雙離合器自動變速箱軸齒工作診斷方法研究

許存國

(東風(fēng)鼎新動力系統(tǒng)有限公司,湖北武漢 430058)

0 引言

雙離合器自動變速箱是一種比較先進(jìn)的自動變速器,具有傳動效率高、換擋過程無動力中斷、舒適性好、燃油經(jīng)濟(jì)性好等諸多優(yōu)點。在國外早已為高端車型配置,而國外的DCT 技術(shù)相對成熟,已經(jīng)進(jìn)行批量化生產(chǎn)。近年來,國內(nèi)已有多家企業(yè)進(jìn)行了DCT相關(guān)研發(fā),并投入了市場,但由于其結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)復(fù)雜,在對雙離合器自動變速箱研究的過程中,有必要進(jìn)行故障診斷的研究,以增強(qiáng)雙離合變速箱運(yùn)行時的穩(wěn)定性和整車安全性,提高對軸齒故障確診率和維修效率。轉(zhuǎn)速傳感器安裝在變速箱輸入軸上,所測轉(zhuǎn)速是判定動力傳動系統(tǒng)的重要參數(shù),為了保證擋位對應(yīng)齒輪工作的準(zhǔn)確性,根據(jù)速比對輪速進(jìn)行計算,來校驗齒輪工作是否正常。一般的轉(zhuǎn)速傳感器只測量轉(zhuǎn)速,而本文中介紹通過輸入軸轉(zhuǎn)速來診斷扭矩傳遞路徑和路徑上齒輪工作情況。該方法的理論基礎(chǔ)明確,計算精度高,穩(wěn)定性好,能滿足變速箱的各種穩(wěn)態(tài)工況。

1 軸齒診斷原理

根據(jù)該種變速箱軸齒硬件設(shè)計如圖1,DCT由多片雙離合器、自動換擋裝置、電控液壓系統(tǒng)等組成。掛3和5擋與輸入軸1連接,由離合器1控制;1、2、4、6、R擋齒輪與輸入軸2連接,由離合器2控制。而1、2、3、5、6擋與輸出軸1連接,4,R擋與輸出軸2連接。

圖1 6 擋扭矩傳遞圖Fig.1 6-speed torque transmission diagram

當(dāng)同步器S3掛入6擋時,扭矩傳遞路徑如圖2,由于變速箱輸出軸與輪胎通過萬向節(jié)剛性連接,那么在輸出軸轉(zhuǎn)速與輪胎轉(zhuǎn)速應(yīng)該保持一致,那么通過比較輸出軸轉(zhuǎn)速與輪胎轉(zhuǎn)速就能診斷出該扭矩傳遞路徑工作是否正常。

圖2 6 擋軸齒診斷流程圖Fig.2 6-speed gear diagnosis flowchart

計算公式如下:

根據(jù)速比可以由6 擋輸入軸轉(zhuǎn)速計算輸出軸轉(zhuǎn)速,如下:

由車速反算輪速,如下:

將式(2)和(3)帶入(1),得:

ISR1-帶方向輸入軸1轉(zhuǎn)速,ISR2-帶方向輸入軸2轉(zhuǎn)速,G2-2擋速比,G6-6擋速比,FD-差速器速比,OSR1-帶方向輸出軸1轉(zhuǎn)速,OSR2-帶方向輸出軸2轉(zhuǎn)速,Vehspd-車速(km/h),Spd6_Err-6擋轉(zhuǎn)速差值,Trd-輪胎直徑(m),WhlSpd-輪胎轉(zhuǎn)速,Err_Max-最大轉(zhuǎn)速差值。

最后判斷Spd6_Err是否小于Err_Max,如果小于最大轉(zhuǎn)速差值Err_Max,將不會報出故障;如果大于最大轉(zhuǎn)速差值Err_Max,則報出故障。

而1擋是通過組合實現(xiàn)擋位的,將S2掛上3擋齒輪,S3同步器掛入2擋齒輪后,一擋的扭矩傳遞路徑如圖3所示。

圖3 1 擋扭矩傳遞圖Fig.3 1st gear torque transmission diagram

輸入1軸→3擋齒輪→6擋齒輪→輸入2軸→2擋齒輪→輸出1軸;

在離合器完全壓合后,1擋診斷計算如下:

由于輸出軸1 轉(zhuǎn)速與輪胎轉(zhuǎn)速應(yīng)該保持一致:

由1 擋輸入軸轉(zhuǎn)速根據(jù)速比計算輸出軸轉(zhuǎn)速,如下:

由車速反算輪速,如下:

將式(11)和(12)帶入(10),得:

也是判斷Spd6_Err是否小于Err_Max,來報出故障。

同樣R 擋是也是通過組合實現(xiàn)擋位的,將S2 掛上3 擋齒輪,S3同步器掛入2擋齒輪后,SC掛上R擋齒輪,R擋的扭矩傳遞路徑如下:

輸入1軸→3擋齒輪→6擋齒輪→輸入2軸→2擋齒輪→R擋齒輪→輸出1 軸;

在離合器完全壓合后,R 擋診斷計算如下:

由于輸出軸1 轉(zhuǎn)速與輪胎轉(zhuǎn)速應(yīng)該保持一致:

由1 擋輸入軸轉(zhuǎn)速根據(jù)速比計算輸出軸轉(zhuǎn)速,如下:

由車速反算輪速,如下:

將式(15)和(16)帶入(14),得:

最后判斷Spd6_Err是否小于Err_Max。

2 診斷分析

除了診斷出該扭矩傳遞路徑上,軸齒工作不正常,還能通過邏輯算法,進(jìn)一步識別出問題齒輪。

診斷分析1:

在行車中,擋位在1擋時,出現(xiàn)故障,如圖4在該扭矩傳遞路徑中的3擋,6擋,2擋齒輪都可能工作不正常。轉(zhuǎn)速傳感器可直接測得3擋所在輸入軸1轉(zhuǎn)速,因為這時3擋和6擋齒輪通過同步器剛性連接,通過齒比可以計算出6擋所在輸入軸2轉(zhuǎn)速P,而通過另一個轉(zhuǎn)速傳感器可以測得的6擋所在輸入軸2轉(zhuǎn)速ISR2,計算值P與測量值ISR2進(jìn)行比較,這樣可以診斷出是否是3和6擋齒輪出現(xiàn)問題。這樣就可以縮小診斷檢查問題的范圍。

圖4 1 擋診斷流程圖Fig.4 1st gear diagnosis flowchart

同樣的原理可以用在組合擋位的R 擋倒擋上問題齒輪分析。

診斷分析2:

安裝在5擋上的轉(zhuǎn)速傳感器測量輸入軸1轉(zhuǎn)速,3擋齒輪也安裝在輸入軸1上,由于是雙離合變速箱,3擋和4擋可以同時結(jié)合同步器,那么連接同一個差速器的輸出2軸會跟著轉(zhuǎn)動,4擋齒輪將連接的輸入軸2轉(zhuǎn)動,這時安裝在6擋測量輸入2軸的傳感器測量輸入軸2的轉(zhuǎn)速,由于兩個輸出軸連接差速器的速比一樣,如圖5,可以診斷出3擋和4擋是否工作正常。

圖5 3 擋和4 擋診斷流程圖Fig.5 3rd and 4th gear diagnosis flowchart

根據(jù)換擋設(shè)計,4擋和5擋同時在擋時,也有同樣的診斷分析邏輯,來具體判斷軸齒工作是否正常。

3 結(jié)論

本文詳細(xì)研究了一種對軸齒故障診斷的策略,設(shè)計了故障診斷的流程圖,并進(jìn)行了相關(guān)的參數(shù)標(biāo)定和計算。該診斷邏輯清晰,鑒于軸齒在變速箱中的廣泛應(yīng)用,后續(xù)的重點是開展動態(tài)換擋時軸齒工作診斷研究。