雙離合變速箱乘用車的冬季標(biāo)定試驗(yàn)方法

韓榮

廣東皓耘科技有限公司，廣東佛山 528311

0 引言

我國北方地區(qū)離冬季冷空氣的策源地“西伯利亞高壓”較近，冬季寒冷，受冷空氣的影響十分明顯，降溫更加厲害，體現(xiàn)了我國大陸性季風(fēng)氣候的特征。秦嶺淮河以北的地區(qū)，北京以南的華北地區(qū)最冷月均溫在-8 ℃以內(nèi)，而內(nèi)蒙古和東北地區(qū)最冷月均溫在-12 ℃以下，緯度最高的黑龍江冬季最冷均溫在-20 ℃以下，北極村最冷月均溫可達(dá)-30.9 ℃。我國汽車銷量從2010年的1 806萬輛增長(zhǎng)到2018年2 888萬輛，最近兩年穩(wěn)定在2 500萬輛左右。因此針對(duì)冬季地區(qū)的特殊環(huán)境進(jìn)行變速器標(biāo)定，不僅使其更好地適應(yīng)冬季地區(qū)的環(huán)境，同時(shí)還可提高車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性。

1 標(biāo)定前準(zhǔn)備

1.1 桌面標(biāo)定

在標(biāo)定樣車交付之前，采用仿真軟件計(jì)算換擋曲線，即所謂的桌面標(biāo)定，來加快標(biāo)定效率。AVL CRUISE是一款常用的優(yōu)秀仿真軟件，可以用于車輛的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性以及排放性能的仿真，其模塊化的建模理念可以便捷地搭建簡(jiǎn)歷雙離合變速箱的乘用車模型，最終釋放第一版的換擋圖。

文中主要采用其GSP換擋規(guī)律生成及優(yōu)化工具模塊。GSP車輛模型需要輸入以下全部數(shù)據(jù)：車輛數(shù)據(jù)(載荷相關(guān)特性數(shù)據(jù)、車輛尺寸等)；發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)(萬有特性圖、負(fù)荷特性圖等)；變速箱(擋位、傳動(dòng)比、效率、換擋時(shí)間等)；輪胎數(shù)據(jù)(滾動(dòng)阻力、滾動(dòng)半徑等)；離合器(離合器扭矩傳遞特性、分離時(shí)間、結(jié)合時(shí)間等)。

常用兩參數(shù)換擋規(guī)律：軸為車速，軸為油門開度。小油門開度以舒適、穩(wěn)定及少污染為主；中油門開度以保證燃油經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上兼顧動(dòng)力性;大油門開度則以動(dòng)力性能為主。

1.2 車輛準(zhǔn)備

標(biāo)定車輛必須具備車輛管理所申領(lǐng)的臨時(shí)牌照，并隨車攜帶車輛保險(xiǎn)單。

標(biāo)定車輛必須符合整車技術(shù)條件要求，同時(shí)需裝備有拖車鉤、拖車?yán)K、滅火器、警示三腳架等應(yīng)急救援物品。

標(biāo)定過程中載荷以五座車不超過4名乘客質(zhì)量，七座車不超5名乘客質(zhì)量為最佳條件。按照每位乘客體重加上行李的總質(zhì)量為75 kg來配置載荷。

標(biāo)定過程中必須隨車攜帶必要的CAN總線標(biāo)定工具、適當(dāng)?shù)挠鸵阂约按铊F線或戶外應(yīng)急電源等(冬季試驗(yàn)過程中很容易出現(xiàn)整車電量不足而無法啟動(dòng)車輛的現(xiàn)象)。

1.3 試驗(yàn)場(chǎng)地

我國寒區(qū)試驗(yàn)場(chǎng)主要集中于東北地區(qū)的黑河和牙克石，冬季寒冷漫長(zhǎng)，年平均環(huán)境溫度低于-20 ℃且達(dá)100 d左右。

2 基礎(chǔ)標(biāo)定

2.1 換擋線標(biāo)定

根據(jù)GB/T 1521.033—2013《整車行駛阻力試驗(yàn)方法》測(cè)定的滑行阻力曲線，在轉(zhuǎn)鼓上模擬道路負(fù)荷。電子油門控制器可以精確地制油門踏板開度，以10%為步長(zhǎng)，逐漸標(biāo)定到100%油門開度。換擋標(biāo)定應(yīng)該具備一定的原則：小油門開度保持換擋后的轉(zhuǎn)速在一定的水平內(nèi)；中油門區(qū)域作為過渡區(qū)域一般進(jìn)行線性過渡;高油門開度保持換擋前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨著擋位的增加越來越高。

2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)模式

升擋盡可能早，小負(fù)荷主要考慮整車低轉(zhuǎn)速振動(dòng);中負(fù)荷參考比油耗，盡量使其處于萬有特性曲線低油耗區(qū)域，同時(shí)具有一定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速寬度;高負(fù)荷參考各擋位的功率曲線。降擋盡可能晚，先利用扭矩再用降擋。

2.1.2 經(jīng)濟(jì)模式

以標(biāo)準(zhǔn)模式為基礎(chǔ)，升擋比標(biāo)準(zhǔn)模式早，升擋后的轉(zhuǎn)速也較標(biāo)準(zhǔn)模式小，略大于發(fā)動(dòng)機(jī)再噴油轉(zhuǎn)速。一般油門開度大于90%以上進(jìn)入高負(fù)荷區(qū)域。

2.1.3 運(yùn)動(dòng)模式

以標(biāo)準(zhǔn)模式為基礎(chǔ)，弱化經(jīng)濟(jì)性，升擋后轉(zhuǎn)速進(jìn)入渦輪增壓器快速響應(yīng)區(qū)間。減少換擋頻率給駕駛者更多的操作空間。盡可能在絕大部分工作點(diǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)模式1～2擋位，模式切換時(shí)駕駛者能立刻感受到這種變化。

2.1.4 手動(dòng)模式

所有擋位升擋轉(zhuǎn)速均設(shè)置為發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，降擋轉(zhuǎn)速為該車各擋位下行車怠速轉(zhuǎn)速。

2.1.5 冬季模式

同時(shí)滿足環(huán)境溫度不大于-10 ℃和變速箱油溫不大于-15 ℃或者發(fā)動(dòng)機(jī)水溫不大于20 ℃(部分企業(yè)設(shè)置為65 ℃等等)進(jìn)入冬季模式；當(dāng)變速箱油溫不小于-5 ℃和發(fā)動(dòng)機(jī)水溫不小于70 ℃退出冬季模式。

環(huán)境溫度和油溫水溫的設(shè)置值僅供參考，主要取決于企業(yè)的變速箱機(jī)械結(jié)構(gòu)，變速箱油的液位及品質(zhì)之類的，需要根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)定。

由于冬季冰雪路面，輪胎附著系數(shù)低，車輛容易打滑。以標(biāo)準(zhǔn)模式為基礎(chǔ)，直接二擋或三擋起步操作，具體由起步性能好壞來決定。

在低溫環(huán)境下，快速提高變速箱油溫和水溫，可以消除變速箱低溫性能衰退、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫偏低導(dǎo)致性能不足和駕駛車的暖風(fēng)不夠。因此需要在小油門區(qū)域，提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，盡快提高變速箱油溫和發(fā)動(dòng)機(jī)水溫。但是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也不能太高，否則會(huì)造成NVH性能太差、油耗太高等問題；在大油門區(qū)域，由于低溫高轉(zhuǎn)速運(yùn)行潤(rùn)滑不佳，同時(shí)低溫變速箱油黏滯性成指數(shù)增加，造成扭矩傳遞損失較大。因此需要限制最高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、減少換擋次數(shù)，部分情況下可能限制最高擋位的使用。大油門區(qū)域變速箱升擋轉(zhuǎn)速(油門開度不小于90%)見表1。

表1 大油門區(qū)域變速箱升擋轉(zhuǎn)速(油門開度不小于90%) 單位:r/min

2.2 定速巡航標(biāo)定

定速巡航主要標(biāo)定如下參數(shù)：最小進(jìn)入車速、最大退出車速、手動(dòng)加減的車速步長(zhǎng)等。

2.3 溫度控制性標(biāo)定

由于離合器材料對(duì)于溫度較為敏感，且量產(chǎn)車輛離合器表面溫度為模型估算值。標(biāo)定階段需要分別在奇數(shù)和偶數(shù)離合器表面附近，變速箱油底殼、油泵出入口等多處布置K型溫度熱電偶，通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來標(biāo)定離合器溫度模型。

2.4 排放油耗標(biāo)定

根據(jù)GB/T 1521.033—2013《整車行駛阻力試驗(yàn)方法》測(cè)定的滑行阻力曲線，在轉(zhuǎn)鼓上模擬道路負(fù)荷，按照GB 18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法(中國第六階段)》規(guī)定進(jìn)行排放油耗測(cè)試。實(shí)時(shí)監(jiān)控試驗(yàn)過程中排放油耗情況，如果出現(xiàn)異常，需檢查此處的換擋點(diǎn)是否可以進(jìn)一步調(diào)低，使得換擋更加積極。

3 冬季標(biāo)定項(xiàng)目

3.1 靜態(tài)常規(guī)標(biāo)定試驗(yàn)

3.1.1 低溫起動(dòng)試驗(yàn)

在不同的溫度下，通常在-40～-20 ℃環(huán)境條件下，車輛迎風(fēng)停放，靜置8 h以上，等到發(fā)動(dòng)機(jī)變速器的油水溫度和環(huán)境溫度平衡后進(jìn)行冷起動(dòng)試驗(yàn)。需配合發(fā)動(dòng)機(jī)保證車輛啟動(dòng)成功;如不能成功啟動(dòng)，且確定發(fā)動(dòng)機(jī)在沒有任何問題的情況下，需確定離合器是否及時(shí)分離、自動(dòng)變速器油位及油品。

3.1.2 靜態(tài)擋位操作

車輛處于熄火狀態(tài)，且在不同環(huán)境溫度下進(jìn)行PRND操作；冷啟動(dòng)成功后且發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定后，即可在不同變速器油溫區(qū)間下進(jìn)行PRND操作，評(píng)估其靜態(tài)換擋質(zhì)量，要求于平原地區(qū)狀態(tài)一致。

3.2 動(dòng)態(tài)常規(guī)標(biāo)定試驗(yàn)

3.2.1 TCU自學(xué)習(xí)試驗(yàn)

首次試驗(yàn)前需對(duì)TCU各油門下?lián)Q擋質(zhì)量進(jìn)行自學(xué)習(xí)。操作方法：變速箱油溫在80 ℃左右，以每10%油門為一個(gè)臺(tái)階，10%～100%油門開度等油門加速至當(dāng)前油門能達(dá)到的最高車速(需低于當(dāng)前道路的限速上限)。反復(fù)多次操作，TCU根據(jù)每次換擋過程中的換擋時(shí)間及渦輪轉(zhuǎn)速變化率進(jìn)行換擋數(shù)據(jù)的自學(xué)習(xí)，直到取得較好的換擋質(zhì)量為止。

3.2.2 低溫 R/D擋爬行試驗(yàn)

冷啟動(dòng)成功且發(fā)動(dòng)轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定后，即可對(duì)各變速箱油溫溫度區(qū)間下R/D擋爬行功能進(jìn)行測(cè)試，在試驗(yàn)過程中需要保證車速大于0 km/h，并且最好大于5 km/h。如果出現(xiàn)起步困難，則需要檢查并確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)與TCU數(shù)據(jù)是否需要優(yōu)化，同時(shí)對(duì)自動(dòng)變速箱油位及油品進(jìn)行確認(rèn)和優(yōu)化。

3.2.3 標(biāo)準(zhǔn)模式下的換擋曲線圖標(biāo)定試驗(yàn)

變速箱油溫在80 ℃左右，按10%～100%油門開度，每10%為一個(gè)步長(zhǎng)進(jìn)行自動(dòng)換擋功能測(cè)試，在每個(gè)油門下達(dá)到其能達(dá)到的最高擋位后丟油門自動(dòng)降擋；變速箱油溫在80 ℃左右，全油門加速到40 km/h，丟油門滑行至20 km/h，再全油門加速至50 km/h，丟油門滑行至30 km/h，反復(fù)操作直到最高車速(需低于當(dāng)前道路安全行駛車速)或丟油門后滑行車速大于一定值(滑行降擋6降5車速)即可，從而實(shí)現(xiàn)加油升擋、丟油升擋、加油降擋、丟油升擋的綜合工況，同時(shí)對(duì)換擋質(zhì)量進(jìn)行標(biāo)定驗(yàn)證。

經(jīng)濟(jì)模式、運(yùn)動(dòng)模式和手動(dòng)模式的換擋曲線圖標(biāo)定參考執(zhí)行。

3.2.4 冬季模式的換擋曲線圖標(biāo)定試驗(yàn)

在試驗(yàn)過程中對(duì)冬季模式的冰雪路面起步能力進(jìn)行測(cè)試，對(duì)比低擋位起步打滑極限，并確定起步性能最佳的擋位，該車型最終確定為2擋起步，故無1升2和2降1換擋線；同時(shí)保證冬季模式下在冰雪路面上急剎車工況不會(huì)因離合器分離太慢而導(dǎo)致熄火。對(duì)冬季模式下的換擋曲線圖標(biāo)定，操作方法同標(biāo)準(zhǔn)模式。

某車型冬季換擋曲線如圖1所示。

圖1 某車型冬季換擋曲線

3.2.5 暖機(jī)模式

對(duì)暖機(jī)模式的激活與解除條件進(jìn)行標(biāo)定，如果未能達(dá)到預(yù)期效果需進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)優(yōu)化。對(duì)暖機(jī)模式的換擋曲線圖進(jìn)行驗(yàn)證和標(biāo)定，以滿足EMS的要求。

3.2.6 起停功能

在試驗(yàn)過程中關(guān)注起停邏輯如擋位、車速、油門、剎車、坡度、溫度等條件是否按起?？刂埔?guī)范執(zhí)行，同時(shí)關(guān)注起停退出時(shí)起步階段沖擊。如果出現(xiàn)此種情況，需聯(lián)合EMS與ESP一起標(biāo)定優(yōu)化。

3.3 整車動(dòng)力性標(biāo)定試驗(yàn)

在平直且無冰雪的道路且保證安全行車的前提下，進(jìn)行0～100 km/h的全油門加速試驗(yàn)、40～60 km/h、60～80 km/h超車試驗(yàn)等，分析其加速時(shí)間并與平原工況進(jìn)行比對(duì)。若達(dá)不到預(yù)期效果，需對(duì)最高降擋點(diǎn)及最高升擋點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化標(biāo)定。

3.4 D-R/R-D試驗(yàn)

在車輛正常行駛過程中，進(jìn)行D-R或R-D擋位切換試驗(yàn)。標(biāo)定擋位切換的最高允許車速，避免出現(xiàn)車輛熄火現(xiàn)象。

3.5 高寒環(huán)境適應(yīng)性標(biāo)定

在-40～-20 ℃的嚴(yán)寒地區(qū)開展標(biāo)定，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，盡量選擇覆蓋較寬的溫度范圍進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)。

在市區(qū)、郊區(qū)和高速工況下對(duì)各駕駛模式進(jìn)行實(shí)車道路試驗(yàn)，包括各種可能路面，長(zhǎng)時(shí)間行駛，實(shí)時(shí)記錄車輛行駛中的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行記錄和優(yōu)化標(biāo)定。

在車速允許的情況下，測(cè)試定速巡航的進(jìn)入、保持和退出功能等。

在車輛行駛的過程中，根據(jù)實(shí)際情況開啟暖氣，測(cè)試其開啟、關(guān)閉、溫度調(diào)節(jié)、風(fēng)量調(diào)節(jié)是否對(duì)變速箱有影響。如果有影響，記錄問題并進(jìn)行優(yōu)化處理。

在不影響安全駕駛的前提下，適當(dāng)?shù)娜藶橹圃斐统F場(chǎng)景，測(cè)試其是否對(duì)變速箱有影響。如果有影響，記錄問題并進(jìn)行優(yōu)化處理。

必要時(shí)和EMS聯(lián)合標(biāo)定。

4 結(jié)束語

冬季標(biāo)定試驗(yàn)基本滿足變速箱軟件標(biāo)定開發(fā)管理辦法，車輛在不同的溫度下具備了良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和駕駛性。在最終聯(lián)合評(píng)審和驗(yàn)收階段，主客觀評(píng)分達(dá)到7分以上，滿足車輛量產(chǎn)上市的基本要求。