湿式双离合器接合过程动态传递转矩多场耦合建模与控制策略研究

Along with DCT technology development, the control requirements for wet dual clutch engagement process are increasingly demanding. In order to enhance wet dual clutch performance and life, the transmission torque mechanism and control strategy of wet dual clutch engagement process must be thoroughly studied. According to early research foundation about wet clutch, the project mainly studies two contents: the multiphysics coupling modeling of dynamic transmission torque and control strategies of wet dual clutch engagement process. Through the analysis of the friction transmission mechanism, models of asperity contact, oil film motion and temperature field during wet dual clutch engagement process are established respectively. The coupling effects between asperity contact, oil film motion state and temperature field are studied, and the relationships between these models are built. Effects of thermal-fluid-solid multiphysics coupling on the friction transmission mechanism of wet clutch are revealed, the multiphysics coupling model of dynamic transmission torque of wet dual clutch engagement process is established. On the basis of dynamic torque model and the optimal control theory, the optimal control strategies of wet dual engagement process during starting and shifting are discussed. Taking into account the micro/macro structural morphology, friction material permeability, fluid inertia, temperature field and so on, the inherent relationships between thermal-fluid-solid multiphysics coupling, transmission torque and control strategies of wet dual clutch engagement process are further ascertained to provide theory supports for designing and developing high-quality, long life wet dual clutch.

随着双离合器自动变速器技术发展，对湿式双离合器接合过程控制要求日益苛刻。为提高湿式双离合器工作性能和寿命，必须深入研究其接合过程传递转矩机理和控制策略。项目依据前期研究基础，围绕湿式双离合器接合过程动态传递转矩多场耦合建模和控制策略两方面研究。从分析湿式离合器摩擦传动机理入手，分别对湿式双离合器接合过程微凸体接触行为、油膜运动状态及温度场分布建模，明确微凸体接触、油膜状态、温度场之间耦合效应，构建各模型之间交互关系，揭示热流固多场耦合对湿式离合器摩擦传动机理影响规律，建立湿式双离合器接合过程动态传递转矩多场耦合模型；以动态转矩模型为基础，运用最优控制理论，研究起步、换挡过程湿式双离合器接合过程最优控制策略。综合摩擦副微/宏观结构形貌、渗透性、流体惯性、温度场及热应力等因素、探明湿式双离合器接合过程热流固多场耦合与传递转矩及控制策略之间本质关系，为开发高品质、长寿命湿式双离合器提供理论支持。

湿式双离合器自动变速器作为自主品牌变速器企业竞相研发的新一代自动变速器，在我国具有广泛应用前景。湿式双离合器自动变速器核心技术关键在于对湿式双离合器精细控制，而实现湿式双离合器的精细控制必须建立准确的湿式离合器接合过程动态传递转矩模型和优化控制策略。因此，项目从分析湿式离合器摩擦传动机理入手，分别研究了湿式离合器接合过程微凸体接触与摩擦行为、油膜挤压与剪切行为及温度场分布规律，建立了微凸体接触与摩擦模型、油膜挤压与剪切模型及温度模型，构建了微凸体接触与摩擦模型、油膜挤压与剪切模型、温度模型之间耦合关系，导出了集成热、流、固多场特征参数的湿式离合器动态传递转矩多物理场模型，分析了热、流、固多场特征参数对湿式离合器动态传递转矩的影响规律，并进行了试验验证。以动态传递转矩模型为基础，运用现代控制理论，研究了湿式双离合器起步、换挡过程的控制策略及影响因素。综合摩擦副微/宏观结构形貌、渗透性、流体惯性、温度场等因素，分析了湿式双离合器接合过程热流固多场特征参数对其起步、换挡控制的影响规律。研究结果表明，湿式离合器摩擦副表面粗糙峰高度曲线服从近似正态分布规律；摩擦副间润滑油膜状态随着转速升高逐步从全膜润滑状态过渡收缩成锯齿状部分膜润滑状态，这一过程中流体惯性力起主导作用；摩擦材料渗透性主要影响离合器接合过程初期，对湿式双离合器起步、换挡控制策略影响较小，渗透性越大，油膜挤压越快，动态传递转矩响应越快，摩擦副及润滑油温升速率越大；摩擦副当量弹性模量主要影响微凸体接触与摩擦状态，当量弹性模量越大，油膜挤压越慢，动态传递转矩响应越快，摩擦副及润滑油温升速率越大，湿式双离合器起步、换挡时间显著缩短，滑摩功减小；摩擦副粗糙度均方根值越大，接合时间越长，动态传递转矩越小，摩擦副及润滑油温升速率越小，换挡时间越长；润滑油流量主要影响湿式离合器温升特性，对动态传递转矩及起步、换挡控制策略影响较小；摩擦副温度升高，湿式双离合器起步、换挡时间缩短、冲击度明显增大。通过本项目实施探明湿式离合器接合过程热-流-固多物理场与传递转矩及起步、换挡过程控制策略之间本质关系，为自主品牌高性能湿式双离合器自动变速器设计开发提供了理论支持。