FEV公司开发的xDCT系列产品及解决方案，可通过将“齿轮生成”和“支持换挡”两种非传统的理念结合在一起，尽可能有效地减少任何给定齿轮数量所带来的机械复杂性。

目前，为了响应发动机小型化和低速化技术趋势，主机厂纷纷引进越来越多的小排量且高转矩的涡轮增压发动机，这种趋势在未来会更加明显。但为进一步提高整车起步性能并减少燃油消耗，其与传统的自然吸气发动机相比，如考虑变速器不应用液力变矩器因而不具备转矩放大特性的DCT，将需要有20左右的起动速比和大于10的速比延展率，这将导致对有大量齿轮组的DCT提出了更大的挑战。为了保持可接受的挡位间隔，因此需要增加挡位数，同时齿轮对数将显著增加。

此外，对于小型乘用车，特别是对生产成本较为敏感的汽车市场，需要保持现有自然吸气发动机要求相对应变速器的齿轮组数量，以大幅降低其复杂性。现在批产DCT最大的为7速，它为3轴、4同步器设计；为适应整车起步性能速比20左右的要求，依然采用现在批产DCT的齿轮布置模式，很明显齿轮对数将增加，因为挡位数要增加，也就是齿轮，同步器将增加，相应地重量或成本将增加。

FEV公司开发的xDCT系列产品及解决方案，可通过将“变换齿轮换挡”和“支持换挡”两种理念结合在一起，尽可能有效地减少任何给定齿轮数量所带来的机械复杂性。

xDCT系列产品解决方案

FEV公司开发的xDCT产品是一系列横置的DCT方案。一方面，为实现“变换齿轮换挡”技术，至少需要在两根输入轴之间安装一个可切换的连接设计，以便让其能够通过双离合器而使用变速器内部的所有齿轮。使用一个单独可切换的连接设计，从理论上来说会使齿轮的数量倍增；另一方面，为保证转矩传递的连续性，FEV公司将一个或两个“支持换挡”技术引入到换挡系统之中，而对于一个支持挡位而言，需要提供第二个离合器，使用一个转矩更高的挡位。存储在发动机惯性中的能量，将在升挡补偿过程中释放出来，以放大支承挡位的较小转矩。所以，只有将“变换齿轮换挡”和“支持换挡”这两种设计理念结合在一起，才能从理论上有效地利用现有的挡位，避免转矩传递中断。

在不增加目前变速器机械复杂性的情况下，要获得很多阶差良好的传动比方案，这就要求对齿轮组采用新的合成和优化方式。因此，FEV公司采用了一种计算机辅助合成系统，开发了新的齿轮组，并且在此过程中，对所有理论上可能的解决方案进行了分析和对比，直到发现可满足所有边界条件的最佳解决方案（见图1）。

图1中所示的齿轮组结构，它可利用某种变速器的布局，非常简单快速地分析各种功能性。对于一个给定的齿轮组，从图中可以看到齿轮组之间一系列可切换的连接和自由度。挡位总数是齿轮变换换挡（指输入轴和输出轴之间直接连接的齿轮）与支持换挡（指两输入轴之间齿轮）的总和。对于可切换连接的所有可能的排列，是可以进行评估的，例如相对于齿轮的理论数量和效率最佳的齿轮数量。图1（b）所示为10速-xDCT齿轮组结构与10个可用的前进挡齿轮，总共使用了8个可切换的连接（4个同步器单元/4个换挡齿套）；图1（c）所示为一个较小一点的7速-xDCT齿轮组结构，该结构设有7个前进挡齿轮，但只采用了6个可切换的连接（3个同步器单元/3个换挡齿套）。

齿轮组布局方案

图2为FEV公司xDCT系列变速器的两种典型的齿轮组布置方案。10速-xDCT齿轮组设有4个换挡齿套/17个齿轮，而7速-xDCT齿轮组设有3个换挡齿套/14个齿轮，为“每一复杂性功能”确立了新的标准。主轴和换挡齿套的布置看起来与传统DCT差不多，但两个传输连接（换挡齿套C）设置于输入轴之间，其中一个用于倒车挡。两个输入轴之间的传输连接X1设有一个可选择的速比级，如果采用从C1至C2的传输变速，将会创建一个较窄的传动比范围。相反，如果采用从C2至C1的传输变速，该速比级将会创建一个较宽的传动比范围。为了减少轴向长度，X1和五挡齿轮的连接则使用输入轴上的相同齿轮。如果在R的方向上让换挡齿套C执行工作，那么第一输入轴（C1）将使用二挡齿轮作为倒挡齿轮。不需要采用专用的倒挡惰轮。在泊车操作时，二挡具有足够的转矩放大功能，因此，倒挡与起动挡位之间进行离合器到离合器的动力转换是可能的。

从图2还可以看到，10速-xDCT和7速-xDCT的齿轮速比阶差。10速-xDCT的2挡和6挡的阶差是渐进的，而对于挡位更高的齿轮之间的阶差则接近于平稳。一挡速比具有很高的数值和良好的起动性能。对于xDCT系列变速器而言，1挡轮齿可以实现短齿设计，因为该挡位是采用传输连接和二挡齿轮生成的。因此，一个附加的齿轮级（传输级）对1挡的总传动比产生很大的作用。1挡和2挡之间的小变速级别可用来模拟一个具有高起动性能的液力变矩器的转矩放大。这两个挡位之间从离合器到另一离合器的换挡是在车辆起动后直接进行的。由于1挡短齿设计的实现和随着2挡顺畅加速，这种阶差速比可以带给驾乘者一种非常舒适的感受。

模拟结果分析

7速-xDCT的换挡规律包含一个“支持挡位”（3挡→4挡），而10速-xDCT的换挡规律包含两个（3挡→4挡，6挡→7挡），其中最主要的挑战是如何采用一个与DCT挡位在效果上相媲美的挡位，来执行驱动“支持挡位”。为了分析“支持挡位”的可行性，这里对最关键的10速-xDCT3挡→4挡“支持挡位”的换挡程序进行模拟操作，并与传统DCT进行比较（见图3）。对于所支持的挡位而言，惯性阶段过程中离合器之间的双转矩转换以及所降低的转矩干扰是可见的。由于支持挡位的转矩放大幅度较小，更多的能量被存储在发动机的惯量之中，用来最大限度地减小加速度下降的幅度，因此，只需要较小的转矩干预。

在支持挡位换挡期间的最小的加速度1.3g略小于DCT挡位换挡期间的最小加速度1.6g。为了评估其对换挡质量的影响，并创建一种支持挡位的换挡感觉，我们对采用传统DCT和改良变速器控制策略的车辆进行了测量，结果表明：即使在满负荷情况下，换挡质量也保持在FEV公司的xDCT系列范围之内；在部分负荷时，可以通过正转矩干预实现全面的转矩支持。

结构设计研究

在细致的三维概念研究过程中，FEV公司一直以10速-xDCT的400Nm转矩容量和7速-xDCT的280Nm转矩容量进行布置和设计。其中，在对7速-xDCT的研究中选用了德国LuK公司的一种配有机电执行机构的已量产的系列化干式双离合器。当然，根据客户的要求，也可选用其他的双离合器（如干式或湿式）作为替代方案集成应用。作为7速-xDCT上的一种特殊功能，所有3挡变速叉和驻车机构可用一个单一的换挡鼓驱动执行，这极大地简化了执行机构。

图4为7速-xDCT的齿轮组，只通过单一的换挡鼓即可驱动执行。另一个优势是其安装长度只有360mm，如果采用一种嵌入式的湿式双离合器，还可使其安装长度缩短至330mm。

图5  非啮合空转齿轮的角速度总和

传动效率

在所有的“支持换挡”中，自由度为3的系统中，两个连接被关闭，这意味着该系统被完全确定，并且该变速器与预选主动齿轮一起运行（见图2）。此外，与传统的齿轮组相比，在“支持换挡”的动力流范围内还有两个更多的齿轮接触。xDCT系列产品的优点是齿轮、轴承和同步器的数量减少，极大地降低了怠速损失。图5为7速-xDCT非啮合空转齿轮和同步器Δ角速度与传统7速DCT的比较，虽然图中显示的最大值相似，但7速-xDCT的角速度总和自2挡至7挡均低于传统7速DCT，尤其是在6挡和7挡，两者差距高达40%。

为了更精确地估算效率，FEV公司已在测试台上对量产DCT的怠速损失和预选挡位对效率的影响进行了测量。特别是在NEDC工况的负载范围内，怠速损失对效率的影响实际上比负载依赖性挡位损失的影响大得多。此外，挡位预选对效率也没有显著的影响。因此，动力流中更多齿轮接触的缺点，将至少可通过xDCT系列变速器显著较低的怠速损失得到补偿。

结语

FEV公司已采用齿轮组合成的新技术，开发了xDCT系列双离合器自动变速器，并以此为每种机械复杂性的齿轮组数量确立了新的标杆。10速-xDCT可提供具有良好的速比阶差的10速前进挡设计，且只采用4个换挡齿套和3个主轴，从而保持了传统7速DCT的机械复杂性；7速-xDCT有7个前进挡位，总计只采用3个换挡齿套和14个齿轮，与传统DCT相比，其重量、生产成本和安装空间都可大幅降低。其中，配有湿式双离合器的7速-xDCT，其安装长度只有330mm。对于换挡质量和效率，从模拟数据和比较测量的结果可知，xDCT的概念完全可以与目前系列化生产的解决方案进行竞争。由于一挡轮齿比较短，并且换挡步骤1→2的阶差很小，使得其起动质量和性能有了很大的提高。

xDCT系列产品提供了创新的可量身定制的传动变速概念，适用于对差速比和齿轮数量要求很高、体积紧凑和高成本压力的应用领域。