DCT车辆在坡道起步时的熄火分析与标定

刘小根，刘义强，黄伟山，左波涛，朱鸣飞

(宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司，浙江宁波 315336)

0 引言

双离合器自动变速器(Dual Clutch Transmission，DCT)不仅继承了传统手动变速器传动效率高、结构紧凑、成本低等优点，而且在行驶过程中具备动力不中断、换挡迅速平顺的良好特性。湿式双离合自动变速器相比于干式双离合自动变速器冷却效果好，传递转矩大、使用寿命长，现成为国内汽车企业自主研发自动变速器的主流[1]。

湿式DCT车辆在陡坡起步时，由于要克服坡道阻力，车辆传递扭矩大；发动机转速高，离合器输入和输出转速差大，起步时间短，离合器传递转矩变化大，这样增大了离合器的滑摩功W[2]。离合器表面的热负荷迅速增大，离合器温度升高，车辆长时间在坡道上连续踩、松油门起步时，表现更为严重。当离合器温度达到一定值时，会进入高温保护模式，降低发动机转速，来减少滑摩功。车辆在陡坡上起步需要加大油门以免车辆倒溜和实现快速起步。在坡道上，前置前驱车辆的附着力小[3]，当驱动力大于最大附着力时，车辆会打滑，这样离合器的结合扭矩进一步加大。这时松油门，由于离合器结合扭矩较长时间大于发动机扭矩，会拉低发动机转速，从而产生车辆熄火的现象。以下针对此工况进行较详细的介绍。

1 坡道起步时工况分析

1.1 进入高温保护模式致发动机转速降低

当在陡坡上连续地踩油门和松油门时，车辆处在起步阶段，这时离合器在滑摩并且产生的滑摩功大于离合器冷却系统带走的热量[4],离合器温度上升。滑摩功为离合器主从动摩擦片间滑动摩擦力矩做功大小，其公式[2]为：

(1)

式中:W为滑摩功,kJ；Tc为离合器被动轴传动的扭矩,N·m；t1为滑摩开始时间,s；t2为滑摩结束时间,s；n1为离合器主动轴转速(发动机转速),rad/s；n2为离合器从动轴转速,rad/s。

图1为滑摩功的示意图，滑摩功为阴影部分的面积。面积越大，离合器磨损程度大，起步过程产生的热量多，影响其使用寿命。表1和图2是某SUV车型在15%坡道上连续地踩油门和松油门时测试的温升数据，在22 s时间内变速器油温升了5.5 ℃。

图1 滑摩功的示意

表1 车辆在15%坡道上连续地踩油门和松油门的温升

图2 车辆在15%坡道上连续地踩油门和松油门的变速器温升图

当变速器油温大于高温保护阈值(120 ℃)时，需要降低发动机转速(进行高温补偿)，从而减少离合器的输入与输出的转速差来减少滑摩功，表2和图3分别为有、无进入高温保护时的发动机转速变化数据，从测试结果可以看出，当离合器进入温度保护时，会降低发动机转速150 r/min左右。这时如果松油门时，发动机转速下降得更低，增加了车辆熄火的概率。

表2 车辆有、无温度保护时数据记录

图3 车辆有、无进入高温保护测试图

1.2 踩油门和松油门时车轮打滑分析

当车辆在陡坡连续踩油门和松油门时，车辆会出现打滑，当驱动力大于车辆地面附着力时，开始打滑[5]，即满足公式(2)：

Ft≤Fφ+Ffd

(2)

(3)

Fφ=Fz1·cosα·φ

(4)

式中：Ft为驱动力；Fφ为地面最大附着力;Ffd为车轮滚动阻力;G为车重;m为整车质量;α为坡度;Fw为空气阻力;Fz1为前轮的法向作用力；φ为路面附着系数。

1.3 松油门时车辆熄火分析

图4为某前驱SUV车辆在15%陡坡连续地踩油门和松油门时测试的发动机熄火的数据。在X轴89.25 s处，发动机扭矩为85 N·m，这时离合器1转速突然由80 r/min增大到1 050 r/min，车速(根据前轮计算)由0 km/h附近增大到9 km/h，车辆开始打滑，同时，离合器由起步控制跳变为滑差控制，离合器扭矩由85 N·m增大到181 N·m。由于车辆ESP开始工作，发送发动机限扭信号，发动机扭矩由85 N·m减少到70 N·m。这时松油门使得离合器扭矩较长时间内大于发动机扭矩；在89.75 s处，离合器1扭矩接近发动机扭矩，发动机转速快速下降到590 r/min左右；由于发动机转速下降快来不及自救，在89.9 s处，发动机停转，车辆熄火[6]。

图4 轮胎打滑时测试数据图

2 标定及验证

从以上分析得知，导致发动机熄火的原因有：(1)离合器进入高温保护时会降低发动机转速；(2)当车辆打滑时，离合器扭矩增大；(3)轮胎打滑使得ESP工作，会限制发动机扭矩。

由于在以上工况下离合器会进入高温保护模式，从标定的角度出发，如果考虑离合器进入高温保护时需要降低发动机转速。否则，会增大离合器的滑摩功，使得离合器温升高、磨损程度大、降低使用寿命，这样就不能满足离合器性能的要求。在此特殊工况下，由于ESP较难快速响应并避免轮胎打滑，离合器的结合扭矩会增大，发动机扭矩会受限。当松油门时，可以通过标定的方法来增大离合器的下降斜率，让离合器扭矩快速地下降到发动机扭矩附近，这样可以防止发动机转速快速下降的情况。

表3和图5分别为增大、减少离合器扭矩下降斜率的测试数据。

表3 增大、减少离合器扭矩下降斜率的测试记录

图5 增大、减少离合器扭矩下降斜率的测试数据

由图和表的数据可知，当增大离合器扭矩下降斜率到300 N·m/s左右(非定值标定)时，发动机的最低转速为920 r/min左右；当减少离合器扭矩下降斜率到200 N·m/s时，发动机最低转速为0，车辆熄火。

3 结束语

湿式DCT车辆在陡坡上连续地踩油门和松油门进行低速驾驶时，在此特殊工况下，需要避免出现车辆熄火的安全问题。文中通过此工况下熄火原因进行详细的分析，得知导致发动机熄火的原因有：(1)离合器进入高温保护时降低了发动机转速；(2)当车辆打滑时，离合器扭矩增大；(3)轮胎打滑使得ESP工作，会限制发动机扭矩。文中通过标定：增大离合器扭矩下降斜率可以解决发动机熄火的问题。此方法为湿式DCT离合器标定提供较详细的分析依据，为解决和规避车辆熄火的问题提供了一种非常有效的标定方法。