基于工況分析法的DCT換檔品質耐久試驗方法研究

吳 磊，張可可

（1.泛亞汽車技術中心有限公司，上海 201201； 2.蘇州蘇試廣博環境可靠性實驗室有限公司,蘇州 215122）

基于工況分析法的DCT換檔品質耐久試驗方法研究

吳 磊1，張可可2

（1.泛亞汽車技術中心有限公司，上海 201201； 2.蘇州蘇試廣博環境可靠性實驗室有限公司,蘇州 215122）

通過對中國用戶使用數據的工況分析，識別出與DCT失效模式相關聯的典型工況；通過工況轉化和等效技術開發出一定質量目標下的試驗場車輛行駛規范。兼顧了中、低扭矩或負荷下的DCT在整車條件下的試驗認證。

雙離合器自動變速器；換檔品質；工況分析；道路試驗；試驗場

前言

近年來，隨著全球各區域法規對汽車碳排放量和燃油消耗量限值日趨嚴格，DCT作為重要的低碳環保、節能技術手段被眾多汽車制造商所推崇，據研究表明，DCT較傳統AT相比CO2排放量低5%，燃油消耗量低15%[1]。

DCT也存在不足之處：①由于用戶使用工況的復雜性，DCT換檔策略及換擋循環算法還不足以滿足所用工況下的換檔品質滿足要求；②換檔執行機構的非線性、時滯、干擾、變參數特性，對自適應性、智能性換擋算法提出更高要求；③實際案例表明，離合器滑磨、溫升等引起換檔品質耐久性能下降帶來大量的售后抱怨，影響了整車的使用可靠性。

問題①和②，在DCT換擋策略研究領域，學者程秀生[2]、學者吳光強[3]、學者葛安林[4]已經做了大量工作，并取得豐碩研究成果。問題③，學者倪春生[5]，通過對摩擦片的改進設計提高換擋品質。

另一方面，DCT的技術研究[6]主要集中在動力學模型、執行機構控制、起步控制、換擋規律、換擋過程控制等方面。以上研究主要基于在環軟件、在環硬件數字仿真試驗、以及臺架子系統耐久試驗。而基于用戶工況下的換擋品質耐久試驗研究則相對較少。

本文以某7速干式DCT換擋品質耐久性試驗方法為研究對象，基于用戶樣本實際使用數據，通過工況分析法獲取了關鍵失效模式下的典型工況，以此構建了在一定質量目標下的DCT換擋品質整車耐久性試驗規范。

通過此試驗規范，DCT典型故障現象得以發現，進而失效根本原因得以分析，為進一步工程更改提供技術依據。此規范可以應用于現有DCT產品在整車應用的認證試驗。

1 DCT用戶使用失效模式分析

DCT是由多轉動慣量元件組成的多質量、多自由度系統，其工作過程是整車、發動機、換擋執行機構、換擋機構的動態聯合控制[7]。DCT動力學分析表明，DCT關鍵控制策略主要由兩部分構成：①基于換擋執行機構動力學模型的起步過程控制；②基于DCT動力學模型的換擋策略。理想狀態的控制策略在系列假設和系統簡化條件下建立，因此上述系統仿真將忽略如環境溫度、離合器熱衰退、頻繁起步等DCT真實工作狀態。工程實際表明，模糊控制策略和智能控制策略算法的穩健性受到上述因素影響較大，離合器結合、分離過程中將不可避免產生沖擊和滑摩，有必要通過用戶使用數據建立DCT換擋品質評價標準。

1．1 用戶使用失效模式數據分析

換擋品質可分為客觀、主觀評價。客觀評價標準采用參數化評價指標[4]，如：換擋時間、換擋沖擊（10m/S^3）、離合器滑摩功；主觀評價標準以用戶感知的換擋平順性為指標，實際工程中通過賦值法評價換擋品質優劣程度，主觀評價程度分成10級，1級為最差，10級為最優。

本文采用主、客觀評價結合的綜合換擋品質評價方法。

通過用戶使用調研得到了中國區域DCT售后失效數據，調研樣本分布如表1所示。

DCT總體失效模式類型如圖2所示，數據顯示換擋品質相關問題占58.3%，功能失效相關問題占41.7%。一般而言，根據可靠性設計應力-強度模型理論，DCT子系統認證試驗強度將高于用戶實際使用強度，而用戶使用下的功能失效比例較高，則說明外界因素擾動對系統可靠性影響較顯著。同時，換擋品質隨用戶使用的劣化趨勢增強也將間接引發與功能失效，如當起步過程抖動主觀評價等級低于4級時，很可能也伴隨著離合器不結合故障發生。

進一步細化DCT用戶使用失效模式，如圖3所示。數據顯示，前三位DCT失效模式是：異響問題25%，抖動問題21%，失去動力問題21%。與換擋平順性相關問題分別是：換擋沖擊問題8.3%，拖擋問題4.2%，離合器不結合問題4.2%。數據表明DCT失效模式廣泛分布于與用戶使用工況相關的離合器執行機構控制、換擋控制等功能區域。

2 DCT關鍵失效模式工況識別

基于中國區域用戶使用調研數據，DCT用戶使用工況與失效模式的關系如圖4所示。

根據中國區域用戶使用數據如圖5，90%概率估計數據表明中國用戶在低車速、低扭矩工況下累積里程分布較多，這與大多數發達區域國家用戶使用具有顯著差異性。

表1 用戶使用調研樣本

圖2 DCT總體失效類型

圖3 用戶使用失效模式

結合上述二項數據，采用工況分析法對DCT關鍵失效模式下的用戶使用工況進行識別，如表2所示。

3 試驗規范開發

3．1 相關性分析

基于上述工況分析，獲得與關鍵失效模式相關的用戶使用典型工況。由DCT動力學方程[8]可知，DCT換擋品質劣化是離合器和傳動系統的損傷累積結果。由功能等效原理，假設共有K種工況類型，則用戶使用與試驗場間系統能量輸入等效方程為：

圖4 使用工況與失效模式

圖5 中國區域用戶使用數據

表2 DCT失效關鍵目標工況

t—工況類型，

N，n—第 種工況發生次數。

在等效原則的試驗規范開發技術路線，在同一工況下，系統能量輸入是相等的，即

，則有：

可見作用于系統的損傷累積呈線性關系，有：

當上式成立時，即在試驗場復現了用戶在一定目標里程下的使用工況。

3．2 用戶數據統計分析

為進一步研究（表中）典型工況用戶使用情況，選取了34個樣本進行中國區域用戶使用量化測量。數據統計模型威布爾分析表明，用戶使用數據符合正態分布。考慮空調負載對傳動系統輸出扭矩的影響，將各工況在空調開啟和關閉狀態下分別作了分析。表中各工況用戶使用原始數據在90 %置信度下概率分布如圖6所示。

本規范質量目標是滿足一定公里數的用戶耐久性、可靠性使用要求，按照里程點和50 %分位外推方法[9]，得到目標里程下的工況發生次數。如圖7，圖8所示。

3．3 試驗子規范開發

按照上述方法獲取了DCT各個典型工況下的發生次數。為了在試驗場真實復現用戶使用工況并確保試驗場輸入穩定、一致，對上述工況進行試驗場駕駛操作流程重構，形成標準化試驗子模塊，DCT換擋品質耐久試驗規范如表所示。規范試驗總里程約4 500 Km，試驗時間約30天。與試驗里程累積為目標的試驗規范相比，明顯提高了試驗效率。

圖6 用戶使用數據威布爾分析

表3 換擋品質試驗規范構成

3．4 試驗問題舉例

試驗在某汽車試驗場進行，試驗車輛配備開發階段的7速干式離合器DCT，硬件和軟件狀態均是當前最新狀態。試驗過程中暴露的主要問題如表4所示。

表4 試驗故障描述

4 結論

1）分析了DCT用戶使用典型失效模式；采用主、客觀評價相結合的換擋品質綜合評價方法對用戶使用數據進行了分析，獲得了在用戶使用工況下對應的失效模式；

2）通過對DCT關鍵失效模式識別，結合中國用戶使用數據，獲得了具有中國區域用戶使用特點的目標工況；

3）基于用戶使用數據，對2）中的目標工況進行了威布爾分析，進行百分位擴展，獲得了在一定質量目標下的各工況發生次數；基于此等效的相關性原理，開發了基于試驗場的行駛規范；

圖7 低速、制動工況次數

圖8 倒擋起、停工況次數

4）試驗過程中發現的問題表明，該試驗規范可以用于暴露中國區域用戶典型工況下的故障模式。

[1] Li Jun, FAW Technology Strategies of LowCarbon Passenger Car[J].汽車技術2012(12):7-13.

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[3] 吳光強，楊偉斌，秦大同，雙離合器式自動變速器控制系統的關鍵技術[J].機械工程學報, 2007,42（2）:13-20

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[9] 劉巖,張喜逢,王振雨 等.載荷譜外推的方法對比[J].現代制造工程, 2011(11)：8-11.

Study on Durability Testing for DCT Shift Quality Based on Analysis of Driving Cycles

WU Lei1，ZHANG Ke-ke2
(1.Pan Asia Technical Automotive Center co., Ltd, Shanghai 201201；2.Suzhou Sushi Guangbo Environmental Reliability Laboratory co., Ltd, suzhou 215122)

By analysis the China customer usage data, the driving conditions which caused to the failure of DCT are identified. Based on the customer usage data, the proving ground test procedure is developed by the method of correlation calculation and driving cycles extract technology. The test procedure focus on moderate and lower load conditions which reflect vehicle real working conditions. It will be applied in the reliability testing for the DCT shift quality for the certain accumulation mileages.

DCT; shift quality; driving cycle analysis; road test; proving ground

T463.212

A

1004-7204(2017)04-0100-04

吳磊（1981.10），男，本科，工程師，主要研究方向為整車試驗認證。

張可可（1985.02-），男，大學本科，試驗工程師，主要研究方向為汽車零部件環境與可靠性試驗。