雙離合變速箱乘用車的冬季標定試驗方法

韓榮

廣東皓耘科技有限公司，廣東佛山 528311

0 引言

我國北方地區離冬季冷空氣的策源地“西伯利亞高壓”較近，冬季寒冷，受冷空氣的影響十分明顯，降溫更加厲害，體現了我國大陸性季風氣候的特征。秦嶺淮河以北的地區，北京以南的華北地區最冷月均溫在-8 ℃以內，而內蒙古和東北地區最冷月均溫在-12 ℃以下，緯度最高的黑龍江冬季最冷均溫在-20 ℃以下，北極村最冷月均溫可達-30.9 ℃。我國汽車銷量從2010年的1 806萬輛增長到2018年2 888萬輛，最近兩年穩定在2 500萬輛左右。因此針對冬季地區的特殊環境進行變速器標定，不僅使其更好地適應冬季地區的環境，同時還可提高車輛的動力性、經濟性和舒適性。

1 標定前準備

1.1 桌面標定

在標定樣車交付之前，采用仿真軟件計算換擋曲線，即所謂的桌面標定，來加快標定效率。AVL CRUISE是一款常用的優秀仿真軟件，可以用于車輛的動力性、燃油經濟性以及排放性能的仿真，其模塊化的建模理念可以便捷地搭建簡歷雙離合變速箱的乘用車模型，最終釋放第一版的換擋圖。

文中主要采用其GSP換擋規律生成及優化工具模塊。GSP車輛模型需要輸入以下全部數據：車輛數據(載荷相關特性數據、車輛尺寸等)；發動機數據(萬有特性圖、負荷特性圖等)；變速箱(擋位、傳動比、效率、換擋時間等)；輪胎數據(滾動阻力、滾動半徑等)；離合器(離合器扭矩傳遞特性、分離時間、結合時間等)。

常用兩參數換擋規律：軸為車速，軸為油門開度。小油門開度以舒適、穩定及少污染為主；中油門開度以保證燃油經濟性的基礎上兼顧動力性;大油門開度則以動力性能為主。

1.2 車輛準備

標定車輛必須具備車輛管理所申領的臨時牌照，并隨車攜帶車輛保險單。

標定車輛必須符合整車技術條件要求，同時需裝備有拖車鉤、拖車繩、滅火器、警示三腳架等應急救援物品。

標定過程中載荷以五座車不超過4名乘客質量，七座車不超5名乘客質量為最佳條件。按照每位乘客體重加上行李的總質量為75 kg來配置載荷。

標定過程中必須隨車攜帶必要的CAN總線標定工具、適當的油液以及搭鐵線或戶外應急電源等(冬季試驗過程中很容易出現整車電量不足而無法啟動車輛的現象)。

1.3 試驗場地

我國寒區試驗場主要集中于東北地區的黑河和牙克石，冬季寒冷漫長，年平均環境溫度低于-20 ℃且達100 d左右。

2 基礎標定

2.1 換擋線標定

根據GB/T 1521.033—2013《整車行駛阻力試驗方法》測定的滑行阻力曲線，在轉鼓上模擬道路負荷。電子油門控制器可以精確地制油門踏板開度，以10%為步長，逐漸標定到100%油門開度。換擋標定應該具備一定的原則：小油門開度保持換擋后的轉速在一定的水平內；中油門區域作為過渡區域一般進行線性過渡;高油門開度保持換擋前發動機轉速隨著擋位的增加越來越高。

2.1.1 標準模式

升擋盡可能早，小負荷主要考慮整車低轉速振動;中負荷參考比油耗，盡量使其處于萬有特性曲線低油耗區域，同時具有一定的發動機轉速寬度;高負荷參考各擋位的功率曲線。降擋盡可能晚，先利用扭矩再用降擋。

2.1.2 經濟模式

以標準模式為基礎，升擋比標準模式早，升擋后的轉速也較標準模式小，略大于發動機再噴油轉速。一般油門開度大于90%以上進入高負荷區域。

2.1.3 運動模式

以標準模式為基礎，弱化經濟性，升擋后轉速進入渦輪增壓器快速響應區間。減少換擋頻率給駕駛者更多的操作空間。盡可能在絕大部分工作點低于標準模式1～2擋位，模式切換時駕駛者能立刻感受到這種變化。

2.1.4 手動模式

所有擋位升擋轉速均設置為發動機最高轉速，降擋轉速為該車各擋位下行車怠速轉速。

2.1.5 冬季模式

同時滿足環境溫度不大于-10 ℃和變速箱油溫不大于-15 ℃或者發動機水溫不大于20 ℃(部分企業設置為65 ℃等等)進入冬季模式；當變速箱油溫不小于-5 ℃和發動機水溫不小于70 ℃退出冬季模式。

環境溫度和油溫水溫的設置值僅供參考，主要取決于企業的變速箱機械結構，變速箱油的液位及品質之類的，需要根據實際情況來設定。

由于冬季冰雪路面，輪胎附著系數低，車輛容易打滑。以標準模式為基礎，直接二擋或三擋起步操作，具體由起步性能好壞來決定。

在低溫環境下，快速提高變速箱油溫和水溫，可以消除變速箱低溫性能衰退、發動機水溫偏低導致性能不足和駕駛車的暖風不夠。因此需要在小油門區域，提高發動機轉速，盡快提高變速箱油溫和發動機水溫。但是發動機轉速也不能太高，否則會造成NVH性能太差、油耗太高等問題；在大油門區域，由于低溫高轉速運行潤滑不佳，同時低溫變速箱油黏滯性成指數增加，造成扭矩傳遞損失較大。因此需要限制最高發動機轉速、減少換擋次數，部分情況下可能限制最高擋位的使用。大油門區域變速箱升擋轉速(油門開度不小于90%)見表1。

表1 大油門區域變速箱升擋轉速(油門開度不小于90%) 單位:r/min

2.2 定速巡航標定

定速巡航主要標定如下參數：最小進入車速、最大退出車速、手動加減的車速步長等。

2.3 溫度控制性標定

由于離合器材料對于溫度較為敏感，且量產車輛離合器表面溫度為模型估算值。標定階段需要分別在奇數和偶數離合器表面附近，變速箱油底殼、油泵出入口等多處布置K型溫度熱電偶，通過實測數據來標定離合器溫度模型。

2.4 排放油耗標定

根據GB/T 1521.033—2013《整車行駛阻力試驗方法》測定的滑行阻力曲線，在轉鼓上模擬道路負荷，按照GB 18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第六階段)》規定進行排放油耗測試。實時監控試驗過程中排放油耗情況，如果出現異常，需檢查此處的換擋點是否可以進一步調低，使得換擋更加積極。

3 冬季標定項目

3.1 靜態常規標定試驗

3.1.1 低溫起動試驗

在不同的溫度下，通常在-40～-20 ℃環境條件下，車輛迎風停放，靜置8 h以上，等到發動機變速器的油水溫度和環境溫度平衡后進行冷起動試驗。需配合發動機保證車輛啟動成功;如不能成功啟動，且確定發動機在沒有任何問題的情況下，需確定離合器是否及時分離、自動變速器油位及油品。

3.1.2 靜態擋位操作

車輛處于熄火狀態，且在不同環境溫度下進行PRND操作；冷啟動成功后且發動機轉速保持穩定后，即可在不同變速器油溫區間下進行PRND操作，評估其靜態換擋質量，要求于平原地區狀態一致。

3.2 動態常規標定試驗

3.2.1 TCU自學習試驗

首次試驗前需對TCU各油門下換擋質量進行自學習。操作方法：變速箱油溫在80 ℃左右，以每10%油門為一個臺階，10%～100%油門開度等油門加速至當前油門能達到的最高車速(需低于當前道路的限速上限)。反復多次操作，TCU根據每次換擋過程中的換擋時間及渦輪轉速變化率進行換擋數據的自學習，直到取得較好的換擋質量為止。

3.2.2 低溫 R/D擋爬行試驗

冷啟動成功且發動轉速保持穩定后，即可對各變速箱油溫溫度區間下R/D擋爬行功能進行測試，在試驗過程中需要保證車速大于0 km/h，并且最好大于5 km/h。如果出現起步困難，則需要檢查并確認發動機與TCU數據是否需要優化，同時對自動變速箱油位及油品進行確認和優化。

3.2.3 標準模式下的換擋曲線圖標定試驗

變速箱油溫在80 ℃左右，按10%～100%油門開度，每10%為一個步長進行自動換擋功能測試，在每個油門下達到其能達到的最高擋位后丟油門自動降擋；變速箱油溫在80 ℃左右，全油門加速到40 km/h，丟油門滑行至20 km/h，再全油門加速至50 km/h，丟油門滑行至30 km/h，反復操作直到最高車速(需低于當前道路安全行駛車速)或丟油門后滑行車速大于一定值(滑行降擋6降5車速)即可，從而實現加油升擋、丟油升擋、加油降擋、丟油升擋的綜合工況，同時對換擋質量進行標定驗證。

經濟模式、運動模式和手動模式的換擋曲線圖標定參考執行。

3.2.4 冬季模式的換擋曲線圖標定試驗

在試驗過程中對冬季模式的冰雪路面起步能力進行測試，對比低擋位起步打滑極限，并確定起步性能最佳的擋位，該車型最終確定為2擋起步，故無1升2和2降1換擋線；同時保證冬季模式下在冰雪路面上急剎車工況不會因離合器分離太慢而導致熄火。對冬季模式下的換擋曲線圖標定，操作方法同標準模式。

某車型冬季換擋曲線如圖1所示。

圖1 某車型冬季換擋曲線

3.2.5 暖機模式

對暖機模式的激活與解除條件進行標定，如果未能達到預期效果需進行相應參數優化。對暖機模式的換擋曲線圖進行驗證和標定，以滿足EMS的要求。

3.2.6 起停功能

在試驗過程中關注起停邏輯如擋位、車速、油門、剎車、坡度、溫度等條件是否按起停控制規范執行，同時關注起停退出時起步階段沖擊。如果出現此種情況，需聯合EMS與ESP一起標定優化。

3.3 整車動力性標定試驗

在平直且無冰雪的道路且保證安全行車的前提下，進行0～100 km/h的全油門加速試驗、40～60 km/h、60～80 km/h超車試驗等，分析其加速時間并與平原工況進行比對。若達不到預期效果，需對最高降擋點及最高升擋點進行優化標定。

3.4 D-R/R-D試驗

在車輛正常行駛過程中，進行D-R或R-D擋位切換試驗。標定擋位切換的最高允許車速，避免出現車輛熄火現象。

3.5 高寒環境適應性標定

在-40～-20 ℃的嚴寒地區開展標定，根據當地的氣候條件，盡量選擇覆蓋較寬的溫度范圍進行標定試驗。

在市區、郊區和高速工況下對各駕駛模式進行實車道路試驗，包括各種可能路面，長時間行駛，實時記錄車輛行駛中的數據，發現問題進行記錄和優化標定。

在車速允許的情況下，測試定速巡航的進入、保持和退出功能等。

在車輛行駛的過程中，根據實際情況開啟暖氣，測試其開啟、關閉、溫度調節、風量調節是否對變速箱有影響。如果有影響，記錄問題并進行優化處理。

在不影響安全駕駛的前提下，適當的人為制造除霜和除霧場景，測試其是否對變速箱有影響。如果有影響，記錄問題并進行優化處理。

必要時和EMS聯合標定。

4 結束語

冬季標定試驗基本滿足變速箱軟件標定開發管理辦法，車輛在不同的溫度下具備了良好的動力性、經濟性和駕駛性。在最終聯合評審和驗收階段，主客觀評分達到7分以上，滿足車輛量產上市的基本要求。