用於確定溼式離合器的溫度的方法
2023-05-07 19:48:11
用於確定溼式離合器的溫度的方法
【專利摘要】一種用於確定離合器溫度的方法（500）。該方法提供了精確的實時的離合器溫度，該溫度可用於提高換擋質量和避免因離合器過熱而產生的故障（510）。每當所述離合器超過閾溫度時（504），則計數器增值（506）以追蹤累積的高溫條件。測定所述離合器溫度（502）包括考慮熱生成、當所述離合器接合時通過來自凹槽的變速器油流引起的離合器冷卻、當所述離合器分離時通過敞開的變速器油流引起的離合器冷卻、油蒸發、和熱傳導。
【專利說明】用於確定溼式離合器的溫度的方法
[0001]相關申請
[0002]本申請要求2011年4月12日遞交的臨時申請61/474，742的優先權，該臨時申請以引用的方式全部併入文中。
【技術領域】
[0003]本發明涉及用於確定自動變速器中溼式離合器的實時溫度的方法和系統。
【背景技術】
[0004]自動變速器具有長期使用的液壓應用的離合器，例如，通過同步地打開和關閉附接於行星系統的不同元件的選擇離合器，以實現行星齒輪系中的速比變化。用在自動變速器中的離合器總成通常包括多個分離器、摩擦片和其他組件。摩擦片由在每側結合有摩擦材料的低碳鋼鐵晶片組成，當分離器片被拖至離合器外殼時，該低碳鋼晶片被用花鍵連接至輸入軸，反之亦然。離合器外殼可以與另一個軸(旋轉離合器)或與變速箱(制動離合器)連接。
[0005]由於它們的對於換擋質量和成本效益的令人滿意的摩擦特性，基於溼式紙的摩擦材料已主要作為離合器襯面用於汽車的自動變速器和作為制動材料用於工業車輛。然而，由於在極端高溫條件下缺乏熱穩定性和化學穩定性，紙基纖維素纖維經常分解，導致材料斷裂、高摩擦襯層厚度減小、以及失去最終適宜的摩擦特性。事實上，人們認為，高溫引起的摩擦材料的熱降解是用於確定溼式離合器的壽命周期的主要因素。
[0006]在摩擦材料熱降解到一定程度後，摩擦特性將顯著地改變，且摩擦材料的性能將受損害。通常，在高溫下，摩擦材料中的最不耐熱的組分將首先降解。僅舉例說明，在示例性的溼式摩擦離合器中，第一次快速的下降發生在大約380°C且其對應纖維素的降解速度。第二次快速的下降發生在大約550°C，且其對應惰性材料的降解速度。例如，在熱重分析(TGA)測試條件下，一些纖維素纖維在近20(TC下開始碳化，然後在大約420°C下完成降解。
[0007]在摩擦系統發生的來自高能轉換引發的溫度的損害是累積的。每一次向高溫的偏移激活損害機制，然後將損害累積到已經形成的損害中。通過降低峰界面溫度和通過縮短高於激活溫度的時間，來降低對摩擦材料的損害，且可延長摩擦系統的使用壽命。
[0008]除了導致離合器故障之外，高的離合器溫度還影響換擋質量。眾所周知，在換擋期間，極佳的換擋質量取決於精確的離合器扭矩的實現。通常，離合器扭矩是離合器摩擦係數(COF)的線性函數，該離合器摩擦係數(COF)是溫度的強近線性函數。再一次，僅舉例說明，示例性的離合器的COF可能在100度的溫度變化中改變20%至30%。因此，將被理解的是，沒有溫度補償，換擋質量是非常難維持的。
【發明內容】
[0009]本公開提供了一種新的用於確定溼式離合器的溫度的方法和該方法用以提高換擋質量、預防故障和診斷潛在問題的用途。[0010]在接合期間，分離器片和摩擦片通過壓力壓在一起，相對滑速的動能在交界面轉化成熱量。對於每一次換擋，離合器系統吸收在接合期間由離合器的滑動產生的能量，然後通過分離器花鍵齒，利用油和熱傳導而遠離摩擦系統。因此，對於摩擦系統能量平衡存在三個要素:能量輸入、能量存儲、和能量消耗。
[0011]能量輸入主要發生在為了啟動升擋而應用離合器的接合期間和在為了啟動降擋而釋放離合器的分離期間。換擋的全部能量為滑速和離合器扭矩隨時間的綜合結果。在換擋期間，相對於能量消除速率，能量輸入速率(功率)通常是非常高的。結果，在換擋期間，分離器和摩擦片的溫度升高。
[0012]能量從摩擦系統消除主要是通過流過分離器的油和通過憑藉花鍵齒傳導至輪轂和外殼。當未應用離合器時，存在流向離合器的冷卻油。當應用時，如果離合器作為總成旋轉，則冷卻流受離心力作用強行通過摩擦襯面中的凹槽，從熱表面帶走熱量。至於起制措施用的換檔離合器，油料未受離心力作用驅使通過凹槽，高百分比的熱量將利用通過花鍵齒的傳導而消除。
[0013]接合期間，在界面處溫度的上升由輸入能量、通過分離器的熱量耗散速率、和傳動油的熱量消除速率而確定。在摩擦界面附近的溫度歷程是重要的，因為其確定了性能特徵、尤其是摩擦材料的熱降解速率。
[0014]通過設計，如果離合器不會經受在時間上緊密隔開的高能換擋，則離合器的耐熱性應該不是個問題。然而，如果換擋之間的時間對於摩擦系統返回至油槽存油的溫度是不充足的，緊密隔開的換擋將導致溫度逐漸升高。即使對於單個的換擋的能量輸入可以從估算的離合器扭矩和滑速中計算出來，在離合器接合/分離期間和之後，則冷卻效果是依賴時間的且是非常難於估算的。典型的線性或非線性的查閱表和預定的恆定溫度衰減率不能用來估算實際的離合器溫度，因為離合器的溫度是輸入能量和冷卻熱傳遞的綜合結果。
[0015]根據本發明的一方面，對於汽車內的應用，用於確定實時的離合器溫度的方法包括基於對離合器的油流對流確定離合器溫度冷卻速率，例如，該冷卻速率根據離合器旋轉速度和從離合器至變速箱的所計算的熱傳導進行計算。僅舉例說明，在示例性的方法中，基於離合器壓力預測，估算離合器溫度，而不需要直接檢測實時的離合器溫度的溫度傳感器。
[0016]根據本發明的另一個方面，用於示例性的方法的物理模型包括熱生成、當離合器接合時由來自凹槽的變速器油流引起的離合器冷卻和當離合器分離時由敞開的離合器的油流引起的離合器冷卻、油蒸發、和熱傳導。
[0017]根據本發明的用於確定離合器溫度的示例性方法可有利地作為減少驗證測試和優化現有的或計劃的設計的工具。示例性方法也可以用於補償在實時換擋控制中的摩擦係數變化和為了離合器過熱保護而修改換擋安排。此外，示例性方法提供了對於離合器壽命估算有價值的信息、客戶駕駛習慣的識別、對於離合器故障和設計的改進的根本原因的調查。示例性方法也可以作為工程輔助工具用於變速器控制策略的建立和換擋質量的校正。
[0018]示例性方法有利地作為虛擬傳感器以防止離合器過熱故障，從而，通過離合器溫度補償，有益地降低變速器保修成本，提高換擋質量，而沒有增加生產成本。
[0019]由於其集中於幾個確定的離合器操作現象(如由於在敞開的離合器中和凹槽中的油流引起的熱傳導和熱對流、和油蒸發)，示例性方法提供了用於變速器離合器的虛擬溫度傳感器，該傳感器採用可管理尺寸的和計算時間的離合器溫度模型用於實時的變速器控制應用。
[0020]在一種方式中，本公開提供了一種測量和防止離合器過熱的方法，該方法包括:至少根據離合器壓力計算離合器溫度；每當離合器溫度超過第一預定溫度值時，使車輛控制系統內的計數器增值；基於計數器的值，採取糾正措施。該方法還可以包括在車輛控制系統中記錄離合器在高於第二預定溫度值的溫度下所保持的總時間，該第二預定溫度值可以或可以不與第一預定溫度值相同。該方法還可以包括至少針對最新的換擋記錄溫度變化。該信息可用於評估換擋質量、換擋邏輯、和可能的硬體故障。離合器壓力可被計算或測量。該方法還可以包括在執行所要求的換擋之前，對於所請求的換擋預測的溫度升高。
[0021]糾正措施可以包括在車輛顯示器上顯示信息、主動地改變控制參數、和提供診斷信息。例如，採取糾正措施可以包括通過車輛顯示器向操作者提供信息。該信息可以包括換擋質量指示、離合器溫度警告、離合器壽命指示、和離合器過熱保護指示中的一個或多個。通過進一步的示例，糾正措施還可以包括在車輛控制系統內提供實時補償，例如，修改換擋安排、修改換擋邏輯、或提供過熱保護。這些糾正措施的每一個可以基於離合器溫度和對於所請求的換擋預測的離合器溫度升高中的一個或兩個。實時補償也可以包括基於離合器溫度提供離合器過熱保護，使得只有在離合器溫度超過閾值時，才提供離合器過熱保護。
[0022]計算離合器溫度可以基於熱生成、通過當離合器接合時來自凹槽的變速器油流進行的離合器冷卻、通過當離合器分離時的敞開的變速器油流進行的離合器冷卻、油蒸發、和熱傳導中的一個或多個。計算離合器溫度也可以基於在接觸期間離合器溫度、分離器片溫度、和摩擦襯層溫度基本上相等且熱傳遞與物理材料性能成比例這一假設。所述方法也可以包括基於計數器值而預測離合器的故障、基於計數器值而診斷離合器故障的根本原因、和基於計數器值而確定換擋質量和/或駕駛者習慣。這些措施中的任一個錯誤或其他糾正措施也可以基於離合器在高於第二預定溫度值的溫度下所保持的總時間、至少對於最新的換擋的溫度變化、或其任何組合。
[0023]糾正措施可以基於計數器值，例如，當計數器達到預定值時，採取糾正措施。糾正措施也可以基於計數器和離合器在高於第二預定溫度值的溫度下所保持的總時間的組合。
[0024]本公開其它領域的實用性將從下文中提供的詳細描述中變得顯而易見。應當理解，包括公開的實施方式和附圖的詳細描述實際上僅示例性的以說明為目的，而不限制本發明的範圍、其應用或用途。因此，不脫離本發明的主旨的變型在本發明的範圍之內。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為溼式離合器的分離器和摩擦片的示意圖；
[0026]圖2為對於圖1中所示出的溼式離合器的槓桿圖；
[0027]圖3為示出穿過形成於摩擦片襯層中的凹槽的油流的溼式離合器的局部示意圖；和
[0028]圖4為對於配備有溼式離合器自動變速器的測試車輛，感測到的離合器溫度對採用示例性方法所測定的離合器溫度的圖；和
[0029]圖5為說明根據本公開的方法的流程圖。
【具體實施方式】[0030] 參見如圖1所示的溼式離合器的分離器和摩擦片的示意圖，採用柱面坐標，對於二維熱傳遞的瞬態傳導表示為
[削]
【權利要求】
1.一種測量和防止離合器過熱的方法，所述方法包括: 至少根據離合器壓力計算離合器溫度， 每當所述離合器溫度超過第一預定溫度值時，使在車輛控制系統內的計數器增值，和 基於所述計數器的值，採取糾正措施。
2.根據權利要求1所述的方法，該方法還包括: 在所述車輛控制系統中記錄所述離合器在高於第二預定溫度值的溫度下所保持的總時間。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，所述第一預定溫度值等於所述第二預定溫度值。
4.根據權利要求2所述的方法，其中，採取糾正措施的動作包括基於所述計數器的值和基於所述離合器在高於第二預定溫度值的溫度下所保持的總時間，來採取糾正措施。
5.根據權利要求2所述的方法，該方法還包括: 基於所述計數器的值和/或所述離合器在高於所述第二預定溫度值的溫度下所保持的總時間，來預測所述離合器的故障。
6.根據權利要求2所述的方法，該方法還包括: 基於所述計數器的值和/或所述離合器在高於所述第二預定溫度值的溫度下所保持的總時間，來診斷離合器故障的根本原因。
7.根據權利要求2所述的方法，該方法還包括: 基於所述計數器的值、所述離合器在高於所述第二預定溫度值的溫度下所保持的總時間、和至少針對最新的換擋的溫度變化中的至少一個，來確定換擋質量和/或駕駛者習慣。
8.根據權利要求1所述的方法，該方法還包括: 在執行所請求的換擋之前，針對所述所請求的換擋預測溫度升高。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，採取糾正措施包括在所述車輛控制系統內提供實時補償。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述實時補償包括基於離合器溫度和/或針對所述所請求的換擋而預測的離合器溫度升高來改變換擋安排。
11.根據權利要求9所述的方法，其中，所述實時補償包括基於離合器溫度和/或針對所述所請求的換擋而預測的離合器溫度升高來改變換擋邏輯。
12.根據權利要求9所述的方法，其中，所述實時補償包括基於離合器溫度和/或針對所述所請求的換擋而預測的離合器溫度升高來提供離合器過熱保護。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，所述實時補償包括僅有在所述離合器溫度超過閾值時才開啟離合器過熱保護。
14.根據權利要求1所述的方法，其中，採取糾正措施包括通過車輛顯示器提供信息。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，提供給所述車輛顯示器的信息包括換擋質量指示、離合器溫度警告、離合器壽命指示、和離合器過熱保護指示中的至少一個。
16.根據權利要求1所述的方法，該方法還包括至少針對最新的換擋記錄溫度變化。
17.根據權利要求1所述的方法，其中，基於熱生成、當所述離合器接合時通過來自凹槽的變速器油流進行的離合器冷卻、當所述離合器分離時通過敞開的變速器油流進行的離合器冷卻、油蒸發、和熱傳導中的至少一個，計算所述離合器溫度。
18.根據權利要求1所述的方法，其中，基於在接觸期間所述離合器溫度、分離器片溫度、和摩擦襯層溫度基本上相等以及熱傳遞與物理材料性能成比例這一假設，計算所述離合器溫度O
19.根據權利要求1所述的方法，其中，基於所述計數器採取糾正措施包括當所述計數器達到預定值時採取糾正措施 。
【文檔編號】F16D48/06GK103459876SQ201280015513
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年4月12日 優先權日:2011年4月12日
【發明者】陳剛, 金一蒙 申請人:克萊斯勒集團有限責任公司