CN108363826A - 湿式双离合器滑摩极限工况及冷却流量需求分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种湿式双离合器滑摩极限工况及冷却流量需求分析方法，包括步骤：确定整车及变速器信息以及整车工况定位信息；对湿式双离合器滑摩极限工况进行分类，确定每类滑摩极限工况下的油门开度；根据湿式双离合器物理信息以及上述变速器信息、整车工况定位信息建立汽车纵向动力学行驶模型；在汽车纵向动力学行驶模型中输入不同滑摩极限工况对应的输入信息，获取不同滑摩极限工况下离合器摩擦片表面温度以及离合器冷却润滑油出口油温；根据离合器摩擦片表面温度以及离合器冷却润滑油出口油温判断不同滑摩极限工况下所需润滑冷却油的冷却油量。该方法模拟仿真成本低、速度快。

Description

湿式双离合器滑摩极限工况及冷却流量需求分析方法

技术领域

本发明涉及汽车领域，尤其涉及湿式双离合器滑摩极限工况及冷却流量需求分析方法。

背景技术

离合器作为汽车传动系统的核心组成部件之一，在传动系统中连接在发动机和变速器之间，负责车辆的动力传递和切断，保证车辆起步平稳、换挡平顺并对传动系统进行过载保护，在不同运行工况下，搭配合适的档位，提高动力传递效率和燃油经济性。双离合自动变速器，含有两个离合器分别控制奇数档和偶数档，通过奇偶两离合器交替工作，减少动力中断带来的冲击，提高换挡平顺性及舒适性。从双离合器表面的接触形式和冷却方式不同，分为干式双离合器和湿式双离合器，干式双离合器主要通过空气强制对流换热冷却离合器滑摩过程中产生的热量，而湿式双离合器式是通过变速箱润滑油流经摩擦表面，带走在离合器滑摩过程中产生的热量，而且润滑油冷却方式使得动力切换更为平滑柔和。

湿式双离合器在极限恶劣工况下，如坡道起步时，摩擦片滑摩产生大量摩擦热量，如果润滑冷却流量不足而不能及时带走摩擦热量，离合器摩擦表面就会过热，长时间处于过热状态时就会引起离合器摩擦材料表面烧损而功能失效，极大影响驾驶安全性。因此在项目开发初期，需要通过整车应用条件及物理参数，定义湿式双离合器的可能的极限恶劣工况，并通过离合器热模型仿真在保证离合器安全温度下确定各个极限工况下所需的安全润滑流量，以此指导命令流量和液压系统流量设计需求。

发明内容

本发明的技术方案是：湿式双离合器滑摩极限工况及冷却流量需求分析方法，所述方法包括步骤：

S1、确定整车及变速器信息以及整车工况定位信息；

S2、对湿式双离合器滑摩极限工况进行分类，确定每类滑摩极限工况下的油门开度；

S3、根据湿式双离合器物理信息以及上述变速器信息、整车工况定位信息建立汽车纵向动力学行驶模型；

S4、在汽车纵向动力学行驶模型中输入不同滑摩极限工况对应的输入信息，获取不同滑摩极限工况下离合器摩擦片表面温度以及离合器冷却润滑油出口油温；

S5、根据所述离合器摩擦片表面温度以及所述离合器冷却润滑油出口油温判断不同滑摩极限工况下所需润滑冷却油的冷却油量。

较佳的，根据公式：

建立汽车纵向动力学行驶模型，其中，δ为汽车旋转质量换算系数，m为汽车质量，为行驶加速度，T_tq为发送机扭矩，i_gi₀为档位传动比和主减速比，η_t为传动效率，r为车轮半径，α为坡道角度，g为重力加速度，A为汽车迎风面积，C_D为风阻系数，u为车速，f为摩擦系数。

较佳的，在步骤S5中，根据传热学基本原理，简化得离合器摩擦片表面温度t_int的计算公式为：

离合器冷却润滑油出口油温t_oil的计算公式为：

其中，Δω为离合器转速差，τ_cl为离合器扭矩，Q_lube为离合器冷却流量，k_{int_heat}为离合器摩擦表面升温系数，k_{int_cool}为离合器摩擦表面冷却系数，k_{oil_heat}为离合器润滑油升温系数，k_{oil_cool}为离合器润滑油冷却系数。

较佳的，在步骤S5中，还包括过程，通过不同滑摩极限工况条件下发动机转速、主油路、奇偶离合器压力以及润滑流量需求，获取油泵容量大小，并而根据所述油泵容量大小验证上述湿式双离合器及液压控制模块中的压力和流量分布，以判定是否符合离合器及液压控制模块的设计需求。

较佳的，所述湿式双离合器的物理信息指的是所述湿式双离合器的尺寸信息及所述湿式双离合器设计固有特性信息。

较佳的，所述整车及变速器信息包括：发动机万有特性曲线、发动机及飞轮转动惯量、发动机怠速、最大发动机转速、车辆轮胎半径、车辆轮胎转动惯量、整车质量、整车惯量、风阻系数、滚阻系数、整车迎风面积、变速器主减速比、及各个档位速比。

较佳的，所述整车工况定位信息包括：最大爬坡度、根据市场动力定位在起步滑摩时所需发动机转速定义范围、起步档位需求、拖车重量、起步次数限定。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：本发明的湿式双离合器滑摩工况及冷却流量需求分析方法中，从流量需求多的部分出发定义油泵大小，确定后再校验流量及压力分布情况，达到正向逆向双重核查，以确保液压系统容量满足变速箱各类工况；通过汽车纵向动力学行驶模型仿真计算出极限恶劣工况下湿式双离合器所需安全润滑冷却流量，以防止湿式双离合器在应用时滑摩片过热而烧损。高效及准确模拟湿式双离合器润滑冷却油出口油温和离合器摩擦片表面温度，以防止湿式双离合器在应用时滑摩片过热而烧损，与利用温度传感器试验装置测量温度试验相比，模拟仿真成本低、速度快。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明湿式双离合器滑摩极限工况及冷却流量需求分析方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明湿式双离合器滑摩极限工况及冷却流量需求分析方法进行详细说明。

如图1所示，湿式双离合器滑摩极限工况及冷却流量需求分析方法，包括步骤：

S1、确定整车及变速器信息以及整车工况定位信息；

S2、对湿式双离合器滑摩极限工况进行分类，确定每类滑摩极限工况下的油门开度；

S3、根据湿式双离合器物理信息以及上述变速器信息、整车工况定位信息建立汽车纵向动力学行驶模型；

S4、在汽车纵向动力学行驶模型中输入不同滑摩极限工况对应的输入信息，获取不同滑摩极限工况下离合器摩擦片表面温度以及离合器冷却润滑油出口油温；

S5、根据离合器摩擦片表面温度以及离合器冷却润滑油出口油温判断不同滑摩极限工况下所需润滑冷却油的冷却油量。

在上述湿式双离合器滑摩极限工况及冷却流量需求分析方法中，首先确定整车及变速器信息和整车工况定位信息、双离合器物理信息，根据这些信息数据建立汽车纵向动力学行驶模型。由于对湿式双离合器滑摩极限工况进行了分类，且每类对应的输入信息不同，则利用不同的输入信息获取不同滑摩极限工况下离合器摩擦片表面温度以及离合器冷却润滑油出口油温，根据这两个结果判断不同滑摩极限工况下所需要的润滑冷却油的冷却油量。

进一步来讲，上述整车及变速器信息包括：发动机万有特性曲线、发动机及飞轮转动惯量、发动机怠速、最大发动机转速、车辆轮胎半径、车辆轮胎转动惯量、整车质量、整车惯量、风阻系数、滚阻系数、整车迎风面积、变速器主减速比、及各个档位速比。

进一步来讲，在步骤S2中，将滑摩极限工况分为三类：全油门坡道起步、多次坡道起停、坡道恒速爬行。具体来说，全油门坡道起步包括通常情况的1档、2档和倒档100％全油门起步；坡道选用10％、20％，对SUV选择30％或更高；湿式双离合器起步滑摩时发动机转速常用值范围为1000rpm～2500rpm，或选择更高转速以达到整车动力设计要求。其中多次坡道起停，与全油门坡道起步不同的是，调节油门使得车辆达到一定车速或保持某一定车速后刹车后，间隔一定时间后重新起步，反复多次直至湿式双离合器润滑冷却出口油温和离合器摩擦片表面温度达到饱和。其中坡道恒速爬行，包括无驻车坡道保持(即爬行速度为0)，与全油门坡道起步不同的是，调节油门使得车辆达到一定车速并保持一定时间。以上三种极限工况分类方法及定义，有益效果是，提供了定义湿式双离合器滑摩极限恶劣工况描述方法，以此通过整车驾驶模块输入达到以上行驶工况，得到发动机实时转速、离合器传递扭矩、离合器转速，作为湿式双离合热模型的输入。

进一步来讲，在步骤S5中，还包括过程，通过不同滑摩极限工况条件下发动机转速、主油路、奇偶离合器压力以及润滑流量需求，获取油泵容量大小，并而根据所述油泵容量大小验证上述湿式双离合器及液压控制模块中的压力和流量分布，以判定是否符合离合器及液压控制模块的设计需求。

进一步来讲，在步骤S3中，湿式双离合器的物理信息指的是湿式双离合器的尺寸信息及双离合器设计固有特性信息(如回位弹簧特性、摩擦系数等)。

进一步来讲，在步骤S1中，整车工况定位信息包括：最大爬坡度、根据市场动力定位在起步滑摩时所需发动机转速定义范围、起步档位需求、拖车重量、起步次数限定等。

进一步来讲，在步骤S3中，通过汽车行驶方程即行驶驱动力F＝滚动阻力+坡道阻力+空气阻力+加速阻力，并结合输入信息，利用如下所示汽车行驶方程公式确定汽车前进速度，建立汽车纵向动力学行驶模型。具体来说，汽车纵向动力学行驶模型依据以下公式进行建立：

其中，δ为汽车旋转质量换算系数，m为汽车质量，为行驶加速度，T_tq为发送机扭矩，i_gi₀为档位传动比和主减速比，η_t为传动效率，r为车轮半径，α为坡道角度，g为重力加速度，A为汽车迎风面积，C_D为风阻系数，u为车速，f为摩擦系数。

进一步来讲，在步骤S5中，根据传热学基本原理，简化得离合器摩擦片表面温度t_int的计算公式为：

离合器冷却润滑油出口油温t_oil的计算公式为：

其中，Δω为离合器转速差，τ_cl为离合器扭矩，Q_lube为离合器冷却流量，k_{int_heat}为离合器摩擦表面升温系数，k_{int_cool}为离合器摩擦表面冷却系数，k_{oil_heat}为离合器润滑油升温系数，k_{oil_cool}为离合器润滑油冷却系数。

具体来说，在上述方法中，通过汽车纵向动力学行驶模型仿真计算出极限恶劣工况下湿式双离合器所需安全润滑冷却流量，以防止湿式双离合器在应用时滑摩片过热而烧损。其中，根据汽车纵向动力学行驶模型模拟计算湿式双离合润滑冷却油出口油温和离合器摩擦片表面温度。具体是根据湿式双离合工作结构及传热学原理建立数学描述，离合器滑摩时产生热量，滑摩产热功率为离合器传递扭矩与离合器主从动盘转速差之积，产生的热量被磨擦片分离钢板吸收从而钢板温度升高，同时润滑冷却油流经湿式离合器摩擦表面，主要通过对流换热带走热量，其中润滑冷却油带走的热量根据润滑冷却的流量、对流换热系数、换热面积、初始油温计算而来。在汽车纵向动力学行驶模型界面中，输入信息为：发动机转速、润滑冷却油初始温度、润滑冷却油流量、离合器传递扭矩、变速箱输入轴转速，输出信息为：离合器摩擦钢片温度、润滑冷却油出口油温。

本发明的湿式双离合器滑摩极限工况及冷却流量需求分析方法中，通过整车及变速器信息和整车工况定位，定义湿式双离合器滑摩极限恶劣工况。整车及变速器信息包括：发动机万有特性曲线、发动机及飞轮转动惯量、发动机怠速、最大发动机转速、车辆轮胎半径、车辆轮胎转动惯量、整车质量、整车惯量、风阻系数、滚阻系数、整车迎风面积、变速器主减速比、及各个档位速比。其整车工况定位包括：最大爬坡度、根据市场动力定位在起步滑摩时所需发动机转速定义范围、起步档位需求、拖车重量、起步次数限定等。以上有益效果是，列出了影响湿式离合器工作工况的主要整车参数，以便清晰通过改变以上参数输入从而达到不同整车平台下的极限恶劣工况。

根据如上信息条件，将极限工况分为三大类：全油门坡道起步、多次坡道起停、坡道恒速爬行，并给出定义方法。其中全油门坡道起步包括通常情况的1档、2档和倒档100％全油门起步；坡道选用10％、20％，对SUV选择30％或更高；湿式双离合器起步滑摩时发动机转速常用值范围为1000rpm～2500rpm，或选择更高转速以达到整车动力设计要求。其中多次坡道起停，与全油门坡道起步不同的是，调节油门使得车辆达到一定车速或保持某一定车速后刹车后，间隔一定时间后重新起步，反复多次直至湿式双离合器润滑冷却出口油温和离合器摩擦片表面温度达到饱和。其中坡道恒速爬行，包括无驻车坡道保持(即爬行速度为0)，与全油门坡道起步不同的是，调节油门使得车辆达到一定车速并保持一定时间。以上三种极限工况分类方法及定义，有益效果是，提供了定义湿式双离合器滑摩极限恶劣工况描述方法，以此通过整车驾驶模块输入达到以上行驶工况，得到发动机实时转速、离合器传递扭矩、离合器转速，作为湿式双离合热模型的输入。

本发明的湿式双离合器滑摩工况及冷却流量需求分析方法中，包括液压系统流量及压力设计的思路。由于湿式双离合器润滑冷却流量作为湿式双离器液压系统流量需要最大部分之一，因此先通过湿式双离合极限恶劣工况确定湿式双离合器润滑流量需求，其次通过极限恶劣工况条件下的发动机转速、主油压、奇偶离合器压力及其润滑流量需求得到所需油泵大小，最后在根据油泵大小验证湿式双离合器及其液压控制模块中的流量和压力分布，最终确定液压系统流量压力分布。其有益效果是，从流量需求多的部分出发定义油泵大小，确定后再校验流量及压力分布情况，达到正向逆向双重核查，以确保液压系统容量满足变速箱各类工况。

本发明的湿式双离合器滑摩工况及冷却流量需求分析方法，通过汽车纵向动力学行驶模型仿真计算出极限恶劣工况下湿式双离合器所需安全润滑冷却流量，以防止湿式双离合器在应用时滑摩片过热而烧损。其中，根据汽车纵向动力学行驶模型模拟计算湿式双离合润滑冷却油出口油温和离合器摩擦片表面温度。具体是根据湿式双离合工作结构及传热学原理建立数学描述，离合器滑摩时产生热量，滑摩产热功率为离合器传递扭矩与离合器主从动盘转速差之积，产生的热量被磨擦片分离钢板吸收从而钢板温度升高，同时润滑冷却油流经湿式离合器摩擦表面，主要通过对流换热带走热量，其中润滑冷却油带走的热量根据润滑冷却的流量、对流换热系数、换热面积、初始油温计算而来。以上模型有益效果是，高效及准确模拟湿式双离合器润滑冷却油出口油温和离合器摩擦片表面温度，以防止湿式双离合器在应用时滑摩片过热而烧损，与利用温度传感器试验装置测量温度试验相比，模拟仿真成本低、速度快。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (7)

1.湿式双离合器滑摩极限工况及冷却流量需求分析方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

S1、确定整车及变速器信息以及整车工况定位信息；

S2、对湿式双离合器滑摩极限工况进行分类，确定每类滑摩极限工况下的油门开度；

S3、根据湿式双离合器物理信息以及上述变速器信息、整车工况定位信息建立汽车纵向动力学行驶模型；

S4、在汽车纵向动力学行驶模型中输入不同滑摩极限工况对应的输入信息，获取不同滑摩极限工况下离合器摩擦片表面温度以及离合器冷却润滑油出口油温；

S5、根据所述离合器摩擦片表面温度以及所述离合器冷却润滑油出口油温判断不同滑摩极限工况下所需润滑冷却油的冷却油量。

2.根据权利要求1所述的湿式双离合器滑摩极限工况及冷却流量需求分析方法，其特征在于，根据公式：

建立汽车纵向动力学行驶模型，其中，δ为汽车旋转质量换算系数，m为汽车质量，为行驶加速度，T_tq为发送机扭矩，i_gi₀为档位传动比和主减速比，η_t为传动效率，r为车轮半径，α为坡道角度，g为重力加速度，A为汽车迎风面积，C_D为风阻系数，u为车速，f为摩擦系数。

3.根据权利要求1所述的湿式双离合器滑摩极限工况及冷却流量需求分析方法，其特征在于，在步骤S5中，根据传热学基本原理，简化得离合器摩擦片表面温度t_int的计算公式为：

离合器冷却润滑油出口油温t_oil的计算公式为：

其中，Δω为离合器转速差，τ_cl为离合器扭矩，Q_lube为离合器冷却流量，k_{int_heat}为离合器摩擦表面升温系数，k_{int_cool}为离合器摩擦表面冷却系数，k_{oil_heat}为离合器润滑油升温系数，k_{oil_cool}为离合器润滑油冷却系数。

4.根据权利要求3所述的湿式双离合器摩擦极限工况及冷却流量需求分析方法，其特征在于，在步骤S5中，还包括过程，通过不同滑摩极限工况条件下发动机转速、主油路、奇偶离合器压力以及润滑流量需求，获取油泵容量大小，并而根据所述油泵容量大小验证上述湿式双离合器及液压控制模块中的压力和流量分布，以判定是否符合离合器及液压控制模块的设计需求。

5.根据权利要求1所述的湿式双离合器摩擦极限工况及冷却流量需求分析方法，其特征在于，所述湿式双离合器的物理信息指的是所述湿式双离合器的尺寸信息及所述湿式双离合器设计固有特性信息。

6.根据权利要求1所述的湿式双离合器摩擦极限工况及冷却流量需求分析方法，其特征在于，所述整车及变速器信息包括：发动机万有特性曲线、发动机及飞轮转动惯量、发动机怠速、最大发动机转速、车辆轮胎半径、车辆轮胎转动惯量、整车质量、整车惯量、风阻系数、滚阻系数、整车迎风面积、变速器主减速比、及各个档位速比。

7.根据权利要求6所述的湿式双离合器摩擦极限工况及冷却流量需求分析方法，其特征在于，所述整车工况定位信息包括：最大爬坡度、根据市场动力定位在起步滑摩时所需发动机转速定义范围、起步档位需求、拖车重量、起步次数限定。