基于總線技術的自動變速器整車性能試驗

2020-10-30 08:23:16彭思侖李興忠張京旭李永發

實驗室研究與探索 2020年9期

彭思侖，李興忠，張京旭，李永發

（1.吉林大學汽車工程學院，長春130022；2.一汽-大眾汽車有限公司，長春130011）

0 引言

隨著電子技術的快速發展，人們對技術進步和操作便捷要求的提高，使得汽車自動變速器得到越來越廣泛的應用。近幾年，汽車自動變速器的市場需求量愈來愈大。其中，機械式自動變速器（Automatic Manual Transmission，AMT）因其節油性好，結構相對簡單，是近年來國內一些整車和變速器企業關注的熱點產品［1-5］。AMT是在傳統的機械式自動變速器的基礎上引入微電腦及電子控制技術，實現對機械式變速器的高效、低成本的自動控制［6-8］。研究人員在AMT 自動變速器控制策略開發、電控系統硬件在環仿真分析、自動變速器仿真試驗臺研究等方面進行了研究［9-14］。本文優化基于德國IPEtronik公司的移動測量系統，利用基于總線技術的測試測量模塊、線纜、機械電子附件和測量軟件等產品，外加部分傳感器對裝備AMT系統的整車進行了同步數據采集并進行了試驗分析，為建立有級式自動變速器車輛的換檔品質評價指標樣本數據庫提供參考。

1 試驗樣車與環境

1.1 試驗樣車

本試驗對象整車：景逸AMT（東風二汽），1.5 L，最大功率88 kW（6 000 r／min），最高扭矩143 N·m（4 000 r／min），最高時速165 km／h，百公里加速時間12.1 s，整車質量1 250 kg，綜合油耗6.8 L，如圖1所示。

圖1 試驗樣車

1.2 試驗設備

試驗以整車為基礎，變速器作為測試對象，通過布置在整車上的各類傳感器，對整車、發動機、變速器和離合器進行控制與測試，得到各性能曲線［10-14］。本試驗搭建了如圖2 所示的基于總線技術的自動變速器整車性能試驗測試平臺，其主要包括數據儲存及顯示上位機硬件采用筆記本電腦、數據采集采用vetor公司的CANoe總線適配器、各類測試傳感器以及傳感器信號采集卡IPEtronik，傳感器用于采集整車各類物理信號，將物理信號轉換成信號采集卡IPEtronik 可識別的電信號。IPEtronik測試系統主要功能是從各種傳感器、ECU和總線系統讀入數字／模擬信號，并支持各種總線通訊協議，所有測量數據通過基于ISO 11898-2 的高速CAN總線輸出，并提供總線描述文件（CANdb）高性能的連續數據采集、記錄功能等。具體設備參數及明細詳見表1 和表2。

圖2 試驗設備及測試平臺

表1 測試設備明細

表2 傳感器清單

2 試驗方案及數據處理方法

采用德國IPEtronik 公司的移動測量系統解決方案，包含基于總線的各種高質量的測試測量模塊、線纜、機械電子附件和測量軟件等產品，能夠在各種嚴寒、酷暑及潮濕等惡劣環境下滿足所有野外或實驗室上進行長時間連續測試的要求。由于需要采集的數據不能完全從CAN 線上獲取，還需要外加部分傳感器，因此該試驗車的數據采集測試采用IPEmotion 與CANoe聯合進行同步數據采集［15］，采集模式方案如圖3 所示。

圖3 數據采集方案

本次測試采用的測量模塊為M-SENS8 和M-SENS4，連接方式見圖3。M-SENS8 接12 V驅動電源，M-SENS8 與M-SENS4 通過模塊連接線相連，CANoe通道2 接M-SENS4，通過IPEmotion 測試軟件導出總線文件（.dbc），并與整車CAN線（接CANoe通道1）通過CANoe 連接到PC 上位機。由于加速度傳感器和電流鉗（3 個）需要12 V電壓驅動，在此將它們連接到M-SENS8 模塊上。M-SENS系列模塊的采樣頻率有1、2、5、10、20、50、100、200、500、1 000、2 000 Hz。經過比較500、1 000、2 000 Hz 采樣圖例，最后選擇

1 kHz。

如圖4 所示，選擇500 Hz時，由于采樣頻率較低，采樣時會丟失數據，選擇2 kHz 時，由于采樣頻率過高，采樣時出現斷點，因此測試時選擇1 kHz 作為MSENS模塊的采樣頻率。

圖4 不同采樣頻率下數據采集圖

3 試驗結果與分析

由于整個試驗過程及工況比較復雜，測試數據比較多，為了對試驗結果及數據進行分析，本試驗只選取典型工況試驗結果進行分析說明。

3.1 換檔規律

基于不同油門開度的加速試驗獲得的換檔規律，它是車輛換檔質量評價的一個重要部分，通過它可以進一步分析車輛換檔過程對車輛動力性及經濟性的影響。在平直良好路況下起步后，在不同定油門開度下（步長10%）行駛到最高檔位，測試各個檔位的換檔車速，循環做5 次取均值。通過該試驗方法，可以得到如圖5 和圖6 的滿載升檔規律和空載換檔規律試驗曲線圖。

圖5 滿載升檔規律

圖5 是在滿載不開空調工況下，分別以不同油門開度在平直良好路面起步，行駛到最高車速得到的整車升檔規律。從圖5 可以看出，在60%油門開度下，1檔升2 檔時的車速為20.0 km／h，2 檔升3 檔時的車速為41.9 km／h，3 檔升4 檔時的車速為58.6 km／h，4 檔升5 檔時的車速為77.0 km／h，5 檔升6 檔時的車速為93.7 km／h。

圖6 空載換檔規律

圖6 是在空載不開空調工況下，分別以不同油門開度在平直良好路面起步，行駛到最高檔位車速得到的整車換檔規律。從圖6 可以看出，與圖5 同樣60%油門開度下，1 檔升2 檔時的車速為20.1 km／h，2 檔升3 檔時的車速為38.0 km／h，3 檔升4 檔時的車速為52.8 km／h，4 檔升5 檔時的車速為70.6 km／h，5 檔升6 檔時的車速為88.5 km／h。

通過對圖5、6 換檔規律數據對比分析，可以看出不同工況下，換檔規律在車輛換檔過程中對車輛動力性及經濟性有較大的影響，通過整車測試試驗，讓學生對理論和實車換檔規律有直觀的認識和理解，掌握換檔規律的設計方法。

3.2 操縱性換檔測試

操縱性換檔測試是為了測試裝有自動變速器（AMT）試驗車輛在彎道行駛過程中是否會出現亂檔現象，測試數據曲線見圖7。

由圖7 可知，該試驗車在彎道行駛過程中可以保持檔位不變（穩定在3 檔），說明所設計的控制策略符合實際工況。

圖7 操縱性換檔測試曲線

3.3 加速性能測試

汽車加速性能是指汽車在行駛中迅速增加行駛速度的能力。原地起步加速時間，又稱起步換檔加速時間，系指用規定的低速檔起步，以最大加速度逐步換到最高檔位后，加速到某一規定的車速所需的時間。本試驗對整車0 ～60 km／h加速時間，0 ～100 km／h加速時間，0 到最高車速加速時間，60 ～100 km／h加速時間都進行了試驗并采集了相關數據。為了對加速性能進行說明，本文只對0 到最高車速加速時間的數據曲線進行分析說明，如圖8 所示。試驗測試獲得各階段的完整加速時間統計見表3。

圖8 整車從0到最高車速加速時間曲線

表3 不同階段加速時間統計表

從圖8 中可以看出，整車在起步的過程中，離合器主從動盤在結合過程中，發動機到變速箱輸入軸的動力傳遞處于滑摩狀態，當離合器結合到一定位置即傳遞扭矩可以克服整車阻力時，車輛開始加速行駛。在5.5 s時離合器主從動盤完全結合，此時發動機與變速箱輸入軸為機械連接。整個加速過程中，整車加速度在1 檔升2 檔過程中最大，隨著車速的增加，加速度逐漸減小，到最大車速時降為0，此時車輛在最大車速狀態保持勻速行駛。從圖中可以看出，整個加速過程中，油門開度都處于100%狀態，檔位從1 檔快速升到最高6 檔。

3.4 換檔電流測試分析

對于本試驗的測試對象自動變速器AMT來說，考察離合器和選換檔電機的實時電流，對于理解AMT整個換檔過程及電機故障診斷是最重要的試驗內容之一。本次試驗以100%油門、50%油門開度起步以及在12%坡路上以100%油門開度起步時，對1 升2 檔過程中不同電機的電流進行分析，同時分析100%油門下AMT循環換檔工況下各電機的電流工作情況，測試結果如圖9 ～14 所示。

圖9 整車50%油門平路起步1升2檔曲線

圖10 整車100%油門平路起步1升2檔曲線

由圖9 ～14 中整車試驗數據分析可知，AMT離合器和兩個換檔電機的電流可以反映換檔過程進行的趨勢，離合器電機電流范圍基本集中在-15 ～10 A之間（負電流表示反轉），離合器最大電流出現在半結合點處，離合器電機堵轉矩最大電流值為（25 ±2）A；換檔電機電流范圍為-48 ～10 A之間，換檔電機堵轉矩最大電流值為（46 ±2）A。