雙離合變速器預換擋工況傳動效率試驗研究

張傳璽，張偉，樊嘉坤

雙離合變速器預換擋工況傳動效率試驗研究

張傳璽，張偉，樊嘉坤

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

傳動效率是衡量變速器性能的一項重要指標，預換擋是雙離合變速器特有的工況形式，探究預換擋狀態對變速器傳動效率的影響對變速器設計開發有重要作用。基于整車試驗工況制定變速器預換擋試驗工況，對變速器進行室內臺架試驗，測試不同輸入轉速、扭矩條件下變速器傳動效率。研究表明，預換擋主要引起雙離合變速器非結合離合器轉速變化，改變了離合器帶排扭矩的大小，減小了變速箱的傳動效率。文章為雙離合變速器設計優化提供了指導。

雙離合變速器；預換擋；傳動效率；帶排扭矩

前言

隨著國家節能減排政策的提出，如何降低汽車燃油消耗、提升變速器的傳動效率成為汽車研發過程中的重中之重。雙離合變速器具有傳動效率高、結構簡單、動力傳遞過程中不中斷的優點，成為汽車廠商開發的焦點。雙離合變速器將奇數擋與偶數擋分開布置，車輛行駛過程中使用奇偶離合器分別結合輸出動力。為保證動力在換擋過程中不中斷，換擋機構根據駕駛意圖預先推動非工作狀態的撥叉使同步器預先結合齒輪，進行預換擋操作。

目前針對預換擋對變速器傳動效率的影響的研究較少，劉景南[1]建立了預換擋過程的仿真模型，對換擋策略進行了研究；劉璽[2]提出預換擋控制策略，優化了預換擋品質；任偉[3]使用仿真軟件對比了不同預換擋策略下的油耗。

大部分學者只是進行理論分析，重點在于變速器換擋控制邏輯方面，缺少試驗數據驗證理論結果。本文針對整車工況制定預換擋狀態下臺架試驗工況，對變速器單體進行傳動效率試驗，研究了預換擋對傳動效率產生影響的原因，對雙離合變速器的優化開發與換擋邏輯標定提供指導。

1 研究對象

1.1 雙離合變速器結構

本文研究對象為某款七速濕式雙離合變速器，具體結構如圖1所示。

圖1 雙離合變速器結構圖

1.2 整車預換擋工況

汽車正常行駛過程中，為保證汽車的燃油經濟性與動力性，變速器需在最優的傳動比下進行工作，因此需要考慮駕駛員的意圖，選擇油門開度和車速制定換擋規律。

預換擋工況是雙離合變速器特有的工況形式，當變速器在某一擋位行駛時，控制非在擋離合器對應擋位的換擋撥叉進行掛擋或摘擋操作。到達換擋點時，只需對離合器進行交互，脫開當前擋位離合器，結合目標擋位離合器，從而避免動力中斷，縮短換擋時間，提高換擋品質。

預換擋過程中首先要保證同步器預先結合，隨后進行離合器交互，保證汽車依據換擋邏輯在最佳換擋點進行工作。變速器控制單元會根據駕駛意圖及當前工作擋位計算出車輛即將工作的擋位，執行預換擋操作，此時換擋撥叉到位，離合器未結合，雙離合變速器存在兩個擋位同時在擋的狀態。

圖2 NEDC工況圖

整車試驗工況參考新歐洲駕駛循環（NEDC）工況，如圖2所示。整車NEDC工況分為一部、二部共計1180s，一部主要模擬市區運轉循環，模擬汽車怠速、頻繁啟動以及低速行駛工況，此時汽車車速較低，負荷較小，整車在0～15km/h、15～32km/h、35～50km/h車速區間頻繁起停，變速器換擋頻繁，預換擋工況出現的時間也較長。二部主要模擬市郊運轉循環，試驗工況多為高速行駛，主要保持高速擋行駛，換擋工況不頻繁，由此以整車工況一部為參考制定臺架工況。

1.3 臺架預換擋工況制定

根據整車工況統計變速器預換擋狀態下的工作轉速與發動機扭矩，制定臺架傳動效率試驗工況。試驗工況如下表1所示：

表1 預換擋傳動效率試驗工況

2 臺架試驗方法

2.1 臺架布置

試驗使用三電機臺架，將變速器按照整車安裝角度安裝在三電機臺架上，試驗臺架如圖3所示，使用扭矩傳感器測量并記錄輸入電機與負載測功機的轉速與扭矩，使用公式（1）計算傳動效率。

圖3 試驗臺架圖

式中：η為傳動效率；T1為變速器左半軸輸出扭矩；n1為左半軸輸出轉速；T2為右半軸輸出扭矩；n2為右半軸輸出轉速；T為變速器輸入扭矩；n為變速器輸入轉速。

2.2 試驗方案

加入變速器油6.8L，連接變速器油冷器的進水與出水管路，利用溫度控制系統控制溫度，按照表2工況進行試驗，先進行正常掛擋工況，再進行預換擋工況，最后將兩組數據進行對比分析。

3 試驗數據分析

由于5擋為變速器常用擋位且在NEDC工況中5擋預換4擋、5擋預換6擋的時間較其他擋位更長，因此以油溫80℃，5擋工況為例進行以下分析。

3.1 不同預換擋狀態傳動效率試驗數據

具體試驗數據如圖4所示，正常掛擋工況傳動效率大于預換高擋位傳動效率大于預換低擋位傳動效率。

圖4 不同預換擋狀態傳動效率對比

3.2 不同預換擋狀態對傳動效率影響原因分析

濕式雙離合器處于分離狀態空轉時，摩擦副的摩擦片與對偶鋼片的相對旋轉對摩擦副間隙中的潤滑油膜形成剪切作用，這種由于剪切潤滑油膜產生的轉矩稱之為帶排扭矩[4]。由雙離合器結構圖可知，雙離合器鋼片與摩擦片的轉速差即為輸入轉速與奇偶離合器轉速之差。

正常掛5擋時，奇數離合器結合，奇數離合器轉速與輸入轉速一致，不存在轉速差。偶數離合器處于分離狀態，由于離合器帶排扭矩的存在，帶排扭矩帶動偶數離合器旋轉，從而產生拖曳轉速。預換擋狀態時，奇數離合器轉速與輸入轉速相同，偶數離合器轉速由預換擋擋位速比決定，預換高擋位時，偶數離合器轉速2=n/5*6；預換低擋位時，偶數離合器轉速2=n/5*4。

統計5擋時預換擋與正常換擋情況下輸入轉速、偶數離合器轉速如下表所示。

表2 5擋轉速

由以上數據可知，三種狀態對比，預換低擋位轉速差最大，預換高擋位轉速差次之，正常掛擋狀態轉速差最小。

表3 5擋預換擋4擋

表4 5擋預換擋6擋

該離合器單體油溫80℃帶排扭矩隨轉速差變化試驗數據如圖5所示，得到轉速差與帶排扭矩之間的關系為：在轉速差為0~500r/min時，帶排扭矩隨轉速差增大而增加，500~1500r/min時，帶排扭矩隨轉速差增大而減少。

由圖3計算可得衛星相對于地面站的運動速度均值為9.5 cm/s，將計算得到的多普勒系數k代入式（8）中就可以計算得到衛星本振頻率值。圖5為測量的通信衛星本振頻率變化曲線，圖6為衛星本振頻率相對于標稱值的偏差。

預換高擋位與預換低擋位時，離合器的轉速差與正常掛擋相比都變大，雙離合器的帶排扭矩增大，變速器損失增大，傳動效率減小；預換4擋時轉速差大于預換6擋時轉速差，因此預換4擋時帶排扭矩更大，變速器消耗的功率更大，因此傳動效率更小。

圖5 離合器帶排扭矩

4 結論

本文主要分析了預換擋對雙離合變速器傳動效率的影響。正常掛擋工況傳動效率大于預換高擋位傳動效率大于預換低擋位傳動效率。預換擋狀態改變了離合器的轉速，使得摩擦片與對偶鋼片之間的轉速差增大，從而導致離合器的帶排扭矩增大，減小了變速器的傳動效率。本文通過試驗手段對預換擋狀態下變速器傳動效率進行研究，為變速器開發優化及整車換擋邏輯標定提供了依據。

參考文獻

[1] 劉景南,雙離合自動變速器預換擋控制及仿真分析[D].重慶:重慶大學,2011.

[2] 劉璽,何仁,程秀生.雙離合自動變速器預選擋特性分析及控制策略[J].農業工程學報,2018(34):80-86.

[3] 任偉,黃建平,殷金菊,等.基于Cruise仿真的DCT變速器預選擋策略對油耗的影響分析[J].機械傳動,2019(43):133-136.

[4] 張志剛,關于濕式離合器幾個工作特性研究[D].杭州:浙江大學, 2010.

Experimental Study on Transmission Efficiency of Dual Clutch Transmission in Pre-shift Condition

Zhang Chuanxi, Zhang Wei, Fan Jiakun

( Automotive Engineering Institute,Guangzhou Automobile Group Co. Ltd., Guangdong Guangzhou 511434 )

Abstract:Transmission efficiency is an important index to measure the transmission performance, and the pre-shift is a special working mode of double clutch transmission.Based on the vehicle test conditions, the transmission pre-shift test conditions were developed, and the transmission was tested on a laboratory bench to test the transmission efficiency under different input speeds and torques.The research shows that the pre-shift mainly causes the change of the speed of the non-coupling clutch of the double-clutch transmission, which changes the drag torque and reduces the transmission efficiency of the gearbox.This paper provides guidance for design optimization of dual clutch transmission.

Keywords: Double clutch transmission; Pre-shift; Efficiency; Drag torque

Document Code: A

Article ID:1671-7988(2020)24-96-03

中圖分類號：U463.212

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2020)24-96-03

作者簡介：張傳璽，碩士研究生，變速器試驗開發工程師，就職于廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.032

CLC NO.: U463.212