張傳璽，張偉，樊嘉坤

雙離合變速器預(yù)換擋工況傳動(dòng)效率試驗(yàn)研究

張傳璽，張偉，樊嘉坤

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

傳動(dòng)效率是衡量變速器性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，預(yù)換擋是雙離合變速器特有的工況形式，探究預(yù)換擋狀態(tài)對(duì)變速器傳動(dòng)效率的影響對(duì)變速器設(shè)計(jì)開發(fā)有重要作用?；谡囋囼?yàn)工況制定變速器預(yù)換擋試驗(yàn)工況，對(duì)變速器進(jìn)行室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)，測(cè)試不同輸入轉(zhuǎn)速、扭矩條件下變速器傳動(dòng)效率。研究表明，預(yù)換擋主要引起雙離合變速器非結(jié)合離合器轉(zhuǎn)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(dòng)效率。文章為雙離合變速器設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了指導(dǎo)。

雙離合變速器；預(yù)換擋；傳動(dòng)效率；帶排扭矩

前言

隨著國(guó)家節(jié)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(dòng)效率成為汽車研發(fā)過(guò)程中的重中之重。雙離合變速器具有傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)力傳遞過(guò)程中不中斷的優(yōu)點(diǎn)，成為汽車廠商開發(fā)的焦點(diǎn)。雙離合變速器將奇數(shù)擋與偶數(shù)擋分開布置，車輛行駛過(guò)程中使用奇偶離合器分別結(jié)合輸出動(dòng)力。為保證動(dòng)力在換擋過(guò)程中不中斷，換擋機(jī)構(gòu)根據(jù)駕駛意圖預(yù)先推動(dòng)非工作狀態(tài)的撥叉使同步器預(yù)先結(jié)合齒輪，進(jìn)行預(yù)換擋操作。

目前針對(duì)預(yù)換擋對(duì)變速器傳動(dòng)效率的影響的研究較少，劉景南[1]建立了預(yù)換擋過(guò)程的仿真模型，對(duì)換擋策略進(jìn)行了研究；劉璽[2]提出預(yù)換擋控制策略，優(yōu)化了預(yù)換擋品質(zhì)；任偉[3]使用仿真軟件對(duì)比了不同預(yù)換擋策略下的油耗。

大部分學(xué)者只是進(jìn)行理論分析，重點(diǎn)在于變速器換擋控制邏輯方面，缺少試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證理論結(jié)果。本文針對(duì)整車工況制定預(yù)換擋狀態(tài)下臺(tái)架試驗(yàn)工況，對(duì)變速器單體進(jìn)行傳動(dòng)效率試驗(yàn)，研究了預(yù)換擋對(duì)傳動(dòng)效率產(chǎn)生影響的原因，對(duì)雙離合變速器的優(yōu)化開發(fā)與換擋邏輯標(biāo)定提供指導(dǎo)。

1 研究對(duì)象

1.1 雙離合變速器結(jié)構(gòu)

本文研究對(duì)象為某款七速濕式雙離合變速器，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 雙離合變速器結(jié)構(gòu)圖

1.2 整車預(yù)換擋工況

汽車正常行駛過(guò)程中，為保證汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)力性，變速器需在最優(yōu)的傳動(dòng)比下進(jìn)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(guī)律。

預(yù)換擋工況是雙離合變速器特有的工況形式，當(dāng)變速器在某一擋位行駛時(shí)，控制非在擋離合器對(duì)應(yīng)擋位的換擋撥叉進(jìn)行掛擋或摘擋操作。到達(dá)換擋點(diǎn)時(shí)，只需對(duì)離合器進(jìn)行交互，脫開當(dāng)前擋位離合器，結(jié)合目標(biāo)擋位離合器，從而避免動(dòng)力中斷，縮短換擋時(shí)間，提高換擋品質(zhì)。

預(yù)換擋過(guò)程中首先要保證同步器預(yù)先結(jié)合，隨后進(jìn)行離合器交互，保證汽車依據(jù)換擋邏輯在最佳換擋點(diǎn)進(jìn)行工作。變速器控制單元會(huì)根據(jù)駕駛意圖及當(dāng)前工作擋位計(jì)算出車輛即將工作的擋位，執(zhí)行預(yù)換擋操作，此時(shí)換擋撥叉到位，離合器未結(jié)合，雙離合變速器存在兩個(gè)擋位同時(shí)在擋的狀態(tài)。

圖2 NEDC工況圖

整車試驗(yàn)工況參考新歐洲駕駛循環(huán)（NEDC）工況，如圖2所示。整車NEDC工況分為一部、二部共計(jì)1180s，一部主要模擬市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)，模擬汽車怠速、頻繁啟動(dòng)以及低速行駛工況，此時(shí)汽車車速較低，負(fù)荷較小，整車在0～15km/h、15～32km/h、35～50km/h車速區(qū)間頻繁起停，變速器換擋頻繁，預(yù)換擋工況出現(xiàn)的時(shí)間也較長(zhǎng)。二部主要模擬市郊運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)，試驗(yàn)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(tái)架工況。

1.3 臺(tái)架預(yù)換擋工況制定

根據(jù)整車工況統(tǒng)計(jì)變速器預(yù)換擋狀態(tài)下的工作轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，制定臺(tái)架傳動(dòng)效率試驗(yàn)工況。試驗(yàn)工況如下表1所示：

表1 預(yù)換擋傳動(dòng)效率試驗(yàn)工況

2 臺(tái)架試驗(yàn)方法

2.1 臺(tái)架布置

試驗(yàn)使用三電機(jī)臺(tái)架，將變速器按照整車安裝角度安裝在三電機(jī)臺(tái)架上，試驗(yàn)臺(tái)架如圖3所示，使用扭矩傳感器測(cè)量并記錄輸入電機(jī)與負(fù)載測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)速與扭矩，使用公式（1）計(jì)算傳動(dòng)效率。

圖3 試驗(yàn)臺(tái)架圖

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

2.2 試驗(yàn)方案

加入變速器油6.8L，連接變速器油冷器的進(jìn)水與出水管路，利用溫度控制系統(tǒng)控制溫度，按照表2工況進(jìn)行試驗(yàn)，先進(jìn)行正常掛擋工況，再進(jìn)行預(yù)換擋工況，最后將兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

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

3.1 不同預(yù)換擋狀態(tài)傳動(dòng)效率試驗(yàn)數(shù)據(jù)

具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖4所示，正常掛擋工況傳動(dòng)效率大于預(yù)換高擋位傳動(dòng)效率大于預(yù)換低擋位傳動(dòng)效率。

圖4 不同預(yù)換擋狀態(tài)傳動(dòng)效率對(duì)比

3.2 不同預(yù)換擋狀態(tài)對(duì)傳動(dòng)效率影響原因分析

濕式雙離合器處于分離狀態(tài)空轉(zhuǎn)時(shí)，摩擦副的摩擦片與對(duì)偶鋼片的相對(duì)旋轉(zhuǎn)對(duì)摩擦副間隙中的潤(rùn)滑油膜形成剪切作用，這種由于剪切潤(rùn)滑油膜產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱之為帶排扭矩[4]。由雙離合器結(jié)構(gòu)圖可知，雙離合器鋼片與摩擦片的轉(zhuǎn)速差即為輸入轉(zhuǎn)速與奇偶離合器轉(zhuǎn)速之差。

正常掛5擋時(shí)，奇數(shù)離合器結(jié)合，奇數(shù)離合器轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速一致，不存在轉(zhuǎn)速差。偶數(shù)離合器處于分離狀態(tài)，由于離合器帶排扭矩的存在，帶排扭矩帶動(dòng)偶數(shù)離合器旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生拖曳轉(zhuǎn)速。預(yù)換擋狀態(tài)時(shí)，奇數(shù)離合器轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速相同，偶數(shù)離合器轉(zhuǎn)速由預(yù)換擋擋位速比決定，預(yù)換高擋位時(shí)，偶數(shù)離合器轉(zhuǎn)速2=n/5*6；預(yù)換低擋位時(shí)，偶數(shù)離合器轉(zhuǎn)速2=n/5*4。

統(tǒng)計(jì)5擋時(shí)預(yù)換擋與正常換擋情況下輸入轉(zhuǎn)速、偶數(shù)離合器轉(zhuǎn)速如下表所示。

表2 5擋轉(zhuǎn)速

由以上數(shù)據(jù)可知，三種狀態(tài)對(duì)比，預(yù)換低擋位轉(zhuǎn)速差最大，預(yù)換高擋位轉(zhuǎn)速差次之，正常掛擋狀態(tài)轉(zhuǎn)速差最小。

表3 5擋預(yù)換擋4擋

表4 5擋預(yù)換擋6擋

該離合器單體油溫80℃帶排扭矩隨轉(zhuǎn)速差變化試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖5所示，得到轉(zhuǎn)速差與帶排扭矩之間的關(guān)系為：在轉(zhuǎn)速差為0~500r/min時(shí)，帶排扭矩隨轉(zhuǎn)速差增大而增加，500~1500r/min時(shí)，帶排扭矩隨轉(zhuǎn)速差增大而減少。

由圖3計(jì)算可得衛(wèi)星相對(duì)于地面站的運(yùn)動(dòng)速度均值為9.5 cm/s，將計(jì)算得到的多普勒系數(shù)k代入式（8）中就可以計(jì)算得到衛(wèi)星本振頻率值。圖5為測(cè)量的通信衛(wèi)星本振頻率變化曲線，圖6為衛(wèi)星本振頻率相對(duì)于標(biāo)稱值的偏差。

預(yù)換高擋位與預(yù)換低擋位時(shí)，離合器的轉(zhuǎn)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(dòng)效率減??；預(yù)換4擋時(shí)轉(zhuǎn)速差大于預(yù)換6擋時(shí)轉(zhuǎn)速差，因此預(yù)換4擋時(shí)帶排扭矩更大，變速器消耗的功率更大，因此傳動(dòng)效率更小。

圖5 離合器帶排扭矩

4 結(jié)論

本文主要分析了預(yù)換擋對(duì)雙離合變速器傳動(dòng)效率的影響。正常掛擋工況傳動(dòng)效率大于預(yù)換高擋位傳動(dòng)效率大于預(yù)換低擋位傳動(dòng)效率。預(yù)換擋狀態(tài)改變了離合器的轉(zhuǎn)速，使得摩擦片與對(duì)偶鋼片之間的轉(zhuǎn)速差增大，從而導(dǎo)致離合器的帶排扭矩增大，減小了變速器的傳動(dòng)效率。本文通過(guò)試驗(yàn)手段對(duì)預(yù)換擋狀態(tài)下變速器傳動(dòng)效率進(jìn)行研究，為變速器開發(fā)優(yōu)化及整車換擋邏輯標(biāo)定提供了依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 劉璽,何仁,程秀生.雙離合自動(dòng)變速器預(yù)選擋特性分析及控制策略[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),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(yù)選擋策略對(duì)油耗的影響分析[J].機(jī)械傳動(dòng),2019(43):133-136.

[4] 張志剛,關(guān)于濕式離合器幾個(gè)工作特性研究[D].杭州:浙江大學(xué), 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(hào)：U463.212

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2020)24-96-03

作者簡(jiǎn)介：張傳璽，碩士研究生，變速器試驗(yàn)開發(fā)工程師，就職于廣州汽車集團(tuán)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