DCT車輛在坡道起步時的熄火分析與標定

劉小根，劉義強，黃偉山，左波濤，朱鳴飛

(寧波吉利羅佑發(fā)動機零部件有限公司，浙江寧波 315336)

0 引言

雙離合器自動變速器(Dual Clutch Transmission，DCT)不僅繼承了傳統(tǒng)手動變速器傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低等優(yōu)點，而且在行駛過程中具備動力不中斷、換擋迅速平順的良好特性。濕式雙離合自動變速器相比于干式雙離合自動變速器冷卻效果好，傳遞轉(zhuǎn)矩大、使用壽命長，現(xiàn)成為國內(nèi)汽車企業(yè)自主研發(fā)自動變速器的主流[1]。

濕式DCT車輛在陡坡起步時，由于要克服坡道阻力，車輛傳遞扭矩大；發(fā)動機轉(zhuǎn)速高，離合器輸入和輸出轉(zhuǎn)速差大，起步時間短，離合器傳遞轉(zhuǎn)矩變化大，這樣增大了離合器的滑摩功W[2]。離合器表面的熱負荷迅速增大，離合器溫度升高，車輛長時間在坡道上連續(xù)踩、松油門起步時，表現(xiàn)更為嚴重。當離合器溫度達到一定值時，會進入高溫保護模式，降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速，來減少滑摩功。車輛在陡坡上起步需要加大油門以免車輛倒溜和實現(xiàn)快速起步。在坡道上，前置前驅(qū)車輛的附著力小[3]，當驅(qū)動力大于最大附著力時，車輛會打滑，這樣離合器的結(jié)合扭矩進一步加大。這時松油門，由于離合器結(jié)合扭矩較長時間大于發(fā)動機扭矩，會拉低發(fā)動機轉(zhuǎn)速，從而產(chǎn)生車輛熄火的現(xiàn)象。以下針對此工況進行較詳細的介紹。

1 坡道起步時工況分析

1.1 進入高溫保護模式致發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低

當在陡坡上連續(xù)地踩油門和松油門時，車輛處在起步階段，這時離合器在滑摩并且產(chǎn)生的滑摩功大于離合器冷卻系統(tǒng)帶走的熱量[4],離合器溫度上升?；殡x合器主從動摩擦片間滑動摩擦力矩做功大小，其公式[2]為：

(1)

式中:W為滑摩功,kJ；Tc為離合器被動軸傳動的扭矩,N·m；t1為滑摩開始時間,s；t2為滑摩結(jié)束時間,s；n1為離合器主動軸轉(zhuǎn)速(發(fā)動機轉(zhuǎn)速),rad/s；n2為離合器從動軸轉(zhuǎn)速,rad/s。

圖1為滑摩功的示意圖，滑摩功為陰影部分的面積。面積越大，離合器磨損程度大，起步過程產(chǎn)生的熱量多，影響其使用壽命。表1和圖2是某SUV車型在15%坡道上連續(xù)地踩油門和松油門時測試的溫升數(shù)據(jù)，在22 s時間內(nèi)變速器油溫升了5.5 ℃。

圖1 滑摩功的示意

表1 車輛在15%坡道上連續(xù)地踩油門和松油門的溫升

圖2 車輛在15%坡道上連續(xù)地踩油門和松油門的變速器溫升圖

當變速器油溫大于高溫保護閾值(120 ℃)時，需要降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速(進行高溫補償)，從而減少離合器的輸入與輸出的轉(zhuǎn)速差來減少滑摩功，表2和圖3分別為有、無進入高溫保護時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化數(shù)據(jù)，從測試結(jié)果可以看出，當離合器進入溫度保護時，會降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速150 r/min左右。這時如果松油門時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降得更低，增加了車輛熄火的概率。

表2 車輛有、無溫度保護時數(shù)據(jù)記錄

圖3 車輛有、無進入高溫保護測試圖

1.2 踩油門和松油門時車輪打滑分析

當車輛在陡坡連續(xù)踩油門和松油門時，車輛會出現(xiàn)打滑，當驅(qū)動力大于車輛地面附著力時，開始打滑[5]，即滿足公式(2)：

Ft≤Fφ+Ffd

(2)

(3)

Fφ=Fz1·cosα·φ

(4)

式中：Ft為驅(qū)動力；Fφ為地面最大附著力;Ffd為車輪滾動阻力;G為車重;m為整車質(zhì)量;α為坡度;Fw為空氣阻力;Fz1為前輪的法向作用力；φ為路面附著系數(shù)。

1.3 松油門時車輛熄火分析

圖4為某前驅(qū)SUV車輛在15%陡坡連續(xù)地踩油門和松油門時測試的發(fā)動機熄火的數(shù)據(jù)。在X軸89.25 s處，發(fā)動機扭矩為85 N·m，這時離合器1轉(zhuǎn)速突然由80 r/min增大到1 050 r/min，車速(根據(jù)前輪計算)由0 km/h附近增大到9 km/h，車輛開始打滑，同時，離合器由起步控制跳變?yōu)榛羁刂?，離合器扭矩由85 N·m增大到181 N·m。由于車輛ESP開始工作，發(fā)送發(fā)動機限扭信號，發(fā)動機扭矩由85 N·m減少到70 N·m。這時松油門使得離合器扭矩較長時間內(nèi)大于發(fā)動機扭矩；在89.75 s處，離合器1扭矩接近發(fā)動機扭矩，發(fā)動機轉(zhuǎn)速快速下降到590 r/min左右；由于發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降快來不及自救，在89.9 s處，發(fā)動機停轉(zhuǎn)，車輛熄火[6]。

圖4 輪胎打滑時測試數(shù)據(jù)圖

2 標定及驗證

從以上分析得知，導(dǎo)致發(fā)動機熄火的原因有：(1)離合器進入高溫保護時會降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速；(2)當車輛打滑時，離合器扭矩增大；(3)輪胎打滑使得ESP工作，會限制發(fā)動機扭矩。

由于在以上工況下離合器會進入高溫保護模式，從標定的角度出發(fā)，如果考慮離合器進入高溫保護時需要降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速。否則，會增大離合器的滑摩功，使得離合器溫升高、磨損程度大、降低使用壽命，這樣就不能滿足離合器性能的要求。在此特殊工況下，由于ESP較難快速響應(yīng)并避免輪胎打滑，離合器的結(jié)合扭矩會增大，發(fā)動機扭矩會受限。當松油門時，可以通過標定的方法來增大離合器的下降斜率，讓離合器扭矩快速地下降到發(fā)動機扭矩附近，這樣可以防止發(fā)動機轉(zhuǎn)速快速下降的情況。

表3和圖5分別為增大、減少離合器扭矩下降斜率的測試數(shù)據(jù)。

表3 增大、減少離合器扭矩下降斜率的測試記錄

圖5 增大、減少離合器扭矩下降斜率的測試數(shù)據(jù)

由圖和表的數(shù)據(jù)可知，當增大離合器扭矩下降斜率到300 N·m/s左右(非定值標定)時，發(fā)動機的最低轉(zhuǎn)速為920 r/min左右；當減少離合器扭矩下降斜率到200 N·m/s時，發(fā)動機最低轉(zhuǎn)速為0，車輛熄火。

3 結(jié)束語

濕式DCT車輛在陡坡上連續(xù)地踩油門和松油門進行低速駕駛時，在此特殊工況下，需要避免出現(xiàn)車輛熄火的安全問題。文中通過此工況下熄火原因進行詳細的分析，得知導(dǎo)致發(fā)動機熄火的原因有：(1)離合器進入高溫保護時降低了發(fā)動機轉(zhuǎn)速；(2)當車輛打滑時，離合器扭矩增大；(3)輪胎打滑使得ESP工作，會限制發(fā)動機扭矩。文中通過標定：增大離合器扭矩下降斜率可以解決發(fā)動機熄火的問題。此方法為濕式DCT離合器標定提供較詳細的分析依據(jù)，為解決和規(guī)避車輛熄火的問題提供了一種非常有效的標定方法。