液力变矩器锁止离合器性能及滑差控制

2004年2月重庆大学学报Feb.2004第27卷第2期JOurnaI Of ChOngging University VOI.27 NO.2

文章编号：1000-582X（2004）02-0001-05

液力变矩器锁止离合器性能及滑差控制＊

胡建军，秦大同，蒋小华

（重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400030）

摘要：闭锁离合器滑差控制技术的应用，解决了燃油经济性和行驶平顺性的矛盾，大大地提高了液力自动变速器的性能。文章论述了锁止离合器结构，摩擦片摩擦材料，并对锁止离合器结合过程中扭矩传递随结合时间的变化特性进行了详尽的分析。文中还对滑差控制的工作原理做了系统的阐述，指出通过滑差控制可以使汽车的燃油经济性得到较大的改善。

关键词：锁止离合器；结构；滑差控制

中图分类号：Th132文献标识码：A

液力变矩器出现于1906年，是船舶工业发展过程中的产物。由于其具有对外界负载的自动适应性，更适合于地面行驶车辆的要求。上个世纪30年代，瑞典的里斯豪姆与英国利兰汽车公司的史密斯合作，创立了三级液力变矩器，并成功应用于公共汽车上，随后又用于其它车辆。

然而，液力变矩器存在着效率不够高的问题。从上个世纪50年代起，装备液力自动变速器（AT）的汽车开始增多，由于自动变速器的效率低于手动变速器，使得装备自动变速器的汽车存在燃油经济性较差的问题，从而限制了它的发展。为了解决液力变矩器效率低的问题，汽车界的工程技术人员做了大量的工作。上个世纪60年代的研究重点是采用多元件工作轮来提高液力变矩器的效率。70年代末80年代初开始使用闭锁离合器来提高液力变矩器在高速时的效率［1］。90年代后，随着电子技术的大量应用，液力变矩器的发展进入了一个新的时期，世界各著名汽车公司的液力自动变速器几乎都采用了闭锁离合器滑差控制技术，通过对闭锁离合器摩擦片上压紧油压的调节，实现闭锁离合器微小滑差的精确控制。当闭锁离合器存在微小滑差而非完全闭锁时，一部分动力经液力传动，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。滑差控制时闭锁离合器的滑差量很小，所以摩擦损失也很少。闭锁离合器滑差控制技术的应用，解决了燃油经济性和行驶平顺性的矛盾，大大地提高了AT的性能［2-3］。1 滑差控制锁止离合器

1.1 滑差控制锁止离合器的结构

目前的液力变矩器种类很多，其锁止离合器的结构也不尽相同，但就锁止离合器的结构型式来说主要有两种：一种置于液力变矩器壳体内部，称为内置式；另一种置于液力变矩器壳体的外部，称为外置式。文中讨论的液力变矩器锁止离合器是指内置式锁止离合器。

对锁止离合器进行滑差控制已成为提高液力变矩器综合传动效率的一个有效途径。图1为具有滑差控制功能的锁止离合器及其控制油路［4］。变速器电子控制单元通过电流信号控制电子压力控制阀（EDS），并产生一个比例压力，流向锁止离合器的压力由与摩擦面所传递扭矩成比例的调节阀来调节，变矩器壳与锁止活塞之间的油液被挤出，从而使变矩器壳与锁止活塞连为一体，将扭矩传递给变速器［5］。

1.2 锁止离合器的工作过程

当前的车用液力变矩器锁止离合器大多采用内置式的湿式离合器，这种锁止离合器通常是在液力变矩器封装焊接之后就成了不可拆卸的整体，所以对这种锁止离合器性能的可靠性及寿命较普通的湿式离合器就有更严格的要求。摩擦材料的摩擦系数是影响湿式离合器性能的一个因素。然而，在温度上升后，摩擦材料依然能维持与结合面的吸附和良好贴合的能力则显

＊收稿日期：2003-12-10

基金项目：国家自然科学基金资助项目（50122151）；（50205027）

作者简介：胡建军（1973-），男，四川达州人，重庆大学博士后，主要从事车辆自动变速传动研究工作。

图l 具有滑差控制功能的锁止离合器及控制油路

得更为重要。了解摩擦材料的这些重要的性质，将有助于理解离合器在油液中的工作情况。

l.2.l 锁止离合器的摩擦材料

首先离合器的摩擦材料要能吸附自动变速传动油（ATF），并要能在离合器及其对偶表面间储存油液。这也是很多摩擦片上有孔的原因，如图2所示［6］。其次，摩擦材料要能吻合与之配合作用的表面（钢质的液力变矩器前盖）。这样才能提高离合器形成超薄油膜的能力，以产生在结合前传递扭矩所必需的油膜。另外，摩擦材料必须能在温度升高的情况下保持上述

性能。

图2 带孔的碳素纤维摩擦盘

锁止离合器的摩擦材料有多种。传统的铜基粉末冶金材料在早期的“结合—分离”型锁止离合器中应用广泛。为了获得更好的耐热性，后来又在Keviar~O R 离合器中添加了芳香尼龙纤维作为添加剂，使离合器的表面能承受更高的温度［7］。滑差控制型锁止离合器的摩擦材料主要采用的是两种类型的碳基摩擦材料。其中一种是类似于纤维素和Keviar~的摩擦材料，但碳的含量更高；另一种就是GM在l998年开发的由碳素纤维编织成基体的摩擦材料［8］。由于这种碳的组织具有很好的热传导性，通过把热量传递给锁止活塞进行散热，它能承受比Keviar~O R的摩擦材料更高的温度，在滑动时对摩擦衬面的影响很小。这些性能使得碳基的摩擦材料，特别是碳素纤维编织成的摩擦材料尤其适用于脉宽调制式（PWM）的滑差控制锁止离合器［9-l0］。

l.2.2 湿式离合器的扭矩传递

湿式离合器在结合过程中，会产生冲击。图3是离合器的压紧油压、滑转速度和扭矩随结合过程的变化情况［7］

。

图3 离合器的压紧油压、滑转速度和

扭矩随结合过程的变化趋势

从图中可以看出，离合器的结合过程可明显地分为3个阶段。第l阶段，是离合器结合的起始阶段，此时的离合器摩擦副间间隙很大。离合器类似于粘性联轴器，所有的扭矩都靠ATF的剪切力来传递。第2阶段，摩擦副间间隙迅速减小。尽管在这个阶段扭矩依然是通过ATF来传递，然而是通过另一种方式（约束流体的剪切）来实现的。第3阶段，离合器摩擦副表面接触，开始通过静摩擦传递扭矩。

通过对上述过程的分析，可以得出摩擦材料的摩擦系数在离合器结合过程的第l阶段和第2阶段是无关紧要的。只是在向第3阶段转变的很短时间内，摩擦系数才起到了作用。实际上，所谓的冲击现象就是在动摩擦传动和静摩擦传动之间转换时不同的摩擦系数造成摩擦力矩的突变。这种“滑动—结合”和“结合—滑动”状况，或者说这种“结合状态”是可以预测

2重庆大学学报2004年