一種汽車動力傳動系統試驗場關聯新方法

2018-05-26 07:31:29李聲超程小強張俊程教育段龍楊

汽車實用技術 2018年8期

李聲超，程小強，張俊，程教育，段龍楊

（江鈴汽車股份有限公司整車性能及測試部，江西南昌 330001）

前言

整車道路綜合耐久試驗的目的是快速驗證產品的可靠性及耐久性，這樣可以大大的減少項目開發周期及費用。整車道路綜合耐久試驗包含結構耐久部分及動力耐久部分。一般來說，結構耐久部分主要在粗糙不平路面完成，而動力耐久部分是在光滑平路完成。整車結構件如底盤、車身的可靠性及耐久性主要由結構部分來驗證，而動力總成系統如發動機、變速箱、傳動軸、進排氣系統等主要由動力部分來驗證。

動力傳動系統的失效模式有發動機漏油、變速箱漏油、DPF顆粒捕捉器堵塞、傳動軸連接螺栓松動、變速箱斷齒、動力不足等等。這些失效模式與車身底盤件的失效模式產生原因差異較大，主要原因是動力傳動系統不僅僅承受路面帶來的沖擊，還受到發動機給出的傳動扭矩及振動。目前，很多汽車企業根據疲勞損傷理論研究并制定了汽車零部件的結構耐久性試驗規范[1-3]，但該方法無法用于計算及衡量動力傳動系統的可靠性及耐久性。國內已經有對汽車動力傳動系統可靠性試驗的研究成果，但試驗規范的應用仍然處于起步階段[4-6]。動力傳動系統作為整車的一個重要部分，其可靠性對于行車安全非常重要，制訂符合用戶使用條件的整車道路綜合耐久試驗規范已經成為汽車行業的重要研究課題。

MATLAB軟件以其強大的科學計算能力，簡單而又高效的編程手段，高質量的圖形可視化等功能，已經被當今科學界認為能夠有效提高工作效率的工具軟件。本文基于MATLAB軟件，編制了分析動力傳動系統各對標參數（車速、檔位、轉速等）分布圖的程序，首先分析了目標動力傳動系統的各對標參數分布，然后在求解試驗場按一定比例混合各種工況路面及操作進行對標參數的分布匹配，從而制定出與目標規范相一致的求解試驗規范。

1 關聯方法原理

車輛動力傳動系統模型[7]如圖 1所示，駕駛員根據試驗規范中的相關信息，通過油門開度控制發動機轉速及扭矩，發動機扭矩通過離合器、變速箱、驅動橋傳遞到車輪上，使車輪克服阻力從而驅動車輛。整個模型包括發動機、變速箱、分動器、減速器等。

圖1 動力傳動系統模型

統計分析目標規范的油耗、檔位使用時間、車速、發動機輸出轉速及發動機輸出扭矩的分布情況，在求解試驗場按一定比例混合各種工況進行匹配，從而制定求解試驗規范。動力傳動系統耐久測試規范試驗場關聯方法見圖2。

圖2 動力傳動系統耐久測試規范試驗場關聯方法

1.1 數據獲取

車載 CAN網絡可以實現動力傳動系統、車身系統、底盤系統、娛樂系統等各模塊的數據交換，允許客戶通過OBD接口實時監測發動機電控系統及其他模塊的工作狀態[8]。此次試驗采用的 CAN總線數據采集設備為英特佩斯控制系統有限公司生產的 NeoVI FIRE，該設備具有離線數據采集功能，且可以根據客戶需求自定義采集信號通道。本次試驗自定義采集加速踏板位置、檔位、車速、發動機輸出轉速及燃油消耗累積量。圖3例舉了某工況的發動機轉速信號。

圖3 某工況發動機轉速

1.2 數據處理

利用英特佩斯公司提供的 Vehicle Spy軟件將采集的數據導出成.CSV格式文件。在使用該數據前，需對其中的非數字信號進行預處理，便于Matlab軟件的讀取及分析。例如用數值 1代表 1檔信號 First|1，用數值-1代表倒檔信號Reverse|14等。表1為處理后的CAN線時域信號采集結果舉例。

表1 CAN線時域信號處理結果

1.3 數據分析

MATLAB軟件的csvread模塊可將處理好的.CSV格式文件轉化成數學矩陣，方便編程時對數據的讀取及運算。以下為部分為實現發動機轉速分布圖的程序代碼：

clear all；

clc；

Data = csvread('EngineSpeed.csv'); //讀取CSV文件

R = 650:300:4850; //間隔300rpm的分布標尺

M = Length(R);

N = Length(Data);

for j = 1:M-1

Duration = 0;

for i = 1 : N-1

if Data(i,2) ＞= R (1,j) && Data(i,2) ＜ R (1,j+1)

Duration = Duration + Data(i+1,1) - Data(i,1);

end

//以上為計算各轉速范圍內的時間

end

Duration1(1,j) = Duration;

end

bar(Duration1,R);//圖形化顯示分布趨勢。

2 工況操作初始設定及數據采集

本文僅舉例討論某動力傳動系統耐久試驗規范的城市模擬工況關聯方法。

2.1 目標工況說明

圖4所示為目標的城市模擬工況操作車速示意圖（襄陽試驗場）。該工況的試驗目的主要用于模擬驗證排氣系統DPF顆粒捕捉器的耐久性及可靠性。

圖4 目標工況操作車速示意圖

工況操作要求：根據圖4所示車速通過各個彎道，在A點及S點制動停車熄火。過程中要求油門開度不超過75%，每個彎道前用發動機及制動踏板進行減速，減速度不超過0.3g，最大車速不超過70kph。

2.2 求解路面設定

結合目標工況的車速，充分考慮試驗場路面的特征參數（路面長度，轉彎等）、可操作性及安全性等因素，在求解試驗場選擇合適的路線，并初步設計合適的工況操作。圖5所示為設定的求解路面（墊江試驗場）。

圖5 求解路面

2.3 試驗數據采集

為了消除車輛的差異性，此次規范關聯選用的車輛為一臺江鈴汽車股份有限公司生產的馭勝 N352手動擋柴油車。另外，為了消除因駕駛員駕駛習慣的差異性，及其他突發情況導致的同一工況采集數據的差異，使用2個駕駛員各采集3次目標工況數據，最終獲得6個數據樣本。取各樣本統計分析結果的平均值作為最終結果。

3 工況關聯分析及結果

利用建立好的 MATLAB分析程序，匹配目標工況的各參數分布，若求解工況與之存在較大差異，則進一步調整工況操作，逐步消除差異得到最優的求解工況。圖6為最優的求解工況車速示意圖。工況操作要求：根據圖6所示車速通過各個彎道，過程中要求油門開度不超過75%，每個彎道前用發動機及制動踏板進行減速，減速度不超過0.3g，最大車速不超過70kph。