某電動載貨汽車變速箱換擋異響、抖動的測試分析

曾海軍 王楠 徐明

摘要：某純電動載貨汽車（以下簡稱“某純電動貨車”）在下線調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)AMT變速箱換擋時伴隨有較大的異響及抖動，嚴(yán)重影響駕乘感受。本研究基于某整車廠在研車型存在的問題進(jìn)行測試分析，通過對MCU扭矩響應(yīng)、變速箱控制器換擋控制等因素進(jìn)行分析，得出故障主要是因?yàn)閾Q擋時間過長、扭矩響應(yīng)不及時、電機(jī)轉(zhuǎn)速的PI調(diào)節(jié)不合適等造成。通過與標(biāo)桿車型換擋曲線的對比，提出后續(xù)設(shè)計(jì)優(yōu)化和標(biāo)定建議。本研究為純電動貨車變速箱換擋異響、抖動優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)，對整車動力平順性提升有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：電動載貨汽車;變速箱換擋;異響;抖動;數(shù)據(jù)分析

中圖分類號：U469.2 收稿日期：2022—02—23

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.05.007

在全球倡導(dǎo)節(jié)能減排的大背景下，汽車產(chǎn)業(yè)向電動化轉(zhuǎn)型已是未來的趨勢。在實(shí)際應(yīng)用中，純電動貨車多以運(yùn)貨等商業(yè)用途為主，作為汽車中的一種，雖然沒有乘用車的數(shù)量多，但在能源消耗上卻與之不相上下。所以，貨車的電動化同樣具有重大的節(jié)能環(huán)保意義。

目前，隨著國內(nèi)外電動化浪潮的持續(xù)推進(jìn)，國內(nèi)各大主機(jī)廠都已陸續(xù)推出純電動貨車產(chǎn)品，但不少企業(yè)對純電動貨車的電驅(qū)動系統(tǒng)開發(fā)與調(diào)校缺乏經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致不少車輛在駕乘舒適感、動力平順性和NVH等方面存在嚴(yán)重問題，給客戶造成不良的體驗(yàn)。本研究通過對電機(jī)控制器MCU、變速箱控制器TCU等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并與標(biāo)桿車的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，通過試驗(yàn)手段分析變速箱在換擋過程中產(chǎn)生異響、抖動的原因，對整車動力平順性、NVH及電機(jī)控制器MCU和變速箱控制器TCU程序設(shè)計(jì)等具有指導(dǎo)意義"。

1 變速箱換擋異響、抖動測試1.1測試設(shè)備

本次測試借助電腦、CAN卡、Eclipse for TriCore、 Origin8、FlashSpirit、MATLAB、ECTEK Measure Data Analyzer V2等工具和軟件對電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩、電流、工作指令等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析;借助Vector Ape、CANape 14、CANalyzer等工具和軟件采集變速箱控制器TCU數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行分析。

1.2測試方案

通過對該車換擋異響、抖動問題進(jìn)行分析判斷，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)有測試設(shè)備，采集MCU和TUC數(shù)據(jù)，通過對原始數(shù)據(jù)分析，提出如下解決方案：

a.MCU扭矩響應(yīng)異常分析。

b.調(diào)整TCU換擋控制參數(shù)。

c.優(yōu)化MCU扭矩響應(yīng)速率。

d.其他標(biāo)桿車換擋時間對比。

2 測試數(shù)據(jù)分析

2.1 MCU扭矩響應(yīng)異常分析

行駛過程中，換擋結(jié)束時出現(xiàn)變速箱異響、抖動情況，通過采集該故障點(diǎn)的數(shù)據(jù)，分析換擋過程扭矩跟隨時發(fā)現(xiàn)，在換擋請求結(jié)束后，電機(jī)的響應(yīng)扭矩未跟隨整車目標(biāo)扭矩，出現(xiàn)扭矩為零的情況。經(jīng)分析，存在以下幾方面的原因：a.控制器出現(xiàn)故障;b.工作指令出現(xiàn)跳變;c.模式切換銜接問題。

經(jīng)過排查，控制器沒有報(bào)故障碼、整車工作指令恒定有效，所以將問題鎖定在模式切換后的扭矩銜接環(huán)節(jié)中。由于AMT相對于直驅(qū)車增加了換擋環(huán)節(jié)，為加快扭矩響應(yīng)，在扭矩計(jì)算時采用單獨(dú)的計(jì)算模式，相對于正常驅(qū)動模式取消了擋位關(guān)聯(lián)的扭矩保護(hù)限制，同時加快了扭矩響應(yīng)的上升率。故障是出現(xiàn)在換擋模式切換到正常驅(qū)動模式那一瞬間，上一時刻的扭矩指令沒有賦值到驅(qū)動模塊中，導(dǎo)致扭矩需要從零開始增加，致使車輛產(chǎn)生抖動，如圖1所示。

2.2 TCU換擋控制參數(shù)分析

如圖2所示，黃色框內(nèi)為1擋升2擋的進(jìn)擋過程，根據(jù)進(jìn)擋位移的變化，可以得出在進(jìn)擋過程總位移出現(xiàn)階梯狀變化，是導(dǎo)致頓挫和異響的主要原因。可以看出，TCU第一次發(fā)出目標(biāo)抖動扭矩時，MCU響應(yīng)抖動扭矩為零，這也是導(dǎo)致進(jìn)擋困難的主要原因。

2.3 MCU扭矩響應(yīng)速率分析

換擋過程中駕駛員反映存在動力中斷的情況，采集換擋點(diǎn)的扭矩?cái)?shù)據(jù)可以看出，電機(jī)扭矩需要0.0931 s達(dá)到需求扭矩，扭矩變化率約為3 200 N·m/s，響應(yīng)速度有些遲緩，導(dǎo)致?lián)Q擋感受變差，可嘗試增加扭矩響應(yīng)上升率來改善該情況，如圖3所示。

3 解決措施及驗(yàn)證

通過對以上測試數(shù)據(jù)的分析，提出如下解決措施。

3.1針對MCU扭矩響應(yīng)異常問題

MCU程序模型中扭矩計(jì)算模塊根據(jù)自身扭矩變化率限制子模塊的計(jì)算初值未接入，每次模式切換后扭矩需從零開始增加，導(dǎo)致?lián)Q擋過程中扭矩中斷車輛換擋頓挫感嚴(yán)重，如圖4所示，原模塊中未加入復(fù)位初值扭矩，模式切換后扭矩掉落。

修改MCU程序設(shè)計(jì)模塊，在扭矩計(jì)算模塊中增加復(fù)位初值扭矩功能，如圖5所示。

增加入復(fù)位初值扭矩后，模式切換時扭矩可正常跟隨，變速箱異響也隨之消失，如圖6所示。

3.2針對調(diào)整TCU換擋控制參數(shù)問題

TCU控制程序修改進(jìn)擋速差，確保進(jìn)擋成功率，降低進(jìn)擋過程中可能產(chǎn)生頓挫和異響的概率;同時TCU增加抖動扭矩值，加快抖動扭矩觸發(fā)的時間，縮短進(jìn)擋時間，降低頓挫感。設(shè)計(jì)方案優(yōu)化后，換擋過程如圖7所示。

通過調(diào)整換擋過程的參數(shù)，變速箱與電機(jī)、電機(jī)控制器及VCU的配合得到優(yōu)化。如圖7所示，換擋過程在圖2的基礎(chǔ)上得到了很好的優(yōu)化，摘擋、調(diào)速、進(jìn)擋過程均較為理想，駕駛員的駕乘感受也表現(xiàn)良好，滿足整車靜態(tài)、動態(tài)要求。

3.3針對優(yōu)化MCU扭矩響應(yīng)速率問題

MCU扭矩響應(yīng)速率程序優(yōu)化后，扭矩響應(yīng)時間僅需0.053 s，扭矩變化率上升到約5 000 Nm/s，扭矩上升率顯著提高，換擋時間縮短超過40%，換擋中車輛的動力中斷感明顯減輕，如圖8所示。

3.4與某純電動貨車換擋時間對比

靜態(tài)換擋時間對比，如圖9～圖10所示。動態(tài)換擋時間對比，如圖11～圖12所示。

通過優(yōu)化后，本純電動貨車換擋時間與某純電動貨車相比可以看出，靜態(tài)與動態(tài)換擋時間與標(biāo)桿車基本一致，效果明顯。

4 設(shè)計(jì)優(yōu)化建議

通過對變速箱換擋異響和抖動時的數(shù)據(jù)分析，針對AMT變速箱自動換擋的特性，在充分了解TCU換擋邏輯及MCU快速扭矩響應(yīng)的要求后，經(jīng)過優(yōu)化TCU和MCU軟件程序，同時取消換擋時主動防抖、防滑、扭矩響應(yīng)斜率的保護(hù)限制，MCU扭矩跟隨完全根據(jù)TCU指令來響應(yīng)，以提升換擋質(zhì)量。經(jīng)實(shí)踐，TCU和MCU程序按上述建議優(yōu)化后，在行駛過程中變速箱換擋時的異響及抖動基本消除，從而滿足了使用要求。

5 結(jié)語

本文以某純電動貨車變速箱換擋異響、抖動為案例，依據(jù)行業(yè)內(nèi)對AMT變速箱換擋異響和抖動的處理方法，結(jié)合問題產(chǎn)生原因、關(guān)聯(lián)部件影響、標(biāo)桿車對比等實(shí)際情況，通過優(yōu)化MCU控制算法和TCU換擋邏輯，確定變速箱換擋時產(chǎn)生異響和抖動的主要原因是電機(jī)控制器MCU扭矩響應(yīng)不及時、變速箱控制器TCU換擋時間過長及電機(jī)轉(zhuǎn)速的PI調(diào)節(jié)不合適。本文對下一步研究AMT變速箱換擋異響及抖動問題有著非常重要的參考價(jià)值。

作者簡介：

[1]王朝霞，肖揚(yáng).某電動汽車蠕行抖動測試分析[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2019（23）：5—7.