混動起步離合器研究及驗(yàn)證

付巖，柴召朋，李曉宇，李日成，馬道明

（哈爾濱東安汽車發(fā)動機(jī)制造有限公司技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

引言

為應(yīng)對更嚴(yán)格的排放法規(guī)要求與實(shí)現(xiàn)更高效的燃油經(jīng)濟(jì)性，市場及政策對傳統(tǒng)動力能源汽車提出了更高的要求，混合動力憑借在現(xiàn)有動力總成產(chǎn)品上進(jìn)行升級，開發(fā)周期短，節(jié)油效果顯著等優(yōu)勢，成為現(xiàn)階段各大廠商汽車工程師的主要研究方向，各大汽車廠商紛紛開發(fā)出基于自家CVT、DCT、AT 的P2 架構(gòu)混動變速箱。DCT 憑借自身具備大潤滑流量、適應(yīng)惡劣滑磨工況的起步離合器，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行升級增加電機(jī)及K0 離合器，開發(fā)難度相對較小。傳統(tǒng)AT 采用電機(jī)加K0 離合器替代原有液力變矩器實(shí)現(xiàn)P2 架構(gòu)，因無法實(shí)現(xiàn)液力變矩器在AT 起步時的液力傳動，需要AT 廠商在設(shè)計(jì)開發(fā)時，優(yōu)化現(xiàn)有離合器實(shí)現(xiàn)起步滑磨功能，離合器滑磨時間的加長對離合器的耐熱性提出了更高的要求，需對傳統(tǒng)AT 中的潤滑油路、摩擦材料、摩擦面積、油槽型式等諸多方面進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，降低滑磨時摩擦片與鋼片表面的最高溫度，本文主要從以上優(yōu)化方向展開，對起步滑磨過程進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，為AT P2 混動變速器起步用離合器提供設(shè)計(jì)參考。

1 起步離合器的選取與工況分析

分析某6AT 變速器，其B 制動器可實(shí)現(xiàn)在1 檔與R 檔均參與工作，且B 制動器布置位置存在優(yōu)化空間，可實(shí)現(xiàn)摩擦片數(shù)、摩擦面積、摩擦片厚度等各個方面的優(yōu)化。綜合分析考量，選取此制動器作為優(yōu)化方向。

通過汽車運(yùn)動學(xué)得出不同坡路（本文仿真及試驗(yàn)使用33%、20%）、不同發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、不同扭矩下整車同步時間。起步初始車速為0，通過行星架速比關(guān)系得出滑磨初始B 制動器摩擦片的轉(zhuǎn)速、扭矩（見圖1），形成工況表（見表1）。

圖1

表1 起步工況表

2 優(yōu)化方案與試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 摩擦面積、油槽優(yōu)化

表2 優(yōu)化方案

對以上優(yōu)化方案進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證（其余試驗(yàn)條件相同）：

圖2 優(yōu)化前試驗(yàn)結(jié)果

圖3 優(yōu)化后試驗(yàn)結(jié)果

分析以上試驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)化后方案滑磨溫升有所降低，降低幅度較小，試驗(yàn)條件相同所以發(fā)熱量相同，溫度的小幅降低判斷為溝槽率增加，散熱能力增強(qiáng)。

基于以上工況進(jìn)行耐久試驗(yàn)，監(jiān)控耐久過程中扭矩衰減情況，優(yōu)化前方案耐久中扭矩持續(xù)衰減（見圖4），在100 循環(huán)左右已超10%，200 循環(huán)左右扭矩衰減超過20%，拆解檢查摩擦片已出現(xiàn)燒蝕過熱現(xiàn)象。

優(yōu)化后方案耐久試驗(yàn)后扭矩?zé)o明顯衰減，滿足設(shè)計(jì)要求，拆解檢查摩擦片無過熱。

圖4 優(yōu)化前方案扭矩衰減情況

2.2 片數(shù)優(yōu)化

通過計(jì)算，5 片方案單位面積熱量、熱功率超出選用材料設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)階段需求選用6 片及以上摩擦片。（6 片滑磨溫升情況參見圖3）

圖5 7 片方案滑磨溫升情況

7 片方案在此相同試驗(yàn)條件下較6 片方案有10℃左右的溫度降低，增加片數(shù)溫升降低顯著，但過多的片數(shù)導(dǎo)致成本增加、制動器拖曳損失加大、效率降低，綜合考慮，選取6片方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3 需求潤滑冷卻流量驗(yàn)證

圖6 9L/min 潤滑流量對應(yīng)的溫升情況

此工況下，冷卻流量從9L/min 減少至8L/min，溫升從170℃升高至178℃，流量對溫升有較大影響，兼顧考慮液壓閥體及摩擦片壽命，鎖定潤滑冷卻流量。

圖7 8L/min 潤滑流量對應(yīng)的溫升情況

使用鎖定的B 制動器狀態(tài)與潤滑冷卻流量，結(jié)合表1 中的各個工況逐項(xiàng)進(jìn)行滑磨溫升試驗(yàn)，確認(rèn)滑磨溫升最高的工況，基于表1 工況編制耐久試驗(yàn)循環(huán)。

3 結(jié)論

（1）油槽及摩擦面積的優(yōu)化降低了摩擦表面單位面積的熱量、熱功率，確保摩擦片可以承受長時間高溫滑磨。

（2）布置空間允許的情況下，適當(dāng)?shù)脑黾悠瑪?shù)可以顯著降低滑磨溫度，但過多的片數(shù)會導(dǎo)致成本增加、效率降低。

（3）制動器摩擦片部位的冷卻潤滑流量是降低滑磨溫升的關(guān)鍵，更改液壓系統(tǒng)，使原AT 中用于液力變矩器的油可以用于冷卻滑磨制動器。