CN110110377B - 一种离合器摩擦片温度估算方法 - Google Patents

Abstract

一种离合器摩擦片温度估算方法，包括以下步骤：第一步：数据输入，采集相关数据；第二步：滑摩功计算，计算从动盘、压盘的滑磨功；第三步：离合器温度计算，计算从动盘、压盘的的温度；第四步：数据输出，将温度信号输出用于离合器的保护。本设计不仅计算方法简单。计算速度快、满足实时保护离合器的需求，而且能够分别计算出压盘和从动盘的温度，便于离合器的实时保护。

Description

一种离合器摩擦片温度估算方法

技术领域

本发明涉及一种离合器摩擦片温度估算方法，具体适用于估算离合器摩擦片的温度。

背景技术

离合器温度影响的解决方法主要是通过试验标定的方法，既通过进行大量的不同工况下的试验建立标定参数库，使得自动变速控制系统能够适应不同工况下离合器传递特性的变化，这种方法需要投入大量的人力、物力和财力。国外的一些科研机构也尝试建立温度模型，目前已经上市的AMT系统，如Opel公司的EasyTronic系统等均加入了温度模型，但是相对比较简单。牛铭奎建立了干式DCT各部件的数学模型，以及车辆不同运行状态时的系统动力学模型，为离合器温度模型提供必要的滑磨功输入，并基于傅里叶导热定律和能量守恒定律，建立了干式双离合器温度模型，并仿真计算求得不同工况下离合器压盘与飞轮的工作温度，通过试验数据验证模型。杨勇强建立了离合器接合过程热分析数学模型，并利用有限元技术对离合器外摩擦片进行了热变形分析。T.P.Newcomb在假设摩擦面热流相等以及传递转矩随时间线性变化的基础上，提出了离合器摩擦片单次、多次结合下表面温度计算的数值方法。

首先，基于试验标定方法获得的离合器温度数据具有局限性且灵活性较差，很难覆盖复杂工况下的温度数据或者得到的数据准确性难以满足实际要求。基于傅里叶导热定律和能量守恒定律的物理温度模型是目前离合器温度估计的主要手段，本方法也采用建立物理模型为主要手段，结合试验数据对关键参数进行辨识，从而实时估算离合器摩擦片温度，即满足AMT控制对离合器温度估算准确性的要求，同时满足下位机的运算速度需求。

中国专利公告号为CN105678041A，公告日为2016年6月15日的发明专利公开了一种用于干式离合器的温度-摩擦综合建模方法，属于离合器技术领域。本发明的目的是考虑AMT干式离合器在不同工作状态下的主要热过程，以及受温度影响的动态摩擦过程，提供一种基于AMESim高级建模与仿真平台的用于干式离合器的温度-摩擦综合建模方法。将离合器整体模型分成离合器工作状态判断模块、离合器热量产生模块以及离合器动态摩擦模块进行建模。虽然该发明能够估算离合器摩擦片温度，但其仍存在以下缺陷：

该发明对离合器温度的计算模型较为复杂，不利于自动变速箱控制器TCU利用温度综合估算。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的计算方法复杂的问题，提供了一种车载的快速计算的离合器摩擦片温度估算方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：

一种离合器摩擦片温度估算方法，包括以下步骤：

第一步：数据输入，自动变速箱控制器TCU通过CAN总线接收：发动机转速Spd_engin、离合器扭矩M、环境温度T_a信号，自动变速箱控制器TCU通过传感器采集变速箱输入轴转速Spd_input；

第二步：滑摩功计算，自动变速箱控制器TCU通过如下公式计算滑摩功：

W_slip＝2*π*M*(Spd_engin-Spd_input)

上式中：W_slip是滑摩功、M是离合器扭矩、Spd_engin是发动机转速、Spd_input是输入轴转速，

通过滑摩功因数Factor将滑摩功分为压盘滑摩功W_pre与从动盘滑摩功W_rea：

W_pre＝W_slip*Factor

W_rea＝W_slip*(1-Factor)

上式中：W_pre是压盘滑摩功，W_rea是从动盘滑摩功，Factor是滑摩功因数；

第三步：离合器温度计算，自动变速箱控制器TCU通过如下公式计算离合器温度：

方案中的0-t时段的滑摩时温度计算原理如下：

上式中：T_c是离合器压盘/从动盘气体接触的表面温度，W是离合器压盘/从动盘的滑摩功，其中压盘滑摩功为W_pre、从动盘滑摩功为W_rea，m是离合器压盘/从动盘质量，其中压盘质量为m_pre、从动盘质量为m_rea，cp是材料比热容；

在空间上，将压盘/从动盘按照厚度方向抽象成若干层面积相等具有质量的微元；在时间上，采用固定计算步长dt依次求解0-t时段内的温度变化；

压盘、从动盘内部由热传导方式传递的热量如下：

Q＝(T₁-T₂)*k*A/dx

上式中：Q是两个微元之间通过热传导传递的热量，T₁、T₂是微元1、2的温度，k导热系数，A是传递热量的有效面积，dx是离合器压盘/从动盘微元的厚度；

空气与离合器热对流方式传递的热量如下：

Q＝(T_a-T_c)*h*A

上式中：Q是离合器压盘/从动盘对流热量，其中压盘对流热量为Q_{con_pre}、从动盘对流热量为Q_{con_rea}，T_a是空气温度，T_c是离合器压盘/从动盘气体接触的表面温度，h是对流换热系数，A是离合器压盘/从动盘与空气的接触面积；

在dt时间内，可得到从动盘、压盘表面的温度：

T_pre＝(W_pre-Q_{con_pre})*dt/(m_pre*cp)

T_rea＝(W_rea-Q_{con_rea})*dt/(m_rea*cp)

上式中：T_pre是压盘温度，T_rea是从动盘温度，W_pre是压盘滑摩功，W_rea是从动盘滑摩功，Q_{con_pre}是压盘对流热量，Q_{con_rea}是从动盘对流热量，m_pre是压盘质量，m_rea是从动盘质量，cp是材料比热容；

第四步：数据输出，自动变速箱控制器TCU将计算得到数据通过CAN总线输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种离合器摩擦片温度估算方法中的温度计算方法简便，实际使用时计算速度快，可满足离合器保护实时性、准确性的要求。因此，本设计计算方法简单，计算速度快、满足实时保护离合器的需求。

2、本发明一种离合器摩擦片温度估算方法可分别计算出离合器压盘及摩擦盘温度，对实际使用中能够更好的保护离合器。因此，本设计能够分别计算出压盘和从动盘的温度，便于离合器的实时保护。

附图说明

图1是本发明的计算流程图。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，一种离合器摩擦片温度估算方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

第一步：数据输入，自动变速箱控制器TCU通过CAN总线接收：发动机转速Spd_engin、离合器扭矩M、环境温度T_a信号，自动变速箱控制器TCU通过传感器采集变速箱输入轴转速Spd_input；

第二步：滑摩功计算，自动变速箱控制器TCU通过如下公式计算滑摩功：

W_slip＝2*π*M*(Spd_engin-Spd_input)

上式中：W_slip是滑摩功、M是离合器扭矩、Spd_engin是发动机转速、Spd_input是输入轴转速，

通过滑摩功因数Factor将滑摩功分为压盘滑摩功W_pre与从动盘滑摩功W_rea：

W_pre＝W_slip*Factor

W_rea＝W_slip*(1-Factor)

上式中：W_pre是压盘滑摩功，W_rea是从动盘滑摩功，Factor是滑摩功因数；

第三步：离合器温度计算，自动变速箱控制器TCU通过如下公式计算离合器温度：

方案中的0-t时段的滑摩时温度计算原理如下：

上式中：T_c是离合器压盘/从动盘气体接触的表面温度，W是离合器压盘/从动盘的滑摩功，其中压盘滑摩功为W_pre、从动盘滑摩功为W_rea，m是离合器压盘/从动盘质量，其中压盘质量为m_pre、从动盘质量为m_rea，cp是材料比热容；

在空间上，将压盘/从动盘按照厚度方向抽象成若干层面积相等具有质量的微元；在时间上，采用固定计算步长dt依次求解0-t时段内的温度变化；

压盘、从动盘内部由热传导方式传递的热量如下：

Q＝(T₁-T₂)*k*A/dx

上式中：Q是两个微元之间通过热传导传递的热量，T₁、T₂是微元1、2的温度，k导热系数，A是传递热量的有效面积，dx是离合器压盘/从动盘微元的厚度；

空气与离合器热对流方式传递的热量如下：

Q＝(T_a-T_c)*h*A

上式中：Q是离合器压盘/从动盘对流热量，其中压盘对流热量为Q_{con_pre}、从动盘对流热量为Q_{con_rea}，T_a是空气温度，T_c是离合器压盘/从动盘气体接触的表面温度，h是对流换热系数，A是离合器压盘/从动盘与空气的接触面积；

在dt时间内，可得到从动盘、压盘表面的温度：

T_pre＝(W_pre-Q_{con_pre})*dt/(m_pre*cp)

T_rea＝(W_rea-Q_{con_rea})*dt/(m_rea*cp)

上式中：T_pre是压盘温度，T_rea是从动盘温度，W_pre是压盘滑摩功，W_rea是从动盘滑摩功，Q_{con_pre}是压盘对流热量，Q_{con_rea}是从动盘对流热量，m_pre是压盘质量，m_rea是从动盘质量，cp是材料比热容；

第四步：数据输出，自动变速箱控制器TCU将计算得到数据通过CAN总线输出。

本发明的原理说明如下：

本设计适用于干式离合器的温度估算。

自动变速箱控制器TCU-Transmission Control Unit、发动机转速-engin speed、离合器扭矩-clutch torque、环境温度-ambient temp、变速箱输入轴转速-inputshaftspeed、变速箱油温-bulk oil temp、滑摩功-slippower、压盘滑摩功-press plateslippower、从动盘滑摩功reaction plate slippower。

实施例1：

一种离合器摩擦片温度估算方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

第一步：数据输入，自动变速箱控制器TCU通过CAN总线接收：发动机转速Spd_engin、离合器扭矩M、环境温度T_a信号，自动变速箱控制器TCU通过传感器采集变速箱输入轴转速Spd_input；

第二步：滑摩功计算，自动变速箱控制器TCU通过如下公式计算滑摩功：

W_slip＝2*π*M*(Spd_engin-Spd_input)

上式中：W_slip是滑摩功、M是离合器扭矩、Spd_engin是发动机转速、Spd_input是输入轴转速，

通过滑摩功因数Factor将滑摩功分为压盘滑摩功W_pre与从动盘滑摩功W_rea：

W_pre＝W_slip*Factor

W_rea＝W_slip*(1-Factor)

上式中：W_pre是压盘滑摩功，W_rea是从动盘滑摩功，Factor是滑摩功因数；

第三步：离合器温度计算，自动变速箱控制器TCU通过如下公式计算离合器温度：

方案中的0-t时段的滑摩时温度计算原理如下：

上式中：T_c是离合器压盘/从动盘气体接触的表面温度，W是离合器压盘/从动盘的滑摩功，其中压盘滑摩功为W_pre、从动盘滑摩功为W_rea，m是离合器压盘/从动盘质量，其中压盘质量为m_pre、从动盘质量为m_rea，cp是材料比热容；

在空间上，将压盘/从动盘按照厚度方向抽象成若干层面积相等具有质量的微元；在时间上，采用固定计算步长dt依次求解0-t时段内的温度变化；

压盘、从动盘内部由热传导方式传递的热量如下：

Q＝(T₁-T₂)*k*A/dx

上式中：Q是两个微元之间通过热传导传递的热量，T₁、T₂是微元1、2的温度，k导热系数，A是传递热量的有效面积，dx是离合器压盘/从动盘微元的厚度；

空气与离合器热对流方式传递的热量如下：

Q＝(T_a-T_c)*h*A

上式中：Q是离合器压盘/从动盘对流热量，其中压盘对流热量为Q_{con_pre}、从动盘对流热量为Q_{con_rea}，T_a是空气温度，T_c是离合器压盘/从动盘气体接触的表面温度，h是对流换热系数，A是离合器压盘/从动盘与空气的接触面积；

在dt时间内，可得到从动盘、压盘表面的温度：

T_pre＝(W_pre-Q_{con_pre})*dt/(m_pre*cp)

T_rea＝(W_rea-Q_{con_rea})*dt/(m_rea*cp)

上式中：T_pre是压盘温度，T_rea是从动盘温度，W_pre是压盘滑摩功，W_rea是从动盘滑摩功，Q_{con_pre}是压盘对流热量，Q_{con_rea}是从动盘对流热量，m_pre是压盘质量，m_rea是从动盘质量，cp是材料比热容；

第四步：数据输出，自动变速箱控制器TCU将计算得到数据通过CAN总线输出。

Claims (1)

1.一种离合器摩擦片温度估算方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

第一步：数据输入，自动变速箱控制器TCU通过CAN总线接收：发动机转速Spd_engin、离合器扭矩M、环境温度T_a信号，自动变速箱控制器TCU通过传感器采集变速箱输入轴转速Spd_input；

第二步：滑摩功计算，自动变速箱控制器TCU通过如下公式计算滑摩功：

W_slip＝2*π*M*(Spd_engin-Spd_input)

上式中：W_slip是滑摩功、M是离合器扭矩、Spd_engin是发动机转速、Spd_input是输入轴转速，

通过滑摩功因数Factor将滑摩功分为压盘滑摩功W_pre与从动盘滑摩功W_rea：

W_pre＝W_slip*Factor

W_rea＝W_slip*(1-Factor)

上式中：W_pre是压盘滑摩功，W_rea是从动盘滑摩功，Factor是滑摩功因数；

第三步：离合器温度计算，自动变速箱控制器TCU通过如下公式计算离合器温度：

方案中的0-t时段的滑摩时温度计算原理如下：

上式中：T_c是离合器压盘/从动盘气体接触的表面温度，W是离合器压盘/从动盘的滑摩功，其中压盘滑摩功为W_pre、从动盘滑摩功为W_rea，m是离合器压盘/从动盘质量，其中压盘质量为m_pre、从动盘质量为m_rea，cp是材料比热容；

在空间上，将压盘/从动盘按照厚度方向抽象成若干层面积相等具有质量的微元；在时间上，采用固定计算步长dt依次求解0-t时段内的温度变化；

压盘、从动盘内部由热传导方式传递的热量如下：

Q＝(T₁-T₂)*k*A/dx

上式中：Q是两个微元之间通过热传导传递的热量，T₁、T₂是微元1、2的温度，k导热系数，A是传递热量的有效面积，dx是离合器压盘/从动盘微元的厚度；

空气与离合器热对流方式传递的热量如下：

Q＝(T_a-T_c)*h*A

上式中：Q是离合器压盘/从动盘对流热量，其中压盘对流热量为Q_{con_pre}、从动盘对流热量为Q_{con_rea}，T_a是空气温度，T_c是离合器压盘/从动盘气体接触的表面温度，h是对流换热系数，A是离合器压盘/从动盘与空气的接触面积；

在dt时间内，可得到从动盘、压盘表面的温度：

T_pre＝(W_pre-Q_{con_pre})*dt/(m_pre*cp)

T_rea＝(W_rea-Q_{con_rea})*dt/(m_rea*cp)

上式中：T_pre是压盘温度，T_rea是从动盘温度，W_pre是压盘滑摩功，W_rea是从动盘滑摩功，Q_{con_pre}是压盘对流热量，Q_{con_rea}是从动盘对流热量，m_pre是压盘质量，m_rea是从动盘质量，cp是材料比热容；

第四步：数据输出，自动变速箱控制器TCU将计算得到数据通过CAN总线输出。

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