单位:安徽江淮汽车集团股份有限公司
摘要:DCT变速箱在运转时,因为传动系摩擦、搅油、打滑等,会产生动力损失。文章通过对DCT动力损失的分析,提出变速箱拖曳扭矩的组成,分析对其测试影响的6大因素,设计其测试和评价方法鞥变速器工厂DCT EOL拖曳扭矩的测试及判定。
前言
变速器是汽车重要零部件之一。而为了提高汽车驾驶的操纵便捷性、动力性以及燃油经济性,目前国内越来越多的主机厂投入到双离合自动变速器(Double Clutch Transmis-sion,简称 DCT)产品的设计开发中,如一汽、上汽、江淮等汽车厂商已经完成产品研发并正式应用于市场。以福特公司开发的一款量产双离合器自动变速器 6DCT450 为例,其机械系统包含 2 组独立的齿轮系,输入轴被分为两部分,一个空心轴和一个内轴(实心轴),每组齿轮系连接着一个多片湿式离合器,见图 1。通过使用双离合器对其进行电液控制, 可以使得 2 个档位同时接合。双离合器中一个离合器接合处于行驶模式,另一个脱开,在换档时进行离合器的切换,实现换档。
图 1 福特 6DCT450 结构图
以 1 档为例,发动机扭矩从其飞轮端通过双离合器的外离合 器,输出到输入轴 1(实心轴)上,输入轴 1 通过 1 档齿轮将动力输出到输出轴 1 上,然后通过输出齿轮传递到差速器上。在这个过程中,因为传动系运转,会发生齿轮副的摩擦、齿轮和轴搅油、离合器的打滑、传动系润滑和离合器冷却,动力会发生损失。因此,分析此动力损失的构成,并检测其数值,以此来评价变速箱性能,作为变速箱产品批量生产的一项重要课题。
1 拖曳扭矩组成
1.1 相关载荷(转矩)损失
主要由齿轮啮合时的摩擦损失造成的,包括齿轮啮合点的摩擦损失和载荷有关的轴承摩擦损失。
1.2 寄生损失(内阻)
与施加的转矩无关,而是代表变速器内部的阻力矩,包括:
①当浸在油液中时,齿轮和轴的搅油损失;
②当齿轮进入啮合点时,挤油损失;
③齿轮在空气和油雾中运转时,风阻损失;
④油封阻力;
⑤油泵阻力,自动变速箱的寄生阻力的重要部分;
⑥由于在轴承内挤油(和游隙),轴承的寄生损失;
⑦自动变速器中,离合器组件的阻力损失。
1.3 打滑损失
自动变速器中,变速箱元件在摩擦传递动力转速未达到同步过程中的摩擦损失。
2 拖曳扭矩测试方法
2.1 拖曳扭矩测试台架
变速箱的拖曳扭矩可通过测试台架准确测量。图 2 是最常见的变速箱拖曳扭矩测试台架简图,其通常由输入电机(提供稳定转速和扭矩)、扭矩测量法兰(可精确测量电机转速和扭矩)、台架控制器、待测变速箱、TCU 等组成。台架控制器实现与 TCU 之间的 CAN 通讯。变速箱输出端可连接输出电机,也可以无负载(需要连接工艺半轴对差速器处进行封堵,工艺半轴无轴向窜动但可以自由转动)。
图 2 拖曳扭矩测试示意图
2.2 拖曳扭矩测试控制参量
下表为变速箱开发阶段测试其拖曳扭矩的控制参量表, 如表 1 示:
表 1 DCT 变速箱拖曳扭矩测试控制参量
在给定较小冷却流量和较大变速箱控制压力(离合器压紧无打滑)下,通过调整输入电机转速,测试变速箱各档位在不同温度下的拖曳扭矩。通过拖曳测试,记录各变速箱拖曳扭矩测试数据,可以评价变速箱性能。下图为某款 DCT 变速箱 11 台样机拖曳扭矩测试对比曲线。(1 档、60℃)
图 3 拖曳扭矩测试对比曲线
3 DCT EOL拖曳扭矩测试研究
3.1 DCT EOL拖曳扭矩测试应用
拖曳扭矩能够反映变速箱的性能,通过在变速箱工厂DCT EOL 测试中增加拖曳扭矩测试,可以排除因装配、零部件质量等因素造成的变速箱内阻异常的变速箱。故在变速箱工厂 DCT EOL 测试中,须考虑增加拖曳扭矩测试。
与开发阶段在变速箱性能测试台架测试拖曳扭矩不同, 受限于生产节拍、变速箱温度控制、振动噪声等因素,在变速箱工厂 DCT EOL 拖曳扭矩测试仅针对一至二种工况进行测试。下表为应用与变速箱工厂的 DCT EOL 拖曳扭矩测试工况。
表 2 DCT EOL 拖曳扭矩测试工况
3.2 DCT EOL拖曳扭矩测试应用
在变速箱工厂,DCT EOL 拖曳扭矩测试步骤如下:(以 6 档为例)
1) 下线测试台架软件控制输入转速到 2000r/min;
2) 下线测试台架软件向 TCU 发出指令接合 6 档;
3) 下线测试台架软件向 TCU 发送流量控制指令给冷却流量控制阀 1L/min;
4) 下线测试台架软件向 TCU 发送压力控制指令给主压力控制阀 13bar;
5) 下线测试台架软件向 TCU 发送压力控制指令给离合器 2 压力控制阀 10bar;
6) 下线测试台架软件测量 6 档拖曳扭矩,持续 1s,取平均值;
7) 下线测试台架软件向 TCU 发送压力控制指令给离合器 2 压力控制阀 0bar;
8) 下线测试台架软件向 TCU 发送换档控制指令,输入轴 2 同步器回 N 档。
3.3 DCT EOL拖曳扭矩计算
在进行拖曳扭矩测试中,对输入电机进行转速控制,在离合器接合时会出现压力波动。而进行拖曳扭矩测试时,需要采集一段时间的稳定扭矩,通常在离合器结合后等待扭矩稳定后才开始记录。
t1 - 扭矩稳定时间;t2 - 拖曳矩采集计算时间
图 4 DCT EOL 拖曳扭矩测试计算
如图 4 示,以 6 档拖曳扭矩测试为例,从离合器 2 开始接合计时,等待 t1 时间扭矩稳定后(该时间可标定),开始记录 t2 时间内的扭矩值,取其平均值,作为该变速箱 6 档拖曳扭矩测量值,记录并生成报表。
3.4 DCT EOL拖曳扭矩限值设定
通过在对 DCT EOL 拖曳扭矩测试设定限值,台架控制软件自动显示拖曳扭矩测试 ok 和 nok,可自动识别异常变速箱。该限值采用一定批量的变速箱拖曳扭矩测试,计算其 3σ 值,设定为拖曳扭矩限值。
表 3 变速箱工厂某款 DCT 拖曳扭矩值统计与限值设定
4 总结
本文通过分析 DCT 运转所产生的动力损失,提出拖曳扭矩及其构成。根据拖曳扭矩测试台架,分析影响拖曳扭矩测试的 6 大因素,将其设置为拖曳扭矩测试的控制参量,绘制DCT 变速箱的拖曳扭矩曲线,评价 DCT 性能。
针对 DCT EOL 测试需求,设计应用于变速箱工厂的拖曳扭矩测试工况,以及拖曳扭矩计算和评价方法。该方法已在变速箱工厂得到广泛应用,作为 DCT 合格下线及一致性水平检测标准。
来源:安徽江淮汽车集团股份有限公司
作者:刘旅行