先进的模型与强健的离合器

——访美国雷贝斯托传动产品有限公司北京代表处首席代表盛强先生

Advanced Modeling Bring out Robust Clutch

An Interview with Mr. John Sheng, Chief Representative of Beijing Office & Manager of Asia business Expansion and Sourcing, Raybestos^®Powertrain LLC

与国内汽车发动机、变速器受政府重视的程度和研发的火热情况相比，国内离合器的研发一直处于“水波不兴”的状态。华粤总经理倪川先生曾笑谈离合器是个“三不管产品”，其在汽车中的作用并未得到国内整车厂的高度关注。离合器背了很多“黑锅”，很多客户把离合器的失效只是归咎于产品本身，而未挖掘其他因素。湿式离合器摩擦材料的开创者之一——雷贝斯托公司北京代表处首席代表盛强先生对这一问题进行了深入解读。雷贝斯托60余年与汽车行业客户密切合作积累而成的经验、知识和对离合器深刻的理解，让我们重新认识了离合器及摩擦材料的重要性。用户从设计阶段就提高对离合器的认识，将为日后提高变速器及整车的性能大有裨益。

□本刊记者蔡文波

可以说，Raybestos^®（雷贝斯托）是摩擦材料领域的老牌明星，它曾在20世纪50年代垄断市场，风光一时。现在，作为全球三大摩擦材料供应商之一，雷贝斯托与博格华纳、达耐时同台竞技。具有多家国际公司工作经验并从业自动变速器零件12年的盛强先生，担负了雷贝斯托亚太市场（重点是中国）的开拓业务。技术出身的盛强先生非常务实，并且勇于接受激烈的市场挑战。目前，身为雷贝斯托北京办事处首席代表的他，肩负着三大重任：一是中国和亚太市场的开发；二是建立雷贝斯托的工厂；三是支持和实施全球化采购。希望通过雷贝斯托在湿式摩擦材料领域的专业经验，为国内的主机厂和一级供应商服务，支持国产离合器和变速器的研发。

AI：雷贝斯托是全球主要的离合器摩擦片的独立制造商，也是湿式摩擦材料的开创者之一。能否请您评价一下雷贝斯托的所取得的成绩和在行业中的地位？

盛强先生：作为一家世界交通工业全球动力系统摩擦材料产品OEM供应商，雷贝斯托一直不断地坚持创新并持续受到好评，我们以这样的历史遗产而自豪，并持续对其丰富和增加。

雷贝斯托始建于1902年，自1938年开始向汽车OEM提供产品，此后我们一直专注于这一核心业务。雷贝斯托在某种程度上可以说是湿式摩擦材料的开创者之一。1950年，雷贝斯托成为美国三大汽车自动变速器零部件的主要供应商之一，并率先将烧结摩擦片改进为有机摩擦材料摩擦片；1980年，雷贝斯托成为使用非石棉湿式摩擦材料的领军者，并通过材料的转换来引导客户；1989年，雷贝斯托率先开发出满足高能量级别要求的摩擦材料，在连续滑摩摩擦材料方面成为技术领军者；进入21世纪，雷贝斯托的摩擦材料率先在最高技术等级要求的保时捷双离合器PDK上获得成功，并成为目前世界上双离合器变速器的主要零部件供应商之一。

在汽车行业，我们为包括美国三大汽车和麦格纳、采埃孚萨克斯等众多知名公司供货，同时，我们的产品在工程机械、农用机械和重载车辆等方面也有着广泛应用。我们与许多客户都保持了半个世纪以上的合作关系，这种深厚的情谊让雷贝斯托久享盛名。

雷贝斯托在美国印第安纳州拥有两个制造基地和一个技术中心。作为全球湿式离合器片的主要供应商，我们不但自己生产摩擦片和对偶片，而且为了确保雷贝斯托摩擦材料的独特性能和质量表现，保持着行业内惟一自行生产摩擦材料（摩擦纸）的制造能力。除了为整车厂及一级供应商供货，我们的Allomatic品牌还提供高质量的摩擦片、对偶片、变速器滤清器和其他自动变速器售后市场相关产品。

AI：与雷贝斯托在美国和欧洲等相对发展成熟的业务市场相比，雷贝斯托进入中国市场的时间比较晚，市场的认知度还不是很高。请问是什么原因阻碍了贵公司在中国的发展？雷贝斯托是否打算在中国建厂？

盛强先生：其实早在20世纪80年代，雷贝斯托就进入了中国市场，当时由于种种原因没有取得实质性的进展。到了20世纪90年代，雷贝斯托开始在中国苏州建立独资工厂，生产干式离合器摩擦制品，并设想在适当的时间以该工厂为基地引入湿式摩擦零件的生产。2008年舍弗勒集团并购了我们的干式摩擦业务，所以我们开始着手重新策划在中国的湿式摩擦零件的生产。

由于近几年雷贝斯托湿式摩擦产品业务的发展，在中国建立服务于中国客户的生产基地已经列入公司的日程。之所以强调是为中国客户服务，是因为我们的工厂是以服务本地客户为目的的。我们将为汽车、重载、工程机械和农业机械的变速器、液力变扭器、分动器、驱动桥以及取力器等产品的OEM和售后市场提供最优性价比的产品和服务。在新工厂投产之前，我们会考虑通过建立中国仓库保证对用户的及时供货。

AI：与同行相比，雷贝斯托的汽车离合器摩擦材料具有哪些突出的特点？假如一家中国的OEM或一级供应商希望与雷贝斯托合作，贵公司会从哪些方面入手，帮助客户更好地进行产品设计研发，减少产品开发时间和成本，并保证出色的产品品质？

盛强先生：就摩擦材料本身而言，每家公司的每一种产品都具备它自己的摩擦特性和不同的配方，而且不同的变速器设计对摩擦材料的要求也不尽相同，所以当对摩擦材料进行横向对比时，千万注意要选用不同公司适于同样能量水平和工况的材料，比如适用于滑摩工况和非滑摩工况的材料，其实验表现就不同。一般会通过摩擦性能（μPVT）、阶梯功和耐久性实验来评价材料的性能，总体上讲，雷贝斯托的摩擦材料具有使用范围宽、换挡平顺性好、产品寿命长以及摩擦表现稳定的优点。

虽然摩擦材料本身会影响离合器的摩擦表现和产品寿命，但离合器及变速器的设计对离合器寿命的影响更直接，其中主要因素包括设计的完整性、激励器与背板的相互作用、冷却设计、系统的热容量(热沉没）、伴生扭矩、热点倾向性、联接到变速器轴的零件惯性、花键载荷等，因此我们总是希望能尽早介入客户的项目开发，充分了解客户的需求和设计，从而通过我们对于离合器及摩擦学、摩擦材料的理解，在设计阶段就先行解决对于产品表现和寿命造成影响的问题。

行家常说：造成自动变速器故障的因素很多，但几乎所有的故障都体现在离合器片上。 所以，通过设计对离合器故障进行准确预判和有效预防是我们减少开发成本和时间的重要途径。                                                                

我们通过先进的离合器和制动器的有限元仿真分析为客户在设计阶段提供有力支持，比如：对于潜在的不稳定因素，如热点、压力集中点及热集中点的探测；对于应用条件下最佳离合器、制动器结构方案的选择；应用条件下最合适的摩擦材料的选择；尺寸的优化；将离合器有害条件最小化运行的控制策略；油槽的设计和控制热行为的流体流量的确定。

在这里有必要谈一下我们的离合器数模，我们坚持不懈地开发和改进离合器和制动器热机过程仿真方法，虚拟模型提供了在系统中对于多种因素关键交互作用的独特的洞察力，因此有助于找到最佳的系统方案。这是加速开发进程、减少时间和费用并激励创新的有效途径。我们使用这一方法来支持高度工程化的PDK单元中的双离合器变速器的开发。

自1996年起我们使用FE代码的Abaqus/SIMULIA，这一代码是用户子程序增强型的，它与大量的雷贝斯托的专门技术相结合，用来定义关键的接触交互作用、材料特性和运行条件。

实验鉴定是模型开发的一个重要部分。实验设备例如SAE2^#实验机就被用于验证和精炼模型以确保它们的高可靠性。模型的预测同样也被用来与大量的不同应用的现场数据相比对。这一输入总是被仔细地分析并成为模型验证的一个不可分割的部分。

在构建离合器、制动器系统的特性之外，我们还研究流体的冷却效果。这包括了与一家著名大学的联合研究以通过计算流体动力学（CFD）的运用来预测流体中的热传导。CFD的分析结果最近已经被结合到离合器、制动器的FE结构分析中，这是通过对离合器的热弹性过程与油槽中流动的流体热效果的协同仿真而实现的。我们用这样的办法来了解这些非常重要而又非常复杂的交互作用。

成功地进行先进模型分析需要强健的计算工具和熟练的分析经验。同时对于被塑造的问题的物理理解极为重要，而这也许正是我们专业技术中最为关键的成份。这种理解来源于仿真结果与实验数据对比的结果验证。在这一过程中我们体会到对于模型的可靠性来说，一些表面上不起眼的假设是多么地关键，比如那些热接触的交互作用或边界条件。我们也了解了在复杂模型中的许多不确定的可能参量并制定了使其最小化的策略从而获得最可靠的结果。

AI：仿真分析在加速开发进程、减少时间和成本等方面的作用被越来越多的汽车制造商所认可，在此，请您详细谈谈贵公司在这方面的经验。

盛强先生：如前所述，我们通过数模仿真已经解决了大量的实际问题。实践中，大量的离合器、制动器的问题来源于结构特点：比如背板或压板的柔性过大、不利的支撑形式、所谓指状活塞的应用等。某些结构特点带来包括不均匀的接触压力分布并产生局部高温和热应力的后果，最终，它们经常导致摩擦材料的釉化和摩擦系数的退化、材料的过度磨损和破裂、对偶片及摩擦盘的扭曲和锥形形变。模型帮助我们定义这些问题以及可能的对策。这些对策可能包括消散一些离合器包内的热机交互作用，并且这些对策经常是通过一些相当简单和经济的方法来实现的。在一个案例中，我们通过对原OEM设计的单面离合器片进行简单换向，并轻微改动背板，就实现了令人吃惊的50%热应力的减少。需要注意的是：在许多情况下，获得性能和能力的显著改善是无成本的。雷贝斯托部分类似的改进已在美国获得专利。

在摩擦材料的类型和基准尺寸方面：不同使用条件需要不同特性的摩擦材料。例如：在高速条件下摩擦材料应该具有高柔韧性以避免热点发生，而高压条件则要求更硬的材料、更高的机械强度。实施这些规则的挑战有些是很明显的，即如何进行特定的量化的材料推荐？有的推荐是根据经验、有的推荐则是根据对离合/制动器上所发生的复杂过程的深度分析。我们的模型回答了大部分这样的问题；与材料特性同样重要的是基本尺寸。首先，摩擦材料必须具备充分的厚度以便为离合器包提供必要的柔顺度；其次，其他尺寸比如对偶钢片的厚度也是非常重要的。因此，建模的目的是确定最优化的基本尺寸和材料特性的组合。

离合器控制方面：显而易见，在离合/制动器上的总能量和瞬时功率主要影响极限温度和应力。进一步说，我们的模型还展示了同样重要的其他因素。在给定的能量和功率下，切合初期的运行条件至关重要。我们已经通过客户的应用证实，在某些情况下，通过对离合器切合初期的适当调整可以有效地减缓热点发生。我们最近的建模工作包括离合器控制对于热效应的影响并着眼于建立量化的措施、工程设计约束目标的优化和离合器系统控制。

综上所述，雷贝斯托具有与客户密切合作所需的经验、知识和深刻的理解，能够从高度专业和优化的设计的角度开发产品来满足客户对于传动系摩擦产品的要求。

AI：作为变速器的配套商，您如何看待未来变速器的发展趋势？您认为今后一段时期内，哪种变速器会成为市场主角？相应地，对离合器摩擦材料的性能会提出哪些新的要求？

盛强先生：我认为DCT将会与AT、CVT并存并成长为汽车市场的热点，尤其是相对于混合动力车而言，这是由于DCT所能提供的前所未有的动力性能和燃油经济性所决定的。

在DCT中离合器扮演主要的功能性角色，这就要求摩擦材料提供更好的摩擦性能和耐久性能；同时也要求离合器、离合器片的设计协同一致更为完美和合理。当然，摩擦材料的研究也将随着变速器的发展而不断深入，我们相信能够更出色地满足使用要求的摩擦材料会不断出现。