自動變速器換擋品質評價指標體系研究現狀

陳橋，姚廣濤，張英鋒，王繼佳

（1．軍事交通學院研究生管理大隊，天津300161；2．軍事交通學院軍用車輛系，天津300161）

自動變速器換擋品質評價指標體系研究現狀

陳橋1，姚廣濤2，張英鋒2，王繼佳1

（1．軍事交通學院研究生管理大隊，天津300161；2．軍事交通學院軍用車輛系，天津300161）

針對目前換擋評價指標體系尚未形成統一規范，制約著自動變速器產業化發展的實際，對現存的評價指標體系進行了總結歸納和分類評述，并提出了發展趨勢。

自動變速器；換擋品質；換擋評價

自動變速器關鍵技術是目前制約我國重型車輛特別是特種大功率車輛發展的一個關鍵因素。由于我國自動變速器起步相對較晚，核心技術自主創新實力未能跟上市場需求速度，關鍵技術依賴國外進口，自主研發自動變速器的產品性能還有一定的提高空間。建立一個評價指標周全、評價方法合理、評價控制優化的換擋品質評價體系，對提升我國自動變速器自主研發能力具有重要的意義。

英國的Richardo公司較早地關注車輛換擋品質評價問題，開發了GSQA（GearShift Quality Assessment）評價系統，初步對傳統的換擋品質評價指標進行了定義和規范，所形成的評價體系具有一定影響力。奧地利的AVL公司從整車的駕駛性能出發，把換擋噪聲和換擋時瞬態的燃油消耗及排放性納入到了評價體系內。我國一汽集團、吉林大學和北京理工大學等單位一直在從事著相關工作研究，在換擋品質研究和換擋評價控制等方面并取得了一系列成果，但整體來看，至今仍未能形成關于換擋評價的行業規范，構建一個具有行業共識的、精確穩定的評價系統非常迫切。本文從系統的角度出發對當前紛繁復雜的換擋品質評價指標體系進行歸納梳理和分類評述，并提出發展趨勢，以期使換擋品質評價指標體系研究更加條理化，進而為評價方法理論研究提供有益參考。

1 換擋品質評價指標體系概述

換擋品質評價，或者換擋質量評價，是指換擋動作對車輛性能和駕駛員健康的影響程度進行等級劃分的過程[1-2]。換擋品質評價指標是指用以考察換擋行為對車輛性能和駕駛員健康影響的各項可量化的評價項目。構建合理、周全、表征性能強的評價指標體系，對換擋評價指標的概念和范圍進行權威性地定義和完善是當前換擋評價工作，甚至是推動變速器自主研發工作中最為迫切的工作之一。清晰地定義各評價指標體系的內涵及其所表征的物理意義，不僅要求所選取的指標能真實地反映出實車換擋過程的優劣性，還要滿足實車試驗時的監測數據獲取能力[3]。

2 專項功能指向型換擋評價指標體系

專項功能指向型換擋評價指標體系是指針對某些特定型號或特種功能的車輛，對重點考察的換擋評價某些特定項目，有目的地構建換擋評價指標體系。例如吉林大學的王健等[4-7]根據重型特種車輛的結構特征和使用特點，針對傳統的換擋評價指標涵蓋范圍比較狹窄的問題，分析了換擋質量對車輛性能的影響，提出增加噪聲、排放性能影響和換擋燃油經濟性為新的換擋評價指標，基于SVM模型構建了新的換擋評價體系。新的評價體系除了常見的沖擊度和換擋時間為主的評價指標，還包括了換擋過程中的噪聲、排放性能影響、換擋燃油經濟性、換擋轉彎能力等，具體如圖1所示。

圖1 專項功能指向型換擋評價指標體系

此類構建的評價體系拓寬了傳統的以舒適性為主的換擋品質評價范圍，對完善換擋品質評價概念具有重要的理論意義。然而，由于此類評價體系具有一定的側重性，在考察換擋行為時，可能會忽略掉某些潛在的關鍵評價指標，故在構建此類評價體系時，應根據實驗設計方案，充分地考慮各個評價指標的作用，既要發揮專項功能指向型換擋評價指標體系的高效性，又要兼顧其周全性。

3 整車性能指向型換擋評價指標體系

整車性能指向型換擋評價指標體系是指針對換擋過程對整車性能的影響而建立起來的，較為周全細致的評價指標體系。這種評價體系較為適合新變速器設計和改進、新型號開發與檢測。使用該體系評價的換擋評價系統，能為變速器的工作效果以及換擋過程對整車性能的影響提供一個較為清晰的描述。如，同濟大學的孫賢安等[8-13]認為換擋品質指標應綜合分析整車動力性、平順性、經濟性、傳動系統壽命和駕駛員舒適性方面的影響，基于此提出以加速時間和加速度均方根值作為動力性評價指標，以燃油消耗率和燃油消耗量作為經濟性評價指標，以能量密度、功率密度和沖擊度均方根作為傳動系耐久性評價指標，以沖擊度、加速度、沖擊劑量值、發動機輸出轉速和輸出轉矩波動量最大值作為舒適性評價指標，具體如圖2所示。

圖2 整車性能指向型換擋評價指標體系

此類換擋品質評價指標體系能較好地涵蓋整車的各個性能，所開發的評價系統具有非常強的實用價值。

4 工程控制指向型換擋評價指標體系

工程控制指向換擋評價指標體系是指針對工程應用實際中，某些如能量密度、發動機輸出轉矩波動這一類評價指標在工程實際中比較難直接測得的實際情況，尤其對于某些需要進行積分的量，其中間需求解的未知變量多，且計算求解過程非常復雜，換擋評價過程在實際的操作中存在相當大的困難的實際情況，從工程控制的角度出發，適當地簡化某些指標變量求解或者直接采用某些相關變量替代某些難以實際應用的指標變量所構建起來的換擋評價體系。如劉洪波等[14-18]針對傳統的換擋評價指標不明確、評價指標難以量化的問題，從控制的角度出發，提出換擋指標應在能充分表征換擋過程的基礎上需滿足測量的簡便性，同時提出應分段細化評價指標于最優的控制期望區間以便換擋過程的實時控制。此類換擋品質評價體系包括結合時加速度波動量、負向最大沖擊度、正向最大沖擊度、分離時發動機轉速超調量、換擋響應時間等10項內容，具體如表1所示。通過計算機仿真和實車試驗，均能驗證該評價指標體系和評價模型的準確性和實用性，具有一定的參考價值。

表1 換擋品質評價指標

同時，孫賢安等[19-21]針對工程應用中指標求解繁瑣問題，分別設計了評價系統，對換擋評價指標數據采集、濾波和計算進行了離散化簡化處理，其所生成的評價報告可為優化換擋品質提供可靠的數據支撐。此外還有以濾波后的加速度峰值、沖擊度峰值、平均功率最大值、10～14 Hz縱向加速度峰值作為指標的評價指標體系[21-23]。

5 換擋品質評價指標體系發展趨勢

當前，學術界尚未對所有具體的評價項目進行規范。但是，隨著電子控制技術在自動變速器領域的廣泛應用，僅以沖擊度和滑磨功為評價指標的傳統評價指標已經明顯不能滿足不斷發展的自動變速器技術要求。新的換擋品質評價指標應充分考量車輛縱向動力學、傳動系統壽命、燃油消耗和排放性能等方面的影響。針對具體的指標變量，工程實際中應采用新的測試技術手段，簡化測試與控制過程[24-25]。此外，對于具有特殊用途的大功率車輛而言，其換擋評價指標除了需要考慮駕駛員舒適性和車輛性能，還應重點評估其執行特殊任務或在極端條件下完成相應操作的作業能力。

6 結束語

（1）本文針對當前已構建的各式各樣換擋評價體系進行了歸納，并將其分類為專項功能指向型、整車性能指向型、工程控制指向型三類。

（2）結合具體的例子，針對每一種指標體系類型的特點進行了評述，詳細論述了每種指標的優缺點。

（3）提出了換擋評價指標體系的發展趨勢。

[1]王健.換檔質量綜合評價系統的研究[D].長春：吉林大學，2007.

[2]Dejan Matijevic.Modern Design and Control of Automatic Transmission and The Prospects of Development[J].Journal of Applied Engineering Science，2015，13（1）：51-59.

[3]Naunheimer，H.，Bertsche，B.，Ryborz，J.，Novak，W.（2011）Automotive Transmissions-Fundamentals，Selection[J].Design and Application（2nd ed），Berlin，Springer-Verlag.2011，61（10）：642-978

[4]王健，雷雨龍，郭孔輝，等.車輛換檔質量概念的完善與評價[J].吉林大學學報（工），2007，37（5）：1014-1018.

[5]Schoeggl P，Ramschak E.Vehicle Driveability Assessment using Neural Networks for Development，Calibration and Quality Tests[C]//SAE 2000 World Congress.2000：1385-90.

[6]張迪，田晉躍，姚金煜，等.基于灰色關聯分析法的變速器換擋特性評價[J].汽車技術，2015（11）：39-43.

[7]王葉，陶剛，李德晴，等.綜合傳動換擋品質的誤差逆傳播神經網絡評價方法[J].兵工學報，2014，35（4）：495-500.

[8]孫賢安，吳光強.雙離合器式自動變速器車輛換擋品質評價系統[J].機械工程學報，2011（08）：146-151.

[9]張建國，雷雨龍，王健，等.基于BP神經網絡的換檔品質評價方法[J].吉林大學學報（工），2007，37（5）：1019-1022.

[10]Newman K，Kargul J，Barba D.Development and Testing of an Automatic Transmission Shift Schedule Algorithm for Vehicle Simulation[J].SAE International Journal of Engines，2015，8（3）.

[11]雷雨龍，王健，田華，等.基于支持向量機的換檔質量評價系統[J].系統仿真學報，2007，19（24）：5818-5820.

[12]Ide T，Kitajima H，Otomori M，et al.Structural optimiza tion methods of nonlinear static analysis with contact and its application to design lightweight gear box of automatic trans mission of vehicles[J].Structural&Multidisciplinary Opti mization，2016，53（6）：1383-1394..

[13]雷雨龍，劉科，付堯，等.基于理想換擋過程的換擋品質評價模型[J].吉林大學學報（工），2015，45（2）：358-363.

[14]劉洪波，雷雨龍，張建國，等.雙離合器式自動變速器換檔品質評價與優化[J].吉林大學學報（工），2012，42（6）：1360-1365.

[15]陳剛，張為公，龔宗洋，等.基于D—S證據理論的汽車換擋品質主觀評價方法[J].汽車技術，2008（12）：16-19.

[16]陳剛，張為公，龔宗洋，等.基于模糊神經網絡的汽車換擋品質評價系統[J].汽車技術，2008（7）：22-24.

[17]Huang Q，Wang H.Fundamental Study of Jerk[J].Evaluation of Shift Quality and Ride Comfort[J].2004，（01）：2065.

[18]Brandl F K，Biermayer W.A New Tool for the Onboard Objective Assessment of Vehicle Interior Noise Quality[J]. Papers；Automotive Sector，1999，05（2）：1371.

[19]高云，王寧.DCT車輛換擋品質評價指標分析系統的設計[J].機械傳動，2013（12）：69-72.

[20]趙志旭，方立輝，馬靜，等.換檔質量評價工具在實際工作中的應用[J].汽車實用技術，2016（2）：179-180.

[21]Dorey R E，Martin E J.Vehicle Driveability-The Devel opment of an Objective Methodology[C]//SAE 2000 World Congress.2000.

[22]Schoeggl P，Ramschak E，Bogner E.On-board Optimiza tion of Driveability Character Depending on Driver Style by Using a New Closed Loop Approach[C]//SAE 2001 World Congress.2001.

[23]List H O，Schoeggl P.Objective Evaluation of Vehicle Driveability[C]//International Congress&Exposition.1998.

[24]王雪銘.評價方法的演變與分類研究[D].上海：上海交通大學，2009.

[25]Schnetzler S，Pettersson J，Murtonen P.QUALITY AS SURANCE OF DRIVER COMFORT FOR AUTOMATIC TRANSMISSIONS[C]//Sae Publication Sp-1539.Human Fac tors in 2000：Driving，Lighting，Seating Comfort，and Har mony in Vehicle Systems：Papers Presented at the Sae 2000 World Congress，March 6-9，2000，Detroit，Michigan，Usa. 2000.

The State on Evaluation Index Systems of Automatic Transmission Shifting

CHEN Qiao1，YAO Guang-tao2，ZHANG Ying-feng2，WANG Ji-jia1
（1.Postgraduate Training Brigade，Military Transportation University，Tianjin 300161，China；2.Military Vehicle Department，Military Transportation University，Tianjin 300161，China）

The evaluation index system of shifting has not been constructed in a unified standard way，which is one of the restraining factors of the automatic transmission industrial development.The existing evaluation index system of shifting is expatiated，and the classification is advanced.The development perspective is presented as well.

automatic transmission；shifting quality；shifting index

U463.2

A < class="emphasis_bold">文章編號：1

1672-545X（2017）05-0050-03

2017-02-22

陳橋（1989－）男，廣西北流人，碩士研究生，研究方向：動力與傳動工程。