【科技單元】雙離合器自手排變速箱勢力的崛起

高性能車新歡

記者:文/hayabusa、整理/Ero 2008-12-02

汽車的變速系統從一開始的手排變速箱,到後來出現有著扭力轉換器,駕駛者不用為切換檔位操作傷腦筋的自排變速箱。之後在手排系統基礎上出現了以電子控制系統操作離合器的自手排,由傳統自排基礎延伸發展出來,可以手動切換檔位升降的手自排系統也在現在新車市場上逐漸成為自排系統主流。不過現在在強調運動表現的新車款之間,又有一股新的勢力正在崛起,那就是本篇的主角—雙離合器自手排系統。

雙離合器系統基本共同點

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說它是新勢力,其實比較早開始起步的VAG集團(AUDI/VW)在2003年時就已經讓AUDI A3與TT等車款陸續搭載,不過相對於手排、自排甚至CVT無段變速機構來說都是非常年輕的科技。從那時經過了數年的時間,現在全球幾家大汽車集團中已有AUDI/VW、FORD、NISSAN、MITSUBISHI、PORSCHE等車廠在這方面技術成熟且實際投入市場銷售中。VAG集團的DSG系統更是因為推出時間早及成熟度高,在國內幾乎快要成為雙離合器變速系統的代名詞。目前DSG與AUDI自身開發的S Tronic系統都在今年邁入七速時代,眾多新技術的導入也讓它們無論在動力傳輸的效率、反應、平順性上都更為提升。

不論哪家的雙離合器系統,其實主要的結構觀念都是相同的,我們就以現在最新的七速S Tronic作例子來解釋一下。S Tronic是專為縱置動力機構以及Quattro全時四輪傳動系統所設計,所以內部傳輸軸和齒輪為縱向排列。該系統是由二組多片式離合器與動力傳輸軸的組合來搭配不同檔位,這也正是它與一般手排變速箱單一離合器、動力輸入、輸出軸與齒輪組搭配的最大不同。

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在二個離合器機構中,在外側比較大的K1離合器是透過實心的動力傳輸軸將扭力傳輸至奇數的1、3、5、7檔,這幾個檔位位置比較靠後面,接近車子的中央。而比較小的K2離合器則與將實心軸包起來的空心軸連結(看圖片會比較清楚,讓人聯想到大腸包小腸),將扭力傳輸給偶數的2、4、6檔以及倒檔。

接著重點來了,這二組傳輸軸是同時維持運轉狀態,不過一次只有一個軸是與引擎的動力輸入端接合,比方說車子在三檔行駛時四檔已經與另一組傳輸軸預先銜接,K1與K2離合器透過電子油壓裝置控制一起作動(一個接合、一個分離)完成換檔動作,所以換檔時不但速度非常快,只要數百分之一秒,而且由於二個檔位齒輪是同步運作,所以交接之際也不像一般變速箱會產生落差的挫動,駕駛者坐在車內也不容易察覺到車子有在換檔。這就好像接力賽跑時如果準備接棒者在傳棒者交棒前就預先起跑,那麼在交棒過程中也不至於拖慢時間。

在駕駛介面上S Tronic也提供了數種駕駛模式,其中自排模式就提供有著不同換檔邏輯的D檔與S(Sport)檔,而手動換檔模式則可透過排檔桿或是方向盤上的撥鈕來操作升降檔。

S Tronic的齒比(變速比)範圍可以達到8.0:1,所以在一檔時可以用較低齒比大幅放大扭力而在七檔時以高齒比讓引擎維持低轉速運轉,可以兼顧油耗經濟與性能表現。與引擎的匹配上可以承受引擎轉速達9000rpm以及550Nm的最大扭力,所以AUDI旗下的TDI、FSI與TFSI引擎都在搭配的對象範圍之內。由最新的入門SUV Q5拔得頭籌率先搭載,以後很快也會在其他車系(A4、A5),特別是重視運動性能表現的縱置引擎車款中看到它的身影。


資深老手DSG亦邁入七速化

至於AUDI/VW名號最響亮的DSG變速系統,搭載於二品牌旗下多個車款,成為運動化的代名詞,在小型休旅Touran車系的搭載比率更達到25%。最新一代目前比S Tronic更早進化至七個檔位,與S Tronic不同的是它是採取橫置方式,且首次採用了乾式多板離合器,讓動力傳輸效率有更上一層樓的提升,其最大扭力承受能力則提高到250牛頓米。

新的七速DSG系統會先搭載於VW的Golf、Golf Plus 1.9 TDI與1.4 TSI車款,也讓原本只有手排選擇的1.4 TSI車款多了一個極佳的動力傳輸選擇,當然AUDI的A3與TT也會繼續導入這個新進化的版本。除了極佳的動力傳輸效率所帶來的運動能例外,更好的油耗經濟性也是開發中相當重視的一環,根據廠商公布的數據,Golf 1.9TDI七速DSG每一百公里油耗比六速DSG節省了0.7公升。

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大馬力高轉速專用機M-DCT

BMW M部門所開發的M-DCT系統,是全球首款針對高轉速大扭力引擎所開發的雙離合器自手排變速箱,所以首先搭載的車款便是新年式的M3(於今年七月開始提供選配)。該系統在Drivelogic換檔邏輯管理之下分別於自動(D)與手動(S)換檔模式下提供五種與六種共11種換檔邏輯模式。

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在D檔位的模式中會比較注重油耗經濟表現,不過D5模式下仍然可以拉轉速至接近紅線區來發揮引擎的潛藏實力,D1模式則類似雪地起步模式般可以二檔起步,避免車子在濕滑地面上因為扭力過大而輪胎打滑。手動模式下則提供Launch Control功能強化起步加速表現,其4.7秒的0~62mph加速時間也比原來的六速手排少了0.2秒。至於平均油耗與二氧化碳排放數據22.8mph與285g/km也都比之前更好。
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M3所搭載的M-DCT系統也加入了斜坡偵測系統,以控制適當檔位和煞車幫助駕駛者從斜坡起步或進行停車。低速輔助功能則可在低速行駛下減緩油門反應和離合器動作,讓車子在低速走走停停的市區道路環境中平順輕鬆地行駛。
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日系跑車同樣趨之若鶩

看到歐洲車廠紛紛將雙離合器自手排系統投入旗下高性能車款,日系車廠當然沒有停止跟上的腳步,相隔多年終於重返超跑車壇,受到日本乃至全球車迷高度關注的NISSAN GT-R就搭載了車廠全新研發的GR6型六速雙離合器變速箱。強烈的加速與強力的引擎煞車是車廠看好這套系統的地方,且由於驅動力的傳輸沒有中斷落差,得以維持渦輪增壓值的穩定,讓車子持續擁有豐沛的扭力。

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而在電光石火的瞬時間即能完成換檔動作,且換檔過程中不會出現明顯的驅動力變化對於高性能車更是關鍵性的優勢,因為在激烈操駕過程中若是換檔出現遲滯不能按照駕駛者的意志來控制動力輸出,或是換檔時驅動力變化明顯影響車身動態都會造成很大的影響甚至是危及安全。

GT-R的雙離合器變速箱在手動換檔設定的R模式之下,系統會偵測油門開度、車速、引擎等資訊,精確預測駕駛者是會要升檔或者降檔,進一步縮短換檔時間。而像雪地模式或斜坡起步輔助等功能當然也不會缺少。
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日系性能車迷非常熟悉的MITSUBISHI Lancer Evolution邁入最新的第十代,則搭載了原廠稱為SST(Sport Shift Transmission)的六速雙離合器自手排系統。SST的換檔模式比較簡單,在自動換檔設定下有「Normal」、「Sport」、「S-Sport」三種模式,主要差別在於換檔的時機與換檔動作的速度(S-Sport當然是可以拉到最高轉速也是換檔最快者),手動換檔設定下則沒有任何額外模式。
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經本刊海外試駕編輯的在賽車跑道上實際測試,從彎前自動退檔補油門,出彎後立刻反應加速,都可以掌握住Evo X的節奏,甚至可說更優於手排。日系車廠在雙離合器變速系統的技術成熟度上,並不遜於歐洲車廠。
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功掠自排地盤 改變車廠思維

各類型變速系統未來全球市場佔有率預估

 

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

手排

76.49%

74.77%

72.37%

72.52%

71.70%

71.11%

70.71%

自手排

4.34%

4.46%

5.69%

5.72%

6.11%

6.47%

6.49%

自排

14.74%

14.88%

14.06%

13.10%

12.81%

12.46%

12.47%

CVT

1.77%

2.16%

2.25%

1.70%

1.42%

1.48%

1.46%

雙離合器

2.66%

3.74%

5.63%

6.96%

7.96%

8.48%

8.87%


手排變速箱一向跑車的王道,其耐用性與帶給駕駛者的操價樂趣難以取代,一直受到跑車迷的死忠擁護。不過換檔速度快、動力傳輸效率高、換檔過程平順,能夠承受高轉速大動力引擎輸出的雙離合器自手排變速系統則可以說是高性能運動車款的新好搭檔(當然裝在一般車款上也沒有問題,差別只在於成本考量),在許多方面的表現甚至還超越手排,對於一些手排操作不夠嫻熟的駕駛者來說更是能夠幫助他們輕鬆發揮車子強悍動力性能的福音。
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根據歐洲研究機構的預測,在手排、自手排、自排、CVT無段變速、雙離合器這些不同類型的變速系統中,到2014年時雙離合器變速箱在市場上的佔有率將會有最大幅度的成長,吃掉一些自排、手自排的空間。在這樣的競爭壓力之下,汽車廠或變速箱製造廠對於自排變速箱的「檔位數目」競爭戰火很可能會就此平息,ZF為未來BMW、JAGUAR、LANDROVER等車廠新一代車款所推出的八速自排跟LEXUS打平之後,「九速」就只能永留車迷的想像與討論中。取而代之的則是自排系統基本性改良,例如低摩擦力的內部機構設計,減低運作時的能量耗損導致的油耗浪費,這或許也是雙離合器系統崛起的另一層意義吧。