輕卡變速器城市道路載荷譜的研究

鐘華　高建敏　趙靖偉

摘 要：通過對輕卡的道路載荷譜的采集和分析，而獲得準(zhǔn)確的道路載荷譜，這是進行變速箱疲勞設(shè)計的先決條件。文章主要針對某輕卡在平原地帶工況的路譜進行采集和分析，獲得該工況下變速箱的使用情況，為后續(xù)輕卡變速箱研發(fā)提供正向輸入。關(guān)鍵詞：路譜;輕卡;變速箱中圖分類號：U463.8 ?文獻標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）08-122-02

Abstract： Through the collection of road load spectrum of light truck， the accurate road load spectrum can be obtained， which is the prerequisite for the fatigue design of gearbox.?This paper mainly collects and analyzes the road spectrum of a light truck in plain area， obtains the use of gearbox under this condition， and provides forward input for the.Keywords： Road Load Spectrum; Light Truck; Gear boxCLC NO.： U463.8??Document Code： A??Article ID： 1671-7988（2020）08-122-02

引言

變速箱的研發(fā)中，臺架試驗是考核變速箱可靠性和耐久性的主要手段，但前提是需要臺架的試驗工況盡可能接近實際工況。國外對汽車變速箱疲勞耐久性試驗和壽命估計做了很多研究，而國內(nèi)是剛起步階段，并且關(guān)于研究實際工況和臺架試驗還是很少，結(jié)合路譜采集理論的實際工況和試驗臺架也處于摸索階段，缺少具有指導(dǎo)意義的數(shù)據(jù)庫。為了給變速箱疲勞強度設(shè)計及臺架試驗提供可靠而且實用的路譜數(shù)據(jù)，我們對不同道路工況以及變速箱進行了路譜采集與分析。本文主要采集的數(shù)據(jù)為某輕卡匹配5J38T的變速箱在西安地區(qū)的路譜，并對其進行工況分析。

1 道路載荷譜的采集系統(tǒng)及采集工況

1.1?道路載荷譜的采集系統(tǒng)

道路載荷譜的采集系統(tǒng)由多功能GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、遠程管理服務(wù)平臺、數(shù)據(jù)處理分析軟件等部分組成。多功能GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過CAN總線實時獲取ECU的內(nèi)部數(shù)據(jù)，結(jié)合GPS傳感器獲取定位信息和行駛車速，并將數(shù)據(jù)通過GPRS/3G無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠程管理服務(wù)平臺。用戶可通過手機、筆記本登錄服務(wù)平臺監(jiān)控試驗車輛。

多功能GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與無線行駛記錄儀類似，安裝在終端車輛，長時間記錄、檢測、存儲行駛過程中發(fā)動機ECU總線數(shù)據(jù)、車速、行駛軌跡等參數(shù)。因此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須滿足以下條件：內(nèi)置實時處理器，達到1HZ采樣率;內(nèi)置高精度GPS傳感器，可與北斗兼容，2.5米定位精度;具有SD卡存儲功能，支持斷電保護;具有CAN總線接口，支持SAEJ 1939、CCP、ISO15765等協(xié)議，可連接INDAM模塊和車輛ECU;具有抗沖擊、抗振動等惡劣環(huán)境能力，滿足礦區(qū)、顛簸等路況要求，可在-40℃-85℃溫度范圍內(nèi)工作等等。

1.2?采集工況以及整車配置

本次采集的主要路線為西安市區(qū)，基本可以代表商用車在市區(qū)內(nèi)的運行工況。大致路線如圖1所示，共采集里程5860千米，歷時50天，主要運載的貨物為面包。

路譜測試采用的車為輕卡，整車的基本配置如表1所示。

2?軟件分析系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)分析

2.1?軟件分析系統(tǒng)

為將采集數(shù)據(jù)進行符合研究需求的分析與計算，自編了針對CAN總線路譜采集數(shù)據(jù)的輕卡變速箱路譜數(shù)據(jù)分析軟件。首先，應(yīng)用該軟件可以完成采集數(shù)據(jù)的擋位篩選工作，對每個擋位的累積使用時間進行統(tǒng)計，例：可以知道1擋，發(fā)動機轉(zhuǎn)速在900～1000rpm，且扭矩在1400～1500Nm的使用時間;其次，對每一個擋位，在任一轉(zhuǎn)速段和扭矩段的使用時間進行統(tǒng)計與可視化輸出，并且統(tǒng)計每個擋位的換擋次數(shù)，例：1擋升2擋次數(shù);5擋降4擋次數(shù);最終，根據(jù)“等效損傷理論”，可推導(dǎo)出不同載荷作用下的總相對損傷量的計算公式，即將不同載荷的作用次數(shù)折算成標(biāo)準(zhǔn)載荷下的作用次數(shù)將采集數(shù)據(jù)進行加速。

將數(shù)據(jù)完成之后，將所有計算結(jié)果以及生成的可視化圖片保存至指定的Excel，以便后續(xù)查詢。

2.2 采集數(shù)據(jù)分析

采集到的原始數(shù)據(jù)包括車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負載百分比、扭矩百分比、時間、海拔、經(jīng)度、緯度等發(fā)動機報文輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)這些原始數(shù)據(jù)，使用路譜數(shù)據(jù)分析軟件可得各個擋位使用時間、加速時間、各擋位車速的分布情況如表2所示。其中加速時間是將采集到的數(shù)據(jù)加速至發(fā)動機最大輸出扭矩以及疲勞試驗臺架最大轉(zhuǎn)速所得，再次將加速時間線性轉(zhuǎn)換至10萬公里以便與國標(biāo)載荷譜進行對比。由對比結(jié)果可以得出，臺架試驗與路譜采集數(shù)據(jù)的加速時間相差較大，臺架加速時間在各個擋位均比路譜采集時間久，由此可得，臺架試驗比實際情況的考核力度大，滿足實際需求。

由分析統(tǒng)計得，車速主要集中在30-90km/h，發(fā)動機轉(zhuǎn)速主要集中在1200-2200r/min，這主要是因為城市道路平坦，速度保持在較高車速的情況。

變速箱換擋性能也是變速箱設(shè)計時需考慮的一個關(guān)鍵問題，由于關(guān)系到同步器的可靠性，故在此分析了各個檔位的換擋頻率如圖2所示。由統(tǒng)計分析可以得出在4擋和5擋使用率最高，升擋總數(shù)大于降擋總數(shù)，是因為降擋時存在跳擋次數(shù)較多，如5擋降3擋，4擋降2擋。根據(jù)總路程以及總的換擋次數(shù)得到此輕卡平均536m換一次擋位。

3?結(jié)論

本文通過實際工況的輕卡路譜采集與分析，對比臺架載荷譜，得出以下結(jié)論：

（1）實際輕卡路譜中，由于行駛工況較好，高速檔使用較多，低速檔位使用較少;

（2）對比試驗臺架載荷譜，一擋、二檔、三檔臺架時間與實際采集差距較大，在設(shè)計變速箱時可適當(dāng)減小該三排齒輪的強度亦滿足實際需求。

參考文獻

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