自动变速器在重型越野汽车上的匹配应用

张荣瑾

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

测试试验

自动变速器在重型越野汽车上的匹配应用

张荣瑾

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

重型越野汽车经常运行在启停频繁和路面复杂的工况，为满足平稳的低速性能，并能使车辆具有良好的适应能力和高机动性，有效减少驾驶员的疲劳感，提高车辆的动力性、经济性和安全性，文章从实际运用出发，针对目前国内重型越野汽车发展现状，讨论自动变速器的应用，实现机械安装、电子控制和润滑冷却的最优匹配。

重型越野汽车；自动变速器；匹配应用

CLC NO.:U463.23 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-96-04

引言

在全社会对人力成本控制、环境保护的重视程度越来越高的背景下，自动变速器凭借智能技术，有效解决了手动变速器对外部人力、环境的依赖问题。它将推动民用卡车向驾驶舒适、节能减排发展。国外汽车厂商成功推出第一台用于卡车和公共汽车的全自动变速器，它的出现使人们体会到了操作的简便轻松、维修保养消耗减少及车辆性能改进等许多综合优点。随着国内道路条件改善和交通运输业发展，自动变速器为大吨位、大功率、多轴化卡车的发展提供了有力支撑。

重型越野汽车不仅满足了部队的装备需要，而且几乎所有型号的军用重型越野汽车都有相应的民用型号，在公路运输、石油勘探、工程建设等方面大量使用，为国民经济建设发挥着巨大的作用。由于重型越野汽车使用条件极为恶劣，对车辆机动性和平稳低速性具有较高的要求，自动变速器的匹配，解决了手动变速器挡位多、选换档操纵沉重、劳动强度大的问题。

1、自动变速器的分类

自动变速器是相对于手动变速器能够自动根据发动机转速来进行换档。按变速方式的不同，可分为有级自动变速器和无级自动变速器两种，有级自动变速器是具有有限个定值传动比的自动变速器，无级自动变速器是能使传动比在一定范围内连续变化的自动变速器。常见的有四种形式，分别是液力自动变速器（AT）、电控机械自动变速器（AMT）、机械无级自动变速器（CVT）、双离合器自动变速器（DCT）。

1.1 液力自动变速器（AT）

液力自动变速器是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。其中液力变扭器是AT最重要的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，兼有传递扭矩和离合的作用。

图1 液力自动变速器结构原理

1.2 电控机械自动变速器（AMT）

电控机械式自动变速器是在传统干式离合器和手动齿轮变速器的基础上，加装电子控制系统，将手动换档机构改造成自动换档机构，从而实现自动换档的有级式机械自动变速器。

图2 电控机械自动变速器结构原理

1.3 机械无级自动变速器（CVT）

机械无级自动变速器主要靠主、从动轮和金属带来实现速比的无级变化，变速比不是间断的点，而是一系列连续的值，形成不同的速比不同，致使变速箱输出的转速也随之变化，从而实现不分档次的徐缓转动。实现了良好的经济性、动力性和驾驶平顺性，而且降低了排放和成本。

图3 机械无级自动变速器结构原理

1.4 双离合器自动变速器（DCT）

DCT是两个传统手动变速箱的集合体，拥有两个离合器，两根输入轴，但仅有一根输出轴。离合器的分离与接合，以及挡位切换都在电脑的掌控下通过液压机构进行控制，因此也能提供手动换挡模式。以传统手动变速箱为基础加入双离合器和电控组件，获得优异的性能表现和良好的燃油经济性。

图4 双离合器自动变速器结构原理

综合以上，AT具有对外负载良好的自动调节和适应性，使车辆起步平稳，加速均匀，其减振作用可降低传动系的动载和扭振，延长传动系的使用寿命，提高乘坐舒适性、行驶安全性、通过性以及车辆的平均速度。

2、自动变速器在重型越野汽车上的应用

根据重型越野汽车的战地要求，为了保证车辆的机动性和行驶平稳性，依据整车设计方案和整车设计条件（表1），整车匹配关键总成结构型式及参数定义如表2。

表1 整车设计条件

表2 整车主要总成结构型式及参数定义

2.1 动力匹配

根据整车和发动机外特性参数，计算出车辆满载状态时的动力性（最大爬坡度、加速时间、最高车速）和经济性（等速油耗、续驶里程）。

表3 整车动力性计算结果

表4 整车经济性计算结果

通过以上计算和分析，某8×8重型越野汽车整车动力性与续驶能力的匹配计算结果达到或超出了整车方案对机动性与续驶能力的要求。由于在计算过程中某些参数的设定取些估算值，与最终状态会有偏差，因此，计算结果与实际状态存在一定的偏差。后期根据试验验证结果，将持续改进或优化越野环境下的动力性，并通过零件优化提升传动效率，降低附件功率损耗，以提升整车经济性。

2.2 机械安装

由于自动变速器无离合器，需要通过适配器进行过渡连接，因此对装配工艺提出了较高的要求，需要安装相应的装配规范进行联结装配（见图5）。

图5 变速器与发动机连接示意图

变速器与发动机联结成动力总成后按照整车设计方案（安装角度），依据扭矩计算结果，采用4点悬置加变速器辅助支撑进行布置。悬置系统固定点位于发动机曲轴箱壳体前端两侧、飞轮壳两侧以及变速箱壳体尾端上部。结合重型卡车悬置系统布置形式以及各悬置点在动力总成上的位置，悬置系统采用四点式支撑，前、后均为平置式，左右对称布置；增加变速箱悬置辅助支撑，减小发动机飞轮壳后端面静态弯矩。

图6 动力总成安装示意图

2.3 电控系统

根据整车电控系统设计，自动变速器提供了CAN网络通信（SAE J1939）。电子控制系统能按汽车行驶的需要选择相应的挡位，实现更复杂、更合理的控制，获得更理想的经济性和动力性，并可简化液压控制系统。提高控制精度和反应速度，容易实现整车控制。

图7 液力自动变速器控制系统简图

控制系统由电子控制装置和阀板总成两部分组成，电子控制装置由传感器、控制开关、执行器及电子控制单元（ECU）等组成。电子控制单元（ECU）根据传感器检测所得节气门开度、车速、油温等运转参数，以及各种控制开关来的当前状态信号，经运算比较和分析后按设定的程序，向各个执行器发出指令，以操纵阀板总成中各种控制阀的工作，从而最终实现对自动变速器的控制。

图8 液力自动变速器换挡操控简图

2.4 冷却匹配

液力自动变速器的液力传动过程中，传动介质为润滑油，润滑油除了本身的润滑以外，还承担了动力传动的任务。液压传动整个过程变速箱传动效率为80%左右，其余接近20%的能量以克服零部件阻力以及热量的形式消耗掉。这部分热量足够润滑液吸收并升温至120度以上，甚至更高，直至润滑油产生高温氧化，粘度急剧下降，润滑效果变差，最终增加功率损耗，影响变速箱寿命。为了保证自动变速器及润滑油能够在正常的温度下工作，不至于温度过高，需要进行专门的散热设计，自动变速器冷却系统，布置及基本的工作原理同发动机冷却系统类似，自动变速器冷却介质为其专用的变速箱润滑油，系统主要由油泵、冷却润滑通道、液力变矩器、油底壳、进出油管、进出水管、油冷器等组成（见图9）。

图9 液力自动变速器油冷却示意图

将变速器油冷器串联在发动机大小循环中，要确保冷却系统的大小循环都能通过油冷却器，采用外置节温器方案，发动机冷却水流经发动机水套后全部进入变速箱油冷器，再进入调温器室，调温器根据水温调节大小循环的比例，这样即可实现全流式的变速箱冷却。

3、标定及性能测试

自动变速器匹配完成后，对整车功能进行测试，根据路谱的采集对各个工况下进行换挡质量标定、自学习模块标定、上下坡模式标定、“三高”标定、驾驶性标定，经过反复标定，对于整车开发过程中开展路谱采集输入及TCU数据的优化，以改善换挡质量，减少换挡冲击。

图10 液力自动变速器标定过程

4、结束语

通过某8×8重型越野汽车液力自动变速器的应用，实现了机械安装、电子控制和润滑冷却的最优匹配，经过重复标定及TCU数据优化，改善了换挡质量，使整车动力性和经济性完美结合，推动社会环境保护和节能减排发展。

[1] 余志生,汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2000.

[2] 王洪亮,刘海鸥,陈慧岩,越野车辆的自动变速系统[J],北京理工大学学报,2009年03期.

[3] 刘文光,商用汽车电控机械自动变速器智能控制技术研究[D],江苏大学,2010年.

[4] 刘振军,秦大同,胡建军,重型车辆自动变速技术及发展趋势[J];重庆大学学报(自然科学版),2003年10期.

Application of automatic transmission in heavy off road vehicle

Zhang Rongjin
( Anhui Jianghuai Automobile Group Corp., Ltd. Anhui Hefei230601 )

Heavy off-road vehicle often run frequently and road complex conditions in Kai, in order to meet the stable performance at low speed, and can make the vehicle have good adaptability and high maneuverability, reduce driver fatigue, improve the dynamic performance and economic performance and the safety of the vehicle, this paper from the actual use of in China heavy off-road vehicle development status, discusses the application of automatic transmission, mechanical installation, lubrication and cooling of electronic control and optimal matching.

Heavy off-road vehicle; Automatic transmission; Matching application

U463.23

A

1671-7988 (2017)08-96-04

张荣瑾，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.033