拖曳扭矩测试在变速器工厂DCT EOL中的应用

作者：刘旅行
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。