自動(dòng)變速器電子泵起停耐久測(cè)試研究

楊金民，馬靜，王君，張新亮，李曉龍

（哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，汽車已經(jīng)逐步普及，汽車數(shù)量急劇增加，另一方面，受制于城市交通的承載力有限，一時(shí)無(wú)法滿足數(shù)量龐大的交通運(yùn)輸工具的行駛，形成了城市交通中走走停停的現(xiàn)狀。同時(shí)，城市行駛中無(wú)法避免的等紅燈現(xiàn)象，也延長(zhǎng)了汽車怠速的時(shí)間。為了具有更好的駕駛體驗(yàn)，提高舒適性，減少能源浪費(fèi)，提高汽車的經(jīng)濟(jì)性，發(fā)動(dòng)機(jī)起停功能應(yīng)運(yùn)而生。

發(fā)動(dòng)機(jī)起停技術(shù)實(shí)現(xiàn)了臨時(shí)停車時(shí)可以將發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，起動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)迅速點(diǎn)火的功能。這無(wú)疑減少等待過(guò)程中的燃油消耗，同時(shí)，起動(dòng)的速度也得到保證。同時(shí)不影響空調(diào)、音響等設(shè)備的正常運(yùn)行。這一技術(shù)迅速在發(fā)達(dá)國(guó)家得到了普及。2012年歐洲新上市的汽車中半數(shù)以上配備了起停系統(tǒng)。配有該技術(shù)的汽車相比普通汽車節(jié)油效果在15%左右。隨著我國(guó)燃油法規(guī)的日益嚴(yán)格和環(huán)保意識(shí)的提高，可以預(yù)見，起停技術(shù)會(huì)以更加迅猛的速度走向市場(chǎng)。

作為實(shí)現(xiàn)起停技術(shù)的核心部件，電子泵是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火時(shí)，實(shí)現(xiàn)變速器處于工作狀態(tài)的主要部件，為變速器部分油路提供壓力。此外，在實(shí)現(xiàn)起停功能過(guò)程中，起動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)板需要反復(fù)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)迅速點(diǎn)火并工作，以實(shí)現(xiàn)電子泵和發(fā)動(dòng)機(jī)工作的切換。

本文研究的主要是模擬道路行進(jìn)過(guò)程中存在的走走停?，F(xiàn)象，通過(guò)反復(fù)起停來(lái)考核電子泵、起動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)板的可靠性。相比于實(shí)車試驗(yàn)，臺(tái)架試驗(yàn)優(yōu)勢(shì)明顯，具備成本低，試驗(yàn)周期短外，也避免了因長(zhǎng)期操作而造成駕駛員疲憊進(jìn)而帶來(lái)的安全隱患等問(wèn)題。

1 試驗(yàn)原理

起停試驗(yàn)是模擬車輛在堵車或者等待紅燈時(shí)面臨臨時(shí)停車，出現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)怠速、熄火到重新起動(dòng)這一系列過(guò)程中電子泵、起動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)板等一系列動(dòng)作。

圖1 起停耐久循環(huán)工況

圖1為電子泵起停耐久循環(huán)工況，可以看出，變速器處于D1檔位，在t1時(shí)間內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速工作狀態(tài)，此時(shí)電子泵處于OFF狀態(tài)，隨后發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，電子泵開始工作，經(jīng)歷了t2時(shí)間后，在起動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)板的驅(qū)動(dòng)下，發(fā)動(dòng)機(jī)迅速啟動(dòng)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)開始正常工作后，電子泵、起動(dòng)機(jī)停止工作，t3時(shí)間內(nèi)的動(dòng)作完成。

由此可見試驗(yàn)臺(tái)架需要保證t1、t2及t3時(shí)間內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)、電子泵及起動(dòng)機(jī)各種完成其動(dòng)作，完成對(duì)油路的控制，同時(shí)監(jiān)控記錄電子泵工作時(shí)變速器主油壓和C1離合器的油壓.作為試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)判電子泵是否工作正常的主要依據(jù)，此外，試驗(yàn)臺(tái)架需要為試驗(yàn)對(duì)象正常工作提供相應(yīng)的油溫、水溫等環(huán)境。

2 起停耐久循環(huán)的控制系統(tǒng)

6AT電子泵起停耐久試驗(yàn)是通過(guò)模擬道路實(shí)車行駛過(guò)程中反復(fù)起停動(dòng)作來(lái)考核試驗(yàn)件的。所以說(shuō)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、電子泵及起動(dòng)機(jī)的動(dòng)作控制，是模擬成功的關(guān)鍵?？刂葡到y(tǒng)理所當(dāng)然的成為試驗(yàn)臺(tái)架的核心。

2.1 三種主流控制方式的比較和選擇

以目前主流的控制方式，無(wú)外乎繼電器控制、單片機(jī)控制及PLC控制，其優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1。

表1 繼電器、單片機(jī)及PLC控制比較

繼電器控制是通過(guò)對(duì)控制信號(hào)的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的控制，而且被廣泛應(yīng)用于各種電路當(dāng)中。這種控制是通過(guò)繼電器設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因而帶來(lái)了一個(gè)無(wú)法避免的問(wèn)題，復(fù)雜的電路控制需要一定數(shù)量的控制器，大量的硬件連線無(wú)疑增加了工作量，而且適應(yīng)環(huán)境差，一旦發(fā)生故障排查難度巨大。而單片機(jī)控制體積小，可以通過(guò)修改程序來(lái)完成不同的任務(wù)。但是輸入輸出較少，對(duì)環(huán)境適應(yīng)一般，在具體環(huán)境下需要對(duì)軟硬件進(jìn)行相應(yīng)的改造才能實(shí)現(xiàn)。

相比之下，PLC控制功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單，而且適合工業(yè)級(jí)生產(chǎn)環(huán)境，而且抗干擾能力強(qiáng)，設(shè)計(jì)容易，安裝簡(jiǎn)單?？紤]到試驗(yàn)臺(tái)架長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行、而且面臨后期不斷修改等問(wèn)題，相比之下，選用PLC控制無(wú)疑是最佳方案。本次試驗(yàn)臺(tái)架控制，選擇三菱FX3U-64M型號(hào)的PLC。

2.2 PLC控制的邏輯

PLC的控制包括準(zhǔn)備程序、正式運(yùn)行程序和計(jì)數(shù)程序。

（1）準(zhǔn)備程序，即發(fā)動(dòng)機(jī)等試驗(yàn)設(shè)備處于預(yù)備階段，完成該階段后再進(jìn)行試驗(yàn)程序，并且自動(dòng)控制完成試驗(yàn)后的停機(jī)，圖2為準(zhǔn)備程序的梯形圖。

在手動(dòng)按下開始后，進(jìn)而接通輔助繼電器M0，M0的吸合使控制指示燈的Y003接通，并預(yù)備5s的等待時(shí)間。

圖2 準(zhǔn)備程序梯形圖

（2）正式運(yùn)行程序階段為循環(huán)耐久工況。通過(guò)控制不同繼電器的吸合與斷開來(lái)實(shí)現(xiàn)起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，電子泵工作；發(fā)動(dòng)機(jī)怠速，電子泵停止；發(fā)動(dòng)機(jī)熄火與電子泵工作等一些列動(dòng)作。

圖3 計(jì)數(shù)器控制梯形圖

（3）在起停耐久試驗(yàn)前后需要考核20萬(wàn)次，為此，需要通過(guò) PLC計(jì)數(shù)器來(lái)記錄運(yùn)行次數(shù)。特別說(shuō)明的是，三菱FX3U-64M內(nèi)置單個(gè)計(jì)數(shù)器最大記錄數(shù)無(wú)法單獨(dú)滿足一次性20萬(wàn)次，需要設(shè)置兩個(gè)計(jì)數(shù)器共同完成，在圖2中，計(jì)數(shù)器C100記錄一萬(wàn)以內(nèi)的次數(shù)，C101的單位為萬(wàn)次。

2.3 小結(jié)

基于PLC控制，可以有效的控制發(fā)動(dòng)機(jī)和電子泵的起停，實(shí)現(xiàn)對(duì)各試驗(yàn)對(duì)象的控制。同時(shí)利用PLC的計(jì)數(shù)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)起停耐久從開始到結(jié)束的完全自動(dòng)控制。這樣無(wú)疑大大節(jié)省了勞動(dòng)成本。

值得說(shuō)明的一點(diǎn)，目前正在進(jìn)行 P2架構(gòu)的混動(dòng)項(xiàng)目研發(fā)，所使用的HCU是通過(guò)MATLAB等控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)整車的控制，如果技術(shù)成熟后，未來(lái)可作為電子泵起停耐久試驗(yàn)控制系統(tǒng)的升級(jí)選項(xiàng)，可以豐富控制內(nèi)容，提供設(shè)備的使用壽命，簡(jiǎn)化硬件連接，降低維護(hù)成本，并且省去了部分采集信號(hào)的設(shè)備。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)控及采集

6AT電子泵起停耐久試驗(yàn)是模擬變速器處于D1檔位，汽車臨時(shí)熄火時(shí)電子泵為AT主油路及C1離合器提供油壓。所以，根據(jù)采集主油壓和C1離合器油壓的數(shù)據(jù)是判斷電子泵是否出現(xiàn)故障的重要依據(jù)和試驗(yàn)支撐。

現(xiàn)有的PLC程序中，判斷是否起停一次的依據(jù)是時(shí)間，而非發(fā)動(dòng)機(jī)是否重新起動(dòng)。而實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中，由于火花塞積碳過(guò)多等原因，難免會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)未起動(dòng)成功。因此，需要增加一條對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)未起動(dòng)成功次數(shù)的記錄，即方便監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)異常，也可以在試驗(yàn)完成后重新補(bǔ)做未成功的起停試驗(yàn)。

針對(duì)主油路壓力和C1離合器壓力的采集，采用意昂神州的試驗(yàn)臺(tái)架數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有多個(gè)通道，可以同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)壓力和溫度。通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)客戶端，并自動(dòng)保存。

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)是否成功判斷程序

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)未起動(dòng)成功的次數(shù)計(jì)數(shù)，可以依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行判斷。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)成功，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)在 500rmp以上。這樣就可以增加兩條PLC程序，第一條為監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速并采集；第二條是增加一條發(fā)動(dòng)機(jī)未起動(dòng)成功次數(shù)的計(jì)數(shù)，將采集來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與500rmp進(jìn)行比較，如果小于該數(shù)值，計(jì)數(shù)器加 1。同時(shí)將監(jiān)測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及未起動(dòng)成功次數(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端計(jì)算機(jī)上，便于監(jiān)控。方便發(fā)生故障后的及時(shí)判斷和后續(xù)補(bǔ)做未起動(dòng)成功次數(shù)。

圖5 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)是否成功判斷程序

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控采集是獲得試驗(yàn)結(jié)果的重要支撐。起停功能工作時(shí)，主要保持對(duì)變速器上的主油壓和C1離合器油壓工作。這部分是考核電子泵是否正常工作的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。此外，試驗(yàn)中難免遇到發(fā)動(dòng)機(jī)未起動(dòng)成功，如果連續(xù)多次出現(xiàn)該現(xiàn)象，則必須引起試驗(yàn)人員的注意。需要排除故障，特別是起動(dòng)機(jī)或者驅(qū)動(dòng)板等試驗(yàn)考核件是否存在故障。

4 工況環(huán)境的控制

為更加真實(shí)模擬實(shí)車過(guò)程中起停工況，需要控制變速器油溫至110℃±10℃。同時(shí)，起動(dòng)機(jī)工作需要12V直流電壓。

變速器油溫控制采用的是同圓測(cè)試的 ToCeil-JY恒溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)溫度控制范圍在70至140℃之間，進(jìn)油溫度控制精度在±1℃，最大流量 200L/min，具備過(guò)濾功能，完全能夠滿足試驗(yàn)需求。

12V直流電源采用能華機(jī)電的 NHWY30-500型號(hào)的直流電源?？墒謩?dòng)設(shè)置30V以內(nèi)的穩(wěn)壓電源，可以滿足試驗(yàn)任務(wù)。

創(chuàng)造需求的試驗(yàn)工況是保證試驗(yàn)順利進(jìn)行的基礎(chǔ)。試驗(yàn)中，主要是對(duì)變速器油溫和起動(dòng)機(jī)電壓的需求。采用相應(yīng)的溫控設(shè)備和穩(wěn)壓電源，使試驗(yàn)工況的控制獲得了保證。

5 結(jié)束語(yǔ)

該套設(shè)備現(xiàn)已經(jīng)全部搭建完成，并且已經(jīng)應(yīng)用在6AT起停項(xiàng)目電子泵耐久試驗(yàn)中，目前已經(jīng)完成三輪6AT起停耐久試驗(yàn)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，滿足6AT起停項(xiàng)目的試驗(yàn)考核需求。

該套設(shè)備功能強(qiáng)大，能夠根據(jù)實(shí)車起停過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)、電子泵和起動(dòng)機(jī)各部件動(dòng)作的控制，實(shí)現(xiàn)全程的自動(dòng)化操作，控制了試驗(yàn)變量，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可信度更高?？刂葡到y(tǒng)可以對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控并采集，特別是可以對(duì)是否起停成功進(jìn)行判斷，使試驗(yàn)設(shè)備更加智能。工況控制系統(tǒng)全程保證了試驗(yàn)條件的準(zhǔn)確性，使模擬更加真實(shí)有效。