某傳動系統市區使用工況試驗分析方法研究

吳旭，王朝斌，朱鑫，熊吉，朱雄（國家汽車質量監督檢驗中心(襄陽)，襄陽，441004）

?

某傳動系統市區使用工況試驗分析方法研究

吳旭，王朝斌，朱鑫，熊吉，朱雄
（國家汽車質量監督檢驗中心(襄陽)，襄陽，441004）

摘 要：本文通過研究整車試驗中車輛檔位信息的測量方法，提出了一種以發動機轉速及驅動輪轉速為測量變量的方法來獲得車輛檔位信息的試驗方法，并以某傳動系統為試驗對象，進行市區工況試驗驗證，并對試驗數據進行處理分析。

關鍵詞：傳動系統；市區工況；試驗分析方法；

1　引言

車輛傳動系統中的變速器其功能主要是保證汽車在各種工況之下以適當車速行駛時具有足夠的動力性及燃油經濟性[1-2]。而對于變速器來說在不同工況中，如城市工況、高速工況，其換檔次數及各檔位的使用時間、發動機的輸出力矩等都是不同的。對于采集不同路況下的相關參數，無論是變速箱的前期設計及還是在其臺架耐久上都顯得尤為重要。

而在不同使用工況中，城市工況對變速器的考核最為苛刻，而傳統的整車試驗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，給駕駛員換擋過程中造成一定干擾等弊病。對于任何車輛來說，無極變速傳動系統除外，發動機轉速和驅動輪轉速為一系列相對固定值，而該固定值的變化只與傳動系統檔位變化相關，因此本文將某傳動系統為試驗對象，以發動機轉速、驅動輪轉速、發動機轉矩為試驗變量，進行城市工況數據采集及分析。

2　試驗設計

2.1 道路選擇

在城市道路工況中選取市區中具有代表性的道路作為城市工況道路，該試驗道路中包含有老城區擁堵路段、開發區新建路段、施工中破損路段，試驗路段總長約37 km，試驗路段中總共含有42個紅路燈。

2.2 試驗車輛及儀器

試驗車輛為國產某自主品牌乘用車，試驗載荷為標準設計載荷，試驗車輛通過OBD接口采集發動機轉速信息及發動機輸出扭矩；車輛驅動輪上安裝MSC公司扭力輪采集驅動輪轉速信號。

試驗儀器安裝如下圖所示：

3　相關理論

穿級計數是建立在雨流計數基礎上進行的一種計數方法，其在時域中的宏觀表示為時域數據穿越某一幅值所經歷的次數，具體算法如下[3]

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

4　數據采集與處理

4.1 數據采集及樣本選擇

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數據具有一定的離散性，因此在實際試驗操作中均是采集一定數量的試驗樣本，再在其中選取其中具有代表性的試驗本作為目標樣本。本次試驗中兩名駕駛員在城市交通高峰期按照2.1中確定的試驗路線各進行重復采樣五次，共10個試驗樣本，對該樣本群進行統計分析，以各試驗通道的累計偽損傷值為統計標準量，選取50%存活率的試驗樣本作為本次試驗的目標樣本。下圖為一個試驗樣本的部分通道測量曲線。

4.2 檔位信息統計

對于變速器在市區工況下運行來說，各檔位使用所占的比例，如各檔位所使用的時間，使用的次數、換擋區間等。對于各檔位來說，發動機轉速及驅動輪輪轉速之間的傳動比是固定的，經檢查試驗數據無任何異常，選定左前輪轉速和發動機轉速作為計算車輛總傳動比的原始數據，總的傳動比為左前輪轉速與發動機轉速相比的比值，

式中：As，左前輪轉速；Eng speed，發動機轉速。

以發動機轉速及左前輪轉速為輸入變量，獲取在實際行駛工況中車輛所使用檔位的時域曲線，下圖為目標樣本所使用檔位的時間歷程曲線。

在得到檔位的時間歷程曲線基礎上利用穿級計數算法計算出該市區工況下變速器的各檔位使用信息

上圖為該市區工況中各檔位所使用的次數及使用時間所占的比例，從使用時間上面來看在市區工況中1檔、3檔、4檔及5檔所使用的時間較高，其中1檔使用時間最長；從使用次數來說2檔至4檔使用次數最多，說明在該市區工況中2檔至4檔的使用頻率較高，換擋比較頻繁，6檔使用時間及次數均最少，說明在市區工況中6檔的使用概率較少。在市區工況應重點關注1檔及中間檔位。

4.3 檔位下使用狀況分析

從4.2節中可以看出在市區工況中該變速器主要是1檔、3檔、4檔和5檔，這幾個在市區工況中其發動機轉速及輸出轉矩是如何分布的，對于變速器設計尤其是齒輪耐久來說是兩個很重要的輸入變量，下圖為在市區工況下該變速器上述檔位發動機轉速及轉矩的二維時間分布。

從圖5中可以看出在城市工況中1檔的發動機轉速及轉矩（特別是發動機轉速）相對集中，而隨著檔位的增加其發動機轉速及輸出轉矩也日趨離散，尤其是轉速在5檔情況下發動機轉速分布較為離散。說明在城市工況中1檔主要用在車輛起步上面而在實際行駛中很少使用，而5檔在實際行駛中使用得相對較多。

5　結論

本文以某傳動系統為試驗對象進行市區工況試驗，并以左前輪輪速、發動機轉速及輸出扭矩為輸入變量進行處理分析，得到在城市工況下各檔位的使用時間及使用次數所占比例，發現在城市工況中應該比較關注1檔及中間檔位，通過試驗數據進一步分析得到1檔、3檔、4檔、5檔在該工況下發動機轉速及轉矩二維概率分布圖，在前述4個檔位中1檔無論是發動機轉速及轉矩分布比較集中可以認為該檔位在城市工況中主要用來停車起步的，而其它三個檔位隨著檔位升高發動機轉速及轉矩分布變廣。說明通過該方法可以獲得的各檔位發動機轉速及轉矩分布，其結果可以為傳統系統設計人員提供相關設計依據。

參考文獻：

[1] 劉杰,李超, 劉登明,等.乘用車手動變速箱動態換擋性能測試與分析[J]. 汽車科技,2014,6：47-50.

[2] 叢孟營, 李慶磊, 徐永平,等. 城市客車行駛工況數據分析[J].汽車科技, 2014, 3：59-6.

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

中圖分類號：U467.1+1

文獻標識碼：A

文章編號：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