干式离合器半联动热传动特性及操纵系统的最佳临界点研究

Frequent semi-linkage manipulation of dry clutch on traffic congestion road conditions is the main reason for the difficulty to maintain clutch stable performance. Because the change of the internal thermal and force field, clutch appears nonlinear friction drive characteristic.By studying slipping and friction mechanism of clutch engagement process, the project will establish the multi-stage transfer torque model which is characterized by friction surface pressure parameter and etc. Then semi-linkage testing platform is built to acquire the critical point friction drive characteristics.Through clutch actuator semi-linkage load spectrum on the urban traffic congestion road conditions and the driven load,the semi-linkage load testing can be carried out.According to the measured clutch internal temperature and slipping and friction power, the thermal field distribution gradient considering the semi-linkage friction pair heating time can be received by means of finite element analysis method.Then on this basis, clutch semi-linkage thermal stability characteristic condition decided by the clutch actuator critical point is studied.At last, combined with clutch life, engine status and vehicle smooth power transmission demand, the best semi-linkage critical point controlled by clutch actuator is studied.The research results will provide dry clutch study theoretical method and technical reference.

针对干式离合器在交通拥堵路况下难以保证性能稳定的问题，提出频繁的半联动操纵是主要原因。因为内部力场、热场的变化，导致离合器呈现非线性摩擦传动特征。本项目通过研究离合器接合过程的滑磨机理，建立以摩擦面正压力等参数为表征的多阶段传递转矩模型及半联动临界点摩擦传动特性测试试验台。建立在城市交通拥堵路况下的离合器半联动操纵系统载荷谱，考虑从动负载作用并进行半联动加载试验。结合试验得到的离合器内部环境温度和滑磨功，通过有限元分析法获得考虑半联动摩擦元件受热时间的离合器摩擦面热场梯度分布特征。在此基础上研究基于离合器半联动临界点的热稳定性条件。最后结合离合器寿命、发动机状态和整车平顺传递动力需求，获得由操纵系统控制的最佳半联动临界点。研究成果将为干式离合器研究提供理论方法和技术参考。

本项目针对道路拥堵路况的离合器半联动工况下底盘机械传动零部件干式离合器的热稳定性与操纵系统机理研究。基于干式离合器半联动接合4阶段滑动摩擦特征，建立了考虑传动片、波形片和膜片弹簧的弹性的离合器接合动力学模型。创新地利用分离轴承与膜片弹簧指端接触面旋转而与分离拨叉接触面不转的特点，将压力传感器安装在与分离拨叉的接触面。通过测量分离轴承处的压力并结合弹性特性，在线估计离合器摩擦面的正压力。基于考虑滑磨速度影响的摩擦模型和摩擦面正压力，建立了带有多个离合器摩擦片的摩擦传递转矩模型。建立了包括离合器操纵系统、数据采集系统、干式离合器本体、分离轴承压力监测装置和主动飞轮模拟系统的干式离合器硬件在环台架。基于离合器半联动操纵可控变量和滑摩功计算公式，得到了热稳定性敏感影响变量：摩擦面轴向压力F、离合器主动盘与从动盘的滑磨转速△w和摩擦片滑磨的持续时间t。利用正交试验的思想和极差分析法分析，研究了反映各因素水平变动时指标的变动幅值。得到离合器半联动敏感变量对热稳定性的影响依次是△w、t和F。基于高加速寿命试验方法，设计了循环加载剖面，分析了干式离合器摩擦面热负荷的3个边界，包括环境温度、滑磨热和对流换热。进行了干式离合器半联动仿真和加载试验，仿真和试验的温度曲线整体趋势相似，二者都在第5个循环内达到350℃，试验中较早达到，主要因为试验中难以与周围空气进行对流换热。通过有限元方法计算得到了摩擦面的温度分布情况：瞬时冲击接合和不考虑磨损的频繁接合的摩擦片随时间、空间维度的温度分布规律。根据离合器摩擦原理及摩擦片材料特征，结合某知名离合器企业测试方法提出了离合器摩擦片热失效二阶段判断方法，并得到随着半联动次数的增加摩擦系数下降速度变快。基于仿真和加载试验结果，提出安全半联动操纵建议界面。并在水平良好、2%和5%坡度路面上，通过对离合器半联动接合程度进行控制以降低频繁的半联动操作次数。本项目通过离合器操纵系统控制主从摩擦面的热稳定性，探讨了操纵系统弹性力场、摩擦面热场和材料摩擦稳定性的机理，提出的二阶段热失效判断方法及得到的摩擦系数随接合次数的关系都对离合器的寿命预估具有较强的工程意义。