[发明专利]用于确定湿式离合器的温度的方法

说明书

相关申请

本申请要求2011年4月12日递交的临时申请61/474,742的优先权，该临时申请以引用的方式全部并入文中。

技术领域

本发明涉及用于确定自动变速器中湿式离合器的实时温度的方法和系统。

背景技术

自动变速器具有长期使用的液压应用的离合器，例如，通过同步地打开和关闭附接于行星系统的不同元件的选择离合器，以实现行星齿轮系中的速比变化。用在自动变速器中的离合器总成通常包括多个分离器、摩擦片和其他组件。摩擦片由在每侧结合有摩擦材料的低碳钢铁芯片组成，当分离器片被拖至离合器外壳时，该低碳钢芯片被用花键连接至输入轴，反之亦然。离合器外壳可以与另一个轴（旋转离合器）或与变速箱（制动离合器）连接。

由于它们的对于换挡质量和成本效益的令人满意的摩擦特性，基于湿式纸的摩擦材料已主要作为离合器衬面用于汽车的自动变速器和作为制动材料用于工业车辆。然而，由于在极端高温条件下缺乏热稳定性和化学稳定性，纸基纤维素纤维经常分解，导致材料断裂、高摩擦衬层厚度减小、以及失去最终适宜的摩擦特性。事实上，人们认为，高温引起的摩擦材料的热降解是用于确定湿式离合器的寿命周期的主要因素。

在摩擦材料热降解到一定程度后，摩擦特性将显著地改变，且摩擦材料的性能将受损害。通常，在高温下，摩擦材料中的最不耐热的组分将首先降解。仅举例说明，在示例性的湿式摩擦离合器中，第一次快速的下降发生在大约380℃且其对应纤维素的降解速度。第二次快速的下降发生在大约550℃，且其对应惰性材料的降解速度。例如，在热重分析（TGA）测试条件下，一些纤维素纤维在近200℃下开始碳化，然后在大约420℃下完成降解。

在摩擦系统发生的来自高能转换引发的温度的损害是累积的。每一次向高温的偏移激活损害机制，然后将损害累积到已经形成的损害中。通过降低峰界面温度和通过缩短高于激活温度的时间，来降低对摩擦材料的损害，且可延长摩擦系统的使用寿命。

除了导致离合器故障之外，高的离合器温度还影响换挡质量。众所周知，在换挡期间，极佳的换挡质量取决于精确的离合器扭矩的实现。通常，离合器扭矩是离合器摩擦系数（COF）的线性函数，该离合器摩擦系数（COF）是温度的强近线性函数。再一次，仅举例说明，示例性的离合器的COF可能在100度的温度变化中改变20%至30%。因此，将被理解的是，没有温度补偿，换挡质量是非常难维持的。

发明内容

本公开提供了一种新的用于确定湿式离合器的温度的方法和该方法用以提高换挡质量、预防故障和诊断潜在问题的用途。

在接合期间，分离器片和摩擦片通过压力压在一起，相对滑速的动能在交界面转化成热量。对于每一次换挡，离合器系统吸收在接合期间由离合器的滑动产生的能量，然后通过分离器花键齿，利用油和热传导而远离摩擦系统。因此，对于摩擦系统能量平衡存在三个要素：能量输入、能量存储、和能量消耗。

能量输入主要发生在为了启动升挡而应用离合器的接合期间和在为了启动降挡而释放离合器的分离期间。换挡的全部能量为滑速和离合器扭矩随时间的综合结果。在换挡期间，相对于能量消除速率，能量输入速率（功率）通常是非常高的。结果，在换挡期间，分离器和摩擦片的温度升高。

能量从摩擦系统消除主要是通过流过分离器的油和通过凭借花键齿传导至轮毂和外壳。当未应用离合器时，存在流向离合器的冷却油。当应用时，如果离合器作为总成旋转，则冷却流受离心力作用强行通过摩擦衬面中的凹槽，从热表面带走热量。至于起制措施用的换档离合器，油料未受离心力作用驱使通过凹槽，高百分比的热量将利用通过花键齿的传导而消除。

接合期间，在界面处温度的上升由输入能量、通过分离器的热量耗散速率、和传动油的热量消除速率而确定。在摩擦界面附近的温度历程是重要的，因为其确定了性能特征、尤其是摩擦材料的热降解速率。

通过设计，如果离合器不会经受在时间上紧密隔开的高能换挡，则离合器的耐热性应该不是个问题。然而，如果换挡之间的时间对于摩擦系统返回至油槽存油的温度是不充足的，紧密隔开的换挡将导致温度逐渐升高。即使对于单个的换挡的能量输入可以从估算的离合器扭矩和滑速中计算出来，在离合器接合/分离期间和之后，则冷却效果是依赖时间的且是非常难于估算的。典型的线性或非线性的查阅表和预定的恒定温度衰减率不能用来估算实际的离合器温度，因为离合器的温度是输入能量和冷却热传递的综合结果。