基于總線技術(shù)的自動變速器整車性能試驗

彭思侖， 李興忠， 張京旭， 李永發(fā)

（1.吉林大學(xué)汽車工程學(xué)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(shù)的快速發(fā)展，人們對技術(shù)進(jìn)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(yīng)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(jié)油性好，結(jié)構(gòu)相對簡單，是近年來國內(nèi)一些整車和變速器企業(yè)關(guān)注的熱點產(chǎn)品［1-5］。AMT是在傳統(tǒng)的機械式自動變速器的基礎(chǔ)上引入微電腦及電子控制技術(shù)，實現(xiàn)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(fā)、電控系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真分析、自動變速器仿真試驗臺研究等方面進(jìn)行了研究［9-14］。本文優(yōu)化基于德國IPEtronik公司的移動測量系統(tǒng)，利用基于總線技術(shù)的測試測量模塊、線纜、機械電子附件和測量軟件等產(chǎn)品，外加部分傳感器對裝備AMT系統(tǒng)的整車進(jìn)行了同步數(shù)據(jù)采集并進(jìn)行了試驗分析，為建立有級式自動變速器車輛的換檔品質(zhì)評價指標(biāo)樣本數(shù)據(jù)庫提供參考。

1 試驗樣車與環(huán)境

1.1 試驗樣車

本試驗對象整車：景逸AMT（東風(fēng)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(zhì)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(shè)備

試驗以整車為基礎(chǔ)，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(fā)動機、變速器和離合器進(jìn)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(shù)的自動變速器整車性能試驗測試平臺，其主要包括數(shù)據(jù)儲存及顯示上位機硬件采用筆記本電腦、數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換成信號采集卡IPEtronik 可識別的電信號。IPEtronik測試系統(tǒng)主要功能是從各種傳感器、ECU和總線系統(tǒng)讀入數(shù)字／模擬信號，并支持各種總線通訊協(xié)議，所有測量數(shù)據(jù)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(xù)數(shù)據(jù)采集、記錄功能等。具體設(shè)備參數(shù)及明細(xì)詳見表1 和表2。

圖2 試驗設(shè)備及測試平臺

表1 測試設(shè)備明細(xì)

表2 傳感器清單

2 試驗方案及數(shù)據(jù)處理方法

采用德國IPEtronik 公司的移動測量系統(tǒng)解決方案，包含基于總線的各種高質(zhì)量的測試測量模塊、線纜、機械電子附件和測量軟件等產(chǎn)品，能夠在各種嚴(yán)寒、酷暑及潮濕等惡劣環(huán)境下滿足所有野外或?qū)嶒炇疑线M(jìn)行長時間連續(xù)測試的要求。由于需要采集的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集測試采用IPEmotion 與CANoe聯(lián)合進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采集［15］，采集模式方案如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)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(qū)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(dǎo)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(qū)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(jīng)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(shù)據(jù)，選擇2 kHz 時，由于采樣頻率過高，采樣時出現(xiàn)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(shù)據(jù)采集圖

3 試驗結(jié)果與分析

由于整個試驗過程及工況比較復(fù)雜，測試數(shù)據(jù)比較多，為了對試驗結(jié)果及數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，本試驗只選取典型工況試驗結(jié)果進(jìn)行分析說明。

3.1 換檔規(guī)律

基于不同油門開度的加速試驗獲得的換檔規(guī)律，它是車輛換檔質(zhì)量評價的一個重要部分，通過它可以進(jìn)一步分析車輛換檔過程對車輛動力性及經(jīng)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(huán)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(guī)律和空載換檔規(guī)律試驗曲線圖。

圖5 滿載升檔規(guī)律

圖5 是在滿載不開空調(diào)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(guī)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(guī)律

圖6 是在空載不開空調(diào)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(guī)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(guī)律數(shù)據(jù)對比分析，可以看出不同工況下，換檔規(guī)律在車輛換檔過程中對車輛動力性及經(jīng)濟性有較大的影響，通過整車測試試驗，讓學(xué)生對理論和實車換檔規(guī)律有直觀的認(rèn)識和理解，掌握換檔規(guī)律的設(shè)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(xiàn)亂檔現(xiàn)象，測試數(shù)據(jù)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(wěn)定在3 檔），說明所設(shè)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(guī)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(guī)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(jìn)行了試驗并采集了相關(guān)數(shù)據(jù)。為了對加速性能進(jìn)行說明，本文只對0 到最高車速加速時間的數(shù)據(jù)曲線進(jìn)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(tǒng)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(tǒng)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(jié)合過程中，發(fā)動機到變速箱輸入軸的動力傳遞處于滑摩狀態(tài)，當(dāng)離合器結(jié)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(jié)合，此時發(fā)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(tài)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(tài)，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(nèi)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(jìn)行分析，同時分析100%油門下AMT循環(huán)換檔工況下各電機的電流工作情況，測試結(jié)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(shù)據(jù)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(jìn)行的趨勢，離合器電機電流范圍基本集中在-15 ～10 A之間（負(fù)電流表示反轉(zhuǎn)），離合器最大電流出現(xiàn)在半結(jié)合點處，離合器電機堵轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩最大電流值為（46 ±2）A。

圖11 整車100%油門平路起步2升3檔曲線

圖12 整車100%油門平路起步3升4檔曲線

圖13 整車100%油門平路起步4升5檔曲線

4 結(jié) 語

基于總線技術(shù)建立了AMT 整車性能測試環(huán)境試驗平臺，結(jié)合外加傳感器采用IPEmotion 與CANoe 聯(lián)合進(jìn)行整車同步試驗數(shù)據(jù)的采集，并對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析。

不同工況下，車輛自動變速器的換檔規(guī)律是存在一定差異的，不同換檔規(guī)律在車輛換檔過程中對車輛動力性及經(jīng)濟性的影響比較大，通過整車性能測試數(shù)據(jù)庫的建立，對于設(shè)計及優(yōu)化理論換檔規(guī)律和實車換檔規(guī)律有一定的積極指導(dǎo)意義。

圖14 整車100%油門在12%坡路起步1升2檔曲線

本試驗研究為建立有級式自動變速器車輛的換檔品質(zhì)評價樣本數(shù)據(jù)庫打下了堅實基礎(chǔ)，為進(jìn)一步完善復(fù)雜工況下影響AMT 換檔品質(zhì)的評價指標(biāo)體系奠定了基礎(chǔ)。