本發(fā)明屬于汽車離合器領域，尤其涉及考慮花鍵摩擦副的離合器熱負荷評估方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、濕式換擋離合器以其獨特的承載能力強、傳遞轉矩大和結構簡單等優(yōu)點被廣泛應用于車輛的傳動裝置中，是各類有級變速傳動裝置的核心部件。離合器的配對摩擦副由多片環(huán)狀的對偶鋼片和摩擦片相間布置組成。對偶鋼片通過外花鍵與離合器缸套鍵槽連接，摩擦片通過內花鍵與傳動齒輪連接。離合器接合過程中，動力輸入軸通過缸套將輸入轉矩通過花鍵連接副傳遞給對偶鋼片，摩擦片將摩擦轉矩通過花鍵連接副傳遞給傳動齒輪，完成動力輸出。摩擦元件的軸向運動過程，靜態(tài)受壓過程中，花鍵齒都受到了剪切力作用，產(chǎn)生軸向摩擦力是直接影響了摩擦副間的接觸壓力傳遞，對摩擦元件的溫度場計算、失效分析都有一定的影響。

2、現(xiàn)有技術1中提出了考慮花鍵副的濕式摩擦離合器動力學建模及參數(shù)確定方法，實現(xiàn)了對離合器內外轂與摩擦片和對偶鋼片之間的花鍵連接的動力學特性的研究?，F(xiàn)有技術2中提出了一種盤式制動器中摩擦盤的花鍵齒的磨損檢測方法，能有效檢測摩擦盤的花鍵齒的磨損情況。目前，還沒有相關研究考慮花鍵齒受力特征對摩擦副的轉矩傳遞、溫度場的影響，導致離合器熱力學仿真結果存在誤差，不利于車輛傳動系統(tǒng)的精確控制。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術問題，本發(fā)明提出了考慮花鍵摩擦副的離合器熱負荷評估方法及系統(tǒng)，可以準確獲取離合器所有摩擦元件的接觸壓力和表面溫度，評估摩擦元件的失效趨勢，幫助駕駛員參考使用。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了考慮花鍵摩擦副的離合器熱負荷評估方法，包括：

3、獲取摩擦元件的軸向接觸壓力衰減系數(shù)；

4、基于所述軸向接觸壓力衰減系數(shù)，計算離合器各摩擦副的平均面壓；

5、基于所述平均面壓，獲取離合器各摩擦副的摩擦轉矩和溫度場；

6、基于所述各摩擦副的摩擦轉矩和溫度場，計算各摩擦副的單花鍵齒轉矩和平面內彎矩；

7、基于對偶鋼片的尺寸特征，計算熱機耦合失效的臨界值；

8、基于所述各摩擦副的單花鍵齒轉矩、平面內彎矩和所述熱機耦合失效的臨界值，對離合器熱負荷進行評估。

9、可選的，所述摩擦元件包括：摩擦片和鋼片。

10、可選的，獲取摩擦元件的軸向接觸壓力衰減系數(shù)包括：分別獲取摩擦片的軸向接觸壓力衰減系數(shù)和鋼片的軸向接觸壓力衰減系數(shù)；

11、獲取所述摩擦片的軸向接觸壓力衰減系數(shù)的方法為：

12、

13、其中，ξf為摩擦片的軸向接觸壓力衰減系數(shù)，μ為面摩擦副的摩擦系數(shù)，μf為摩擦片花鍵摩擦副的鍵摩擦系數(shù)，rf為摩擦片花鍵摩擦副的節(jié)圓半徑，αf為摩擦片花鍵摩擦副的壓力角，ri為摩擦元件的內環(huán)半徑，ro為摩擦元件的外環(huán)半徑；

14、獲取所述鋼片的軸向接觸壓力衰減系數(shù)的方法為：

15、

16、其中，ξs為鋼片的軸向接觸壓力衰減系數(shù)，μ為面摩擦副的摩擦系數(shù)，μs為鋼片花鍵摩擦副的鍵摩擦系數(shù)，rs為鋼片花鍵摩擦副的節(jié)圓半徑，αs為鋼片花鍵摩擦副的壓力角。

17、可選的，計算離合器各摩擦副的平均面壓的方法為：

18、

19、其中，pi+1為第i+1個摩擦副的接觸壓力，ξ為軸向接觸壓力衰減系數(shù)，p為離合器的活塞壓力，pi為第i個摩擦副的接觸壓力，i＝1,2,3...m-2為摩擦片編號。

20、可選的，獲取離合器各摩擦副的摩擦轉矩的方法為：

21、

22、其中，m為總摩擦轉矩，mi為第個摩擦片的摩擦轉矩。

23、可選的，獲取所述各摩擦副的溫度場包括：

24、基于所述平均面壓，計算各摩擦副的熱流密度；

25、基于所述熱流密度，獲取所述各摩擦副的溫度場。

26、可選的，計算所述各摩擦副的熱流密度的方法為：

27、qi(r,t)＝μ·pi·ω(t)·r

28、其中，qi(r，t)為各摩擦副的熱流密度，ω(t)是摩擦元件的旋轉角速度，r表示徑向坐標，μ為摩擦系數(shù)。

29、可選的，計算熱機耦合的臨界值包括：

30、分別計算鋼片發(fā)生熱翹曲的臨界彎矩和鋼片的單花鍵齒臨界轉矩；

31、基于所述鋼片發(fā)生熱翹曲的臨界彎矩和鋼片的單花鍵齒臨界轉矩，獲取熱機耦合失效的臨界值。

32、本發(fā)明還提供了考慮花鍵摩擦副的離合器熱負荷評估系統(tǒng)，其特征在于，包括：接觸壓力計算模塊、摩擦轉矩計算模塊、溫度場計算模塊、失效臨界值計算模塊、失效評估模塊；

33、所述接觸壓力計算模塊，用于獲取各摩擦副的平均接觸壓力；

34、所述溫度場計算模塊，用于基于所述摩擦副平均接觸壓力，獲取各摩擦副的溫度場；

35、所述失效臨界值計算模塊，用于計算摩擦元件的失效臨界值；

36、所述失效評估模塊，用于根據(jù)所述失效臨界值，對所述摩擦元件進行評估。

37、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術效果：

38、本發(fā)明提供了考慮花鍵摩擦副的離合器熱負荷評估方法和系統(tǒng)，考慮離合器的摩擦片和鋼片的花鍵齒摩擦力，給出了活塞壓力沿軸向衰減的壓力衰減系數(shù)，從而可以更加準確的計算各摩擦副產(chǎn)生的摩擦轉矩和溫度特征；同時根據(jù)鋼片單花鍵齒承受的轉矩、鋼片承受的平面內彎矩，更加準確的判斷離合器的工作狀態(tài)，評估離合器是否存在熱機失效風險，對降低離合器失效有積極作用，適合大規(guī)模推廣應用。另外，此方法和系統(tǒng)可以實現(xiàn)求解不同位置摩擦元件的實時轉矩和溫度，并獲得不同時刻不同位置的對偶鋼片的摩擦轉矩和徑向溫度場，解決了傳統(tǒng)方法中僅能求解離合器平均溫升和系統(tǒng)摩擦轉矩的弊端。

技術特征：

1.考慮花鍵摩擦副的離合器熱負荷評估方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的考慮花鍵摩擦副的離合器熱負荷評估方法，其特征在于，所述摩擦元件包括：摩擦片和鋼片。

3.根據(jù)權利要求2所述的考慮花鍵摩擦副的離合器熱負荷評估方法，其特征在于，獲取摩擦元件的軸向接觸壓力衰減系數(shù)包括：分別獲取摩擦片的軸向接觸壓力衰減系數(shù)和鋼片的軸向接觸壓力衰減系數(shù)；

4.根據(jù)權利要求1所述的考慮花鍵摩擦副的離合器熱負荷評估方法，其特征在于，計算離合器各摩擦副的平均面壓的方法為：

5.根據(jù)權利要求3所述的考慮花鍵摩擦副的離合器熱負荷評估方法，其特征在于，獲取離合器各摩擦副的摩擦轉矩的方法為：

6.根據(jù)權利要求1所述的考慮花鍵摩擦副的離合器熱負荷評估方法，其特征在于，獲取所述各摩擦副的溫度場包括：

7.根據(jù)權利要求6所述的考慮花鍵摩擦副的離合器熱負荷評估方法，其特征在于，計算所述各摩擦副的熱流密度的方法為：

8.根據(jù)權利要求1所述的考慮花鍵摩擦副的離合器熱負荷評估方法，其特征在于，計算熱機耦合的臨界值包括：

9.考慮花鍵摩擦副的離合器熱負荷評估系統(tǒng)，其特征在于，包括：接觸壓力計算模塊、摩擦轉矩計算模塊、溫度場計算模塊、失效臨界值計算模塊、失效評估模塊；

技術總結
本發(fā)明公開了考慮花鍵摩擦副的離合器熱負荷評估方法及系統(tǒng)，評估方法包括：獲取摩擦元件的軸向接觸壓力衰減系數(shù)；基于所述軸向接觸壓力衰減系數(shù)，計算離合器各摩擦副的平均面壓；基于所述平均面壓，獲取離合器各摩擦副的摩擦轉矩和溫度場；基于所述各摩擦副的摩擦轉矩和溫度場，計算各摩擦副的單花鍵齒轉矩和平面內彎矩；基于對偶鋼片的尺寸特征，計算熱機耦合失效的臨界值；基于所述各摩擦副的單花鍵齒轉矩、平面內彎矩和所述熱機耦合失效的臨界值，對離合器熱負荷進行評估。本發(fā)明可以實現(xiàn)求解不同位置摩擦元件的實時轉矩和溫度，并獲得不同時刻不同位置的對偶鋼片的摩擦轉矩和徑向溫度場，并進行失效評估。

技術研發(fā)人員：于亮,鄭長松,陳漫,張小鵬,歐陽湘軍,魏成思,何春平
受保護的技術使用者：北京理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/10