自動變速器在重型越野汽車上的匹配應用

張榮瑾

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

測試試驗

自動變速器在重型越野汽車上的匹配應用

張榮瑾

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

重型越野汽車經常運行在啟停頻繁和路面復雜的工況，為滿足平穩的低速性能，并能使車輛具有良好的適應能力和高機動性，有效減少駕駛員的疲勞感，提高車輛的動力性、經濟性和安全性，文章從實際運用出發，針對目前國內重型越野汽車發展現狀，討論自動變速器的應用，實現機械安裝、電子控制和潤滑冷卻的最優匹配。

重型越野汽車；自動變速器；匹配應用

CLC NO.:U463.23 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-96-04

引言

在全社會對人力成本控制、環境保護的重視程度越來越高的背景下，自動變速器憑借智能技術，有效解決了手動變速器對外部人力、環境的依賴問題。它將推動民用卡車向駕駛舒適、節能減排發展。國外汽車廠商成功推出第一臺用于卡車和公共汽車的全自動變速器，它的出現使人們體會到了操作的簡便輕松、維修保養消耗減少及車輛性能改進等許多綜合優點。隨著國內道路條件改善和交通運輸業發展，自動變速器為大噸位、大功率、多軸化卡車的發展提供了有力支撐。

重型越野汽車不僅滿足了部隊的裝備需要，而且幾乎所有型號的軍用重型越野汽車都有相應的民用型號，在公路運輸、石油勘探、工程建設等方面大量使用，為國民經濟建設發揮著巨大的作用。由于重型越野汽車使用條件極為惡劣，對車輛機動性和平穩低速性具有較高的要求，自動變速器的匹配，解決了手動變速器擋位多、選換檔操縱沉重、勞動強度大的問題。

1、自動變速器的分類

自動變速器是相對于手動變速器能夠自動根據發動機轉速來進行換檔。按變速方式的不同，可分為有級自動變速器和無級自動變速器兩種，有級自動變速器是具有有限個定值傳動比的自動變速器，無級自動變速器是能使傳動比在一定范圍內連續變化的自動變速器。常見的有四種形式，分別是液力自動變速器（AT）、電控機械自動變速器（AMT）、機械無級自動變速器（CVT）、雙離合器自動變速器（DCT）。

1.1 液力自動變速器（AT）

液力自動變速器是由液力變扭器、行星齒輪和液壓操縱系統組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達到變速變矩。其中液力變扭器是AT最重要的部件，它由泵輪、渦輪和導輪等構件組成，兼有傳遞扭矩和離合的作用。

圖1 液力自動變速器結構原理

1.2 電控機械自動變速器（AMT）

電控機械式自動變速器是在傳統干式離合器和手動齒輪變速器的基礎上，加裝電子控制系統，將手動換檔機構改造成自動換檔機構，從而實現自動換檔的有級式機械自動變速器。

圖2 電控機械自動變速器結構原理

1.3 機械無級自動變速器（CVT）

機械無級自動變速器主要靠主、從動輪和金屬帶來實現速比的無級變化，變速比不是間斷的點，而是一系列連續的值，形成不同的速比不同，致使變速箱輸出的轉速也隨之變化，從而實現不分檔次的徐緩轉動。實現了良好的經濟性、動力性和駕駛平順性，而且降低了排放和成本。

圖3 機械無級自動變速器結構原理

1.4 雙離合器自動變速器（DCT）

DCT是兩個傳統手動變速箱的集合體，擁有兩個離合器，兩根輸入軸，但僅有一根輸出軸。離合器的分離與接合，以及擋位切換都在電腦的掌控下通過液壓機構進行控制，因此也能提供手動換擋模式。以傳統手動變速箱為基礎加入雙離合器和電控組件，獲得優異的性能表現和良好的燃油經濟性。

圖4 雙離合器自動變速器結構原理

綜合以上，AT具有對外負載良好的自動調節和適應性，使車輛起步平穩，加速均勻，其減振作用可降低傳動系的動載和扭振，延長傳動系的使用壽命，提高乘坐舒適性、行駛安全性、通過性以及車輛的平均速度。

2、自動變速器在重型越野汽車上的應用

根據重型越野汽車的戰地要求，為了保證車輛的機動性和行駛平穩性，依據整車設計方案和整車設計條件（表1），整車匹配關鍵總成結構型式及參數定義如表2。

表1 整車設計條件

表2 整車主要總成結構型式及參數定義

2.1 動力匹配

根據整車和發動機外特性參數，計算出車輛滿載狀態時的動力性（最大爬坡度、加速時間、最高車速）和經濟性（等速油耗、續駛里程）。

表3 整車動力性計算結果

表4 整車經濟性計算結果

通過以上計算和分析，某8×8重型越野汽車整車動力性與續駛能力的匹配計算結果達到或超出了整車方案對機動性與續駛能力的要求。由于在計算過程中某些參數的設定取些估算值，與最終狀態會有偏差，因此，計算結果與實際狀態存在一定的偏差。后期根據試驗驗證結果，將持續改進或優化越野環境下的動力性，并通過零件優化提升傳動效率，降低附件功率損耗，以提升整車經濟性。

2.2 機械安裝

由于自動變速器無離合器，需要通過適配器進行過渡連接，因此對裝配工藝提出了較高的要求，需要安裝相應的裝配規范進行聯結裝配（見圖5）。

圖5 變速器與發動機連接示意圖

變速器與發動機聯結成動力總成后按照整車設計方案（安裝角度），依據扭矩計算結果，采用4點懸置加變速器輔助支撐進行布置。懸置系統固定點位于發動機曲軸箱殼體前端兩側、飛輪殼兩側以及變速箱殼體尾端上部。結合重型卡車懸置系統布置形式以及各懸置點在動力總成上的位置，懸置系統采用四點式支撐，前、后均為平置式，左右對稱布置；增加變速箱懸置輔助支撐，減小發動機飛輪殼后端面靜態彎矩。

圖6 動力總成安裝示意圖

2.3 電控系統

根據整車電控系統設計，自動變速器提供了CAN網絡通信（SAE J1939）。電子控制系統能按汽車行駛的需要選擇相應的擋位，實現更復雜、更合理的控制，獲得更理想的經濟性和動力性，并可簡化液壓控制系統。提高控制精度和反應速度，容易實現整車控制。

圖7 液力自動變速器控制系統簡圖

控制系統由電子控制裝置和閥板總成兩部分組成，電子控制裝置由傳感器、控制開關、執行器及電子控制單元（ECU）等組成。電子控制單元（ECU）根據傳感器檢測所得節氣門開度、車速、油溫等運轉參數，以及各種控制開關來的當前狀態信號，經運算比較和分析后按設定的程序，向各個執行器發出指令，以操縱閥板總成中各種控制閥的工作，從而最終實現對自動變速器的控制。

圖8 液力自動變速器換擋操控簡圖

2.4 冷卻匹配

液力自動變速器的液力傳動過程中，傳動介質為潤滑油，潤滑油除了本身的潤滑以外，還承擔了動力傳動的任務。液壓傳動整個過程變速箱傳動效率為80%左右，其余接近20%的能量以克服零部件阻力以及熱量的形式消耗掉。這部分熱量足夠潤滑液吸收并升溫至120度以上，甚至更高，直至潤滑油產生高溫氧化，粘度急劇下降，潤滑效果變差，最終增加功率損耗，影響變速箱壽命。為了保證自動變速器及潤滑油能夠在正常的溫度下工作，不至于溫度過高，需要進行專門的散熱設計，自動變速器冷卻系統，布置及基本的工作原理同發動機冷卻系統類似，自動變速器冷卻介質為其專用的變速箱潤滑油，系統主要由油泵、冷卻潤滑通道、液力變矩器、油底殼、進出油管、進出水管、油冷器等組成（見圖9）。

圖9 液力自動變速器油冷卻示意圖

將變速器油冷器串聯在發動機大小循環中，要確保冷卻系統的大小循環都能通過油冷卻器，采用外置節溫器方案，發動機冷卻水流經發動機水套后全部進入變速箱油冷器，再進入調溫器室，調溫器根據水溫調節大小循環的比例，這樣即可實現全流式的變速箱冷卻。

3、標定及性能測試

自動變速器匹配完成后，對整車功能進行測試，根據路譜的采集對各個工況下進行換擋質量標定、自學習模塊標定、上下坡模式標定、“三高”標定、駕駛性標定，經過反復標定，對于整車開發過程中開展路譜采集輸入及TCU數據的優化，以改善換擋質量，減少換擋沖擊。

圖10 液力自動變速器標定過程

4、結束語

通過某8×8重型越野汽車液力自動變速器的應用，實現了機械安裝、電子控制和潤滑冷卻的最優匹配，經過重復標定及TCU數據優化，改善了換擋質量，使整車動力性和經濟性完美結合，推動社會環境保護和節能減排發展。

[1] 余志生,汽車理論[M].北京:機械工業出版社,2000.

[2] 王洪亮,劉海鷗,陳慧巖,越野車輛的自動變速系統[J],北京理工大學學報,2009年03期.

[3] 劉文光,商用汽車電控機械自動變速器智能控制技術研究[D],江蘇大學,2010年.

[4] 劉振軍,秦大同,胡建軍,重型車輛自動變速技術及發展趨勢[J];重慶大學學報(自然科學版),2003年10期.

Application of automatic transmission in heavy off road vehicle

Zhang Rongjin
( Anhui Jianghuai Automobile Group Corp., Ltd. Anhui Hefei230601 )

Heavy off-road vehicle often run frequently and road complex conditions in Kai, in order to meet the stable performance at low speed, and can make the vehicle have good adaptability and high maneuverability, reduce driver fatigue, improve the dynamic performance and economic performance and the safety of the vehicle, this paper from the actual use of in China heavy off-road vehicle development status, discusses the application of automatic transmission, mechanical installation, lubrication and cooling of electronic control and optimal matching.

Heavy off-road vehicle; Automatic transmission; Matching application

U463.23

A

1671-7988 (2017)08-96-04

張榮瑾，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.033