雙離合自動(dòng)變速器效率提升的方法及其對(duì)整車油耗的影響

王小明　譚艷軍　林霄喆　方少權(quán)

摘 要：文章以7速濕式雙離合自動(dòng)變速器（dual clutch transmission，DCT）的效率為研究對(duì)象，對(duì)其影響因素進(jìn)行分析，研究變速器潤(rùn)滑油量和殼體導(dǎo)油結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)其的影響，通過構(gòu)建機(jī)械效率損傷模型，運(yùn)用仿真分析和試驗(yàn)相結(jié)合，分析測(cè)量了優(yōu)化后的變速器效率對(duì)整車油耗的優(yōu)化效果。試驗(yàn)仿真數(shù)據(jù)顯示：減少離合器腔體存油量、適當(dāng)變速器大齒圈攪油損失，對(duì)提高效率減少油耗有極大影響。文章構(gòu)建了有效的效率仿真模型，為分析變速箱效率提供了快速有效的方法;最后通過優(yōu)化腔體和油量提高變速箱的效率，整車經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)顯示油耗有明顯的改善，此思路為搭載濕式雙離合變速器的車輛油耗改善提供指導(dǎo)及依據(jù)。關(guān)鍵詞：濕式雙離合器式自動(dòng)變速器;傳動(dòng)效率;攪油損失;潤(rùn)滑油量;經(jīng)濟(jì)性;計(jì)算模型中圖分類號(hào)：U463.212? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）01-129-05

Abstract： For the seven-speed wet dual clutch automatic transmission （dual clutch transmission， DCT）. The influence factors of affecting the transmission efficiency of the transmission is analyzed， and the transmission oil lubricating oil quantity and guide shell structure building damage model and mechanical efficiency through the simulation analysis and test， the combination of analysis to measure the optimized effect of the transmission efficiency of the optimization of vehicle fuel consumption. The test results show that reducing the oil storage in the clutch cavity and decreasing the lubricating oil can improve the transmission efficiency. An effective efficiency simulation model was built in this paper， which provides a fast and effective method to analyze the efficiency of gearbox. Finally， by optimizing the cavity and oil volume to improve the efficiency of the gearbox， the economic data of the vehicle shows that the fuel consumption has been significantly improved. This idea provides guidance and basis for the improvement of fuel consumption of vehicles equipped with wet dual-clutch transmission.Keywords： DUAL WET Transmission; Efficiency; Churning loss; Oil level; Economic; Simulation modelCLC NO.： U463.212? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）01-129-05

前言

在全球強(qiáng)烈抑制地球溫室氣體排放的背景下，為了降低排放，提高汽車的燃油效率，世界各國(guó)導(dǎo)入了油耗法規(guī)，要求不斷嚴(yán)苛《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》2020年以后，中國(guó)政府將施行世界最嚴(yán)的油耗法規(guī)，在2020年乘用車新車油耗將由5L/100km降至2025年的4L/100km，綜合現(xiàn)有各類自動(dòng)變速器的特點(diǎn)，DCT相較AT有更高的傳動(dòng)效率，相較CVT有更大的扭矩傳遞能力，其克服了動(dòng)力中斷、扭矩限制、傳動(dòng)效率低等缺點(diǎn)，兼具駕駛安全和舒適特性。特別是濕式型DCT可搭載從經(jīng)濟(jì)性轎車到跑車、從傳統(tǒng)汽車到混合動(dòng)力汽車的各個(gè)級(jí)別、各種類型的車型;并且基于現(xiàn)代電液控制技術(shù)在DCT平臺(tái)的全面應(yīng)用，DCT現(xiàn)已完全適應(yīng)怠速啟停、起步蠕動(dòng)、坡道保持、且可以在其基礎(chǔ)上擴(kuò)展開發(fā)出混合動(dòng)力功能。因此，現(xiàn)階段眾多車企都將開發(fā)DCT及混動(dòng)產(chǎn)品作為汽車動(dòng)力發(fā)展的主要方向，如圖1 所示。

在整個(gè)變速器行業(yè)乃至整個(gè)汽車行業(yè)，電氣化、高效化都是未來汽車發(fā)展的重要方向，對(duì)濕式變速箱而言，其效率的高低最直接反應(yīng)的是整車的油耗[1]。

眾多因素影響著濕式雙離合器的效率，但其中變速箱的齒輪攪油損失占主要影響，齒輪的嚙合及離合器的分離結(jié)合、以及其他密封、軸承、泵類等零件的磨損及效率也占部分影響[2]。本文主要從變速箱油的液位高度即油量和離合器攪油損失等兩個(gè)較為重要且容易實(shí)施方案驗(yàn)證的因素進(jìn)行探討，通過仿真分析、試驗(yàn)驗(yàn)證等手段，分析離合器攪油、液位高度對(duì)濕式雙離合變速器傳動(dòng)效率的影響，為濕式雙離合變速箱效率的提升提供可靠的技術(shù)方案和思路，為廣大變速箱的效率提升和優(yōu)化提供可靠的依據(jù)。

1 研究對(duì)象

1.1 DCT變速器結(jié)構(gòu)

通過研究吉利某款首發(fā)變速箱的工作原理及其構(gòu)造，對(duì)其效率的提升進(jìn)行分析。研究的變速箱為雙離合多片式靜液高壓控制雙離合變速箱，兩個(gè)離合器分別擴(kuò)展至變速箱的奇數(shù)檔位和偶數(shù)檔位，通過高效的靜液高壓離合器分離執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制雙離合器的閉合等動(dòng)作，同時(shí)每個(gè)檔位均配置了傳統(tǒng)的同步器和換擋裝置，選換檔操作采用了有別于傳動(dòng)液壓控制模塊的電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)離合器對(duì)應(yīng)的每個(gè)擋位，進(jìn)行選換檔操作。雙離合變速箱的速比范圍為：2.95～16.401。該研究對(duì)象的原理圖和軸向結(jié)構(gòu)剖視圖如圖2和圖3所示。

方案1：如圖5左側(cè)方案1所示，出油口位置在離合器殼體下端;

方案2：如圖5中間所示，出油口位置在離合器殼體下端，出油口面與方案1有差異;

方案3：如右圖5右側(cè)方案3所示，出油口位置在離合器殼體側(cè)面。

1.4 模型說明

模型包括離合器殼、輸入軸及離合器數(shù)據(jù);

模型只保留離合器腔體及離合器外端輪廓;

離合器殼體壁厚省略，只保留流體區(qū)域;

如下圖6所示，考慮離合器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生成網(wǎng)格數(shù)量較大，計(jì)算耗時(shí)較長(zhǎng)等原因?qū)﹄x合器結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型簡(jiǎn)化。

仿真結(jié)果圖7：

圖8為離合器腔內(nèi)存油量對(duì)比結(jié)果，從圖中可以看出，方案三即出油口位置在離合器腔體側(cè)面靠上的方案腔內(nèi)存油量較少。

從三個(gè)方案離合器腔內(nèi)存油量結(jié)果來看，方案3即出油口位置在離合器腔體側(cè)面靠上位置相對(duì)存油量較少，方案較優(yōu)。

1.5 降油量仿真分析

通過油位試驗(yàn)（最低油位試驗(yàn)、最高油位試驗(yàn)、油位油溫試驗(yàn)、不同擋位油位變化試驗(yàn)）確定 DCT變速器潤(rùn)滑油用量[6]?，F(xiàn)量產(chǎn)的本文的研究對(duì)象實(shí)際潤(rùn)滑油量為4.5L。對(duì)于其他油量的研究將在本文繼續(xù)開展，主要研究液位從4.5L，依次逐漸0.5L減少，直至油量到3.5L。

1.5.1 模型標(biāo)定

根據(jù)攪油損失數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行仿真輸入，得到如圖9的各檔位的效率曲線;由于仿真的模型存在部分接口信息及模型修正問題，本文采用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)該仿真模型進(jìn)行物理標(biāo)定和修正。

從該仿真結(jié)果看出：將油量分別降低0.5升和1升（相當(dāng)于油位分別降低10mm和20mm），扭矩?fù)p失平均降低25% ～45%。

圖11和圖12的仿真結(jié)果表明：

在1檔時(shí)4.0L油量效率相對(duì)提升1.0%;

在4檔時(shí)4.0L油量效率相對(duì)提升1.5% ;

在7檔時(shí)4.0L油量效率相對(duì)提升2.0%;

1.6 傳動(dòng)效率實(shí)測(cè)試驗(yàn)

1.6.1 試驗(yàn)臺(tái)架

式中：

η為效率;

Tin、nin為變速器輸入端扭矩和轉(zhuǎn)速;

TL、nL為變速器左端輸出扭矩和轉(zhuǎn)速;

TR、nR為變速器右端輸出扭矩和轉(zhuǎn)速;

1.6.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)變速箱在整車上的安裝方向和角度在試驗(yàn)臺(tái)架上安裝變速器，使安裝后的變速箱與整車裝配角度位置一致;連接變速箱加載電機(jī)、輸出電機(jī)、扭矩、轉(zhuǎn)速、油溫傳感器等，按表 1 中工況調(diào)整擋位、油溫、輸入轉(zhuǎn)速、輸入轉(zhuǎn)矩，進(jìn)行傳動(dòng)效率試驗(yàn)[5]。

實(shí)際傳動(dòng)效率試驗(yàn)溫度按 60℃～80℃，依次遞增20℃;輸入轉(zhuǎn)矩按最大轉(zhuǎn)矩的 20% ～100%，依次遞增;輸入轉(zhuǎn)速按 700 /1000 /1500 /2000 /3000 /4000 /5000 /6000r / min。

因?yàn)樽兯傧湔９ぷ鳒囟仍冢?5±5）℃ 左右，同時(shí)參考格特拉克、愛信等變速箱，選取溫度 40、60、80℃ ，扭矩選取35Nm、50Nm、75Nm、100Nm、150 Nm幾個(gè)工況，選擇轉(zhuǎn)速700～3000 r/min（常用轉(zhuǎn)速段低于 3000 r/min），進(jìn)行效率測(cè)試。

1.6.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

變速箱的實(shí)物效率測(cè)試臺(tái)架如圖14所示。按照 2.6.1的試驗(yàn)方法及（6）式的計(jì)算方法，開展試驗(yàn)，采集表1所需要所有數(shù)據(jù)，本文以溫80℃、無預(yù)掛檔的1、4、7檔數(shù)據(jù)為例，進(jìn)行展示，比較殼體導(dǎo)油孔改善和降油量前后效率改善情況對(duì)比，所采集的對(duì)比數(shù)據(jù)如圖15所示。

1.6.4 效率測(cè)試結(jié)果

由圖15及圖12可知，效率仿真數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)一致性高，降低潤(rùn)滑油用量，在不同檔位、扭矩、轉(zhuǎn)速下，效率值會(huì)提升0.5～5%個(gè)點(diǎn)。

由于變速器液位不能無下限降低，為防止在極端傾斜狀況會(huì)出現(xiàn)的吸空等現(xiàn)象，企業(yè)在進(jìn)行了不同液位的液位臺(tái)架及整車試驗(yàn)后，驗(yàn)證4.0L液位方案可行。

2 效率提升對(duì)油耗的影響

為測(cè)試變速箱效率提升對(duì)整車經(jīng)濟(jì)性帶來的影響[7]，本文選擇了吉利某款搭載了該變速箱的整車進(jìn)行了不同工況下的經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)對(duì)比：

本文選取的整車相關(guān)參數(shù)見表2：

由表3分析，在變速箱結(jié)構(gòu)及效率改善0.5～5%后，整車油耗降低了0.39%～0.84%個(gè)點(diǎn);

3 結(jié)論

（1）通過模擬仿真及實(shí)測(cè)對(duì)比分析的手段，驗(yàn)證了效率仿真模型的可行性，設(shè)計(jì)人員可重復(fù)使用，為后期分析變速箱效率提供了快速有效的方法。

（2）本文主要通過構(gòu)建機(jī)械效率損傷模型，運(yùn)用試驗(yàn)及仿真的手段，分析了減少離合器腔體存油量、適當(dāng)降低變速器大齒圈攪油損失，為此后搭載濕式雙離合變速器的效率及其車輛油耗改善提供指導(dǎo)及依據(jù)。

（3）通過分析雙離合自動(dòng)變速器效率及搭載整車經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)結(jié)果，識(shí)別其影響整車油耗的相關(guān)因素，變速箱的效率對(duì)整車的油耗影響較為明顯。通過效率提升0.5～5%，整車油耗降低了約0.39%～0.84%個(gè)點(diǎn)，為搭載雙離合變速器車輛油耗改善提供指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

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