DCT基于 车辆大扭矩动力降挡热负荷问题的标定研究

张学锋 杨云波 王昊 武斐 董宇

Automobile Technology - - Qiche Jishu -

张学锋 杨云波 王昊 武斐 董宇(中国第一汽车集团有限公司研发总院,长春 130011) 【摘要】针对双离合自动变速器车辆在大油门动力降挡时出现的离合器表面温度超温问题,着重对换挡各阶段对升温的影响进行了分析,介绍了几种减小大扭矩动力降档超温问题的标定策略,并进行了优化标定和实车试验。试验结果表明,通过所采取的标定方法可有效解决各种大扭矩动力降挡离合器热负荷超限问题,同时驾驶性获得了较大提升。主题词:双离合自动变速器 动力降挡 热负荷 标定U463. 2 A 10.19620/j.cnki.1000-3703.20172317中图分类号: 文献标识码: DOI: Research on Calibration of Thermal Load Power Downshift in High Torque for DCT Zhang Xuefeng, Yang Yunbo, Wang Hao, Wu Fei, Dong Yu General R&D Institute of China FAW Group Co., Ltd, Changchun 130011) ( Abstract In order to solve the problem of overtemperature on the surface of clutch of vehicle with Dual Clutch【 】Transmission (DCT) during downshift with full- open throttle, the influence of different shift stages on temperature rise was analyzed, and several calibration strategies to reduce overtemperature at high torque were introduced, optimization calibration and vehicle test were carried out. Test results show that the thermal overload of clutch in high- torque downshift can be effectively eliminated with the calibration method, and driveability is improved greatly. Key words: DCT, Power downshift, Thermal load, Calibration

1 前言

Dual Clutch Transmission ,

双离合器式自动变速器(

DCT)

在换挡过程中不存在动力中断,换挡迅速平稳,不仅保证了车辆的加速性,而且很大程度地改善了车辆的舒适性、经济性,可适用于各种排量的汽车,已经成为自动变速器发展的新趋势[1-2]。

在车辆实际行驶过程中,驾驶员为满足急加速或超车的工况需求,通常会进行大油门或全油门操作,此时为了提升车辆的加速能力变速器会进行动力降挡,由于此时离合器传递扭矩较大,降挡过程中离合器表面的热负荷会迅速增大,一方面会出现离合器表面温度超温报警问题,另一方面会加快摩擦片磨损从而严重影响离合器的使用寿命。

DCT

针对 车辆大扭矩动力降挡工况,本文分析了年 第期 换挡过程及离合器表面热负荷产生的原因,并对换挡过程的滑摩功进行了计算,通过标定手段对滑摩功的产生进行有效控制,在不影响驾驶性能的情况下将离合器表面的升温控制在了合理范围内。2大扭矩动力降挡热负荷分析2.1基于双参数换挡规律的动力降档3

换挡规律通常分为单参数、双参数、三参数种,单参数换挡规律只与车速相关,不能很好地反映驾驶员意图,已不使用;三参数换挡规律由于考虑到加速度因素,实际运用存在一定困难,故目前多采用双参数换挡规律[3]。在车辆行驶过程中,驾驶员准备超车或急加速时会进行大油门或全油门操作,根据设定的双参数换

1), ab c d

挡规律(图 油门踏板从 点至 点或从 点至 点,

6 3 7 4

变速器将执行 降或 降 等大扭矩动力降挡动作。

2.2 大扭矩动力降挡各过程分析DCT 2, 7 1传动原理见图 该系统由 个前进挡和个倒挡组成,在换挡过程中奇、偶数离合器扭矩进行交换。 2 DCT图 传动原理在车辆行驶过程中进行大油门加速时,如果控制器

3 6

发出的目标挡位是 挡,由于当前挡位为 挡并且预挂

7 7 3 3

了 挡,那么变速器会进行摘 挡挂 挡的动作,挂 挡

3

成功后进行 挡离合器充油,充油结束后进入调速等待

6

阶段,惯性相结束后进入扭矩相阶段,在此阶段 挡离

3

合器的分离和 挡离合器的结合是同时进行的,这样就保证了发动机输出的动力没有中断,在设定的时间里完

DCT成扭矩交换,换挡过程结束[4]。为便于分析,将 动

3

力降挡过程简化为如图 所示。

DCT

装载 的车辆在动力降挡过程要经历以下几个阶段:

a.

变速器高挡运行阶段。该阶段车辆稳定运行,

6 3 3 6

挡离合器接合,挡离合器分离,此时 挡、挡离合器传递转矩为:

6 t1

式中, Tc2为 挡离合器传递扭矩;为动力降挡调速开始时刻; t2为摘、挂挡结束时刻; t3为3

挡充油结束时刻; t4为调速结束时刻; t5为扭矩交换结束时刻; ne为发动机角速度; w2为6

挡离合器角速度。

10)

由式( 可知,滑摩功由摘、挂挡时间、充油时间、调速等待时间、扭矩交换时间及在此时间内传递的扭矩和滑摩差共同决定,所以若要减小滑摩功,应从换挡各阶段的时间、滑摩差和离合器传递扭矩等方面进行优化。然而湿式离合器摩擦片热容量较小,瞬时较大的滑摩功会导致离合器摩擦片温度迅速上升,湿式双离合器的主要散热方式是冷却油散热,如果冷却油无法及时将热量带走,摩擦片会由于温度过高而导致摩擦材料烧蚀。保证离合器温度平衡的基本条件是离合器发热过程与散热过程之间的平衡[5]。

离合器冷却油单位时间从摩擦片上带走的热量计算式为[6]:

式中, QL为冷却油经摩擦片带走的热量; tin为冷却油进入离合器前温度; tout为冷却油从离合器甩出后温度;为τ摩擦副冷却时间; qL为单位时间单个摩擦副的冷却油量; CLγL为单位体积内冷却液的热容量。

11)

由式( 可知,冷却油进、出口温度与当时系统热负荷相关,且冷却油热容量是其特定属性,通过增大单位时间内的冷却液流量是提高冷却效率的主要途径。但是冷却流量过大会影响摘、挂挡速度,进而影响换挡过程,所以在设定最大允许流量的情况下,只能通过减小滑摩功的途径解决大扭矩动力降挡的热负荷问题。 3 大扭矩动力降挡标定方案在大扭矩动力降挡过程中,决定离合器热负荷的 滑摩功主要取决于离合器传递的扭矩、离合器主从动盘的转速差及滑摩时间,因此在保证驾驶性的前提下,应尽快控制离合器的动作以缩短滑摩时间,从而降低离合器滑摩功和热负荷[7- 8]。由于大扭矩动力降挡过程中传递扭矩不能改变,所以若减小滑摩功就应从缩短滑摩时间、减小滑摩差和增大冷却流量等方面入手。

a.

增大摘、挂挡力,缩短摘、挂挡时间。根据式

10), NVH

( 在满足 及硬件可靠性的情况下,适当增大

t1- t2,

摘、挂挡力,缩短摘、挂挡时间可缩短时间 进而减小滑摩功的产生。

b.

缩短目标挡位充油时间。充裕的充油时间可保证离合器油腔彻底充油及后续油压响应,但在一定程度上会影响换挡时间而增加滑摩时间,因此需优化各充油参数,在满足充油需求情况下尽可能缩短充油时间。

c. 6 3

调整整个调速过程时间。调整 挡降 挡的调速时间,使摘挂挡时间、充油时间和调速时间相匹配,这

t1-t4

样不但可将调速时间 缩短,又可消除调速等待阶段

t3-t4

时间 。

d. 3

调整调速过程发动机调速曲线。如果如图 中

实线 所示,当发动机转速先上升较快再较慢上升时,会加大发动机与离合器之间的速差,增加滑摩功的产生。若在调速过程中发动机控制转速历程尽可能均匀

3 ②

变化,如图 中虚线 所示,则能减小偶数离合器和发动机的速差,减小滑摩功。

e.

减小扭矩交换时间,从而减小滑摩时间。由

3 10) 6 3

图 、式( 可知,在大扭矩 挡降 挡过程中,偶数离合器产生的滑摩功更大,更易超温,如果减小扭矩交换时间,使偶数离合器更快卸载,既可减少滑摩时间又可减小产生滑摩的负载,可有效减少滑摩功的产生。

f.

增大换挡过程中离合器冷却流量。在摘、挂挡时,若冷却流量过大,冷却油的拖拽作用会造成摘、挂挡困难。为保证最佳冷却效果,可在摘、挂挡时将冷却流量减小,挂挡结束后再以最大流量进行冷却。 4 试验验证4.1 试验方法DCT

为验证所提出标定策略的可行性,以某搭载 变速器的混合动力车辆为对象进行试验验证。该车动力总

1

成主要参数如表 所列。试验时使用同一车辆(满载)、同一驾驶员、在同一路面上行驶,车辆行驶至较高油温

100 ℃)

(约为 时,分别利用新标定策略数据和原始标定

4~ 7

数据进行大油门动力降挡试验,试验结果见图 图 。

4.2 试验验证4.2.1

热负荷验证

4~ 7

由图 图 可看出,两次试验的驾驶工况及初始离

100 ℃),

合器表面温度几乎一致(约 但是使用新标定策

1.60 s

略数据后,大扭矩动力降挡后的调速时间由 减少

1.19 s, 0.65 s 0.45 s,

至 扭矩交换时间由 减少至 动力降

65.6 kJ 39.4 kJ,

挡过程产生的滑摩功由 减小至 负载离

155 ℃ 113 ℃,

合器表面升温由 减小至 离合器表面瞬时升温明显减小。

4.2.2

驾驶性验证

4 5

如图 和图 所示,相同驾驶工况下踩下相同油门开度后,使用新标定策略数据后整车加速响应明显加

1.8 s 1.3 s,

快,响应时间由 缩至 加速度变化率变化不大,

5 结束语本文根据DCT车辆整车试验过程中出现的离合器

表面温度超温报警问题,分析了DCT在大扭矩动力降挡过程离合器热负荷过大的原因,以及影响滑摩功产生的主要因素,通过多种途径减少了滑摩功的产生并增大了冷却流量,最后根据设定的原则进行了优化标定和实

车试验,试验结果表明,此方法对DCT大扭矩动力降挡工况热负荷问题优化效果明显且可操作性强。参考文献[1] , , . DCT .刘振军 王颖颖 秦大同 离合器热负荷仿真研究 中, 2009, 20(14):1753-1757.国机械工程[2] . [J]. , 2007佚名离合器:干式还是湿式 汽车工艺与材料4): 63-64. ( [3] , , .何宁 赵治国 李瑜婷 双离合器自动变速器换挡规律及[J]. , 2011, 22(3):367-373.其仿真评价 中国机械工程[4] , , , . DCT何龙 孙保群 罗冲 等 新型 典型故障的诊断策略研[J]. , 2017(5) 58-62.究 汽车技术 : [5] . [D]. ,闫涛 湿式双离合器温度特性的研究 长春:吉林大学2015. [6] . .王经 传热学与流体力学基础 上海:上海交通大学出版, 2007.社[7] . DCT [D].任传兵 干式 双离合器起步热负荷仿真研究 重, 2012.庆:重庆大学[8] , , , . DCT陈志新 曲白雪 张荣辉 等 电控系统硬件在环自动[J]. , 2017 (7):1-4.化测试平台研究与应用 汽车技术(责任编辑 文楫) 2018 3 22修改稿收到日期为 年 月 日。

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