CA7CH350D湿式双离合器式自动变速器关键部件设计与集成

王明成

（中国第一汽车股份有限公司技术中心）

CA7CH350D湿式双离合器式自动变速器关键部件设计与集成

王明成

（中国第一汽车股份有限公司技术中心）

为了满足搭载V6 3.0L发动机的目标车辆在动力性和经济性方面的设计要求，制定了CA7CH350D湿式双离合器自动变速器的总体结构方案。对双离合器自动变速器特殊关键零部件如同步器、驻车机构和换挡机构的结构、布置形式和性能参数进行了分析计算，确定了自动变速器系统集成时各部件的连接形式与空间布置关系。对系统集成后的整车进行了道路测试，车辆的动力性和经济性满足设计需求。

1 前言

汽车自动变速器主要有液力机械式自动变速器（AT）、无级变速器（CVT）和双离合器式自动变速器（DCT）3种。在国外，大众公司和博格华纳公司合作生产了适用于大批量生产和应用于主流车型的DCT，Re⁃cardo公司也开发出了DCT样机，luk公司与Ford、Getrag公司合作开发了带有干式离合器的平行轴式变速器（PSG）。在国内，国家“863”重大专项计划已将轿车DCT研发正式立项，浙江吉利控股集团有限公司、杭州前进齿轮箱集团有限公司等汽车零部件制造企业与国内高校组建研发团队进行合作，取得了阶段性成果。中国第一汽车股份有限公司根据自身的发展战略，开发了DCT系列自动变速器。本文以CA7CH350D为例对湿式DCT的特点和关键部件设计进行了阐述。

2 设计需求

本文湿式DCT的设计需满足搭载V6 3.0L发动机的前置后驱车辆的性能要求，见表1。

表1 车辆性能要求

在结构上，湿式DCT要求采用两个同心离合器形式，外圈离合器连接奇数挡齿轮（1、3、5和R挡），内圈离合器连接偶数挡齿轮（2、4、6挡）；发动机与离合器之间采用柔性盘连接，且内置扭转减振器，保证离合器承受轴向和周向振动，发动机扭矩满足350 N·m。

为了匹配整车参数，依据设计需求湿式DCT的基本参数见表2。

表2 湿式DCT匹配整车参数

3 总体结构方案

为满足设计需求，CA7CH350D湿式DCT轴总成布置采用三轴式布置方式，即奇数挡输入轴、偶数挡输入轴、中间轴和输出轴。奇数挡和偶数挡输入轴采用套轴形式，具有节省空间、承载大的特点；中间轴采用三点支撑方式，承载能力强，有利于提高齿轮刚度；输出轴采用两个锥轴承固定方式。挡位分布设计中，采用2挡、倒挡共用同一输入齿轮设计，可减少零部件数量，缩短变速器的轴向空间。变速器速比见表3，其结构如图1所示。

表3 CA7CH350D湿式DCT速比

1、3、5挡和7挡与奇数挡离合器连接在一起，2、4、6挡和R挡连接在偶数挡离合器上。当车辆在某一挡位运行时，下一个即将运行的挡位可以始终处于接合状态；当达到换挡点时，只需将正处于接合状态的离合器分离，将处于分离状态的离合器接合，即切换两个离合器的工作状态，就可完成换挡动作。

4 CA7CH350D湿式DCT关键部件设计

4.1 同步器的设计

4.1.1 同步器的形式及布置

DCT对同步器性能要求较为苛刻，需要满足换挡时间短、换挡力大和克服拖曳扭矩的要求。这就要求在手动变速器同步器设计和计算基础上，根据DCT的特殊性，确定DCT同步器的结构设计和计算方法。

由总体结构方案可知1挡、2挡、3挡、4挡、6挡及R挡在中间轴上，5挡、7挡在输出轴上。1挡、3挡用一套同步器，1挡采用三锥结构，3挡采用单锥结构；2挡及R挡用一套同步器，均采用双锥结构；4挡、6挡用一套同步器；5挡、7挡用一套同步器，均采用单锥结构。在同步器的设计过程中坚持通用化原则，各挡位的齿座、齿套、接合齿和摩擦副大部分共用，花键的加工刀具完全共用。同步器布置见图2。

4.1.2 同步器的同步容量计算

湿式双离合器存在拖曳扭矩，且经过减速齿轮副到同步器处扭矩被相应放大，这对同步器性能有很大影响。另外，湿式双离合器系统在低温下拖曳扭矩会更大，在冷起动时同步器需要具备足够的容量以保证实现换挡动作。若有些工况对扭矩需求很大，可以在冷起动阶段限制该工况，双离合器的拖曳扭矩在冷起动后很快就会降下来。某些工况为了保护双离合器，会相应提高离合器的润滑冷却油量，此时离合器的拖曳扭矩非常大，因此，同步器需具备足够大的容量来实现换挡动作。

拖曳扭矩影响到同步器的解锁力（图3），解锁力过大使同步时间变长，造成换挡过大的二次冲击：

式中，Funl为解锁力；Td为拖曳扭矩；J为同步惯量；Δω为齿套与标齿轮间的转速差；Δt为同步时间。

升挡时拖曳扭矩是助力，降挡时拖曳扭矩是阻力，跳挡根据情况要具体分析。

4.2 驻车机构设计

4.2.1 驻车机构的结构

驻车制动机构如图4所示。换挡时，驾驶员推动换挡手柄，经变速器外侧的换挡拉杆作用在换挡臂上，换挡臂转动，实现挡位的转换。各挡位由扇形板和板簧配合定位。板簧由弹簧片、销轴和套管组成，套管套在销轴上并在扇形板的凹槽内滚动。当挡位停在P挡（驻车挡）时，外力通过推臂推动拉杆，其上的圆柱销在推力作用下克服回位扭簧的阻力推开驻车棘爪，并将其压入驻车齿轮的齿槽内，实现P挡驻车功能。若驻车棘爪不能伸入驻车齿轮的齿槽内，而是卡在齿顶时，拉杆上的弹簧被压缩，圆柱销被卡在固定器和驻车棘爪之间。此时，驻车制动机构不起作用，当车辆出现溜车时，驻车齿轮会随着中间轴转动，驻车棘爪在弹簧力作用下被压入驻车齿轮的齿槽内，最终实现驻车功能。

4.2.2 驻车机构的设计指标

按照整车参数及使用要求，确定了驻车机构的设计目标值。驻车机构还需要满足相应汽车强制法规要求，但由于目前国内没有颁布自动变速器相关法规，因此参考美国SAE标准J2208对轿车自动变速器驻车机构的相关要求进行设计，具体设计指标见表4。

表4 驻车机构设计指标

4.2.3 驻车机构设计计算

为保证驻车P挡时各零部件的位置及受力符合设计目标值，需对驻车主要部件进行运动学计算分析。

计算结果如图5和图6所示。通过计算可知，在车辆向前和向后溜车时，棘爪转角和棘爪接合位置随驻车销的移动均保证了驻车接合位置。

驻车齿轮和棘爪随驻车销位移受力过程如图7和图8所示。经过计算校核，由图7和图8可知，驻车P挡接合和分离换挡运动过程与设计要求吻合，无运动干涉和功能失效情况。

在对驻车机构进行强度校核时，重点考核了驻车齿轮和驻车棘爪的强度，有限元分析模型及计算结果如图9所示。计算结果显示，驻车受力部件在车辆处于平路受撞击工况（最大驻车力矩）时，零件的安全系数均大于2，满足设计目标值。

4.3 换挡机构设计

4.3.1 换挡机构的结构布置与选择

CA7CH350D湿式DCT的换挡机构为三叉轴结构，1/3挡拨叉和4/6挡拨叉总成共用同一根叉轴，拨叉总成内装配直线轴承，可在固定的叉轴上自由滑动。2/R挡拨叉和5/7挡拨叉分别用弹簧销与各自的叉轴连接在一起（图10），拨叉与叉轴成为一体，实现换挡动作。

拨叉全部采用冲压钢板激光焊接技术，具有结构简单、强度高的特点。加强筋采用钢丝焊接结构，可有效降低质量且润滑效果好，同时，刚度损失小，不影响换挡性能。另外，由于叉脚与同步器齿套接触部位采用耐磨衬套结构，避免了传统铸钢拨叉叉脚热处理引起的变形，有效改善了换挡性能。

4.3.2 拨叉强度计算

对各挡拨叉叉脚处进行1000N作用下的有限元计算分析，结果如图11所示。

计算结果表明，在1 000 N载荷作用下各挡拨叉叉脚变形量均小于0.5 mm，满足变速器设计要求。

5 湿式DCT系统集成及整车试验

5.1 湿式DCT的系统集成

变速器输入端通过螺栓连接柔性盘与发动机飞轮，将动力传递到湿式双离合器，柔性盘起到轴向减振的作用。

变速器输出轴与传动轴通过滑动花键连接实现动力输出，采用滑动花键既保证了轴向安装尺寸公差，又起到减振作用。

变速器总成通过4个螺栓与整车后悬置连接，保证了动力总成与车身的连接可靠。

变速器安装在整车后保证大于148 mm的离地间隙；变速器在整车布置中保证与周围零部件间隙不小于20 mm。

整车三元催化器布置在变速器两侧，其周围环境温度较高，变速器总成在此区域内零部件需保证耐高温性。

整车电路线束分别与变速器控制模块、奇数挡输入转速传感器、偶数挡输入转速传感器、输出转速传感器及各挡位置传感器连接，如图12所示。

5.2 整车试验

按照车辆动力性与经济性国标试验大纲，对车辆进行了连续多次的试验，试验结果如表5所示。分析试验结果可知，车辆的最高车速为207.6 km/h，最大加速度为5.01 m/s2，百公里加速时间为9.3 s，最低挡最大爬坡度为30%，最高挡90 km/h等速行驶燃油消耗量为6.7 L/100 km，综合工况燃油消耗量为8.2 L/100 km。由此可知，CA7CH350D湿式DCT关键零部件的设计满足设计要求。

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

湿式双离合器式自动变速器 关键部件 设计

U463.212

A

1000-3703（2015）03-0005-04