基于总线技术的自动变速器整车性能试验

2020-10-30彭思仑李兴忠张京旭李永发

实验室研究与探索 2020年9期

彭思仑，李兴忠，张京旭，李永发

（1.吉林大学汽车工程学院，长春130022；2.一汽-大众汽车有限公司，长春130011）

0 引言

随着电子技术的快速发展，人们对技术进步和操作便捷要求的提高，使得汽车自动变速器得到越来越广泛的应用。近几年，汽车自动变速器的市场需求量愈来愈大。其中，机械式自动变速器（Automatic Manual Transmission，AMT）因其节油性好，结构相对简单，是近年来国内一些整车和变速器企业关注的热点产品［1-5］。AMT是在传统的机械式自动变速器的基础上引入微电脑及电子控制技术，实现对机械式变速器的高效、低成本的自动控制［6-8］。研究人员在AMT 自动变速器控制策略开发、电控系统硬件在环仿真分析、自动变速器仿真试验台研究等方面进行了研究［9-14］。本文优化基于德国IPEtronik公司的移动测量系统，利用基于总线技术的测试测量模块、线缆、机械电子附件和测量软件等产品，外加部分传感器对装备AMT系统的整车进行了同步数据采集并进行了试验分析，为建立有级式自动变速器车辆的换档品质评价指标样本数据库提供参考。

1 试验样车与环境

1.1 试验样车

本试验对象整车：景逸AMT（东风二汽），1.5 L，最大功率88 kW（6 000 r／min），最高扭矩143 N·m（4 000 r／min），最高时速165 km／h，百公里加速时间12.1 s，整车质量1 250 kg，综合油耗6.8 L，如图1所示。

图1 试验样车

1.2 试验设备

试验以整车为基础，变速器作为测试对象，通过布置在整车上的各类传感器，对整车、发动机、变速器和离合器进行控制与测试，得到各性能曲线［10-14］。本试验搭建了如图2 所示的基于总线技术的自动变速器整车性能试验测试平台，其主要包括数据储存及显示上位机硬件采用笔记本电脑、数据采集采用vetor公司的CANoe总线适配器、各类测试传感器以及传感器信号采集卡IPEtronik，传感器用于采集整车各类物理信号，将物理信号转换成信号采集卡IPEtronik 可识别的电信号。IPEtronik测试系统主要功能是从各种传感器、ECU和总线系统读入数字／模拟信号，并支持各种总线通讯协议，所有测量数据通过基于ISO 11898-2 的高速CAN总线输出，并提供总线描述文件（CANdb）高性能的连续数据采集、记录功能等。具体设备参数及明细详见表1 和表2。

图2 试验设备及测试平台

表1 测试设备明细

表2 传感器清单

2 试验方案及数据处理方法

采用德国IPEtronik 公司的移动测量系统解决方案，包含基于总线的各种高质量的测试测量模块、线缆、机械电子附件和测量软件等产品，能够在各种严寒、酷暑及潮湿等恶劣环境下满足所有野外或实验室上进行长时间连续测试的要求。由于需要采集的数据不能完全从CAN 线上获取，还需要外加部分传感器，因此该试验车的数据采集测试采用IPEmotion 与CANoe联合进行同步数据采集［15］，采集模式方案如图3 所示。

图3 数据采集方案

本次测试采用的测量模块为M-SENS8 和M-SENS4，连接方式见图3。M-SENS8 接12 V驱动电源，M-SENS8 与M-SENS4 通过模块连接线相连，CANoe通道2 接M-SENS4，通过IPEmotion 测试软件导出总线文件（.dbc），并与整车CAN线（接CANoe通道1）通过CANoe 连接到PC 上位机。由于加速度传感器和电流钳（3 个）需要12 V电压驱动，在此将它们连接到M-SENS8 模块上。M-SENS系列模块的采样频率有1、2、5、10、20、50、100、200、500、1 000、2 000 Hz。经过比较500、1 000、2 000 Hz 采样图例，最后选择

1 kHz。

如图4 所示，选择500 Hz时，由于采样频率较低，采样时会丢失数据，选择2 kHz 时，由于采样频率过高，采样时出现断点，因此测试时选择1 kHz 作为MSENS模块的采样频率。

图4 不同采样频率下数据采集图

3 试验结果与分析

由于整个试验过程及工况比较复杂，测试数据比较多，为了对试验结果及数据进行分析，本试验只选取典型工况试验结果进行分析说明。

3.1 换档规律

基于不同油门开度的加速试验获得的换档规律，它是车辆换档质量评价的一个重要部分，通过它可以进一步分析车辆换档过程对车辆动力性及经济性的影响。在平直良好路况下起步后，在不同定油门开度下（步长10%）行驶到最高档位，测试各个档位的换档车速，循环做5 次取均值。通过该试验方法，可以得到如图5 和图6 的满载升档规律和空载换档规律试验曲线图。

图5 满载升档规律

图5 是在满载不开空调工况下，分别以不同油门开度在平直良好路面起步，行驶到最高车速得到的整车升档规律。从图5 可以看出，在60%油门开度下，1档升2 档时的车速为20.0 km／h，2 档升3 档时的车速为41.9 km／h，3 档升4 档时的车速为58.6 km／h，4 档升5 档时的车速为77.0 km／h，5 档升6 档时的车速为93.7 km／h。

图6 空载换档规律

图6 是在空载不开空调工况下，分别以不同油门开度在平直良好路面起步，行驶到最高档位车速得到的整车换档规律。从图6 可以看出，与图5 同样60%油门开度下，1 档升2 档时的车速为20.1 km／h，2 档升3 档时的车速为38.0 km／h，3 档升4 档时的车速为52.8 km／h，4 档升5 档时的车速为70.6 km／h，5 档升6 档时的车速为88.5 km／h。

通过对图5、6 换档规律数据对比分析，可以看出不同工况下，换档规律在车辆换档过程中对车辆动力性及经济性有较大的影响，通过整车测试试验，让学生对理论和实车换档规律有直观的认识和理解，掌握换档规律的设计方法。

3.2 操纵性换档测试

操纵性换档测试是为了测试装有自动变速器（AMT）试验车辆在弯道行驶过程中是否会出现乱档现象，测试数据曲线见图7。

由图7 可知，该试验车在弯道行驶过程中可以保持档位不变（稳定在3 档），说明所设计的控制策略符合实际工况。

图7 操纵性换档测试曲线

3.3 加速性能测试

汽车加速性能是指汽车在行驶中迅速增加行驶速度的能力。原地起步加速时间，又称起步换档加速时间，系指用规定的低速档起步，以最大加速度逐步换到最高档位后，加速到某一规定的车速所需的时间。本试验对整车0 ～60 km／h加速时间，0 ～100 km／h加速时间，0 到最高车速加速时间，60 ～100 km／h加速时间都进行了试验并采集了相关数据。为了对加速性能进行说明，本文只对0 到最高车速加速时间的数据曲线进行分析说明，如图8 所示。试验测试获得各阶段的完整加速时间统计见表3。

图8 整车从0到最高车速加速时间曲线

表3 不同阶段加速时间统计表

从图8 中可以看出，整车在起步的过程中，离合器主从动盘在结合过程中，发动机到变速箱输入轴的动力传递处于滑摩状态，当离合器结合到一定位置即传递扭矩可以克服整车阻力时，车辆开始加速行驶。在5.5 s时离合器主从动盘完全结合，此时发动机与变速箱输入轴为机械连接。整个加速过程中，整车加速度在1 档升2 档过程中最大，随着车速的增加，加速度逐渐减小，到最大车速时降为0，此时车辆在最大车速状态保持匀速行驶。从图中可以看出，整个加速过程中，油门开度都处于100%状态，档位从1 档快速升到最高6 档。

3.4 换档电流测试分析

对于本试验的测试对象自动变速器AMT来说，考察离合器和选换档电机的实时电流，对于理解AMT整个换档过程及电机故障诊断是最重要的试验内容之一。本次试验以100%油门、50%油门开度起步以及在12%坡路上以100%油门开度起步时，对1 升2 档过程中不同电机的电流进行分析，同时分析100%油门下AMT循环换档工况下各电机的电流工作情况，测试结果如图9 ～14 所示。

图9 整车50%油门平路起步1升2档曲线

图10 整车100%油门平路起步1升2档曲线

由图9 ～14 中整车试验数据分析可知，AMT离合器和两个换档电机的电流可以反映换档过程进行的趋势，离合器电机电流范围基本集中在-15 ～10 A之间（负电流表示反转），离合器最大电流出现在半结合点处，离合器电机堵转矩最大电流值为（25 ±2）A；换档电机电流范围为-48 ～10 A之间，换档电机堵转矩最大电流值为（46 ±2）A。