濕式DCT車輛起步過程中的滑摩扭矩測試與分析

尹良杰，朱凌云，王匯風

(安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽合肥 230061)

濕式DCT車輛起步過程中的滑摩扭矩測試與分析

尹良杰，朱凌云，王匯風

(安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽合肥 230061)

針對濕式DCT車輛的1擋蠕行起步過程，分析滑摩扭矩波動幅值與車身沖擊度的關系；給出濕式離合器滑摩扭矩的測試方法，并對某DCT車輛起步過程中的輸入軸1的1階轉速波動、車輛座椅處的振動加速度進行了測試分析。分析結果表明：離合器滑摩扭矩波動幅值越大，車身縱向振動加速度也越大。研究結論為抑制DCT車輛起步過程中的車身振動提供了一種有效途徑。

濕式離合器；滑摩扭矩；扭矩波動；沖擊度

0 引言

DCT(Dual Clutch Transmission)作為一種新型的自動變速器，繼承了手動變速器傳動效率高、制造成本低、生產加工設備比較成熟的優點，同時擁有液力自動變速器動力不中斷、換擋平順的優點，已成為國內自主汽車開發的熱點。雙離合器是DCT系統中的核心部件，具有保證車輛起步和傳動過程中換擋和接合的平滑傳動，以及防止系統過載等功能[1]。濕式雙離合器能夠精確地控制離合器傳遞扭矩，并具有較快的響應速度，是DCT開發的首選離合器[2]。但濕式雙離合器結構復雜，傳遞扭矩的精度與冷卻油液的溫度與品質、摩擦副的材料與加工工藝等因素有直接的關系。車輛起步過程中，濕式離合器通過滑摩扭矩使主、從軸轉速逐漸同步實現接合。試驗表明，離合器接合過程會產生一種低頻的抖動現象[3]。這種低頻抖動會通過傳動系統、驅動輪傳遞到車身，引起車身的前后振動，嚴重影響著車輛駕乘人員的舒適性。

基于濕式DCT車輛1擋蠕行起步過程，分析了滑摩扭矩波動幅值與車身沖擊度的關系，提出了濕式離合器滑摩扭矩測試方法，并針對某DCT車輛在蠕行起步過程中滑摩扭矩波動幅值與車身振動的關系進行了測試分析。

1 DCT起步過程分析

濕式離合器接合過程可以分為空行程階段、滑摩階段與同步階段[4]。空行程階段主要用于消除離合器摩擦片間隙，其特點是無扭矩傳遞；滑摩階段摩擦片產生摩擦，且有扭矩傳遞，傳遞扭矩逐步增加，直至超過車輛起步的阻力矩，使車輛起動；同步階段離合器主從部分轉速差為0，滑摩停止，離合器完全接合，其所傳遞的力矩取決于發動機的輸出扭矩與車輛阻力矩。

DCT車輛通常采用1擋蠕行起步，其過程是離合器1逐漸接合，而離合器2一直保持分離狀態，不傳遞任何動力，其起步過程可以簡化為離合器1的動力傳遞過程，如圖1所示。

圖1 DCT車輛起步過程動力學模型

忽略剛度、部分阻尼及機械損失等相關因素，濕式離合器滑摩過程中，系統的動力學方程可表示為：

(1)

(2)

(3)

式中：Ie、Ic1、Iv分別為離合器主動盤(包含發動機轉動慣量)、離合器1從動盤與車輛等效轉動慣量；ωe、ωc1、ωv分別為離合器主動盤、離合器1從動盤及車輛的角速度；ce、cc1、cv分別是離合器主動盤、離合器1從動盤及整車的旋轉阻尼系數；Te、Tc1、T0、Tr分別為發動機輸入扭矩、離合器1滑摩扭矩、車輛輸入扭矩與車輛阻力矩。

離合器滑摩扭矩Tc1的值為[2]：

(4)

式中：μc1為離合器1滑動摩擦因數，是離合器主、從動盤轉速差的函數；Nc1為離合器1的摩擦副數；pc1為作用在離合器1上的正壓力；Sc1為離合器1的活塞作用面積；R1、R0分別為摩擦片的外、內徑。

由于液壓換擋閥元件及濕式離合器滑摩過程中的非線性因素，pc1也是不斷變化的，根據試驗測試結果，可將其假定為正弦變化的形式[5]，則：

pc1=pm+ppsinωt

(5)

式中：pm為平均壓力；pp為壓力變化幅值；ω為壓力變化角頻率。

結合式(4)、式(5)，可以將車輛起步階段的離合器1的滑摩扭矩表示為：

Tc1=Tm+Tpsin(Δω)t

(6)

式中：Tm為平均壓力；Tp為壓力變化幅值；Δω為離合器主從

動盤轉速差。

DCT車輛1擋蠕行起步過程中車身沖擊度[4]可表示為：

(7)

式中：m為整車質量；i1、i0分別為1擋與主減速器1的傳動比；ηt為1擋傳動效率；r為車輪有效半徑；δ1為1擋時車輛旋轉質量換算系數。

將式(6)代入式(7)，得：

(8)

式中：Tp、Δω為變化量，其余變量均可視為固定值。所以，車輛蠕行起步過程中的車身沖擊度可以看做為離合器滑摩扭矩幅值與主、從動盤轉速差的函數。

2 滑摩扭矩測試

滑摩扭矩測試臺架采用雙電機轉速控制模式，模擬車輛蠕行起步工況。如圖2所示，輸入電機與負載電機共同控制離合器的轉速差；離合器的接合壓力由DCT中液壓模塊控制，離合器壓力緩慢增加，直至負載電機扭矩在設定值附近波動，離合器壓力維持一定時間。記錄并計算壓力穩定后的離合器輸出扭矩。圖3為某濕式離合器測試數據。

圖2 滑摩扭矩測試臺架示意圖

圖3 某濕式離合器測試數據

對離合器1的滑摩扭矩進行傅里葉變換，可得到不同轉速差下的滑摩扭矩波動幅值，圖4為該濕式離合器在平均傳遞扭矩為15 N·m時的扭矩波動幅值。

圖4 某濕式離合器滑摩扭矩波動幅值

3 滑摩扭矩波動幅值與車身抖動的關系測試與分析

DCT車輛分別裝配0.3、0.5、0.7、0.9 N·m滑摩扭矩波動幅值(平均滑摩扭矩10 N·m，離合器主從動盤轉速差720 r/min)的離合器，圖5為車輛在蠕行起步工況下測得的變速箱輸入軸1轉速1、2階波動曲線。滑摩扭矩波動幅值與輸入軸1的1階轉速波動幅值呈較強的對應關系，隨著滑摩扭矩波動幅值的增大，輸入軸1的1階轉速波動幅值也增加。

圖6為測得的車輛座椅處的縱向加速度頻譜圖。可以看出：離合器滑摩扭矩波動幅值越大，車身振動的加速度幅值也越大。同時，從頻譜圖中可以看出：該DCT車輛的共振頻率值在12 Hz附近，這也與離合器滑摩轉速差的1階頻率相一致。

圖5 1、2階轉速波動曲線

圖6 車輛座椅處縱向加速度頻譜圖

4 結論

(1)濕式DCT車輛在蠕行起步過程中，離合器滑摩扭矩的波動是引起車身抖動的主要原因；

(2)離合器滑摩扭矩波動幅值越大，DCT輸入軸1的1階轉速波動幅值也越大；

(3)離合器滑摩扭矩波動幅值越大，車輛座椅處的縱向振

動加速度也越大；

(4)根據文中的研究結果，企業可以采用車輛起步沖擊主觀評價的方法來確定離合器滑摩扭矩波動幅值限值，并通過調整離合器接合壓力、提高摩擦片的制造工藝等方式來降低控制離合器滑摩扭矩的波動幅值，從而抑制車輛起步時的車身振動，提升車輛的乘坐舒適性。

【1】胡豐賓.濕式雙離合器傳動系統匹配控制與熱平衡分析[D].重慶：重慶大學,2010:1-2.

【2】祝紅青.濕式離合器滑摩特性和熱負荷特性研究[D].杭州：浙江大學,2012:2-5.

【3】陳俐,王昊松,習綱.離合器接合過程抖振機理與控制研究[J].系統仿真學報，2011,23(7)：1451-1455. CHEN L,WANG H S,XI G.Clutch Engagement Control Based on Stability Analysis[J].Journal of System Simulation,2011,23(7):1454-1455.

【4】馬瑾,孫偉,高翔,等.濕式雙離合自動變速器起步過程的試驗研究[J].機械傳動,2012,36(4):73-76. MA J,SUN W,GAO X,et al.A Experimental Study on Starting of Wet Double Clutch Transmission[J].Journal of Mechanical Transmission,2012,36(4):73-76.

【5】楊立昆,李和言,馬彪.濕式離合器接合過程摩擦振顫機理研究[J].振動與沖擊,2016,35(9):117-120. YANG L K,LI H Y,MA B.Friction-induced Vibration of Wet Clutches[J].Journal of Vibration and Shock,2016,35(9):117-120.

Testing and Analysis of Wet Dual Clutch Slipping Torque of DCT during Vehicle’s Starting Process

YIN Liangjie, ZHU Lingyun, WANG Huifeng

(Technology Center,Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Hefei Anhui 230601,China)

The relationship between amplitude of slipping torque fluctuation and jerk of vehicle's body was analyzed based on 1st creep starting process of wet DCT vehicle. A testing method for wet dual clutch slipping torque was given. Testing and analysis for 1st order speed fluctuation of No.1 input shaft and vibration acceleration on seat position during DCT vehicle starting process were carried out. The results show that the larger the amplitude of slipping torque fluctuation, the stronger the longitudinal vibration of the vehicle. This research provides an effective approach to restrain vibration of DCT vehicle body in starting process.

Wet clutch; Slipping torque; Torque fluctuation; Jerk

2017-04-15

尹良杰(1973—)，男，學士，工程師，主要從事自動變速箱產品研發工作。E-mail:ylj3416279@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.05.005

U461.2

B

1674-1986(2017)05-023-05