AMT控制技术：离合器转矩传递特性

根据离合器的实际尺寸和摩擦特性，离合器能传递的转矩T_CL和施加到离合器的压力F_n的关系为

式中，n为摩擦面数目；μ为摩擦系数；ω_m为发动机转速；ω_c为输入轴转速，r_f为等效摩擦半径。

式中，r_a、r_b分别为摩擦盘的外径和内径。

从上述公式可看出，只要调整离合器的接合力F_n，就可以调整离合器能传递的转矩。离合器的接合力大小取决于离合器的位置和离合器执行机构作用到换档指上的力的大小。根据离合器压盘的分离力特性曲线，可以得到对应位置的膜片弹簧压力F_s，这个力的一部分被执行机构顶住F_a，剩下的一部分作用在离合器摩擦片上，即F_n，故有

F_n=F_s-F_a

当离合执行机构不驱动时，即F_a=0，那么膜片弹簧的全部力量就加载在离合器摩擦片上。因为膜片弹簧力不完全是线性的，所以离合器摩擦片能传递的转矩和离合器的位置也不完全是呈线性关系的。再有就是摩擦系数μ，它不是一个常数而是变化的，这就给控制带来了难度。有效的办法是实时自学习和自动适应。

当发动机输出转矩大于离合器能传递的转矩时，离合器打滑。发动机输出转矩越大于该转矩时，滑差越大。所以配合调节发动机的输出转矩和离合器的接合位置就可以调节离合器传递的转矩大小和离合器的滑差大小。

图5-6所示为在离合器从全分离位置开始接合到离合器摩擦片接触之前，离合器不能传递任何动力。当离合器逐渐接合使得主动盘和离合器摩擦片开始接触时，离合器开始将发动机的部分转矩传递给变速器的输入轴，但两者转速一般有差别，该点被定义为接触点或开始滑摩点，简称滑摩点。当所传递的转矩还比较小时，原是静止的车辆可能还不会动。随着离合器摩擦片的进一步接合逼近，所传转矩会增加，车速可能上升。当离合器开始能传递发动机输出的全部转矩时，离合器主动盘和从动盘没有速差，此点被定义为接合点。但是当施加的转矩变化时，该点位置也是变化的，所需传递的力矩越大，该点越远离开始接触点。当离合器接合到某一点时，离合器就可以传递标称的最大转矩。从接触点到最大转矩传递点是离合器的滑摩区。这个区一般是比较小的，只是毫米级，而且转矩传递的大小和接合距离关系不一定像图5-6所示的线性关系。一旦发动机的输出转矩大于离合器能够传递的转矩，离合器就会打滑，变速器的输入轴和输出轴就会出现滑差，发热和磨损就会发生。所以根据离合器的滑摩位置控制发动机的输出转矩，是防止离合器不必要打滑的重要手段。

先假设离合器摩擦片的摩擦材料和离合器的温度不变，那么离合器传递转矩和接合深度如图5-6所示。

图5-6 离合器开度和传动转矩示意图

图5-6中所示的5个圆点代表着离合器5个重要位置：

①离合器分离顶点：这是离合器能分离的极限点。对于一个成型的离合器，这个点基本上是固定的。

②离合器开始接触滑摩点（Kiss Point）：当离合器开始接合时，离合器摩擦片还没有接触，但当到达滑摩点时，离合器已经能够传递一点转矩，传递转矩的大小仅够带动没有负载的输入轴由静止开始空转。这个转矩的大小取决于输入轴的轴承摩擦阻力和输入轴旋转时的搅油阻力。输入轴的等效惯量和温度对静态阻力和动态阻力有一定的影响。在低温下，这个阻力可能会很大。它和离合器的磨损程度也都有很大关系。这一点通常简称为滑摩点。

③离合器最小动车点（Bite Point）：这是当挂好档后慢慢接合离合器，随着离合器摩擦片能传递的动力增加，车辆开始移动的点。这个点对起步控制很有用，但是这个点不是固定的，这和路面坡度、路面光滑度、车辆载重、轮胎充气量、发动机转速、离合器的磨损程度等都有关系。(www.xing528.com)

④离合器最小无滑点：离合器慢慢接合到该点时，已经没有了滑差，输入轴转速等于发动机转速。这个点也是变化的，一是由于摩擦片的磨损，二是由于转矩的变化。转矩越小，该点离开始接触滑摩点很近，反之越远。当离合器磨损到一定程度时，离合器在大转矩下可能一直打滑，这时，就该更换离合器的摩擦片了。这一点也叫开始分离滑摩点，当离合器逐渐打开到这一点时，开始出现滑摩。

⑤离合器完全接合点：关离合器到达此点时，离合器压盘已经完全放松压在摩擦片上。离合器应能传递最大转矩。当分离离合器到达该点前是空行程的虚位，压盘不变形，分离力很小。这一点的位置也是变化的，对于新摩擦片，该点离离合器最小接合点距离较远，但在摩擦片磨损后，这点即靠近离合器最小接合点。

位于图5-6纵轴上的离合器接合顶点是离合器执行机构能朝接合方向运行的极端位置。由于机械限位的作用，离合器执行机构只能关闭到这里。从离合器完全接合点到达该点就是虚位区。

离合器最小无滑点的位置和转矩的关系就是离合器的实际转矩传递曲线。每个离合器的实际转矩传递曲线可以通过变速器台架或实车实验得到。台架测试的方法比较简单。先接合离合器并设置驱动轴以一定的转速恒速旋转（转速控制），输出轴接上可变的转矩负载。

在离合器完全接合的情况下，逐渐加大驱动转矩直到离合器开始打滑，开始打滑点的转矩就是在该转速下的最大传递转矩。不同的转速，测到的值可能有所不同。

然后慢慢分步分离离合器，重复上面的测试，就可得到在不同离合器开度下和不同转速下的最大传递转矩。在小开度里，最大传递转矩应该比较接近。当拐点开始出现时，就是最大转矩滑摩区的起始点。

继续以上步骤直到离合器全部分离为止，这样离合器的整个由开始传递动力到打滑开始点的轨迹曲面就能被绘制出来。

同理，也可将离合器先全部分离并在输出轴上加以不同负载，然后在输入轴恒速运转的条件下慢慢接合离合器直到输入轴可以带动输出轴转动，这就得到在该位置下能开始传递的转矩。图5-7所示为实现这个测试的一个简单装置示意图。

图5-7 离合器承载力测试示意图

通过加以不同的重荷，就可以测到离合器在该速度下从滑摩点开始进入全负荷的轨迹。改变速度和重复以上实验就可得到能传递转矩的整个曲面。从开始滑摩到结束滑摩进入全负荷和从全负荷开始到滑摩退出负荷的轨迹可能不重合。

在实车上也可以做相类似的试验。在底盘测功机上以一固定的坡度运转，然后让离合器逐渐分离直到离合器打滑，然后又慢慢接合离合器直到不打滑，这就可以得到进入离合器打滑和停止打滑2个位置点。然后加大发动机输出转矩重复以上工作，就可得到完整的曲线。当然，测功机也许不能仿真足够陡的坡道使发动机在大转矩输出情况下打滑。另外，测功机上得到的转矩读数值需要和实际值进行验证。

如上所述，只有在滑摩区，离合器能传递的最大转矩是变化的，所以在分离离合器时，为了缩短时间，可分为三步。第一步是从全闭合快速分离到能传递目前转矩的最小无滑摩点，这段时间不影响离合器转矩的正常传递。第二步是进入滑摩区进行滑摩控制直到开始接触滑摩点，这个区域内的分离速度对换档性能非常重要。为了换档舒适，必须将离合器的接合位置和发动机的输出转矩紧密接合起来同时进行控制。一旦分离到接触滑摩点，离合器已不能传递任何动力，此点之后的分离速度不会对动力链产生什么影响，因此可以加快。离合器位移和载荷曲线示意图如图5-8所示。

滑摩点和滑摩区都会随时间的变化、磨损的变化而变化。移动距离和膜片弹簧弹性系数等也会随时间的推移发生变化。再有，即使是同类离合器，各个离合器之间的差别也是不小的。因此为达到精确控制的目的，控制系统必须自学习。控制系统根据学习到的最佳距离、真实的转矩传递特性进行控制才能达到最佳效果。这在自学习一章中再详细讨论。

图5-8 离合器位移和载荷力曲线示意图