濕式DCT車(chē)輛起步過(guò)程中的滑摩扭矩測(cè)試與分析

尹良杰，朱凌云，王匯風(fēng)

(安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 230061)

濕式DCT車(chē)輛起步過(guò)程中的滑摩扭矩測(cè)試與分析

尹良杰，朱凌云，王匯風(fēng)

(安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 230061)

針對(duì)濕式DCT車(chē)輛的1擋蠕行起步過(guò)程，分析滑摩扭矩波動(dòng)幅值與車(chē)身沖擊度的關(guān)系；給出濕式離合器滑摩扭矩的測(cè)試方法，并對(duì)某DCT車(chē)輛起步過(guò)程中的輸入軸1的1階轉(zhuǎn)速波動(dòng)、車(chē)輛座椅處的振動(dòng)加速度進(jìn)行了測(cè)試分析。分析結(jié)果表明：離合器滑摩扭矩波動(dòng)幅值越大，車(chē)身縱向振動(dòng)加速度也越大。研究結(jié)論為抑制DCT車(chē)輛起步過(guò)程中的車(chē)身振動(dòng)提供了一種有效途徑。

濕式離合器；滑摩扭矩；扭矩波動(dòng)；沖擊度

0 引言

DCT(Dual Clutch Transmission)作為一種新型的自動(dòng)變速器，繼承了手動(dòng)變速器傳動(dòng)效率高、制造成本低、生產(chǎn)加工設(shè)備比較成熟的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)擁有液力自動(dòng)變速器動(dòng)力不中斷、換擋平順的優(yōu)點(diǎn)，已成為國(guó)內(nèi)自主汽車(chē)開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。雙離合器是DCT系統(tǒng)中的核心部件，具有保證車(chē)輛起步和傳動(dòng)過(guò)程中換擋和接合的平滑傳動(dòng)，以及防止系統(tǒng)過(guò)載等功能[1]。濕式雙離合器能夠精確地控制離合器傳遞扭矩，并具有較快的響應(yīng)速度，是DCT開(kāi)發(fā)的首選離合器[2]。但濕式雙離合器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳遞扭矩的精度與冷卻油液的溫度與品質(zhì)、摩擦副的材料與加工工藝等因素有直接的關(guān)系。車(chē)輛起步過(guò)程中，濕式離合器通過(guò)滑摩扭矩使主、從軸轉(zhuǎn)速逐漸同步實(shí)現(xiàn)接合。試驗(yàn)表明，離合器接合過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一種低頻的抖動(dòng)現(xiàn)象[3]。這種低頻抖動(dòng)會(huì)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)輪傳遞到車(chē)身，引起車(chē)身的前后振動(dòng)，嚴(yán)重影響著車(chē)輛駕乘人員的舒適性。

基于濕式DCT車(chē)輛1擋蠕行起步過(guò)程，分析了滑摩扭矩波動(dòng)幅值與車(chē)身沖擊度的關(guān)系，提出了濕式離合器滑摩扭矩測(cè)試方法，并針對(duì)某DCT車(chē)輛在蠕行起步過(guò)程中滑摩扭矩波動(dòng)幅值與車(chē)身振動(dòng)的關(guān)系進(jìn)行了測(cè)試分析。

1 DCT起步過(guò)程分析

濕式離合器接合過(guò)程可以分為空行程階段、滑摩階段與同步階段[4]。空行程階段主要用于消除離合器摩擦片間隙，其特點(diǎn)是無(wú)扭矩傳遞；滑摩階段摩擦片產(chǎn)生摩擦，且有扭矩傳遞，傳遞扭矩逐步增加，直至超過(guò)車(chē)輛起步的阻力矩，使車(chē)輛起動(dòng)；同步階段離合器主從部分轉(zhuǎn)速差為0，滑摩停止，離合器完全接合，其所傳遞的力矩取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩與車(chē)輛阻力矩。

DCT車(chē)輛通常采用1擋蠕行起步，其過(guò)程是離合器1逐漸接合，而離合器2一直保持分離狀態(tài)，不傳遞任何動(dòng)力，其起步過(guò)程可以簡(jiǎn)化為離合器1的動(dòng)力傳遞過(guò)程，如圖1所示。

圖1 DCT車(chē)輛起步過(guò)程動(dòng)力學(xué)模型

忽略剛度、部分阻尼及機(jī)械損失等相關(guān)因素，濕式離合器滑摩過(guò)程中，系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程可表示為：

(1)

(2)

(3)

式中：Ie、Ic1、Iv分別為離合器主動(dòng)盤(pán)(包含發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)、離合器1從動(dòng)盤(pán)與車(chē)輛等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ωe、ωc1、ωv分別為離合器主動(dòng)盤(pán)、離合器1從動(dòng)盤(pán)及車(chē)輛的角速度；ce、cc1、cv分別是離合器主動(dòng)盤(pán)、離合器1從動(dòng)盤(pán)及整車(chē)的旋轉(zhuǎn)阻尼系數(shù)；Te、Tc1、T0、Tr分別為發(fā)動(dòng)機(jī)輸入扭矩、離合器1滑摩扭矩、車(chē)輛輸入扭矩與車(chē)輛阻力矩。

離合器滑摩扭矩Tc1的值為[2]：

(4)

式中：μc1為離合器1滑動(dòng)摩擦因數(shù)，是離合器主、從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速差的函數(shù)；Nc1為離合器1的摩擦副數(shù)；pc1為作用在離合器1上的正壓力；Sc1為離合器1的活塞作用面積；R1、R0分別為摩擦片的外、內(nèi)徑。

由于液壓換擋閥元件及濕式離合器滑摩過(guò)程中的非線性因素，pc1也是不斷變化的，根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，可將其假定為正弦變化的形式[5]，則：

pc1=pm+ppsinωt

(5)

式中：pm為平均壓力；pp為壓力變化幅值；ω為壓力變化角頻率。

結(jié)合式(4)、式(5)，可以將車(chē)輛起步階段的離合器1的滑摩扭矩表示為：

Tc1=Tm+Tpsin(Δω)t

(6)

式中：Tm為平均壓力；Tp為壓力變化幅值；Δω為離合器主從

動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速差。

DCT車(chē)輛1擋蠕行起步過(guò)程中車(chē)身沖擊度[4]可表示為：

(7)

式中：m為整車(chē)質(zhì)量；i1、i0分別為1擋與主減速器1的傳動(dòng)比；ηt為1擋傳動(dòng)效率；r為車(chē)輪有效半徑；δ1為1擋時(shí)車(chē)輛旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。

將式(6)代入式(7)，得：

(8)

式中：Tp、Δω為變化量，其余變量均可視為固定值。所以，車(chē)輛蠕行起步過(guò)程中的車(chē)身沖擊度可以看做為離合器滑摩扭矩幅值與主、從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速差的函數(shù)。

2 滑摩扭矩測(cè)試

滑摩扭矩測(cè)試臺(tái)架采用雙電機(jī)轉(zhuǎn)速控制模式，模擬車(chē)輛蠕行起步工況。如圖2所示，輸入電機(jī)與負(fù)載電機(jī)共同控制離合器的轉(zhuǎn)速差；離合器的接合壓力由DCT中液壓模塊控制，離合器壓力緩慢增加，直至負(fù)載電機(jī)扭矩在設(shè)定值附近波動(dòng)，離合器壓力維持一定時(shí)間。記錄并計(jì)算壓力穩(wěn)定后的離合器輸出扭矩。圖3為某濕式離合器測(cè)試數(shù)據(jù)。

圖2 滑摩扭矩測(cè)試臺(tái)架示意圖

圖3 某濕式離合器測(cè)試數(shù)據(jù)

對(duì)離合器1的滑摩扭矩進(jìn)行傅里葉變換，可得到不同轉(zhuǎn)速差下的滑摩扭矩波動(dòng)幅值，圖4為該濕式離合器在平均傳遞扭矩為15 N·m時(shí)的扭矩波動(dòng)幅值。

圖4 某濕式離合器滑摩扭矩波動(dòng)幅值

3 滑摩扭矩波動(dòng)幅值與車(chē)身抖動(dòng)的關(guān)系測(cè)試與分析

DCT車(chē)輛分別裝配0.3、0.5、0.7、0.9 N·m滑摩扭矩波動(dòng)幅值(平均滑摩扭矩10 N·m，離合器主從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速差720 r/min)的離合器，圖5為車(chē)輛在蠕行起步工況下測(cè)得的變速箱輸入軸1轉(zhuǎn)速1、2階波動(dòng)曲線。滑摩扭矩波動(dòng)幅值與輸入軸1的1階轉(zhuǎn)速波動(dòng)幅值呈較強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，隨著滑摩扭矩波動(dòng)幅值的增大，輸入軸1的1階轉(zhuǎn)速波動(dòng)幅值也增加。

圖6為測(cè)得的車(chē)輛座椅處的縱向加速度頻譜圖?？梢钥闯觯弘x合器滑摩扭矩波動(dòng)幅值越大，車(chē)身振動(dòng)的加速度幅值也越大。同時(shí)，從頻譜圖中可以看出：該DCT車(chē)輛的共振頻率值在12 Hz附近，這也與離合器滑摩轉(zhuǎn)速差的1階頻率相一致。

圖5 1、2階轉(zhuǎn)速波動(dòng)曲線

圖6 車(chē)輛座椅處縱向加速度頻譜圖

4 結(jié)論

(1)濕式DCT車(chē)輛在蠕行起步過(guò)程中，離合器滑摩扭矩的波動(dòng)是引起車(chē)身抖動(dòng)的主要原因；

(2)離合器滑摩扭矩波動(dòng)幅值越大，DCT輸入軸1的1階轉(zhuǎn)速波動(dòng)幅值也越大；

(3)離合器滑摩扭矩波動(dòng)幅值越大，車(chē)輛座椅處的縱向振

動(dòng)加速度也越大；

(4)根據(jù)文中的研究結(jié)果，企業(yè)可以采用車(chē)輛起步?jīng)_擊主觀評(píng)價(jià)的方法來(lái)確定離合器滑摩扭矩波動(dòng)幅值限值，并通過(guò)調(diào)整離合器接合壓力、提高摩擦片的制造工藝等方式來(lái)降低控制離合器滑摩扭矩的波動(dòng)幅值，從而抑制車(chē)輛起步時(shí)的車(chē)身振動(dòng)，提升車(chē)輛的乘坐舒適性。

【1】胡豐賓.濕式雙離合器傳動(dòng)系統(tǒng)匹配控制與熱平衡分析[D].重慶：重慶大學(xué),2010:1-2.

【2】祝紅青.濕式離合器滑摩特性和熱負(fù)荷特性研究[D].杭州：浙江大學(xué),2012:2-5.

【3】陳俐,王昊松,習(xí)綱.離合器接合過(guò)程抖振機(jī)理與控制研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2011,23(7)：1451-1455. CHEN L,WANG H S,XI G.Clutch Engagement Control Based on Stability Analysis[J].Journal of System Simulation,2011,23(7):1454-1455.

【4】馬瑾,孫偉,高翔,等.濕式雙離合自動(dòng)變速器起步過(guò)程的試驗(yàn)研究[J].機(jī)械傳動(dòng),2012,36(4):73-76. MA J,SUN W,GAO X,et al.A Experimental Study on Starting of Wet Double Clutch Transmission[J].Journal of Mechanical Transmission,2012,36(4):73-76.

【5】楊立昆,李和言,馬彪.濕式離合器接合過(guò)程摩擦振顫?rùn)C(jī)理研究[J].振動(dòng)與沖擊,2016,35(9):117-120. YANG L K,LI H Y,MA B.Friction-induced Vibration of Wet Clutches[J].Journal of Vibration and Shock,2016,35(9):117-120.

Testing and Analysis of Wet Dual Clutch Slipping Torque of DCT during Vehicle’s Starting Process

YIN Liangjie, ZHU Lingyun, WANG Huifeng

(Technology Center,Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Hefei Anhui 230601,China)

The relationship between amplitude of slipping torque fluctuation and jerk of vehicle's body was analyzed based on 1st creep starting process of wet DCT vehicle. A testing method for wet dual clutch slipping torque was given. Testing and analysis for 1st order speed fluctuation of No.1 input shaft and vibration acceleration on seat position during DCT vehicle starting process were carried out. The results show that the larger the amplitude of slipping torque fluctuation, the stronger the longitudinal vibration of the vehicle. This research provides an effective approach to restrain vibration of DCT vehicle body in starting process.

Wet clutch; Slipping torque; Torque fluctuation; Jerk

2017-04-15

尹良杰(1973—)，男，學(xué)士，工程師，主要從事自動(dòng)變速箱產(chǎn)品研發(fā)工作。E-mail:ylj3416279@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.05.005

U461.2

B

1674-1986(2017)05-023-05