自动变速器锁止摩擦片的性能剖析- 大数跨境

Top-Master 拓玛斯特变速箱

2017-02-22

导读：纯干货！！！技术文献--自动变速器锁止摩擦片的性能剖析

自1940年世界上第一台被大批量装车的自动变速箱通用Hydra-Matic自动变速器装车至今已经有76年的发展。从开始的3挡、4挡，发展到后来的5挡、6挡、7挡和8挡甚至目前最新的9挡变速器。自动变速箱档位数越来越多对液力变矩器的锁止离合器控制模式也发生着很大的改变。从原来纯液压的控制，发展到用电磁阀控制的初级滑差控制，再发展到如今的高级连续滑差控制模式，液力变矩器内的锁止摩擦片也随着变速器不断提升的性能要求而升级换代。维修人员因此需要了解其中锁止离合器控制模式的变化过程，以及控制模式对于锁止摩擦片不同性能的要求。

液力变扭器最早的控制模式被称之为开关式锁止控制模式，即液力变矩器中的锁止离合器只有2种状态：完全锁止和完全释放。这是最简单的锁止控制模式，主要用于液控的自动变速器，比如很久以前的3挡变速器和一些早期版本的4挡变速器。由于锁止离合器要么完全结合，要么完全分离，锁止摩擦片工作的频率很低，只需要高的摩擦系数即可，既不需要耐热，也不需要耐磨，更不需要考虑锁止的舒适度。开关型的锁止摩擦片与纸张和木头纤维有类似的成分结构。随着电控技术的引入，液力变矩器的锁止离合器开始使用脉宽调制型（PWM）电磁阀来控制其锁止油压，锁止的过程中开始出现一些半打滑状态，锁止摩擦片在半打滑时处于动摩擦状态，会产生更多的热量，因此对耐磨和耐热性能的要求就要比原来的开关型锁止摩擦片高了。很多4挡和5挡的自动变速器都使用这种锁止控制模式。其中通用公司的4T65E系列变速器是一个例外，它采用了更为复杂的电控程序，即所谓的ECCC模式（电控锁止模式），锁止离合器大多时间都处于半打滑状态，因此会产生大量的热量，所以通用公司采用了编制碳（SWC）的碳基摩擦片，用来提高其耐热性。然而随着6挡及更多挡位自动变速器的出现，这种大量、连续滑差的锁止控制模式开始普遍应用。然而碳基摩擦片很快被淘汰，不仅因为其制造成本很高，更重要的是此时的锁止控制对舒适、连续性提出了更高的要求，摩擦片不仅要更耐热，而且要能提供非常好的防颤抖能力。更高的防颤性能是对于摩擦片技术的主要挑战。碳基摩擦材质传递扭矩的效率不高，并不能很好地满足这种要求。因此在很多6挡和8挡自动变速器中开始普遍使用特殊处理的大滑差控制摩擦片，比如宝马新款的8挡自动变速器就采用了高能滑差摩擦HTS材质（HIGH THERMALSLIPPING）。这种新型摩擦材质不仅提供了极其优异的耐热性能，而且还提供了锁止过程中滑顺的结合和防颤性能，而成本却低于碳基摩擦材质，此外，其燃油经济性也比碳基摩擦材质要好的多。正是其出色的防颤性能，这种材质也用于大众湿式DSG变速器的离合器中。

自动变速箱液力变矩器锁止摩擦片一般通过以下几个指标来衡量：静摩擦系数和动摩擦系数、耐热量、防颤性能、剪切强度、孔隙率和耐磨性。

静摩擦系数和动摩擦系数
静摩擦系数意味着摩擦材料防止打滑的能力。静摩擦系数越大，打滑就需要更大的扭矩。在开关型锁止系统中，静摩擦系数是主要考量的指标，数值越大性能越好。动摩擦系数指的是用来维持持续的打滑所需的力，动摩擦系数需要在保持稳定的前提下提供较高数值。下图中所示的T摩擦片（俗称的“黄片”）就是为开关型系统设计的，其摩擦系数较高。但其弱点是在锁止过程中，由于动摩擦系数转换到静摩擦系数，摩擦系数在完全锁止前会出现一段波动和不稳定，如果使用在滑差控制的系统中就容易出现颤抖。图中HTE高能摩擦片（HIGH THERMAL ENGAGING）的动摩擦和静摩擦系数均衡，数值也较高，而且极其耐热，非常适用于初级电控的、带有一定打滑量的锁止系统中。图中的HTL、XTL和PT摩擦片是用于大排量、大扭矩的系统中。HTL （HIGHTHERMALLOCKUP）摩擦片是原厂采用的大扭矩摩擦片，动、静摩擦系数都比后市场用的PT材质要更好一些。而XTL摩擦片则是原厂对于一些大排量的自动变速器采用的超高扭矩的新材料，从图1可以看到，其静摩擦系数要远高于其他摩擦片，就是为了大扭矩情况下防止打滑。图中的HC（高碳）摩擦片和通用原厂使用的，S WC（编制碳）摩擦片的摩擦系数都很低，其耐热程度很高，但扭矩传递效率不高，大扭矩下容易出现抖动，也不适用于大扭矩的系统。由于其制造成本过高，而且会导致整个车辆的燃油经济性降低，因此碳基摩擦片除了通用公司的自动变速器以外，其它变速器很少使用。在最新款的通用8挡自动变速器中也已不再使用碳基摩擦片，通用转而采用性能更高的HTL和XTL材质。

热容最/耐热性
热容量指的是摩擦材质在失效前能容忍的热量。由于自动变速器的锁止系统采用了越来越多的半打滑控制，因此摩擦片需要承受越来越多的热量。从图3可以看到，原来为开关型锁止系统设计的摩擦片（T摩擦片）只有很差的耐热性能，其性能与最高的HTS材质比起来只有1/5。相比之下，HTE高能摩擦材质虽然成本只有HTS材质的一半左右，但其耐热性却是相当好，甚至比造价高昂的编制碳SWC摩擦材质提供更高的耐热性，因此在维修市场中，只要不存在颤抖的情况，维修人员一般都愿意在液力变矩器中使用HTE材质。

孔隙度

孔隙率意味着摩擦材质能存储油的能力。摩擦片在正常工作时，必须能够存储一定量的自动变速器油。存储的油越多，摩擦材质就能得到越好的润滑，从而降低热量的影响。在连续滑差控制的高级电控系统中，这个性能至关重要。这也是HTS材质能替代一些带油槽的摩擦片的原因之一，很高的孔隙率就像很多小油槽一样存储了大量的油用来润滑，既降低了热量的影响，也改善了锁止离合器结合时的平稳性。图4中显示部分摩擦材料孔隙度的对比，以便维修人员在翻新液力变扭器时选择适应材质的摩擦材料。

防颤性：

从6挡自动变速器开始，锁止的防颤性变得越来越重要，随着自动变速器挡位越来越多，每个换挡过程都需要锁止离合器进行工作，锁止离合器几乎都处于半离合的滑差控制状态。而车主对换挡的平滑舒适性要求却更苛刻了，因此对锁止离合器的防颤抖性能要求越来越高，而提升锁止摩擦片性能是其中最有效也是成本最低的方法，因此新款自动变速器都采用了技术含量更高的摩擦片。摩擦材质的弹性越高，其防颤性能就越好，这也是对新型摩擦材质的挑战之一。图5显示HTS材质具有最高的防颤性，而通用的编制碳材质防颤性最差，T片（黄片）也是防颤性很差的一种材质。

下面我们用图标的方式列出目前市场是较多使用的摩擦材质各种系数的分析：

静摩擦系数(图1）