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本田于近期获得11档三离合变速器的专利。
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该变速器包含三个离合器。与今天的双离合器相比,结构更为紧凑。通过组合档位的实现,该变速器用很少的齿轮实现了11个前进档位。
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近年已有不少公司研究三离合变速器,并已取得专利。三离合变速器并不是非常新的技术。
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权衡其优势和劣势,三离合变速器在近期内不会量产。
本田是一个一直以来让我非常钦佩的公司。与日本的丰田、尼桑等世界级汽车巨头相比,本田这家小得多的企业不常出现在人们的视野内。然而,在汽车研发领域,本田的长期以来走在最前沿。在汽车传动领域,本田的技术总能让人眼前一亮。关注本田这么长时间,给我的感觉是,它自行研发所有能研发的产品,尝试所有能尝试的方案,并在最短时间内将点子转化为成熟的产品。
本田的专利

图1:本田11档三离合变速器专利 | 图片@DPMA.de
本田(在汽车领域)的产品涵盖发动机1、变速器2、超级跑车3、混合动力汽车4、电动汽车5、燃料电池汽车6等等各个方向。
昨天一条新闻报道“本田获得11档三离合变速器的专利”被频繁转载。这个专利包含了两个重点:第一是变速器的档位数目上升到了11,第二是业界内几乎闻所未闻的三离合变速器(TCT,即 Triple Clutch Transmission)。
正因为一直认为本田这家公司什么样的新技术都会尝试,所以我昨天看到这条新闻时并没有觉得惊讶。
11档三离合变速器
谈三离合变速器前,必须先说说双离合变速器(DCT)。普通的双离合变速器在输入端安装有两个离合器。每个离合器分别负责奇数档位(1、3、5等档)及偶数档位(2、4、6等档)。换档时(例如由2档换至3档时),一个离合器打开,同时,另一个离合器关闭。当从奇数档位换至奇数档位(例如5档到3档),或偶数档位换至偶数档位(例如6档到2档)时,由于所对应的离合器为同一个,因此,变速器必须先换至一个“中间档”,然后再换至目标档位(例如5档先换至4档,再换至3档)。某些换档不能直接进行,这是双离合变速器的一个天生的限制。
三离合变速器,如其名,在输入端安装有3个离合器:C1、C2 及 C3。通过增加一个离合器,档位变换比双离合变速器自由了很多。这可以说是用三个离合器的一个重要原因。
本田专利中这款11档三离合变速器的结构如下图。三个离合器分别连接着一个输入轴(图中的红、蓝、绿轴)。三个输入轴成轴套型式。

图2:本田11档三离合变速器结构 | 图片@obasic.net
值得指出的是,这款11档变速器的结构非常紧凑。变速器用一共14个齿轮实现了11个前进档位。这14个齿轮巧妙地安装在5个齿轮平面内,有效地减小了变速器的长度。
有意思的一点是,在11个档位中,第3到第9档采用常规的方式实现,即这些档位的传动比由一对齿轮实现。第1、2档及第10、11档为所谓的组合档位,这些档位由第3到第9档组合而来。例如第10档的传动比是由第3、4、9档的齿轮串联使用而实现的。正是这个原因,在本田的这个变速器中(如上图),我们只能看见第3到第9档。
三离合变速器并不新
事实上,虽然三离合变速器从没在汽车中出现过,但它并不是非常新的技术。
马格纳公司(Magna)于2009年获得了一个三离合变速器的专利7,如下图。其中,三个离合器中一个安装在变速器的输入端,而其他两个安装在了变速器的内部。但其原理仍然与其他三离合变速器一样。

图3:马格纳三离合变速器结构 | 图片@DPMA.de
奥迪公司(Audi)于2014年3月获得了一个三离合变速器的专利8。该变速器为纵置式,可以实现12个档位。戴姆勒公司(Daimler)在今年6月也获得了一个三离合变速器的专利9。其离合器的安装位置与本田专利中一样,然而其齿轮组的排列选择了另外一种形式。此外,Mack Trucks 公司也有相应的三离合变速器的专利10。
通用公司(General Motors)对三离合变速箱也有多年的研究(如果你注意了我的其他文章,你可以感觉到通用公司在变速器领域的巨大优势)。通用公司 Darrell Robinette 的文章11中介绍到,通用公司已对8、9、10档三离合变速箱进行建模仿真,并与市场上最新的自动变速箱作比较,以评估其在油耗及动力性能上的潜力。此外,通用公司也于2014年获得了一个三离合变速箱的专利12。该变速箱的结构非常特殊,它将传统的行星齿轮组与圆柱齿轮组组合起来,用为数不多的零件实现了8个档位。
三离合变速器的发展
在我看来,三离合变速器最大的优势在于进一步解除换档限制,这一点它比双离合变速器更有优势。此外,通过利用合理排列齿轮以实现组合档位,三离合变速器的长度可以做得比今天的双离合变速器更短,从而减小变速器的尺寸,由此更加适合于横置发动机车型。
然而,由于增加了一个离合器,变速器效率与双离合变速器相比会有所降低。此外,由于变速器的结构发生了很大的改变,对于变速器厂商来说,这意味着庞大的生产费用。权衡优势和劣势,我认为,近期内不会有任何厂商真正生产三离合变速器。
本田这次所获得的专利应该看作为技术的储备,而不代表其要生产这款变速器。当公司发现一个不错的变速器方案后,最稳妥的办法就是申报专利。我相信继本田、通用之后,还会有更多公司对三离合变速器进行研究。但是其量产的道路还很漫长。
注释:
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历史上,本田的发动机曾22次获得 International Engine of the Year 奖项。 ↩
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本田自行研发的变速器中,包括最新的10档自动变速器,全球第一款8档配备液力变矩器的双离合变速器,Acura NSX跑车内用的9档双离合变速器。 ↩
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本田旗下 Acura 的超级跑车 NSX 可以说是各种最新汽车驱动技术的集合体。 ↩
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本田 Accord 插电式混合动力汽车的驱动系统属于最先进的 eCVT 混动系统,其结构在业内独树一帜。 ↩
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本田生产 EV Plus 及 Fit EV 两款纯电动汽车,并将于2017年推出 Clarity Electric 纯电动汽车。 ↩
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本田于2008年起生产 FCX Clarity 燃料电池汽车。该车拥有390公里最大行程。2015年时,本田向外界展示了其第二代燃料电池汽车 Clarity,该车将于2017年投放市场。 ↩
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马格纳公司该专利的号码:US7552658 ↩
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奥迪公司该专利的号码:DE102014004691A1 ↩
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戴姆勒公司该专利的号码:DE102014013274A1 ↩
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Mack Trucks 公司该专利的号码:US2012/0160044A1 ↩
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D. Robinette, “Performance Characterization of a Triple Input Clutch, Layshaft Automatic Transmission Using Energy Analysis”, SAE Int. J. Engines, 2013。文章链接请点击。 ↩
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通用公司该专利的号码:US20140128212A1 ↩