrustad med PDK halvautomatisk paddelväxlad växellåda. Audi gjorde också historia 1985 när en Sport quattro S1 rallybil utrustad med transmission med dubbla kopplingar vann Pikes Peak hill-stigningen, ett lopp uppför det 4.300 meter höga berget.

Kommersialisering av transmission med dubbla kopplingar har emellertid inte varit möjlig förrän nyligen. Volkswagen har varit en pionjär inom transmissioner med dubbla kopplingar och licensierar BorgWarners DualTronic-teknik. Europeiska bilar utrustade med DCT inkluderar Volkswagen Beetle, Golf, Touran och Jetta samt Audi TT och A3; Skoda Octavia; och sätet Altea, Toledo och Leon.

Volkswagon Jetta 2.0 Foto med tillstånd VM Media Room

Ford är den andra stora tillverkaren som förbinder sig till transmissioner med dubbla kopplingar, gjorda av Ford of Europe och dess 50/50 joint venture-transmissionstillverkare, GETRAG-Ford. Det visade Powershift System, en sex-växlad växellåda med två kopplingar, vid Frankfurt International Motor Show 2005. Produktionsfordon som använder en första generation Powershift är dock ungefär två år bort.

För mycket mer information om överföringar med dubbla kopplingar och relaterade ämnen, kolla in länkarna på nästa sida.

relaterade artiklar

• Hur manuella överföringar fungerar
• Hur automatiska växellådor fungerar
• Hur kopplingar fungerar
• Hur momentomvandlare fungerar
• Hur kontinuerligt variabla överföringar fungerar
• Hur sekventiella växellådor fungerar

Fler bra länkar

• Audi World
• Dubbelkoppling kontra CVT-debatt
• BorgWarner - tillverkare av DCT som används i Volkswagons
• Ford of Europe sätter dubbelkopplingstransmissioner i högväxel
• Överväganden överföring: Utöver den manuella växellådan

källor

• Adams, Eric, et al. "The Popular Science Automotive Buyers Guide: Managing Power - Transmission," Popular Science, juli 2005.
• Amoroso, Frank. "Audi TT 3.2: Gick jämn? Har du DSG?" AudiWorld, 17 januari 2004. http://www.audiworld.com/features/tests/2004tt32.shtml
• Audi World Site http://www.audi.com/audi/com/en1/new_cars/technology/ drive ___ suspension / dsg / technology_and_details.html
• "DSG och CVT: Vilket kommer att råda?" CARToday.com, 5 juli 2005. http://www.cartoday.com/content/news/singlepage.asp?in=7312
• "Europeiskt intresse för dubbelkopplingsteknik växer upp en växel," Just-auto.com, 2 december 2005. http://www.just-auto.com/features_detail.asp?art=1171
• Erjavec, Jack. "Automotive Technology: A Systems Approach." New York: Thomson Delmar Learning. 2005.
• Kluger, Michael och Bapiraju Surampudi. "Slät i kopplingen." Southwest Research Institute, sommaren 2004. http://www.swri.edu/3pubs/ttoday/Summer04/Clutch.htm
• Thomas, Mike. "Ford of Europe sätter dubbla kopplingstransmissioner i högväxel." Ford Newsroom, 13 februari 2006. http://media.ford.com/newsroom/feature_display.cfm?release=22361
• "Twin-Clutch Gearbox", AutoZine Technical School, 2003. http://www.autozine.org/technical_school/gearbox/tech_gear_manual.htm
• Visnic, Bill. "Att lära en gammal tranny nya tricks: BorgWarner andas nästa generations liv i den manuella växellådan," WardsAuto.com, 1 december 2000. http://wardsautoworld.com/ar/auto_tech_trends_4/index.html
• "Den sportiga direktväxellådan." AudiWorld, 27 augusti 2003. http://www.audiworld.com/news/03/082703/content.shtml