浅析标定参数离合器扭矩容量的设置方法

王定海 文棋 安志明

摘 要：在自动变速器结构里面离合器是及其重要的组成部分，离合器扭矩容量的性能散差对自动变速器控制单元器的标定参数有着关键的影响，本文简单介绍了一种根据离合器扭矩容量多个样本的统计分析结果进行相关参数设定的方法，避免硬件散差等对变速器控制单元的影响。

关键词：离合器 扭矩容量 标定参数 统计分析

1 前言

自动变速器通过前进/后退离合器总成改变车辆的行进方向，在车辆行驶过程中，前进/后退离合器总成承担传递扭矩的作用。摩擦片作为前进/后退离合器总成的核心零部件，离合器的接合和分离对应着摩擦片的接合和分离。多片式离合器的扭矩传递实际上就是通过摩擦片之间的静摩擦力来传递扭矩，摩擦片的摩擦系数散差对离合器的扭矩传递有着极其明显的影响，摩擦系数偏大导致离合器接合压力偏大降低传动效率，摩擦系数偏小导致离合器接合压力偏小磨损摩擦片。

离合器扭矩容量是指离合器可传递的扭矩最大值和离合器油腔压力之间的对应关系。在实际的工业化生产活动中，因硬件材料、制造散差等因素导致离合器摩擦片的摩擦系数存在差异，离合器油腔压力与传递的扭矩关系会发生偏移，同时考虑到生产节拍、制造成本等因素，无法在生产线上测量每台变速器的离合器扭矩容量特性数据供自动变速器控制单元（以下简称TCU）调用，因此实际开发过程中主要采用将离合器扭矩容量特性曲线数据写入TCU供控制器调用。

2 湿式多片式离合器压力的基本计算方法

典型的湿式多片式离合器传递扭矩物理模型可简化为下面的计算公式

T：离合器的承载扭矩，单位Nm，

μ：摩擦系数，无量纲系数，

F：离合器油腔内的油压，单位MPa，

Z：离合器摩擦副数，

Ra：离合器摩擦片的外径，单位m，

Ri：离合器摩擦片的内径，单位m，

湿式离合器油腔液压提供的有效压紧力模型可简化为下面的计算公式

F=p*s-fs

F：离合器油腔内的压紧力;

p：离合器油腔内的液压压力，单位MPa，

s：离合器油腔内的受力面积，单位mm^2，

fs：油腔内的回位弹簧力，单位N，

在实际开发应用过程中，当前进/后退离合器总成的硬件边际约束条件锁定后，离合器摩擦片的内径、外径、摩擦系数、回位弹簧性能参数也就锁定，通过以上公式可得知，离合器扭矩容量基本关系：T∝P，离合器扭矩容量的压力与扭矩近似单变量函数。在变速器台架上面测试的前进挡离合器扭矩容量数据就是单变量函数曲线，如图1所示。

3 在TCU里面離合器扭矩容量参数的设置方法

在TCU的离合器控制策略里面，离合器扭矩容量是关键的硬件边界约束参数之一，TCU在获取离合器输入端扭矩后会根据离合器的扭矩容量关系查表计算出离合器的基础目标压力，然后根据基础目标压力输出控制信号移动离合器电磁阀阀体控制流量使离合器油路达到目标压力。

在自动变速器离合器的扭矩容量参数设置上，可以参考以下方法进行处理。

首先在变速器台架上面随机测试10台湿式多片离合器的扭矩容量特性数据，测试数据汇总如图2所示。在实际测试过程中可根据输入扭矩选取采样点，既可以按照间隔固定扭矩数值取点也可以根据扭矩范围平均取点，但要保证采样点数量符合要求、采样数据符合实际的性能特征。

对于同一个扭矩测量点采集的多组数据应当进行正态分布校验，判断数据是否符合正态分布，通常使用P值比较法，P值通常取0.05。使用Minitab软件分析计算各扭矩测量点的压力数据P值如表1所示，均大于0.05，说明各扭矩测量点的对应压力数据符合正态分布，可以使用正态分布函数进行相关计算分析。

使用Minitab软件计算各扭矩测量点的压力均值μ、标准差σ，如表2所示。压力均值μ反映各个采样点的中心位置数值，标准差σ表示各个采样点数据的离散程度。实际应用中要根据控制精度需求选择多少个σ的计算方法，一般来说至少要满足95%的置信区域，但也不需要6σ的过高控制精度水平，如果要求达到6σ的控制误差通过计算会发现各个采样点的概率都是1，超过质量控制的要求。通过计算分析，此次的离合器扭矩容量误差控制使用3σ即可满足控制精度要求，将μ、μ±3σ、μ±6σ三种不同计算方式的扭矩容量数据绘制曲线如图3所示。

在实际的离合器标定参数设置过程中，还可以根据TCU的实际算法选择均值μ曲线还是上偏差μ+3σ曲线，如果TCU算法没有考虑离合器的安全系数建议按照上偏差μ+3σ曲线设置离合器的扭矩容量参数，如果算法里面有安全系数设置空间建议按照均值μ曲线设置离合器的扭矩容量参数。两种不同的设置方法主要是为了保证离合器扭矩容量的控制精度符合要求，防止在驾驶过程中出现离合器烧蚀问题导致车辆出现动力丢失的极端情况。

4 结束语

湿式多片式离合器的扭矩容量是自动变速器的关键性能参数之一，在TCU里面设置离合器的扭矩容量参数应根据离合器工装样件的实际性能数据的统计分析结果来设定，起到在变速器生命周期内覆盖离合器的散差、提高变速器效率等作用。

参考文献：

[1]自动变速器电控系统及其应用软件开发技术.徐向阳. 2018.09.

[2]汽车工程手册4：动力传动系统设计篇，2010.12.

[3]六西格玛管理，2014.