自動變速器效率及主減速比優(yōu)化對整車性能影響研究

代立宏，胡昌才，胡鵬

（奇瑞商用車有限公司，安徽 蕪湖 241009）

概述

在日益火爆的汽車市場，由于自動變速器具有消除駕駛技術差異，操作方便的特點，所以搭載自動變速器的車輛在激烈的市場競爭中占有很大市場份額[1]。自動變速箱技術有電控機械式自動變速箱（AMT）、液力自動變速箱（AT）、無級自動變速箱（CVT）、雙離合自動變速箱（DCT）等自動變速箱。由于AT 技術相對成熟，改善AT 的燃油經(jīng)濟性成為變速箱制造廠家提高競爭力的關鍵。增加AT 的檔位是燃油經(jīng)濟性的途徑之一，因此，自動變速箱從最開始的4AT逐漸發(fā)展到6AT、7AT，直到最新推出的8AT。由于8AT 擋位多、提速快且省油的特點，因此有更為樂觀的市場前景。

文獻[2～4]對優(yōu)化變速箱內部結構改善效率進行詳細研究；文獻[1,5～7]對變速箱效率改善及對整車影響做了較多研究，對整車廠具有理論指導。本文基于某款乘用車8AT 變速箱，針對實際開發(fā)中動力性和經(jīng)濟性滿足不了設定目標，進行變速箱硬件效率提升、精細化標定及主減速比優(yōu)化三個維度開展工作，最終動力性經(jīng)濟性指標均完成并優(yōu)于設定目標，具有指導意義。

1 實驗部分

1.1 整車關鍵參數(shù)

以8 檔自動變速箱為主要研究對象，如表所示，通過優(yōu)化效率，精細化標定及主減速比優(yōu)化，測試上述優(yōu)化方案在一款SUV 乘用車上動力學、經(jīng)濟性的效果。該整車關鍵參數(shù)見表1 所示。

表1 整車關鍵參數(shù)

1.2 變速箱硬件效率提升方案

方案1 是采用低排量油泵，措施有降低電磁閥泄漏和優(yōu)化系統(tǒng)潤滑。原油泵17cc，降低至14cc 和12cc 兩種方案進行驗證，排量降低可降低泵的拖拽扭矩，從而提高變速器整機效率。

方案2 是用VFS 電磁閥替代VBS 電磁閥，表2 是VBS和VFS 參數(shù)信息。結合油泵降低排量，保證系統(tǒng)潤滑，降低閥板總成泄漏量；提升壓力一致性、穩(wěn)定性和響應性。

表2 VBS 和VFS 參數(shù)

方案3 是降低系統(tǒng)潤滑壓力，措施有提高離合器摩擦系數(shù)和優(yōu)化主油壓閥體設計。通過優(yōu)化潤滑系統(tǒng)節(jié)流孔和優(yōu)化OFCV 開啟點，降低系統(tǒng)潤滑流量。

1.3 動力性提升方案

更改大主速比，即將主減速比從3.56 增加至3.95。優(yōu)化1 檔升2 檔的換檔時間，從1000ms 縮短至400ms。增加運動模式識別策略，如圖1 所示，油門和油門變化率可以反映駕駛員的駕駛習慣和駕駛需求；在駕駛員在快速大油門加速時，可以在一定時間段內，激活SPORT 模式；在駕駛員恢復正常駕駛后一段時間，自動取消SPORT 模式，退回AUTO 模式。

圖1 激活SPORT 策略

1.5 試驗方案

變速箱臺架試驗：不同排量油泵拖拽扭矩，閥板總成泄漏量測試，不同方案變速箱效率測試[6]；整車性能試驗按照GB/T12543-90 汽車加速性能試驗方法及GB/T12545-90 汽車燃料消耗量試驗方法標準。

2 結果與討論

2.1 變速箱臺架效率

圖2 變速箱臺架效率測試

圖2 是變速箱在臺架上不同工況下效率測試值，其中17cc 是基礎狀態(tài)，14cc 是低油泵排量方案，12cc+VFS 閥板是低排量泵和低泄漏量方案。由圖2a 可知，在1000r/min@50Nm 工況下，與17cc 排量油泵相比，14cc 排量油泵變速箱效率改善有檔位密切相關；在2～4 檔效率下降；在1 和6～8檔效率增加，在7 檔效率改善最明顯，提高效率3.36%。而12cc 油泵+VFS 閥板方案，相對于17cc 基礎方案，1～8 檔變速箱效率均提升，對應改善值為2.91%、0.43%、1.14%、2.5%、2.88%、3.03%、5.12%、7.47%、4.45%。由圖2b 可知，在2000r/min@100Nm 工況下，與17cc 排量油泵相比，14cc 排量油泵和12cc 油泵+VFS 閥板方案對變速箱影響規(guī)律與1000r/min@50Nm 工況一致。由圖2c 可知，工況3000r/min@200Nm，14cc 排量油泵和12cc 油泵+VFS 均可以改善17cc油泵變速箱的效率，說明轉速和負荷越大，對油泵越敏感。

2.2 整車性能影響

表3 是仿真結果，其中仿真變量是主減速比，其余仿真參數(shù)及邊界均一致。由表3 可知，0～100km/h 加速時間由12.45s 縮短至11.72s，降幅為5.86%；60～100 km/h 加速時間由9.11s 縮短至7.99s，降幅為12.29%；通過對比主減速比對0～100km/h 和60～100km/h 加速時間影響，發(fā)現(xiàn)大主減速比可有效縮短百公里加速后半段。通過對比最大爬坡度、最高車速及NEDC 油耗，兩種主減速比無明顯差異。

表3 主減速比對性能影響

表4 是不同方案對整車性能和變速箱效率影響結果，其中A 是基礎方案，B 方案是在A 方案基礎上增加主油壓控制+14cc 油泵，C 方案是在B 方案基礎上3.95 主減速比+12cc泵。由表4 可知，A 方案百公里加速是14.1s 和WLTC 工況下百公里油耗為10.95 L/100km，為滿足開發(fā)初期設定目標值。B 方案百公里加速時間降低至13.6s，降幅為0.5s；變速箱效率中高負荷從88.4%提升至89.8%，平均效率從84.1%提升至86.6%，距離設定目標效率仍然存在差距；WLTC 工況下百公里油耗從10.95 L/100km 降低至8.79 L/100km，改善2.16 L/100km。針對動力性和變速箱效率未達到開發(fā)設定目標，進一步采用C 方案，百公里加速降低至12.6s；變速箱效率中高負荷91.3%，平均效率88.5%，WLTC 工況下百公里油耗為8.85 L/100km，指標均滿足開發(fā)設定目標值。

表4 不同方案對整車性能影響

3 結論

（1）變速箱臺架效率測試結果表明，低排量油泵、VFS電磁閥和低系統(tǒng)潤滑壓力對變速箱效率有顯著影響，影響規(guī)律與變速箱工況密切相關，轉速和負荷越大，對油泵越敏感。在1000r/min@50Nm 工況下，12cc 油泵+VFS 閥板方案，相對于17cc 基礎方案，1～8 檔變速箱效率均提升，對應改善值為2.91%、0.43%、1.14%、2.5%、2.88%、3.03%、5.12%、7.47%、4.45%。

（2）采用C 方案，百公里加速降低至12.6s；變速箱效率中高負荷91.3%，平均效率88.5%，WLTC 工況下百公里油耗為8.85 L/100km，指標均滿足開發(fā)設定目標值。