自動(dòng)擋輕型物流商用車換擋系統(tǒng)耐久指標(biāo)研究

崔 剛，張 晶，熊英勇，王 科

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司 技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

近年隨著物流行業(yè)的快速發(fā)展，城市短途物流興起，輕型商用城市、城際物流車輛的保有量逐年攀升，目前國內(nèi)輕型物流卡車以手動(dòng)擋為主，而手動(dòng)擋車輛對(duì)駕駛員駕駛技術(shù)要求較高。尤其是以城市路況為主的城市物流車輛，其具有起步換擋動(dòng)作頻繁，操作負(fù)荷大的特點(diǎn)，迫切需要自動(dòng)換擋變速器產(chǎn)品開發(fā)和引入，解決客戶痛點(diǎn)問題。

搭載自動(dòng)變速器車輛具有操作簡單，駕駛舒適性好、駕駛員工作負(fù)荷低等優(yōu)點(diǎn)。而其中電控機(jī)械式自動(dòng)變速器（Automatic Mechanical Trans- mission, AMT），更兼有傳動(dòng)效率高機(jī)構(gòu)簡單、成本低以及與手動(dòng)變速箱零部件通用化率高的優(yōu)點(diǎn)，在國外已普遍應(yīng)用在各型商用車輛上。

在國內(nèi)隨著客戶對(duì)商用車輛駕駛舒適性要求的提高，各汽車企業(yè)逐步開始重視自動(dòng)變速器產(chǎn)品的匹配，正在投入資源進(jìn)行研究和開發(fā)。

本文基于江淮自主研發(fā)某原創(chuàng)型AMT自動(dòng)變速器產(chǎn)品開發(fā)過程，針對(duì)換擋系統(tǒng)可靠性指標(biāo)定義過程進(jìn)行研究和總結(jié)。

針對(duì)自動(dòng)變速器的換擋系統(tǒng)部件不僅包含傳統(tǒng)意義的撥叉、同步器等部件，還包括實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、換擋過程用于切斷動(dòng)力的離合器及離合器控制機(jī)構(gòu)，再下一級(jí)部件包括換擋電機(jī)、傳感器、彈簧、連桿機(jī)構(gòu)、傳感器、電磁閥等部件，上述部件均需要基于整機(jī)實(shí)際換擋耐久性能指標(biāo)設(shè)定零部件單體及總成疲勞耐久性能指標(biāo)。

現(xiàn)有國內(nèi)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)體系所定義的換擋系統(tǒng)耐久性能可靠性指標(biāo)均針對(duì)手動(dòng)變速器（Manual Transmission, MT），如《汽車機(jī)械式變速器總成技術(shù)條件及臺(tái)架試驗(yàn)方法》（QC/T 568—2019）中定義了M類和N類車型機(jī)械式變速器總成換擋耐久性能測試指標(biāo)和方法定義，其各擋累計(jì)換擋次數(shù)約為90萬次?！镀嚈C(jī)械式變速器總成技術(shù)條件 第3部分：中型》（QC/T 29063.3—2010）中定義同步器動(dòng)態(tài)耐久性能壽命指標(biāo)，其各擋累計(jì)換擋次數(shù)約為71萬次。實(shí)際應(yīng)用自動(dòng)變速器換擋頻率要高于手動(dòng)變速器，上述標(biāo)準(zhǔn)累計(jì)換擋數(shù)量偏低，因而在開發(fā)AMT自動(dòng)變速器過程中，需要基于實(shí)際應(yīng)用路況、運(yùn)營主要區(qū)域重新設(shè)定換擋耐久性能指標(biāo)，以保證產(chǎn)品換擋系統(tǒng)的可靠性。

1 換擋系統(tǒng)耐久性能指標(biāo)實(shí)測方法

汽車自動(dòng)變速器產(chǎn)品開發(fā)階段進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目主要分三個(gè)方面：零部件試驗(yàn)、總成臺(tái)架試驗(yàn)以及整車試驗(yàn)，其中耐久試驗(yàn)也按照上述三個(gè)層級(jí)開展，這種情況就需要自上而下，設(shè)定合理的換擋系統(tǒng)耐久性能指標(biāo)。最佳的整機(jī)換擋系統(tǒng)耐久性能是基于車輛實(shí)際應(yīng)用場景下目標(biāo)壽命周期內(nèi)換擋系統(tǒng)累計(jì)數(shù)量。產(chǎn)品開發(fā)過程可參考該數(shù)量指標(biāo)開展自動(dòng)擋換擋系統(tǒng)耐久性能測試，確保換擋系統(tǒng)相關(guān)部件滿足耐久性能要求。

本文通過對(duì)投放合肥區(qū)域輕卡物流車輛實(shí)際路況調(diào)研分析選擇，采集路況數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真分析相結(jié)合，統(tǒng)計(jì)分析獲得基于壽命預(yù)期的換擋耐久性能數(shù)量，指導(dǎo)產(chǎn)品換擋系統(tǒng)相關(guān)部件耐久性能指標(biāo)設(shè)定、設(shè)計(jì)開發(fā)及測試驗(yàn)證，確保產(chǎn)品可靠性，其技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 換擋系統(tǒng)耐久性能實(shí)測方法

2 實(shí)車路況采集分析

2.1 路況信息調(diào)研

在開展路線選擇前，首先需要針對(duì)目標(biāo)用戶群體進(jìn)行實(shí)車使用路況信息調(diào)研，包括問卷調(diào)查、電話走訪等。以合肥地區(qū)運(yùn)營的輕型物流卡車為例，通過市場的車輛進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用路況調(diào)研，輕卡車輛用于物流配送占比在85%以上，路況以城市、城郊居多，城郊以省道、國道為主，僅部分冷鏈物流車輛城郊選擇高速路況。

實(shí)時(shí)路況數(shù)據(jù)可源于百度地圖，基于百度地圖提取出最具有代表性的路線圖，分析評(píng)選后獲得目標(biāo)區(qū)域多種典型城市及城郊物流路線，作為 下一步路況數(shù)據(jù)實(shí)際采集的輸入條件。

2.2 路況數(shù)據(jù)采集

車輛總換擋的數(shù)量由產(chǎn)品目標(biāo)壽命、市場定位、應(yīng)用場景及使用工況分布等因素決定，本文針對(duì)定位城市、城際物流的輕型卡車進(jìn)行換擋系統(tǒng)耐久性能指標(biāo)研究和設(shè)定。研究目標(biāo)為合肥區(qū)域城市、城際物流車輛。

基于上一節(jié)調(diào)研結(jié)果，跟蹤采集某物流公司實(shí)際運(yùn)營的多條城市物流及城郊物流路線，分析評(píng)選多組典型的路線，試驗(yàn)操作員針對(duì)典型城市、城郊和高速路線，分時(shí)段開展多輪次實(shí)際路況信息采集，車輛行駛里程不低于最低測試要求，即可獲得相應(yīng)的路況數(shù)據(jù)。圖2、圖3是所采集的城市、城郊路況數(shù)據(jù)示意圖。

圖2 合肥市典型城市物流路線對(duì)應(yīng)路況數(shù)據(jù)示意圖

圖3 合肥典型城郊物流路線對(duì)應(yīng)路況數(shù)據(jù)示意圖

2.3 路況仿真分析

實(shí)際的換擋數(shù)據(jù)難以在測試過程中直接獲得，因此，這里需要借助仿真分析軟件進(jìn)行實(shí)際路況下的換擋狀態(tài)仿真。

具體方法是針對(duì)所采集大量路況數(shù)據(jù)，通過仿真計(jì)算獲得目標(biāo)車輛在對(duì)應(yīng)路況下的詳細(xì)換擋情況及使用擋位分布信息，再進(jìn)行必要的統(tǒng)計(jì)及計(jì)算分析，最終可獲得車輛在城市、城郊、高速及山路等路況下的累計(jì)換擋數(shù)量及擋位使用情況分布等數(shù)據(jù)。

此外因輕卡商用車輛載重變化幅度大，空載、滿載駕駛習(xí)慣和換擋需求不同，會(huì)對(duì)車輛換擋分布狀態(tài)產(chǎn)生影響，因此仿真計(jì)算過程需要合理設(shè)置空載、滿載起步擋位及換擋點(diǎn)車速。如空載可以采用2擋起步，換擋模式選擇偏經(jīng)濟(jì)的換擋模式。而滿載則只能使用1擋起步，滿載狀態(tài)下為保證車輛良好的動(dòng)力性，需要選在偏動(dòng)力的換擋模式。依據(jù)汽車構(gòu)型，在AVL Cruise軟件平臺(tái)上，搭建整車模型，并依據(jù)整車參數(shù)修改各部件的屬性來快速完成整車模型參數(shù)設(shè)定，然后依據(jù)部件之間的關(guān)系完成各部件間的機(jī)械連接以及電氣連接，所搭建的AVL Cruise仿真模型如圖4所示。計(jì)算獲得城市某路況對(duì)應(yīng)換擋狀態(tài)如圖5所示，城郊某路況對(duì)應(yīng)換擋狀態(tài)如圖6所示。

圖4 Cruise仿真計(jì)算模型

圖5 城市某路況對(duì)應(yīng)換擋狀態(tài)仿真結(jié)果

圖6 城郊某路況對(duì)應(yīng)換擋狀態(tài)仿真結(jié)果

2.4 換擋信息統(tǒng)計(jì)分析

針對(duì)仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，就可以獲得每個(gè)路況下的行駛里程、各擋換擋次數(shù)、累計(jì)換擋數(shù)量等信息，進(jìn)一步計(jì)算可獲得城市工況下各擋換擋數(shù)量占比、平均里程下的換擋次數(shù)。通過大量路況數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，獲得合肥城市物流換擋分布情況如表1所示，合肥城郊物流路況換擋分布情況表2所示。其它路況包括高速、山路等特殊路況也可通過上述方法獲得相應(yīng)的換擋統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

表1 城市路況換擋信息統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

表2 城郊路況換擋信息統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

3 基于目標(biāo)壽命的換擋耐久性能數(shù)量

整車產(chǎn)品在開發(fā)過程會(huì)定義產(chǎn)品壽命（里程）目標(biāo)，而自動(dòng)變速器作為整車重要組成部分，其壽命不應(yīng)低于整車壽命?；谠搲勖繕?biāo)，按照目標(biāo)城市、城郊行駛工況構(gòu)建狀態(tài)，相關(guān)構(gòu)建方法已有學(xué)者提出，如張宏等提出道路輕型汽車行駛工況構(gòu)建。根據(jù)車輛載重行駛比率及行駛路面的分類占比情況，按照上一節(jié)不同路況下平均換擋次數(shù)及各擋占比，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算，即可獲得綜合工況、全城市工況及全城郊工況等基于目標(biāo)壽命的總換擋數(shù)量及各擋換擋數(shù)量，如圖7所示。

圖7 目標(biāo)里程分解統(tǒng)計(jì)計(jì)算示意圖

基于上述方法，針對(duì)某輕型搭載自動(dòng)變速器卡車，其目標(biāo)壽命30萬公里，用途為合肥區(qū)域物流配送，統(tǒng)計(jì)分析處理所獲得的換擋狀態(tài)分布結(jié)果如表3所示。

表3中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可以作為產(chǎn)品開發(fā)初期換擋系統(tǒng)零部件耐久性能指標(biāo)設(shè)定的依據(jù)，指導(dǎo)相關(guān)部件設(shè)計(jì)開發(fā)及后期測試驗(yàn)證，確保整個(gè)換擋系統(tǒng)部件的耐久性能可靠性。

表3 合肥區(qū)域輕卡物流車輛換擋狀態(tài)分布

4 結(jié)論

輕卡物流車輛多用于商業(yè)營運(yùn)，主要應(yīng)用區(qū)域是城市物流配送，包含一部分城郊、高速等路況，其具有行駛工況惡劣、起步及換擋極為頻繁的特點(diǎn)，對(duì)自動(dòng)變速器換擋系統(tǒng)耐久性能可靠性提出了較高的要求，本文針對(duì)匹配該類車型的自動(dòng)變速器提出一種基于實(shí)際路況獲得換擋系統(tǒng)耐久性能指標(biāo)的方法，用于指導(dǎo)換擋系統(tǒng)部件的開發(fā)及測試驗(yàn)證。并在某AMT自動(dòng)擋變速器產(chǎn)品開發(fā)過程進(jìn)行應(yīng)用并完成測試驗(yàn)證，確認(rèn)該方法具備指導(dǎo)意義。