专利名称：液力变矩器闭锁离合器摩擦片温度分析方法
技术领域：
本发明涉及一种车用液力变矩器闭锁离合器摩擦片的分析方法，更具体地说，本发明涉及一种液カ变矩器闭锁离合器摩擦片温度分析方法。
背景技术：
目前世界各著名汽车公司的液力机械式自动变速器几乎都采用了闭锁离合器滑摩控制技木。当闭锁离合器存在微小滑摩而非完全闭锁时，一部分动カ经液カ传动，另一部分经闭锁离合器机械传动。闭锁离合器不完全闭锁可以大幅度降低传动系统的振动和噪声，使闭锁领域得到充分的扩展。当闭锁离合器处于滑摩エ况吋，由于液カ传动和机械传动联合作用，使滑摩传动时的传动效率比纯液カ传动时更高，实现了提高液力自动变速器传动效率的目的。 但液カ变矩器闭锁离合器滑摩过程中，在转速、负载、摩擦副结构等因素的作用下，有时滑摩产生的热量过大，使得摩擦衬片局部高温，导致摩擦衬片烧损或对偶钢片温度梯度过大产生翘曲甚至裂纹现象，过高的热负荷加剧了摩擦元件的磨损和热失效等，导致离合器工作可靠性和使用寿命下降，影响车辆的安全运行。闭锁离合器安装在液力变矩器内，而液カ变矩器结构复杂，很难通过安装传感器的方法测得摩擦片的温度。对于滑摩过程闭锁离合器的滑摩控制不能根据摩擦片的实际温度来进行，而仅仅是通过检测液力变矩器的油温来预测摩擦片的温度，然后决定闭锁离合器的滑摩控制速度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在对于闭锁离合器的滑摩控制不能根据摩擦片的实际温度来进行，而仅仅是通过检测液力变矩器的油温来预测摩擦片温度的问题，提供了一种液カ变矩器闭锁离合器摩擦片温度分析方法。为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的所述的液カ变矩器闭锁离合器摩擦片温度分析方法步骤如下I.通过CAN线获取液力变矩器闭锁离合器控制油压与摩擦转速，即通过发动机电控单元与变速箱电控单元的CAN线获取某一段时间液力变矩器闭锁离合器工作时的滑摩转速与控制油压。2.计算液力变矩器闭锁离合器摩擦片的热流密度，热流密度q通过以下计算公式获得，q = μ Rp Δ ω式中μ .摩擦片的摩擦系数，R.摩擦片半径，单位.毫米，P.闭锁离合器控制油压，単位.Pa，Λ ω .闭锁离合器滑摩转速差，単位.rpm。3.建立液力变矩器闭锁离合器ニ维简化模型。4.建立液力变矩器闭锁离合器三维流固耦合模型，生成网格并设置边界条件。5.仿真计算液カ变矩器闭锁离合器摩擦片温度，在液力变矩器闭锁离合器摩擦片区域上设置两个温度监控点，摩擦片区域上两点温度随软件CFX仿真计算时间变化，仿真计算开始，得到闭锁离合器摩擦片两个温度监控点温度随时间的变化曲线。技术方案中所述的设置的边界条件包括液力变矩器壳体和内部固体的材料特性、液力变矩器壳体和内部固体的边界对流换热系数、液力变矩器壳体和内部固体的周期性边界、工作油材料特性、工作油入口參数、工作油出口參数与摩擦片热边界条件。I)液カ变矩器壳体(7)和内部固体设置为钢。2)工作油材料设置为自动变速箱油；工作油入口參数设置为压カ入口，压カ值为
O.5MPa，温度为液カ变矩器正常工作时的油温度80°，工作油出ロ參数设为压カ出口，相对压カ值为OMPa。
3)液カ变矩器壳体外表面(13)对流换热系数值设为80W/(m2 · K)、温度设为恒温40°，液力变矩器壳体与工作油耦合面(14)设为Hea t flux耦合面；内部固体外表面(17)对流换热系数值设为1000W/(m2 ·Κ)，温度设为恒温80°，工作油与内部固体耦合面(16)设为Heat flux稱合面。4)液力变矩器闭锁离合器摩擦片摩擦生热用热流来模拟，分别在液カ变矩器壳体
(7)、闭锁离合器(8)和工作油(6)的摩擦片区域(15)设置热流密度，热流密度值为图7中所示曲线的计算值。5)分别设置两个固体区域和ー个液体区域的周期性边界。与现有技术相比本发明的有益效果是I.本发明所述的液力变矩器闭锁离合器摩擦片温度分析方法中由于分析热流密度所需要的数据是通过CAN线直接获取，不用增加额外装置，減少了成本；2.本发明所述的液力变矩器闭锁离合器摩擦片温度分析方法通过仿真能有效的得出车用自动液カ变矩器闭锁离合器工作时的温度曲线，对进一歩的分析，设计和优化闭锁离合器有指导作用。
下面结合附图对本发明作进ー步的说明图I是本发明所述的液力变矩器闭锁离合器摩擦片温度分析方法的流程框图；图2是液カ变矩器闭锁离合器滑摩转速差与控制压カ变化曲线；图3是液カ变矩器闭锁离合器摩擦片表面瞬态热流密度曲线；图4是ー个型号为W305的液力变矩器结构组成主视图上的全剖视图；图5是ー个型号为W305的液力变矩器闭锁离合器ニ维简化结构图；图6-a是ー个型号为W305的液力变矩器闭锁离合器的三维网格模型图；图6-b是ー个型号为W305的液力变矩器闭锁离合器的左视图；图6-c是ー个型号为W305的液力变矩器闭锁离合器的主视图；图7是液カ变矩器闭锁离合器摩擦片温度变化曲线。图中1·工作油入口，2.液力变矩器泵轮，3.液力变矩器导轮，4.工作油出口，5.扭转减震器，6.工作油，7.液カ变矩器壳体，8.闭锁离合器，9.液力变矩器涡轮，10.轴对称线，11.主旋转平面，12.从旋转平面，13.液カ变矩器壳体外表面，14.液カ变矩器壳体与工作油耦合面，15.摩擦片区域，16.工作油与内部固体耦合面，17.内部固体外表面。
具体实施例方式下面以型号为W305的液カ变矩器结合附图对本发明作详细的描述本发明所述的液力变矩器闭锁离合器摩擦片温度分析方法在不依赖外界条件的基础上，通过发动机电子控制単元与变速箱电子控制単元的通信协议(CAN线)，获取液カ变矩器闭锁离合器结合时摩擦片的控制油压和主、从动片的转速差(滑摩转速差)，分析计算摩擦片工作时的滑摩功并最终计算出热流密度；建立液カ变矩器闭锁离合器的三维流固耦合模型，通过准确的设置边界条件计算出液力变矩器闭锁离合器摩擦片温度变化规律及变化趋势，为摩擦片的设计与优化提供依据。液力变矩器闭锁离合器摩擦片温度分析方法的步骤如下I.通过CAN线获取液力变矩器闭锁离合器控制油压与摩擦转速參阅图2，图中是通过发动机电控单元与变速箱电控单元的CAN线获取的某一段 时间液力变矩器闭锁离合器工作时的滑摩转速与控制油压。从图中可以看出闭锁离合器从
I.27s时开始工作到I. 94s时工作结束，液力变矩器闭锁离合器主、从动片滑摩转速差随着不同的控制油压而不同。2.计算液力变矩器闭锁离合器摩擦片的热流密度热流密度q通过以下计算公式获得q = μ Rp Δ ω式中μ .摩擦片的摩擦系数，R.摩擦片半径，单位.毫米，P.闭锁离合器控制油压，単位.Pa，Λ ω .闭锁离合器滑摩转速差，単位.rpm。參阅图3，摩擦片半径和摩擦系数通过厂商可直接获得，通过图2获得的液カ变矩器闭锁离合器控制油压和滑摩转速差，根据热流密度的计算公式即可得到图3所示的液力变矩器闭锁离合器摩擦片热流密度曲线。3.建立液力变矩器闭锁离合器ニ维简化模型參阅图4，图中所示的型号为W305的液力变矩器的结构组成，其包括液力变矩器泵轮2、液カ变矩器导轮3、扭转减震器5、工作油6、液カ变矩器壳体7、闭锁离合器8和液力变矩器涡轮9。闭锁离合器8摩擦片的两端面上交错地设置有深O. 3mm O. 5mm的凹槽即摩擦片油槽，其作用是提高摩擦片的工作性能。当闭锁离合器结合吋，由于输出轴不再供油，润滑油流向输出轴。闭锁滑摩过程中，摩擦片处于相对滑摩状态，润滑油只在油槽中存在，为简化计算，将油槽简化为摩擦表面间隙，其值为O. 05mm ;连接部分如扭转减震器5作了相应的简化。參阅图5，将整个液力变矩器简化为液カ变矩器壳体7、工作油6、内部固体(扭转减震器5、闭锁离合器8和液カ变矩器涡轮9组成)三大部分，由于液カ变矩器泵轮2、液力变矩器导轮3部分远离闭锁离合器8，对闭锁离合器8中的摩擦片的传热影响不大，故可以忽略该部分。闭锁时，工作油6从入口 I流入，经闭锁离合器8中的摩擦片油槽后到出口 4。简化后的模型可以看成为三维轴对称旋转模型的ニ维图。4.建立液力变矩器闭锁离合器三维流固耦合模型，生成网格并设置边界条件參阅图6-a、图6-b与图6_c，简化后的模型为三维轴对称旋转模型，为简化计算，可将ニ维简化模型沿对称轴线10旋转15度，如图6-b所示，形成图6-a所示的三维模型，将主旋转平面11、从旋转平面12设置为周期性边界，生成液力变矩器闭锁离合器三维流固率禹合模型。參阅图6-c,旋转后形成液カ变矩器壳体外表面13、液力变矩器壳体与工作油率禹合面14、摩擦片区域15、工作油与内部固体(液カ变矩器涡轮9、扭转减震器5与闭锁离合器8)耦合面16、内部固体外表面17。将三维流固耦合模型划分网格，生成网格文件，导入流体计算软件CFX;将导入流体计算软件CFX的模型设置边界条件，设置的边界条件包括液力变矩器壳体7和内部固体(液カ变矩器涡轮9、扭转减震器5和闭锁离合器8组成)的材料特性、液カ变矩器壳体7和内部固体的边界对流换热系数、液カ变矩器壳体7和内部固体的周期性边界、工作油材料特性、工作油入口參数、工作油出口參数与摩擦片热边界条件。I)液カ变矩器壳体7和内部固体(液カ变矩器涡轮9、扭转减震器5和闭锁离合器8组成)设置为钢；·2)工作油材料设置为自动变速箱油；工作油入口參数设置为压カ入口，压カ值为O. 5MPa，温度为液カ变矩器正常工作时的油温度80°。工作油出口參数设为压カ出口，相对压カ值为OMPa ；3)液カ变矩器壳体外表面13对流换热系数值设为80W/(m2 · K)、温度设为恒温40°，液力变矩器壳体与工作油耦合面14设为Heat flux耦合面；内部固体(液カ变矩器涡轮9、扭转减震器5、闭锁离合器8)外表面17对流换热系数值设为1000W/(m2 · K)，温度设为恒温80°，工作油与内部固体耦合面16设为Heat flux耦合面；4)液力变矩器闭锁离合器摩擦片摩擦生热用热流来模拟，分别在液カ变矩器壳体7、闭锁离合器8和工作油6的摩擦片区域15设置热流密度，热流密度值为图3所示曲线的计算值；5)分别设置两个固体区域和ー个液体区域的周期性边界；5.仿真计算液カ变矩器闭锁离合器摩擦片温度參阅图7，在液力变矩器闭锁离合器摩擦片区域上设置两个温度监控点，其作用是监控摩擦片区域上两点温度随软件CFX仿真计算时间变化，开始仿真计算，即可得到图中所示闭锁离合器摩擦片两个温度监控点温度随时间的变化曲线。
权利要求
1.一种液力变矩器闭锁离合器摩擦片温度分析方法，其特征在于，所述的液力变矩器闭锁离合器摩擦片温度分析方法步骤如下 1)通过CAN线获取液力变矩器闭锁离合器控制油压与摩擦转速，即通过发动机电控单元与变速箱电控单元的CAN线获取某一段时间液力变矩器闭锁离合器工作时的滑摩转速与控制油压； 2)计算液力变矩器闭锁离合器摩擦片的热流密度，热流密度q通过以下计算公式获得，q = U Rp A co 式中摩擦片的摩擦系数，R.摩擦片半径，单位.毫米，p.闭锁离合器控制油压，单位.Pa, A O.闭锁离合器滑摩转速差,单位.rpm ； 3)建立液力变矩器闭锁离合器二维简化模型； 4)建立液力变矩器闭锁离合器三维流固耦合模型，生成网格并设置边界条件； 5)仿真计算液力变矩器闭锁离合器摩擦片温度，在液力变矩器闭锁离合器摩擦片区域上设置两个温度监控点，摩擦片区域上两点温度随软件CFX仿真计算时间变化，仿真计算开始，得到闭锁离合器摩擦片两个温度监控点温度随时间的变化曲线。
2.按照权利要求I所述的液力变矩器闭锁离合器摩擦片温度分析方法，其特征在于，所述的设置边界条件包括液力变矩器壳体(7)和内部固体的材料特性、液力变矩器壳体(7)和内部固体的边界对流换热系数、液力变矩器壳体(7)和内部固体的周期性边界、工作油材料特性、工作油入口参数、工作油出口参数与摩擦片热边界条件； 1)液力变矩器壳体(7)和内部固体设置为钢； 2)工作油材料设置为自动变速箱油；工作油入口参数设置为压力入口，压力值为0.5MPa，温度为液力变矩器正常工作时的油温度80°，工作油出口参数设为压力出口，相对压力值为OMPa ； 3)液力变矩器壳体外表面(13)对流换热系数值设为80W/(m2 -K)、温度设为恒温40°，液力变矩器壳体与工作油耦合面(14)设为Heat flux耦合面；内部固体外表面(17)对流换热系数值设为1000W/(m2 K)，温度设为恒温80°，工作油与内部固体耦合面(16)设为Heat flux率禹合面； 4)液力变矩器闭锁离合器摩擦片摩擦生热用热流来模拟，分别在液力变矩器壳体(7)、闭锁离合器(8)和工作油(6)的摩擦片区域(15)设置热流密度，热流密度值为曲线的计算值； 5)分别设置两个固体区域和一个液体区域的周期性边界。
全文摘要
本发明公开了一种液力变矩器闭锁离合器摩擦片温度分析方法，该方法步骤如下1.通过CAN线获取液力变矩器闭锁离合器控制油压与摩擦转速；2.计算闭锁离合器摩擦片的热流密度热流密度q通过公式q＝μRpΔω获得，式中μ.摩擦片的摩擦系数，R.摩擦片半径，单位.毫米，p.闭锁离合器控制油压，单位.Pa，Δω.闭锁离合器滑摩转速差，单位.rpm；3.建立液力变矩器闭锁离合器二维简化模型；4.建立液力变矩器闭锁离合器三维流固耦合模型，生成网格并设置边界条件，边界条件包括材料特性、边界对流换热系数、周期性边界、工作油入口参数、工作油出口参数及摩擦片热边界条件；5.仿真计算液力变矩器闭锁离合器摩擦片温度。
文档编号F16H41/24GK102734359SQ20121024358
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者付尧, 刘振杰, 孙少华, 曾华兵, 李兴忠, 郑鸿鹏, 雷雨龙 申请人:吉林大学