自動(dòng)變速器換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究現(xiàn)狀

陳橋，姚廣濤，張英鋒，王繼佳

（1．軍事交通學(xué)院研究生管理大隊(duì)，天津300161；2．軍事交通學(xué)院軍用車輛系，天津300161）

自動(dòng)變速器換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究現(xiàn)狀

陳橋1，姚廣濤2，張英鋒2，王繼佳1

（1．軍事交通學(xué)院研究生管理大隊(duì)，天津300161；2．軍事交通學(xué)院軍用車輛系，天津300161）

針對(duì)目前換擋評(píng)價(jià)指標(biāo)體系尚未形成統(tǒng)一規(guī)范，制約著自動(dòng)變速器產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的實(shí)際，對(duì)現(xiàn)存的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行了總結(jié)歸納和分類評(píng)述，并提出了發(fā)展趨勢(shì)。

自動(dòng)變速器；換擋品質(zhì)；換擋評(píng)價(jià)

自動(dòng)變速器關(guān)鍵技術(shù)是目前制約我國重型車輛特別是特種大功率車輛發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素。由于我國自動(dòng)變速器起步相對(duì)較晚，核心技術(shù)自主創(chuàng)新實(shí)力未能跟上市場需求速度，關(guān)鍵技術(shù)依賴國外進(jìn)口，自主研發(fā)自動(dòng)變速器的產(chǎn)品性能還有一定的提高空間。建立一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)周全、評(píng)價(jià)方法合理、評(píng)價(jià)控制優(yōu)化的換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)體系，對(duì)提升我國自動(dòng)變速器自主研發(fā)能力具有重要的意義。

英國的Richardo公司較早地關(guān)注車輛換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)問題，開發(fā)了GSQA（GearShift Quality Assessment）評(píng)價(jià)系統(tǒng)，初步對(duì)傳統(tǒng)的換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了定義和規(guī)范，所形成的評(píng)價(jià)體系具有一定影響力。奧地利的AVL公司從整車的駕駛性能出發(fā)，把換擋噪聲和換擋時(shí)瞬態(tài)的燃油消耗及排放性納入到了評(píng)價(jià)體系內(nèi)。我國一汽集團(tuán)、吉林大學(xué)和北京理工大學(xué)等單位一直在從事著相關(guān)工作研究，在換擋品質(zhì)研究和換擋評(píng)價(jià)控制等方面并取得了一系列成果，但整體來看，至今仍未能形成關(guān)于換擋評(píng)價(jià)的行業(yè)規(guī)范，構(gòu)建一個(gè)具有行業(yè)共識(shí)的、精確穩(wěn)定的評(píng)價(jià)系統(tǒng)非常迫切。本文從系統(tǒng)的角度出發(fā)對(duì)當(dāng)前紛繁復(fù)雜的換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行歸納梳理和分類評(píng)述，并提出發(fā)展趨勢(shì)，以期使換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究更加條理化，進(jìn)而為評(píng)價(jià)方法理論研究提供有益參考。

1 換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系概述

換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)，或者換擋質(zhì)量評(píng)價(jià)，是指換擋動(dòng)作對(duì)車輛性能和駕駛員健康的影響程度進(jìn)行等級(jí)劃分的過程[1-2]。換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)是指用以考察換擋行為對(duì)車輛性能和駕駛員健康影響的各項(xiàng)可量化的評(píng)價(jià)項(xiàng)目。構(gòu)建合理、周全、表征性能強(qiáng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)換擋評(píng)價(jià)指標(biāo)的概念和范圍進(jìn)行權(quán)威性地定義和完善是當(dāng)前換擋評(píng)價(jià)工作，甚至是推動(dòng)變速器自主研發(fā)工作中最為迫切的工作之一。清晰地定義各評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的內(nèi)涵及其所表征的物理意義，不僅要求所選取的指標(biāo)能真實(shí)地反映出實(shí)車換擋過程的優(yōu)劣性，還要滿足實(shí)車試驗(yàn)時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取能力[3]。

2 專項(xiàng)功能指向型換擋評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

專項(xiàng)功能指向型換擋評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是指針對(duì)某些特定型號(hào)或特種功能的車輛，對(duì)重點(diǎn)考察的換擋評(píng)價(jià)某些特定項(xiàng)目，有目的地構(gòu)建換擋評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。例如吉林大學(xué)的王健等[4-7]根據(jù)重型特種車輛的結(jié)構(gòu)特征和使用特點(diǎn)，針對(duì)傳統(tǒng)的換擋評(píng)價(jià)指標(biāo)涵蓋范圍比較狹窄的問題，分析了換擋質(zhì)量對(duì)車輛性能的影響，提出增加噪聲、排放性能影響和換擋燃油經(jīng)濟(jì)性為新的換擋評(píng)價(jià)指標(biāo)，基于SVM模型構(gòu)建了新的換擋評(píng)價(jià)體系。新的評(píng)價(jià)體系除了常見的沖擊度和換擋時(shí)間為主的評(píng)價(jià)指標(biāo)，還包括了換擋過程中的噪聲、排放性能影響、換擋燃油經(jīng)濟(jì)性、換擋轉(zhuǎn)彎能力等，具體如圖1所示。

圖1 專項(xiàng)功能指向型換擋評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

此類構(gòu)建的評(píng)價(jià)體系拓寬了傳統(tǒng)的以舒適性為主的換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)范圍，對(duì)完善換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)概念具有重要的理論意義。然而，由于此類評(píng)價(jià)體系具有一定的側(cè)重性，在考察換擋行為時(shí)，可能會(huì)忽略掉某些潛在的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)，故在構(gòu)建此類評(píng)價(jià)體系時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，充分地考慮各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的作用，既要發(fā)揮專項(xiàng)功能指向型換擋評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的高效性，又要兼顧其周全性。

3 整車性能指向型換擋評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

整車性能指向型換擋評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是指針對(duì)換擋過程對(duì)整車性能的影響而建立起來的，較為周全細(xì)致的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。這種評(píng)價(jià)體系較為適合新變速器設(shè)計(jì)和改進(jìn)、新型號(hào)開發(fā)與檢測(cè)。使用該體系評(píng)價(jià)的換擋評(píng)價(jià)系統(tǒng)，能為變速器的工作效果以及換擋過程對(duì)整車性能的影響提供一個(gè)較為清晰的描述。如，同濟(jì)大學(xué)的孫賢安等[8-13]認(rèn)為換擋品質(zhì)指標(biāo)應(yīng)綜合分析整車動(dòng)力性、平順性、經(jīng)濟(jì)性、傳動(dòng)系統(tǒng)壽命和駕駛員舒適性方面的影響，基于此提出以加速時(shí)間和加速度均方根值作為動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)，以燃油消耗率和燃油消耗量作為經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)，以能量密度、功率密度和沖擊度均方根作為傳動(dòng)系耐久性評(píng)價(jià)指標(biāo)，以沖擊度、加速度、沖擊劑量值、發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)量最大值作為舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)，具體如圖2所示。

圖2 整車性能指向型換擋評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

此類換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系能較好地涵蓋整車的各個(gè)性能，所開發(fā)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)具有非常強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

4 工程控制指向型換擋評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

工程控制指向換擋評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是指針對(duì)工程應(yīng)用實(shí)際中，某些如能量密度、發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)這一類評(píng)價(jià)指標(biāo)在工程實(shí)際中比較難直接測(cè)得的實(shí)際情況，尤其對(duì)于某些需要進(jìn)行積分的量，其中間需求解的未知變量多，且計(jì)算求解過程非常復(fù)雜，換擋評(píng)價(jià)過程在實(shí)際的操作中存在相當(dāng)大的困難的實(shí)際情況，從工程控制的角度出發(fā)，適當(dāng)?shù)睾喕承┲笜?biāo)變量求解或者直接采用某些相關(guān)變量替代某些難以實(shí)際應(yīng)用的指標(biāo)變量所構(gòu)建起來的換擋評(píng)價(jià)體系。如劉洪波等[14-18]針對(duì)傳統(tǒng)的換擋評(píng)價(jià)指標(biāo)不明確、評(píng)價(jià)指標(biāo)難以量化的問題，從控制的角度出發(fā)，提出換擋指標(biāo)應(yīng)在能充分表征換擋過程的基礎(chǔ)上需滿足測(cè)量的簡便性，同時(shí)提出應(yīng)分段細(xì)化評(píng)價(jià)指標(biāo)于最優(yōu)的控制期望區(qū)間以便換擋過程的實(shí)時(shí)控制。此類換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)體系包括結(jié)合時(shí)加速度波動(dòng)量、負(fù)向最大沖擊度、正向最大沖擊度、分離時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超調(diào)量、換擋響應(yīng)時(shí)間等10項(xiàng)內(nèi)容，具體如表1所示。通過計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)車試驗(yàn)，均能驗(yàn)證該評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)模型的準(zhǔn)確性和實(shí)用性，具有一定的參考價(jià)值。

表1 換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)

同時(shí)，孫賢安等[19-21]針對(duì)工程應(yīng)用中指標(biāo)求解繁瑣問題，分別設(shè)計(jì)了評(píng)價(jià)系統(tǒng)，對(duì)換擋評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)采集、濾波和計(jì)算進(jìn)行了離散化簡化處理，其所生成的評(píng)價(jià)報(bào)告可為優(yōu)化換擋品質(zhì)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。此外還有以濾波后的加速度峰值、沖擊度峰值、平均功率最大值、10～14 Hz縱向加速度峰值作為指標(biāo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[21-23]。

5 換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前，學(xué)術(shù)界尚未對(duì)所有具體的評(píng)價(jià)項(xiàng)目進(jìn)行規(guī)范。但是，隨著電子控制技術(shù)在自動(dòng)變速器領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，僅以沖擊度和滑磨功為評(píng)價(jià)指標(biāo)的傳統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)已經(jīng)明顯不能滿足不斷發(fā)展的自動(dòng)變速器技術(shù)要求。新的換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)充分考量車輛縱向動(dòng)力學(xué)、傳動(dòng)系統(tǒng)壽命、燃油消耗和排放性能等方面的影響。針對(duì)具體的指標(biāo)變量，工程實(shí)際中應(yīng)采用新的測(cè)試技術(shù)手段，簡化測(cè)試與控制過程[24-25]。此外，對(duì)于具有特殊用途的大功率車輛而言，其換擋評(píng)價(jià)指標(biāo)除了需要考慮駕駛員舒適性和車輛性能，還應(yīng)重點(diǎn)評(píng)估其執(zhí)行特殊任務(wù)或在極端條件下完成相應(yīng)操作的作業(yè)能力。

6 結(jié)束語

（1）本文針對(duì)當(dāng)前已構(gòu)建的各式各樣換擋評(píng)價(jià)體系進(jìn)行了歸納，并將其分類為專項(xiàng)功能指向型、整車性能指向型、工程控制指向型三類。

（2）結(jié)合具體的例子，針對(duì)每一種指標(biāo)體系類型的特點(diǎn)進(jìn)行了評(píng)述，詳細(xì)論述了每種指標(biāo)的優(yōu)缺點(diǎn)。

（3）提出了換擋評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的發(fā)展趨勢(shì)。

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The State on Evaluation Index Systems of Automatic Transmission Shifting

CHEN Qiao1，YAO Guang-tao2，ZHANG Ying-feng2，WANG Ji-jia1
（1.Postgraduate Training Brigade，Military Transportation University，Tianjin 300161，China；2.Military Vehicle Department，Military Transportation University，Tianjin 300161，China）

The evaluation index system of shifting has not been constructed in a unified standard way，which is one of the restraining factors of the automatic transmission industrial development.The existing evaluation index system of shifting is expatiated，and the classification is advanced.The development perspective is presented as well.

automatic transmission；shifting quality；shifting index

U463.2

A < class="emphasis_bold">文章編號(hào)：1

1672-545X（2017）05-0050-03

2017-02-22

陳橋（1989－）男，廣西北流人，碩士研究生，研究方向：動(dòng)力與傳動(dòng)工程。