混動起步離合器研究及驗證

付巖，柴召朋，李曉宇，李日成，馬道明

（哈爾濱東安汽車發動機制造有限公司技術中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

引言

為應對更嚴格的排放法規要求與實現更高效的燃油經濟性，市場及政策對傳統動力能源汽車提出了更高的要求，混合動力憑借在現有動力總成產品上進行升級，開發周期短，節油效果顯著等優勢，成為現階段各大廠商汽車工程師的主要研究方向，各大汽車廠商紛紛開發出基于自家CVT、DCT、AT 的P2 架構混動變速箱。DCT 憑借自身具備大潤滑流量、適應惡劣滑磨工況的起步離合器，在此基礎上進行升級增加電機及K0 離合器，開發難度相對較小。傳統AT 采用電機加K0 離合器替代原有液力變矩器實現P2 架構，因無法實現液力變矩器在AT 起步時的液力傳動，需要AT 廠商在設計開發時，優化現有離合器實現起步滑磨功能，離合器滑磨時間的加長對離合器的耐熱性提出了更高的要求，需對傳統AT 中的潤滑油路、摩擦材料、摩擦面積、油槽型式等諸多方面進行設計優化，降低滑磨時摩擦片與鋼片表面的最高溫度，本文主要從以上優化方向展開，對起步滑磨過程進行試驗驗證，為AT P2 混動變速器起步用離合器提供設計參考。

1 起步離合器的選取與工況分析

分析某6AT 變速器，其B 制動器可實現在1 檔與R 檔均參與工作，且B 制動器布置位置存在優化空間，可實現摩擦片數、摩擦面積、摩擦片厚度等各個方面的優化。綜合分析考量，選取此制動器作為優化方向。

通過汽車運動學得出不同坡路（本文仿真及試驗使用33%、20%）、不同發動機轉速、不同扭矩下整車同步時間。起步初始車速為0，通過行星架速比關系得出滑磨初始B 制動器摩擦片的轉速、扭矩（見圖1），形成工況表（見表1）。

圖1

表1 起步工況表

2 優化方案與試驗驗證

2.1 摩擦面積、油槽優化

表2 優化方案

對以上優化方案進行試驗驗證（其余試驗條件相同）：

圖2 優化前試驗結果

圖3 優化后試驗結果

分析以上試驗結果，優化后方案滑磨溫升有所降低，降低幅度較小，試驗條件相同所以發熱量相同，溫度的小幅降低判斷為溝槽率增加，散熱能力增強。

基于以上工況進行耐久試驗，監控耐久過程中扭矩衰減情況，優化前方案耐久中扭矩持續衰減（見圖4），在100 循環左右已超10%，200 循環左右扭矩衰減超過20%，拆解檢查摩擦片已出現燒蝕過熱現象。

優化后方案耐久試驗后扭矩無明顯衰減，滿足設計要求，拆解檢查摩擦片無過熱。

圖4 優化前方案扭矩衰減情況

2.2 片數優化

通過計算，5 片方案單位面積熱量、熱功率超出選用材料設計要求，設計階段需求選用6 片及以上摩擦片。（6 片滑磨溫升情況參見圖3）

圖5 7 片方案滑磨溫升情況

7 片方案在此相同試驗條件下較6 片方案有10℃左右的溫度降低，增加片數溫升降低顯著，但過多的片數導致成本增加、制動器拖曳損失加大、效率降低，綜合考慮，選取6片方案進行設計。

2.3 需求潤滑冷卻流量驗證

圖6 9L/min 潤滑流量對應的溫升情況

此工況下，冷卻流量從9L/min 減少至8L/min，溫升從170℃升高至178℃，流量對溫升有較大影響，兼顧考慮液壓閥體及摩擦片壽命，鎖定潤滑冷卻流量。

圖7 8L/min 潤滑流量對應的溫升情況

使用鎖定的B 制動器狀態與潤滑冷卻流量，結合表1 中的各個工況逐項進行滑磨溫升試驗，確認滑磨溫升最高的工況，基于表1 工況編制耐久試驗循環。

3 結論

（1）油槽及摩擦面積的優化降低了摩擦表面單位面積的熱量、熱功率，確保摩擦片可以承受長時間高溫滑磨。

（2）布置空間允許的情況下，適當的增加片數可以顯著降低滑磨溫度，但過多的片數會導致成本增加、效率降低。

（3）制動器摩擦片部位的冷卻潤滑流量是降低滑磨溫升的關鍵，更改液壓系統，使原AT 中用于液力變矩器的油可以用于冷卻滑磨制動器。