一种离合器间歇接触等效温度场计算方法和装置

本发明属于汽车离合器，尤其涉及一种离合器间歇接触等效温度场计算方法和装置。

背景技术：

1、湿式换挡离合器以其独特的承载能力强、传递转矩大和结构简单等优点被广泛应用于车辆的传动装置中，是各类有级变速传动装置的核心部件。在湿式离合器接合过程中，摩擦元件间的接触滑摩会产生大量摩擦热，导致摩擦元件温度的突然增加。然而，摩擦元件温度过大会加剧磨损，甚至会导致其失效，影响传动装置的可靠性和驾驶完全性。

2、然而，学者们仅研究了完好摩擦片的温度场特性，专利cn202310335032.6根据起始时刻的起始表面温度，以及温升和温降，即可确定出较为准确的湿式离合器的表面温度。专利cn202310332141.2根据离合器的原始温度值、温度修正系数和预测温升量，预测离合器的最终温度。专利cn202410376193.4提出了一种基于接触压力函数的温度场预测方法。然而，这些专利都是假定摩擦元件是均匀接触的，忽略了摩擦元件翘曲变形后的温度场特性。

3、专利zl202110576122.5提出了一种基于非均匀压力模型的离合器温度场获取方法和装置，但仅考虑了摩擦元件在径向的接触非均匀性；论文“换挡离合器摩擦元件周向间歇接触温度场研究”、论文“液黏摩擦副马鞍形屈曲变形接触及温度场分布特性研究”都是假定了摩擦元件的理想间歇接触形式，然后再计算了温度场。为了揭示摩擦元件的失效演化过程，对其失效进行精确溯源，必须给粗失效变形后的实际接触接触特性，基于此计算实际温度场特征及其影响，才能在实车行驶过程中及时监测和评估离合器的失效状态，并针对性的提出视情维护措施。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种离合器间歇接触等效温度场计算方法和装置。其中，一种离合器间歇接触等效温度场计算方法，包括：

2、获取已经发生翘曲变形的摩擦元件，并对所述摩擦元件进行静压试验，获得所述摩擦元件的实际接触区域；

3、获取所述摩擦元件实际接触区域的坐标特征，根据所述坐标特征计算所述实际接触区域的接触面积，估计所述实际接触区域的形状特征；

4、根据所述实际接触区域的接触面积计算所述实际接触区域的接触压力，根据所述接触压力获得计算区域的热流密度分布；

5、确定接触区域的热边界条件，基于所述计算区域的热流密度分布计算获得所述实际接触区域的温度场特征。

6、优选地，对所述摩擦元件进行静压试验，获得所述摩擦元件的实际接触区域的过程包括：

7、将感压试纸、变形摩擦元件、完整摩擦元件按照顺序叠加：完整摩擦元件a、感压试纸ⅰ、变形摩擦元件b、感压试纸ⅱ、完整摩擦元件c按照顺序依次叠加，获得摩擦元件组合；

8、将所述摩擦元件组合放在压力机的置物架上，通过控制器向所述压力机传输压力信号，将压力作用于所述摩擦元件组合上；其中，所述压力机施加的压力值为离合器在实车状态下的油压值；

9、将所述压力机保压预设时间后，撤回压力，取下所述感压试纸ⅰ和感压试纸ⅱ；通过fpd-8010e分析软件对感压试纸所述感压试纸ⅰ和感压试纸ⅱ进行扫描，将实际接触区域显形，获得所述摩擦元件的实际接触区域。

10、优选地，获取所述摩擦元件实际接触区域的坐标特征的过程包括：

11、以所述摩擦元件的圆心为坐标原点，建立极坐标系，获取实际接触区域的坐标特征，划分获得m个接触区域；

12、在径向上，每一个径向坐标节点的步长δr为l/20，r1和r2分别为摩擦元件的内、外径，l＝r2-r1，所以，i＝r1，r1+l/20，r1+l/10，……，r2；

13、在周向上，每一个周向角度坐标节点的步长δθ为π/18，j＝0，π/18，π/9，……其中，接触离散点的坐标可以表示为q(i，j)，式中i、j、k和n分别表示r、θ、z和t方向的坐标，δr、δθ、δz、δt表示每一个方向上的步长；

14、设定第a个接触区域的周向圆心角为θa，径向长度为la，la＝l2-l1；其中，l1，l2为接触区域径向方向的起点和终点坐标。

15、优选地，根据所述坐标特征计算所述实际接触区域的接触面积，估计所述实际接触区域的形状特征的过程包括：

16、第a个接触区域：

17、

18、优选地，根据所述实际接触区域的接触面积计算所述实际接触区域的接触压力的过程包括：

19、计算所有接触区域的接触面积之和：

20、计算摩擦元件名义接触面积：s＝π(r22-r12)；

21、计算变形摩擦元件的宏观接触率：

22、所述摩擦元件的接触压力的公式表达式为：

23、

24、其中，papp为活塞油压。

25、优选地，根据所述接触压力获得计算区域的热流密度分布的过程包括：

26、根据实际接触区域的个数，将摩擦元件对应分为m个计算区域；所述计算区域包括接触区域和非接触区域；

27、则所述计算区域的热流密度分布表示为：

28、q(i,j,k)＝μ·p(i,j,k)·ωrel(t)·r

29、式中，ωrel是离合器的相对角速度，μ为摩擦系数。

30、优选地，确定接触区域的热边界条件的过程包括：确定所述计算区域的对流换热边界、热流密度边界以及绝热边界；

31、其中，所述对流换热边界的摩擦副的内、外径处的热对流边界条件为：

32、热对流

33、热对流

34、式中，t表示摩擦元件温度，toil是环境温度；hi、ho分别为内、外径处的对流换热系数；ρ，c和λ分别是摩擦元件的密度、比热容和导热率；

35、每一个计算区域内，接触区域对应热流密度输入区域，则热流密度边界的边界条件表示为：

36、

37、式中，q为热流密度；

38、每个计算区域的周向边界为绝热边界，则所述绝热边界的边界条件表示为：

39、

40、优选地，基于所述计算区域的热流密度分布计算获得所述实际接触区域的温度场特征的过程包括：

41、采用差分方式代入到间歇接触状态下的摩擦元件三维热传导方程进行求解，得到

42、

43、其中，间歇接触状态下的摩擦元件三维热传导方程为：

44、

45、式中，

46、将热边界条件带入差分方程，得到和sa1b1ba的传热方程、和sdcba的传热方程以及和的传热方程；

47、联立所述和的传热方程、和sdcba的传热方程以及和的传热方程，求解获得摩擦元件每个计算区域的温度场特征；

48、其中，和的传热方程表达式为：

49、

50、式中，

51、和的传热方程表达式为：

52、

53、和的传热方程表达式为：

54、

55、本发明还提供一种离合器间歇接触等效温度场计算装置，包括：

56、接触区域获取模块，用于获取已经发生翘曲变形的摩擦元件，并对所述摩擦元件进行静压试验，获得所述摩擦元件的实际接触区域；

57、接触面积获取模块，与所述接触区域获取模块连接，用于获取所述摩擦元件实际接触区域的坐标特征，根据所述坐标特征计算所述实际接触区域的接触面积，估计所述实际接触区域的形状特征；

58、接触压力获取模块，与所述接触面积获取模块连接，用于根据所述实际接触区域的接触面积计算所述实际接触区域的接触压力；

59、热流密度获取模块，与所述接触压力获取模块连接，用于根据所述接触压力获得计算区域的热流密度分布；

60、温度场特征获取模块，与所述热流密度获取模块连接，用于确定接触区域的热边界条件，基于所述计算区域的热流密度分布计算获得所述实际接触区域的温度场特征。

61、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

62、本发明提供一种离合器间歇接触等效温度场计算方法和装置，考虑离合器摩擦元件的翘曲变形特征，通过压力机试验方式获得变形摩擦元件的实际接触区域和面积，继而获得变形摩擦元件之间的实际接触压力分布特征，得到摩擦元件间的实际间歇接触温度场。此方法可以计算摩擦片的均匀接触状态和间歇接触状态的温度场特征，与现有技术相比，本发明所提供的技术提高了离合器温度场计算的精度和准确性，为摩擦元件的失效监测和评估提供理论依据，为离合器的视情维护提供技术基础。对离合器安全设计、结合控制、寿命评估都有重要参考意义。