雙離合器自動變速箱軸齒工作診斷方法研究

許存國

(東風鼎新動力系統有限公司,湖北武漢 430058)

0 引言

雙離合器自動變速箱是一種比較先進的自動變速器,具有傳動效率高、換擋過程無動力中斷、舒適性好、燃油經濟性好等諸多優點。在國外早已為高端車型配置,而國外的DCT 技術相對成熟,已經進行批量化生產。近年來,國內已有多家企業進行了DCT相關研發,并投入了市場,但由于其結構和控制系統復雜,在對雙離合器自動變速箱研究的過程中,有必要進行故障診斷的研究,以增強雙離合變速箱運行時的穩定性和整車安全性,提高對軸齒故障確診率和維修效率。轉速傳感器安裝在變速箱輸入軸上,所測轉速是判定動力傳動系統的重要參數,為了保證擋位對應齒輪工作的準確性,根據速比對輪速進行計算,來校驗齒輪工作是否正常。一般的轉速傳感器只測量轉速,而本文中介紹通過輸入軸轉速來診斷扭矩傳遞路徑和路徑上齒輪工作情況。該方法的理論基礎明確,計算精度高,穩定性好,能滿足變速箱的各種穩態工況。

1 軸齒診斷原理

根據該種變速箱軸齒硬件設計如圖1,DCT由多片雙離合器、自動換擋裝置、電控液壓系統等組成。掛3和5擋與輸入軸1連接,由離合器1控制;1、2、4、6、R擋齒輪與輸入軸2連接,由離合器2控制。而1、2、3、5、6擋與輸出軸1連接,4,R擋與輸出軸2連接。

圖1 6 擋扭矩傳遞圖Fig.1 6-speed torque transmission diagram

當同步器S3掛入6擋時,扭矩傳遞路徑如圖2,由于變速箱輸出軸與輪胎通過萬向節剛性連接,那么在輸出軸轉速與輪胎轉速應該保持一致,那么通過比較輸出軸轉速與輪胎轉速就能診斷出該扭矩傳遞路徑工作是否正常。

圖2 6 擋軸齒診斷流程圖Fig.2 6-speed gear diagnosis flowchart

計算公式如下:

根據速比可以由6 擋輸入軸轉速計算輸出軸轉速,如下:

由車速反算輪速,如下:

將式(2)和(3)帶入(1),得:

ISR1-帶方向輸入軸1轉速,ISR2-帶方向輸入軸2轉速,G2-2擋速比,G6-6擋速比,FD-差速器速比,OSR1-帶方向輸出軸1轉速,OSR2-帶方向輸出軸2轉速,Vehspd-車速(km/h),Spd6_Err-6擋轉速差值,Trd-輪胎直徑(m),WhlSpd-輪胎轉速,Err_Max-最大轉速差值。

最后判斷Spd6_Err是否小于Err_Max,如果小于最大轉速差值Err_Max,將不會報出故障;如果大于最大轉速差值Err_Max,則報出故障。

而1擋是通過組合實現擋位的,將S2掛上3擋齒輪,S3同步器掛入2擋齒輪后,一擋的扭矩傳遞路徑如圖3所示。

圖3 1 擋扭矩傳遞圖Fig.3 1st gear torque transmission diagram

輸入1軸→3擋齒輪→6擋齒輪→輸入2軸→2擋齒輪→輸出1軸;

在離合器完全壓合后,1擋診斷計算如下:

由于輸出軸1 轉速與輪胎轉速應該保持一致:

由1 擋輸入軸轉速根據速比計算輸出軸轉速,如下:

由車速反算輪速,如下:

將式(11)和(12)帶入(10),得:

也是判斷Spd6_Err是否小于Err_Max,來報出故障。

同樣R 擋是也是通過組合實現擋位的,將S2 掛上3 擋齒輪,S3同步器掛入2擋齒輪后,SC掛上R擋齒輪,R擋的扭矩傳遞路徑如下:

輸入1軸→3擋齒輪→6擋齒輪→輸入2軸→2擋齒輪→R擋齒輪→輸出1 軸;

在離合器完全壓合后,R 擋診斷計算如下:

由于輸出軸1 轉速與輪胎轉速應該保持一致:

由1 擋輸入軸轉速根據速比計算輸出軸轉速,如下:

由車速反算輪速,如下:

將式(15)和(16)帶入(14),得:

最后判斷Spd6_Err是否小于Err_Max。

2 診斷分析

除了診斷出該扭矩傳遞路徑上,軸齒工作不正常,還能通過邏輯算法,進一步識別出問題齒輪。

診斷分析1:

在行車中,擋位在1擋時,出現故障,如圖4在該扭矩傳遞路徑中的3擋,6擋,2擋齒輪都可能工作不正常。轉速傳感器可直接測得3擋所在輸入軸1轉速,因為這時3擋和6擋齒輪通過同步器剛性連接,通過齒比可以計算出6擋所在輸入軸2轉速P,而通過另一個轉速傳感器可以測得的6擋所在輸入軸2轉速ISR2,計算值P與測量值ISR2進行比較,這樣可以診斷出是否是3和6擋齒輪出現問題。這樣就可以縮小診斷檢查問題的范圍。

圖4 1 擋診斷流程圖Fig.4 1st gear diagnosis flowchart

同樣的原理可以用在組合擋位的R 擋倒擋上問題齒輪分析。

診斷分析2:

安裝在5擋上的轉速傳感器測量輸入軸1轉速,3擋齒輪也安裝在輸入軸1上,由于是雙離合變速箱,3擋和4擋可以同時結合同步器,那么連接同一個差速器的輸出2軸會跟著轉動,4擋齒輪將連接的輸入軸2轉動,這時安裝在6擋測量輸入2軸的傳感器測量輸入軸2的轉速,由于兩個輸出軸連接差速器的速比一樣,如圖5,可以診斷出3擋和4擋是否工作正常。

圖5 3 擋和4 擋診斷流程圖Fig.5 3rd and 4th gear diagnosis flowchart

根據換擋設計,4擋和5擋同時在擋時,也有同樣的診斷分析邏輯,來具體判斷軸齒工作是否正常。

3 結論

本文詳細研究了一種對軸齒故障診斷的策略,設計了故障診斷的流程圖,并進行了相關的參數標定和計算。該診斷邏輯清晰,鑒于軸齒在變速箱中的廣泛應用,后續的重點是開展動態換擋時軸齒工作診斷研究。