CA7CH350D濕式雙離合器式自動變速器關鍵部件設計與集成

王明成

（中國第一汽車股份有限公司技術中心）

CA7CH350D濕式雙離合器式自動變速器關鍵部件設計與集成

王明成

（中國第一汽車股份有限公司技術中心）

為了滿足搭載V6 3.0L發動機的目標車輛在動力性和經濟性方面的設計要求，制定了CA7CH350D濕式雙離合器自動變速器的總體結構方案。對雙離合器自動變速器特殊關鍵零部件如同步器、駐車機構和換擋機構的結構、布置形式和性能參數進行了分析計算，確定了自動變速器系統集成時各部件的連接形式與空間布置關系。對系統集成后的整車進行了道路測試，車輛的動力性和經濟性滿足設計需求。

1 前言

汽車自動變速器主要有液力機械式自動變速器（AT）、無級變速器（CVT）和雙離合器式自動變速器（DCT）3種。在國外，大眾公司和博格華納公司合作生產了適用于大批量生產和應用于主流車型的DCT，Re?cardo公司也開發出了DCT樣機，luk公司與Ford、Getrag公司合作開發了帶有干式離合器的平行軸式變速器（PSG）。在國內，國家“863”重大專項計劃已將轎車DCT研發正式立項，浙江吉利控股集團有限公司、杭州前進齒輪箱集團有限公司等汽車零部件制造企業與國內高校組建研發團隊進行合作，取得了階段性成果。中國第一汽車股份有限公司根據自身的發展戰略，開發了DCT系列自動變速器。本文以CA7CH350D為例對濕式DCT的特點和關鍵部件設計進行了闡述。

2 設計需求

本文濕式DCT的設計需滿足搭載V6 3.0L發動機的前置后驅車輛的性能要求，見表1。

表1 車輛性能要求

在結構上，濕式DCT要求采用兩個同心離合器形式，外圈離合器連接奇數擋齒輪（1、3、5和R擋），內圈離合器連接偶數擋齒輪（2、4、6擋）；發動機與離合器之間采用柔性盤連接，且內置扭轉減振器，保證離合器承受軸向和周向振動，發動機扭矩滿足350 N·m。

為了匹配整車參數，依據設計需求濕式DCT的基本參數見表2。

表2 濕式DCT匹配整車參數

3 總體結構方案

為滿足設計需求，CA7CH350D濕式DCT軸總成布置采用三軸式布置方式，即奇數擋輸入軸、偶數擋輸入軸、中間軸和輸出軸。奇數擋和偶數擋輸入軸采用套軸形式，具有節省空間、承載大的特點；中間軸采用三點支撐方式，承載能力強，有利于提高齒輪剛度；輸出軸采用兩個錐軸承固定方式。擋位分布設計中，采用2擋、倒擋共用同一輸入齒輪設計，可減少零部件數量，縮短變速器的軸向空間。變速器速比見表3，其結構如圖1所示。

表3 CA7CH350D濕式DCT速比

1、3、5擋和7擋與奇數擋離合器連接在一起，2、4、6擋和R擋連接在偶數擋離合器上。當車輛在某一擋位運行時，下一個即將運行的擋位可以始終處于接合狀態；當達到換擋點時，只需將正處于接合狀態的離合器分離，將處于分離狀態的離合器接合，即切換兩個離合器的工作狀態，就可完成換擋動作。

4 CA7CH350D濕式DCT關鍵部件設計

4.1 同步器的設計

4.1.1 同步器的形式及布置

DCT對同步器性能要求較為苛刻，需要滿足換擋時間短、換擋力大和克服拖曳扭矩的要求。這就要求在手動變速器同步器設計和計算基礎上，根據DCT的特殊性，確定DCT同步器的結構設計和計算方法。

由總體結構方案可知1擋、2擋、3擋、4擋、6擋及R擋在中間軸上，5擋、7擋在輸出軸上。1擋、3擋用一套同步器，1擋采用三錐結構，3擋采用單錐結構；2擋及R擋用一套同步器，均采用雙錐結構；4擋、6擋用一套同步器；5擋、7擋用一套同步器，均采用單錐結構。在同步器的設計過程中堅持通用化原則，各擋位的齒座、齒套、接合齒和摩擦副大部分共用，花鍵的加工刀具完全共用。同步器布置見圖2。

4.1.2 同步器的同步容量計算

濕式雙離合器存在拖曳扭矩，且經過減速齒輪副到同步器處扭矩被相應放大，這對同步器性能有很大影響。另外，濕式雙離合器系統在低溫下拖曳扭矩會更大，在冷起動時同步器需要具備足夠的容量以保證實現換擋動作。若有些工況對扭矩需求很大，可以在冷起動階段限制該工況，雙離合器的拖曳扭矩在冷起動后很快就會降下來。某些工況為了保護雙離合器，會相應提高離合器的潤滑冷卻油量，此時離合器的拖曳扭矩非常大，因此，同步器需具備足夠大的容量來實現換擋動作。

拖曳扭矩影響到同步器的解鎖力（圖3），解鎖力過大使同步時間變長，造成換擋過大的二次沖擊：

式中，Funl為解鎖力；Td為拖曳扭矩；J為同步慣量；Δω為齒套與標齒輪間的轉速差；Δt為同步時間。

升擋時拖曳扭矩是助力，降擋時拖曳扭矩是阻力，跳擋根據情況要具體分析。

4.2 駐車機構設計

4.2.1 駐車機構的結構

駐車制動機構如圖4所示。換擋時，駕駛員推動換擋手柄，經變速器外側的換擋拉桿作用在換擋臂上，換擋臂轉動，實現擋位的轉換。各擋位由扇形板和板簧配合定位。板簧由彈簧片、銷軸和套管組成，套管套在銷軸上并在扇形板的凹槽內滾動。當擋位停在P擋（駐車擋）時，外力通過推臂推動拉桿，其上的圓柱銷在推力作用下克服回位扭簧的阻力推開駐車棘爪，并將其壓入駐車齒輪的齒槽內，實現P擋駐車功能。若駐車棘爪不能伸入駐車齒輪的齒槽內，而是卡在齒頂時，拉桿上的彈簧被壓縮，圓柱銷被卡在固定器和駐車棘爪之間。此時，駐車制動機構不起作用，當車輛出現溜車時，駐車齒輪會隨著中間軸轉動，駐車棘爪在彈簧力作用下被壓入駐車齒輪的齒槽內，最終實現駐車功能。

4.2.2 駐車機構的設計指標

按照整車參數及使用要求，確定了駐車機構的設計目標值。駐車機構還需要滿足相應汽車強制法規要求，但由于目前國內沒有頒布自動變速器相關法規，因此參考美國SAE標準J2208對轎車自動變速器駐車機構的相關要求進行設計，具體設計指標見表4。

表4 駐車機構設計指標

4.2.3 駐車機構設計計算

為保證駐車P擋時各零部件的位置及受力符合設計目標值，需對駐車主要部件進行運動學計算分析。

計算結果如圖5和圖6所示。通過計算可知，在車輛向前和向后溜車時，棘爪轉角和棘爪接合位置隨駐車銷的移動均保證了駐車接合位置。

駐車齒輪和棘爪隨駐車銷位移受力過程如圖7和圖8所示。經過計算校核，由圖7和圖8可知，駐車P擋接合和分離換擋運動過程與設計要求吻合，無運動干涉和功能失效情況。

在對駐車機構進行強度校核時，重點考核了駐車齒輪和駐車棘爪的強度，有限元分析模型及計算結果如圖9所示。計算結果顯示，駐車受力部件在車輛處于平路受撞擊工況（最大駐車力矩）時，零件的安全系數均大于2，滿足設計目標值。

4.3 換擋機構設計

4.3.1 換擋機構的結構布置與選擇

CA7CH350D濕式DCT的換擋機構為三叉軸結構，1/3擋撥叉和4/6擋撥叉總成共用同一根叉軸，撥叉總成內裝配直線軸承，可在固定的叉軸上自由滑動。2/R擋撥叉和5/7擋撥叉分別用彈簧銷與各自的叉軸連接在一起（圖10），撥叉與叉軸成為一體，實現換擋動作。

撥叉全部采用沖壓鋼板激光焊接技術，具有結構簡單、強度高的特點。加強筋采用鋼絲焊接結構，可有效降低質量且潤滑效果好，同時，剛度損失小，不影響換擋性能。另外，由于叉腳與同步器齒套接觸部位采用耐磨襯套結構，避免了傳統鑄鋼撥叉叉腳熱處理引起的變形，有效改善了換擋性能。

4.3.2 撥叉強度計算

對各擋撥叉叉腳處進行1000N作用下的有限元計算分析，結果如圖11所示。

計算結果表明，在1 000 N載荷作用下各擋撥叉叉腳變形量均小于0.5 mm，滿足變速器設計要求。

5 濕式DCT系統集成及整車試驗

5.1 濕式DCT的系統集成

變速器輸入端通過螺栓連接柔性盤與發動機飛輪，將動力傳遞到濕式雙離合器，柔性盤起到軸向減振的作用。

變速器輸出軸與傳動軸通過滑動花鍵連接實現動力輸出，采用滑動花鍵既保證了軸向安裝尺寸公差，又起到減振作用。

變速器總成通過4個螺栓與整車后懸置連接，保證了動力總成與車身的連接可靠。

變速器安裝在整車后保證大于148 mm的離地間隙；變速器在整車布置中保證與周圍零部件間隙不小于20 mm。

整車三元催化器布置在變速器兩側，其周圍環境溫度較高，變速器總成在此區域內零部件需保證耐高溫性。

整車電路線束分別與變速器控制模塊、奇數擋輸入轉速傳感器、偶數擋輸入轉速傳感器、輸出轉速傳感器及各擋位置傳感器連接，如圖12所示。

5.2 整車試驗

按照車輛動力性與經濟性國標試驗大綱，對車輛進行了連續多次的試驗，試驗結果如表5所示。分析試驗結果可知，車輛的最高車速為207.6 km/h，最大加速度為5.01 m/s2，百公里加速時間為9.3 s，最低擋最大爬坡度為30%，最高擋90 km/h等速行駛燃油消耗量為6.7 L/100 km，綜合工況燃油消耗量為8.2 L/100 km。由此可知，CA7CH350D濕式DCT關鍵零部件的設計滿足設計要求。

Design and Integration of Key Components CA7CH350D Wet Dualclutch Automatic Transmission

Wang Mingcheng
（China FAW Co.,Ltd R&D Center）

To meet the design requirement of the vehicle powered by V6 3.0 engine in dynamic property and economy,we develop the general structure plan of CA7CH350D wet dual-clutch transmission.Structure,package and performance parameters of the major components of the DCT such as synchronizer,parking mechanism and shifting gear are analyzed and computed,and the correlation between connection form and spatial arrangement of the components is defined when the DCT system is integrated.Road test is carried out to the vehicle with the integrated transmission system,which shows that the vehicle dynamic property and economy satisfy design requirement.

Wet DCT,key component,Design

濕式雙離合器式自動變速器 關鍵部件 設計

U463.212

A

1000-3703（2015）03-0005-04