某傳動(dòng)系統(tǒng)市區(qū)使用工況試驗(yàn)分析方法研究

吳旭，王朝斌，朱鑫，熊吉，朱雄（國(guó)家汽車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(襄陽(yáng))，襄陽(yáng)，441004）

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某傳動(dòng)系統(tǒng)市區(qū)使用工況試驗(yàn)分析方法研究

吳旭，王朝斌，朱鑫，熊吉，朱雄
（國(guó)家汽車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(襄陽(yáng))，襄陽(yáng)，441004）

摘 要：本文通過(guò)研究整車(chē)試驗(yàn)中車(chē)輛檔位信息的測(cè)量方法，提出了一種以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速為測(cè)量變量的方法來(lái)獲得車(chē)輛檔位信息的試驗(yàn)方法，并以某傳動(dòng)系統(tǒng)為試驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行市區(qū)工況試驗(yàn)驗(yàn)證，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

關(guān)鍵詞：傳動(dòng)系統(tǒng)；市區(qū)工況；試驗(yàn)分析方法；

1　引言

車(chē)輛傳動(dòng)系統(tǒng)中的變速器其功能主要是保證汽車(chē)在各種工況之下以適當(dāng)車(chē)速行駛時(shí)具有足夠的動(dòng)力性及燃油經(jīng)濟(jì)性[1-2]。而對(duì)于變速器來(lái)說(shuō)在不同工況中，如城市工況、高速工況，其換檔次數(shù)及各檔位的使用時(shí)間、發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出力矩等都是不同的。對(duì)于采集不同路況下的相關(guān)參數(shù)，無(wú)論是變速箱的前期設(shè)計(jì)及還是在其臺(tái)架耐久上都顯得尤為重要。

而在不同使用工況中，城市工況對(duì)變速器的考核最為苛刻，而傳統(tǒng)的整車(chē)試驗(yàn)中獲取檔位信息主要是在換擋手柄附近安裝位置傳感器，以獲得檔位信息，而該方法存在儀器安裝困難，給駕駛員換擋過(guò)程中造成一定干擾等弊病。對(duì)于任何車(chē)輛來(lái)說(shuō)，無(wú)極變速傳動(dòng)系統(tǒng)除外，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速為一系列相對(duì)固定值，而該固定值的變化只與傳動(dòng)系統(tǒng)檔位變化相關(guān)，因此本文將某傳動(dòng)系統(tǒng)為試驗(yàn)對(duì)象，以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩為試驗(yàn)變量，進(jìn)行城市工況數(shù)據(jù)采集及分析。

2　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 道路選擇

在城市道路工況中選取市區(qū)中具有代表性的道路作為城市工況道路，該試驗(yàn)道路中包含有老城區(qū)擁堵路段、開(kāi)發(fā)區(qū)新建路段、施工中破損路段，試驗(yàn)路段總長(zhǎng)約37 km，試驗(yàn)路段中總共含有42個(gè)紅路燈。

2.2 試驗(yàn)車(chē)輛及儀器

試驗(yàn)車(chē)輛為國(guó)產(chǎn)某自主品牌乘用車(chē)，試驗(yàn)載荷為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)載荷，試驗(yàn)車(chē)輛通過(guò)OBD接口采集發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信息及發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩；車(chē)輛驅(qū)動(dòng)輪上安裝MSC公司扭力輪采集驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)。

試驗(yàn)儀器安裝如下圖所示：

3　相關(guān)理論

穿級(jí)計(jì)數(shù)是建立在雨流計(jì)數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行的一種計(jì)數(shù)方法，其在時(shí)域中的宏觀表示為時(shí)域數(shù)據(jù)穿越某一幅值所經(jīng)歷的次數(shù)，具體算法如下[3]

式中：RFM為雨流矩形；RES為雨流矩陣留數(shù)；K(k),k=2, …,n為穿級(jí)向量；b為基線(xiàn)；e為結(jié)束點(diǎn)；a為起始點(diǎn)；

4　數(shù)據(jù)采集與處理

4.1 數(shù)據(jù)采集及樣本選擇

由于城市道路工況及駕駛員操作具有一定的不確定性造成在試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有一定的離散性，因此在實(shí)際試驗(yàn)操作中均是采集一定數(shù)量的試驗(yàn)樣本，再在其中選取其中具有代表性的試驗(yàn)本作為目標(biāo)樣本。本次試驗(yàn)中兩名駕駛員在城市交通高峰期按照2.1中確定的試驗(yàn)路線(xiàn)各進(jìn)行重復(fù)采樣五次，共10個(gè)試驗(yàn)樣本，對(duì)該樣本群進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以各試驗(yàn)通道的累計(jì)偽損傷值為統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)量，選取50%存活率的試驗(yàn)樣本作為本次試驗(yàn)的目標(biāo)樣本。下圖為一個(gè)試驗(yàn)樣本的部分通道測(cè)量曲線(xiàn)。

4.2 檔位信息統(tǒng)計(jì)

對(duì)于變速器在市區(qū)工況下運(yùn)行來(lái)說(shuō)，各檔位使用所占的比例，如各檔位所使用的時(shí)間，使用的次數(shù)、換擋區(qū)間等。對(duì)于各檔位來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及驅(qū)動(dòng)輪輪轉(zhuǎn)速之間的傳動(dòng)比是固定的，經(jīng)檢查試驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)任何異常，選定左前輪轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速作為計(jì)算車(chē)輛總傳動(dòng)比的原始數(shù)據(jù)，總的傳動(dòng)比為左前輪轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相比的比值，

式中：As，左前輪轉(zhuǎn)速；Eng speed，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及左前輪轉(zhuǎn)速為輸入變量，獲取在實(shí)際行駛工況中車(chē)輛所使用檔位的時(shí)域曲線(xiàn)，下圖為目標(biāo)樣本所使用檔位的時(shí)間歷程曲線(xiàn)。

在得到檔位的時(shí)間歷程曲線(xiàn)基礎(chǔ)上利用穿級(jí)計(jì)數(shù)算法計(jì)算出該市區(qū)工況下變速器的各檔位使用信息

上圖為該市區(qū)工況中各檔位所使用的次數(shù)及使用時(shí)間所占的比例，從使用時(shí)間上面來(lái)看在市區(qū)工況中1檔、3檔、4檔及5檔所使用的時(shí)間較高，其中1檔使用時(shí)間最長(zhǎng)；從使用次數(shù)來(lái)說(shuō)2檔至4檔使用次數(shù)最多，說(shuō)明在該市區(qū)工況中2檔至4檔的使用頻率較高，換擋比較頻繁，6檔使用時(shí)間及次數(shù)均最少，說(shuō)明在市區(qū)工況中6檔的使用概率較少。在市區(qū)工況應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注1檔及中間檔位。

4.3 檔位下使用狀況分析

從4.2節(jié)中可以看出在市區(qū)工況中該變速器主要是1檔、3檔、4檔和5檔，這幾個(gè)在市區(qū)工況中其發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及輸出轉(zhuǎn)矩是如何分布的，對(duì)于變速器設(shè)計(jì)尤其是齒輪耐久來(lái)說(shuō)是兩個(gè)很重要的輸入變量，下圖為在市區(qū)工況下該變速器上述檔位發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩的二維時(shí)間分布。

從圖5中可以看出在城市工況中1檔的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩（特別是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）相對(duì)集中，而隨著檔位的增加其發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及輸出轉(zhuǎn)矩也日趨離散，尤其是轉(zhuǎn)速在5檔情況下發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速分布較為離散。說(shuō)明在城市工況中1檔主要用在車(chē)輛起步上面而在實(shí)際行駛中很少使用，而5檔在實(shí)際行駛中使用得相對(duì)較多。

5　結(jié)論

本文以某傳動(dòng)系統(tǒng)為試驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行市區(qū)工況試驗(yàn)，并以左前輪輪速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及輸出扭矩為輸入變量進(jìn)行處理分析，得到在城市工況下各檔位的使用時(shí)間及使用次數(shù)所占比例，發(fā)現(xiàn)在城市工況中應(yīng)該比較關(guān)注1檔及中間檔位，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析得到1檔、3檔、4檔、5檔在該工況下發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩二維概率分布圖，在前述4個(gè)檔位中1檔無(wú)論是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩分布比較集中可以認(rèn)為該檔位在城市工況中主要用來(lái)停車(chē)起步的，而其它三個(gè)檔位隨著檔位升高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩分布變廣。說(shuō)明通過(guò)該方法可以獲得的各檔位發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩分布，其結(jié)果可以為傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供相關(guān)設(shè)計(jì)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉杰,李超, 劉登明,等.乘用車(chē)手動(dòng)變速箱動(dòng)態(tài)換擋性能測(cè)試與分析[J]. 汽車(chē)科技,2014,6：47-50.

[2] 叢孟營(yíng), 李慶磊, 徐永平,等. 城市客車(chē)行駛工況數(shù)據(jù)分析[J].汽車(chē)科技, 2014, 3：59-6.

[3]Erwin Haiba, Betriebsfestigkeit. VDI-Verlag GmbH , Duesseldorf, Print in Germany, 1989, ISBN 3 - 18 -400828 – 2.

中圖分類(lèi)號(hào)：U467.1+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005-2550（2016）02-0084-04

doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2016.02.014

收稿日期：2015-10-28

Study on Test and Analysis Methods about a Transmission System in Urban Contions

WU Xu, WANG Chao-bin, ZHU Xin, XIONG Ji, ZHU Xiong
( National Automobile Quality Supervision and Test center (Xiangyang), Xiangyang 441004, China )

Abstract:This article studies on a measurement method for vehicle gear information during vehicle experiments. We put forward a test method which use engine speed and driven wheel speed as measurement variables, so as to abtain vehicle gear information. Taking a drive system as test object, we proceed an experimental verification on urban conditions and analysis test data.

Key Words:transmission system; urban contions; test and analysis methods