CN112284723B

CN112284723B - 一种湿式离合器滑摩耐久试验方法

Info

Publication number: CN112284723B
Application number: CN202011197766.5A
Authority: CN
Inventors: 李智; 王丹; 顾书东; 洪德江; 赵爽
Original assignee: Dongfeng Motor Corp
Current assignee: Dongfeng Motor Corp
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2022-02-11
Anticipated expiration: 2040-10-30
Also published as: CN112284723A

Abstract

本发明公开一种湿式离合器滑摩耐久试验方法，包括：设置一试验台架，首先测试得到摩擦能量相关参数的曲线，然后计算摩擦能量微元，通过积分得出单次滑摩的摩擦能量；以单位面积的摩擦能量为匹配目标，在试验过程中，利用实时监测的摩擦能量相关参数，通过单次摩擦能量对湿式离合器的结合状态进行监测，当单位面积摩擦能量超出目标值范围时，试验台架自动停机，并提示对试验过程数据进行分析。本发明通过单次摩擦能量对湿式离合器的结合状态进行监测，当目标摩擦能量超差时，离合器未达到预设的结合状态，系统自动停机，以避免试验装置在离合器处于非预设的结合状态下进行试验，保证单次摩擦能量的稳定性。

Description

一种湿式离合器滑摩耐久试验方法

技术领域

本发明属于离合器耐久试验领域，具体是一种湿式离合器滑摩耐久试验方法。

背景技术

湿式离合器滑摩耐久试验是通过离合器的滑摩来模拟湿式离合器在整车上的结合过程，从而考核离合器的使用耐久性。在耐久性试验中，需要将湿式离合器反复结合和断开，目前尚没有针对湿式离合器在试验过程中的结合状态进行监测的方法，难以对湿式离合器的耐久性能进行评价。

中国专利“一种湿式离合器摩擦片磨损量的测试方法及测试试验台”(公开号CN105021483A，公开日2015.11.04)公开了一种湿式离合器摩擦片磨损量的测试方法及测试试验台，利用该方法可以测试摩擦片磨损量，以此来评估湿式离合器的寿命。该方案是利用初始设定4组试验参数，每组参数下离合器结合200次，总共完成800次离合器分离结合后，然后取出摩擦片测试磨损量，此过程为一个循环。然后再调整4组试验参数中的压力参数，再进行试验，如此循环。

上述方案主要存在以下缺点：

1、上述方案初始设定4种工况下的试验参数，每组工况的试验参数不一致；然后在此基础上调整，试验方案复杂繁琐，且不能覆盖所有工况。

2、上述方案的试验方法，需要离合器完成800次分离结合后，测试摩擦片磨损量以此来评估离合器的结合状态。无法测试离合器在每一次结合后的磨损量，因此无法评估离合器单次结合状态。

3、上述方案由于无法在试验中间检测磨损量，因此存在总摩擦量满足设定范围要求，但单次磨损量离散分布的情况，试验精准性较差。

4、湿式离合器耐久试验次数高达几十万次，技术一每隔800次需要对离合器进行拆解测试，试验周期内需要反复拆解测试，试验效率低，且反复拆解中增加了样件的损坏率。

5、上述方案在试验中不能对样品进行保护，存在试验中湿式离合器失效后试验台不停机的风险。

中国专利“一种车用湿式双离合器自动变速器试验台架系统”(公开号CN110530634A，公开日2019.12.03)公开了一种车用湿式双离合器自动变速器试验台架系统，该方案通过对试验过程中变速箱油温监测来评估离合器结合状态。

上述方案主要存在以下缺点：

1、只对试验中的温度进行监测，试验过程中其他参数的瞬态变化时，台架不能做出监测，不能实时监测离合器的结合状态。

2、未设置保护参数，存在试验中离合器烧蚀的风险。

以上两个方案针对“如何实现对湿式离合器的耐久性进行评价，并对耐久性能准确可靠的验证”都没有得到很好的解决。

研究发现，如果单次的离合器摩擦能量过小，与整车上的使用工况不一致，无法考核离合器最苛刻工况下的耐久性。如果单次的离合器摩擦能量过大，耐久试验中，离合器可能会失效，无法对离合器的性能进行评价。因此保持离合器单次摩擦能量在整个试验过程中的稳定性尤为重要，单次摩擦能量能够较好地表征离合器的结合状态，通过对离合器单次摩擦能量的监测，就可以对离合器的结合状态进行监测。具体的，当目标摩擦能量超差时，离合器未达到预设的结合状态，系统自动停机，以避免试验装置在离合器处于非预设的结合状态下进行试验，保证单次摩擦能量的稳定性。且在单次的离合器摩擦能量过大时停机，还能够起到保护离合器样品的作用，能够避免离合器样品在试验过程中失效。

离合器的摩擦能量受多个参数影响，且试验参数为过程数据，没有对应的数学函数模型，不容易理论推导计算。因此需要有一种试验方法能够易于实现摩擦能量的计算校对，且能够在目标摩擦能量超差时，自动停机，保证单次摩擦能量的稳定性。

另外，由于耐久试验过程周期很长，若试验期间设备或其他问题产生故障，而试验台没有可靠的保护措施，则离合器可能产生异常滑摩，产生高温，严重时导致离合器烧蚀，样件损坏，这样前期试验全部报废。基于试验过程中存在的风险，因此需要试验中有可靠的保护策略，当试验出现异常时，能够自动停机，保护样品。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于混合动力变速箱的湿式离合器滑摩耐久试验方法，应用该试验方法，对试验过程中的摩擦能量进行实时监测，能够实现在试验周期内，单次摩擦能量稳定，提高试验可靠性。另外该试验方法基于湿式离合器试验的风险点，提出了台架保护策略，降低了试验中湿式离合器烧蚀的风险，试验效率和安全性显著。

为达到上述目的，本发明设计的湿式离合器滑摩耐久试验方法，其特征在于，包括：设置一试验台架，首先测试得到摩擦能量相关参数的曲线，然后计算摩擦能量微元，通过积分得出单次滑摩的摩擦能量；以单位面积的摩擦能量为匹配目标，在试验过程中，利用实时监测的摩擦能量相关参数，通过单次摩擦能量对湿式离合器的结合状态进行监测，当单位面积摩擦能量超出目标值范围时，试验台架自动停机，并提示对试验过程数据进行分析。

优选的，所述摩擦能量相关参数包括离合器的滑摩扭矩、离合器单次滑摩时间、离合器主动部分和从动部分的转速差。

优选的，所述试验台架包括：与变速箱输入轴连接的输入测功机，在输入测功机的输出端与变速箱输入轴之间设有输入扭矩传感器，至少一个变速箱内差速器的半轴独立连接锁止工装或独立连接输出测功机，输出测功机、锁止工装与变速箱内差速器的半轴之间均设有输出扭矩传感器；保证变速箱油温在设定要求内的温度控制系统；监测离合器油压的油压传感器；与输入测功机、输出测功机或锁止工装、温度传感器、油压传感器电连接的信号采集器。

优选的，所述温度控制系统包括：通过油管与变速箱连通并调节变速箱油温的的恒温装置，采集变速箱油温并将信号反馈给恒温装置的油温传感器。

优选的，试验周期内，变速箱的油温控制在75℃～85℃。

优选的，所述变速箱上设有用于检测变速箱振动加速度的振动传感器。

进一步优选的，试验周期内，允许振动加速度的峰值的范围是0～1.5g。

优选的，试验周期内，允许离合器主动部分和从动部分的转速差的范围是0～150rpm。

优选的，试验周期内，允许离合器滑摩扭矩的范围是0～250Nm。

本发明的有益效果是：本发明通过单次摩擦能量对湿式离合器的结合状态进行监测，当目标摩擦能量超差时，离合器未达到预设的结合状态，系统自动停机，以避免试验装置在离合器处于非预设的结合状态下进行试验，保证单次摩擦能量的稳定性。且在单次的离合器摩擦能量过大时停机，还能够起到保护离合器样品的作用，能够避免离合器样品在试验过程中失效。

相比现有技术，本发明方案通过监测摩擦能量对离合器单次结合状态进行监控，能够保证试验的精准性。以匹配摩擦能量为目标，可以覆盖所有工况。不用反复拆解，提高了试验效率，保证了样品安全性。试验中设置有台架保护参数，一旦发现试验异常，立即停机保护样品。

本发明通过单次摩擦能量对湿式离合器的结合状态进行监测，当目标摩擦能量超差时，离合器未达到预设的结合状态，系统自动停机，以避免试验装置在离合器处于非预设的结合状态下进行试验，保证单次摩擦能量的稳定性。且在单次的离合器摩擦能量过大时停机，还能够起到保护离合器样品的作用，能够避免离合器样品在试验过程中失效。

附图说明

图1离合器滑摩耐久试验控制方式

图2离合器滑摩耐久试验台架布局图(三测功机布置)

图3离合器单次滑摩信号采集曲线

图4离合器扭矩微元示意图

图5离合器转速差微元示意图

图6湿式离合器滑摩耐久试验台架布局图(两测功机台架)

图7湿式离合器滑摩耐久试验台架布局图(单测功机台架)

具体实施方式

下面通过图1～图7以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明设计的湿式离合器耐久试验方法包括：试验台架布置，试验信号采集，温度控制系统，摩擦能量调试方法、试验样品保护策略。

如图1所示，离合器滑摩耐久试验中一次循环：离合器结合和离合器断开，结合过程的时间为t，断开时间为t₀，离合器只有在结合过程中产生滑摩。

湿式离合器耐久试验台架布置，可以使用三测功机台架，通过输入测功机模拟发动机输入，输出测功机模拟车轮来实现。

如图2所示为典型三测功机台架，测功机A 4为输入测功机，其输出前端布置有扭矩传感器3，扭矩传感器3与变速箱输入轴机械联接。变速箱输入轴通过变速箱内部的输入齿轮副(齿轮副齿数比为i₁)啮合，最终将输入轴转速传递到离合器主动部分2-2。当给定测功机A 4转速为N₁时，离合器主动部分2-2转速N_in＝N₁*i₁。

测功机B 5和测功机C10均为输出测功机，且采用同轴布置。输出测功机B5前端与扭矩传感器9联接，输出测功机C10前端与扭矩传感器6联接，两传感器再分别联接混动变速箱1内差速器的左右半轴。

离合器从动部分2-1与差速器轴通过输出齿轮副(齿轮副齿数比为i₂)啮合，因此可以通过输出测功机的转速计算离合器从动部分的转速。

当给定测功机B 5转速N₂，测功机C10转速N₃时，离合器从动部分2-1的转速N_out＝(N₂+N₃)/2*i₂；

测功机A 4、测功机B 5和输出测功机C10都采用转速控制，保持离合器主动部分2-2和从动部分2-1的转速差恒定。由前文所述，给定各测功机转速时，离合器主动部分和从动部分的转速差N＝N_in-N_out

在混动变速箱1上设置有油温传感器7和油压传感器8，油温传感器7用来监测变速箱内油温，油压传感器8用来监测离合器油压。

离合器的摩擦系数μ受变速箱油温影响，温度升高摩擦系数μ降低，因此温度会对离合器滑摩扭矩较大影响。

滑摩扭矩可以通过输入和输出测功机前端的扭矩传感器测得。由于离合器在滑摩中有扭矩损失，因此以输出端测得的扭矩计算离合器的滑摩扭矩。扭矩传感器6测得的扭矩为M₂，扭矩传感器9测得的扭矩为M₃，因此离合器滑摩扭矩M＝(M₂+M₃)/i₂

由于离合器摩擦片摩擦系数μ受油温影响比较明显，试验中需要保持油温为恒定状态。变速箱油经过变速箱出油管14进入恒温装置13，然后在恒温装置13内进行温度调节后，经过变速箱进油管15进入变速箱内。

在变速箱油底壳底部设置有温度传感器7采集变速箱油温的信号后，将该信号反馈给恒温装置13。当温度偏离设定温度范围时，恒温装置13开始工作，将变速箱油温升高或降低，保证油温在设定要求内。

试验过程中，需要采集输入测功机A4的转速信号N₁，扭矩信号M₁，输出测功机B5的转速信号N₂和扭矩信号M₂，输出测功机C10的转速信号N₃和扭矩信号M₃。油温传感器7的油温信号T，油压传感器8的油压信号P。

试验中需要保证离合器每次滑摩时产生的能量一致，需要对离合器结合过程中的摩擦能量进行匹配计算。如图3所示，采集离合器单次滑摩的信号曲线，对各信号参数进行积分可以计算单次摩擦能量：

W＝∫M(t)·2πN(t)dt＝2π∫M(t)·N(t)dt

式中：W为离合器单次滑摩的摩擦能量，M为离合器的滑摩扭矩，其由信号采集器采集到的测功机的输出扭矩计算得出；N为离合器主动部分和从动部分转速差，其由信号采集器采集到的测功机的转速计算得出；t为离合器滑摩时间。

由于摩擦片的摩擦面积不同，以单位面积的摩擦能量为匹配目标：w＝W/S；式中，w为单位面积的摩擦能量，S为摩擦面积。

根据设定的采样频率f，因此在1秒的时间内，扭矩传感器可采集f个扭矩信号，根据前文的计算公式，可以通过某时刻传感器测试的扭矩值计算出离合器滑摩扭矩，绘制出离合器滑摩扭矩曲线。取离合器滑摩扭矩曲线上的第j个和j+1个扭矩信号分析，近似计算第j和j+1的扭矩中值M_k＝(M_j+M_j+1)/2。

同理，根据转速传感器采集的各测功机转速，换算离合器的转速差，绘制出转速差曲线。，取转速差曲线上的第j个和j+1个转速差信号分析，近似计算第j和j+1的转速差中值N_k＝(N_j+N_j+1)/2。

设定滑摩初始时刻对应的扭矩为M₁，转速差为N₁，因此滑摩时间t内，共采集有t*f个离合器滑摩扭矩值和转速差值。根据前文所述方法，将时间t内的离合器滑摩扭矩和转速差计算结果列入表一中。

表一

离合器滑摩扭矩中值	转速差中值
		M<sub>1</sub>	N<sub>1</sub>
M<sub>2</sub>	N<sub>2</sub>
		M<sub>3</sub>	N<sub>3</sub>
…	…
		M<sub>k</sub>	N<sub>k</sub>
…	…
		M<sub>tf-1</sub>	N<sub>tf-1</sub>

根据微积分的计算方法，单个摩擦能量微元为E_k＝2π*M_k*N_k*1/f，

因此单次滑摩时间t内的摩擦能量为

单位面积的摩擦能量

试验中的离合器滑摩扭矩、转速差、时间都可以实时监测，因此可以在试验中对单次摩擦能量进行监测。当单位面积摩擦能量超出目标值范围[w_min，w_max]时，台架自动停机，提示对试验过程数据进行分析。

为了保证试验中出现故障或样件状态异常时，台架能够及时停机对样品进行保护。对台架设定的保护参数如下：

1、由于摩擦系数μ受油温影响，摩擦系数的变化会造成离合器滑摩扭矩的变化，因此对试验油温进行监测，试验油温T在试验周期内应保持在[75℃，85℃]。

2、试验过程中，离合器在滑摩时会产生振动，但样箱内其他零件的异常状态会加剧振动，对样品造成异常损耗。因此在混动变速箱上布置有振动传感器15，对振动加速度峰值a进行监测，振动加速度峰值a在试验周期内应保持在[0，1.5g]。

3、离合器转速差为重点监测对象，若试验中异常出现较大转速差，会使得离合器的摩擦能量超过摩擦片的许用极限，严重时造成离合器的烧蚀，试验样品损坏。因此对转速差在试验周期内应保持在[0，150rpm]。

4、离合器滑摩扭矩的峰值过大或过小，都与实际整车使用工况不一致，不能有效的考核离合器的滑摩耐久性能，因此离合器峰值扭矩在试验周期内应保持在[0，250Nm]。

正常情况下，台架设定的保护参数超过范围时，单次摩擦能量也会超出范围。特殊情况下，单次摩擦能量未超过范围，但上述保护参数超范围时与实际工况不符。此时台架能够通过保护参数能够识别出来，并做出停机保护，保证了试验过程的精准性。

作为进一步方案，台架布置方案还可以采用两测功机台架，如图6所示。变速箱输出端只布置一台测功机，可以布置在任意侧。并通过扭矩传感器与变速箱差速器联接。此时变速箱内差速器需要采用焊接差速器，不带差速功能。

若只布置了右侧测功机B6，则通过扭矩传感器6测得的扭矩M₂，可以计算湿式离合器滑摩扭矩M＝M₂/i₂。若只布置了左侧测功机C10，则通过扭矩传感器9测得的扭矩M₃，可以计算湿式离合器滑摩扭矩M＝M₃/i₂。

湿式离合器摩擦能量仍同三测功机台架布置方式计算，台架保护参数设定方法相同。

作为进一步方案，台架布置方案还可以采用单测功机台架，如图7所示。

变速箱输出端通过两个锁止工装固定，让输出端不能转动，此时湿式离合器从动部分转速恒定为0，只需变速箱输入端给定转速即可实现转速差。

此布局方案的离合器滑摩扭矩通过布置在输出端的扭矩传感器读取后换算。离合器摩擦能量仍同三测功机台架布置方式计算，台架保护参数设定方法相同。

本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种湿式离合器滑摩耐久试验方法，其特征在于，包括：设置一试验台架，首先测试得到摩擦能量相关参数的曲线，然后计算摩擦能量微元，通过积分得出单次滑摩的摩擦能量；以单位面积的摩擦能量为匹配目标，在试验过程中，利用实时监测的摩擦能量相关参数，通过单次摩擦能量对湿式离合器的结合状态进行监测，当单位面积摩擦能量超出目标值范围时，试验台架自动停机，并提示对试验过程数据进行分析。

2.根据权利要求1所述的湿式离合器滑摩耐久试验方法，其特征在于：所述摩擦能量相关参数包括离合器的滑摩扭矩、离合器单次滑摩时间、离合器主动部分和从动部分的转速差。

3.根据权利要求1所述的湿式离合器滑摩耐久试验方法，其特征在于：所述试验台架包括：与变速箱输入轴连接的输入测功机，在输入测功机的输出端与变速箱输入轴之间设有输入扭矩传感器，至少一个变速箱内差速器的半轴独立连接锁止工装或独立连接输出测功机，输出测功机、锁止工装与变速箱内差速器的半轴之间均设有输出扭矩传感器；保证变速箱油温在设定要求内的温度控制系统；监测离合器油压的油压传感器；与输入测功机、输出测功机或锁止工装、温度传感器、油压传感器电连接的信号采集器。

4.根据权利要求3所述的湿式离合器滑摩耐久试验方法，其特征在于：所述温度控制系统包括：通过油管与变速箱连通并调节变速箱油温的恒温装置，采集变速箱油温并将信号反馈给恒温装置的油温传感器。

5.根据权利要求3或4所述的湿式离合器滑摩耐久试验方法，其特征在于：试验周期内，变速箱的油温控制在75℃～85℃。

6.根据权利要求3所述的湿式离合器滑摩耐久试验方法，其特征在于：所述试验台架还包括用于检测变速箱振动加速度的振动传感器，所述振动传感器设在变速箱上。

7.根据权利要求6所述的湿式离合器滑摩耐久试验方法，其特征在于：试验周期内，允许振动加速度的峰值的范围是0～1.5g。

8.根据权利要求2所述的湿式离合器滑摩耐久试验方法，其特征在于：试验周期内，允许离合器主动部分和从动部分的转速差的范围是0～150rpm。

9.根据权利要求2所述的湿式离合器滑摩耐久试验方法，其特征在于：试验周期内，允许离合器滑摩扭矩的范围是0～250Nm。