DCT車輛在坡道起步時的熄火分析與標定

劉小根，劉義強，黃偉山，左波濤，朱鳴飛

(寧波吉利羅佑發動機零部件有限公司，浙江寧波 315336)

0 引言

雙離合器自動變速器(Dual Clutch Transmission，DCT)不僅繼承了傳統手動變速器傳動效率高、結構緊湊、成本低等優點，而且在行駛過程中具備動力不中斷、換擋迅速平順的良好特性。濕式雙離合自動變速器相比于干式雙離合自動變速器冷卻效果好，傳遞轉矩大、使用壽命長，現成為國內汽車企業自主研發自動變速器的主流[1]。

濕式DCT車輛在陡坡起步時，由于要克服坡道阻力，車輛傳遞扭矩大；發動機轉速高，離合器輸入和輸出轉速差大，起步時間短，離合器傳遞轉矩變化大，這樣增大了離合器的滑摩功W[2]。離合器表面的熱負荷迅速增大，離合器溫度升高，車輛長時間在坡道上連續踩、松油門起步時，表現更為嚴重。當離合器溫度達到一定值時，會進入高溫保護模式，降低發動機轉速，來減少滑摩功。車輛在陡坡上起步需要加大油門以免車輛倒溜和實現快速起步。在坡道上，前置前驅車輛的附著力小[3]，當驅動力大于最大附著力時，車輛會打滑，這樣離合器的結合扭矩進一步加大。這時松油門，由于離合器結合扭矩較長時間大于發動機扭矩，會拉低發動機轉速，從而產生車輛熄火的現象。以下針對此工況進行較詳細的介紹。

1 坡道起步時工況分析

1.1 進入高溫保護模式致發動機轉速降低

當在陡坡上連續地踩油門和松油門時，車輛處在起步階段，這時離合器在滑摩并且產生的滑摩功大于離合器冷卻系統帶走的熱量[4],離合器溫度上升。滑摩功為離合器主從動摩擦片間滑動摩擦力矩做功大小，其公式[2]為：

(1)

式中:W為滑摩功,kJ；Tc為離合器被動軸傳動的扭矩,N·m；t1為滑摩開始時間,s；t2為滑摩結束時間,s；n1為離合器主動軸轉速(發動機轉速),rad/s；n2為離合器從動軸轉速,rad/s。

圖1為滑摩功的示意圖，滑摩功為陰影部分的面積。面積越大，離合器磨損程度大，起步過程產生的熱量多，影響其使用壽命。表1和圖2是某SUV車型在15%坡道上連續地踩油門和松油門時測試的溫升數據，在22 s時間內變速器油溫升了5.5 ℃。

圖1 滑摩功的示意

表1 車輛在15%坡道上連續地踩油門和松油門的溫升

圖2 車輛在15%坡道上連續地踩油門和松油門的變速器溫升圖

當變速器油溫大于高溫保護閾值(120 ℃)時，需要降低發動機轉速(進行高溫補償)，從而減少離合器的輸入與輸出的轉速差來減少滑摩功，表2和圖3分別為有、無進入高溫保護時的發動機轉速變化數據，從測試結果可以看出，當離合器進入溫度保護時，會降低發動機轉速150 r/min左右。這時如果松油門時，發動機轉速下降得更低，增加了車輛熄火的概率。

表2 車輛有、無溫度保護時數據記錄

圖3 車輛有、無進入高溫保護測試圖

1.2 踩油門和松油門時車輪打滑分析

當車輛在陡坡連續踩油門和松油門時，車輛會出現打滑，當驅動力大于車輛地面附著力時，開始打滑[5]，即滿足公式(2)：

Ft≤Fφ+Ffd

(2)

(3)

Fφ=Fz1·cosα·φ

(4)

式中：Ft為驅動力；Fφ為地面最大附著力;Ffd為車輪滾動阻力;G為車重;m為整車質量;α為坡度;Fw為空氣阻力;Fz1為前輪的法向作用力；φ為路面附著系數。

1.3 松油門時車輛熄火分析

圖4為某前驅SUV車輛在15%陡坡連續地踩油門和松油門時測試的發動機熄火的數據。在X軸89.25 s處，發動機扭矩為85 N·m，這時離合器1轉速突然由80 r/min增大到1 050 r/min，車速(根據前輪計算)由0 km/h附近增大到9 km/h，車輛開始打滑，同時，離合器由起步控制跳變為滑差控制，離合器扭矩由85 N·m增大到181 N·m。由于車輛ESP開始工作，發送發動機限扭信號，發動機扭矩由85 N·m減少到70 N·m。這時松油門使得離合器扭矩較長時間內大于發動機扭矩；在89.75 s處，離合器1扭矩接近發動機扭矩，發動機轉速快速下降到590 r/min左右；由于發動機轉速下降快來不及自救，在89.9 s處，發動機停轉，車輛熄火[6]。

圖4 輪胎打滑時測試數據圖

2 標定及驗證

從以上分析得知，導致發動機熄火的原因有：(1)離合器進入高溫保護時會降低發動機轉速；(2)當車輛打滑時，離合器扭矩增大；(3)輪胎打滑使得ESP工作，會限制發動機扭矩。

由于在以上工況下離合器會進入高溫保護模式，從標定的角度出發，如果考慮離合器進入高溫保護時需要降低發動機轉速。否則，會增大離合器的滑摩功，使得離合器溫升高、磨損程度大、降低使用壽命，這樣就不能滿足離合器性能的要求。在此特殊工況下，由于ESP較難快速響應并避免輪胎打滑，離合器的結合扭矩會增大，發動機扭矩會受限。當松油門時，可以通過標定的方法來增大離合器的下降斜率，讓離合器扭矩快速地下降到發動機扭矩附近，這樣可以防止發動機轉速快速下降的情況。

表3和圖5分別為增大、減少離合器扭矩下降斜率的測試數據。

表3 增大、減少離合器扭矩下降斜率的測試記錄

圖5 增大、減少離合器扭矩下降斜率的測試數據

由圖和表的數據可知，當增大離合器扭矩下降斜率到300 N·m/s左右(非定值標定)時，發動機的最低轉速為920 r/min左右；當減少離合器扭矩下降斜率到200 N·m/s時，發動機最低轉速為0，車輛熄火。

3 結束語

濕式DCT車輛在陡坡上連續地踩油門和松油門進行低速駕駛時，在此特殊工況下，需要避免出現車輛熄火的安全問題。文中通過此工況下熄火原因進行詳細的分析，得知導致發動機熄火的原因有：(1)離合器進入高溫保護時降低了發動機轉速；(2)當車輛打滑時，離合器扭矩增大；(3)輪胎打滑使得ESP工作，會限制發動機扭矩。文中通過標定：增大離合器扭矩下降斜率可以解決發動機熄火的問題。此方法為濕式DCT離合器標定提供較詳細的分析依據，為解決和規避車輛熄火的問題提供了一種非常有效的標定方法。