張榮瑾

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

測試試驗

自動變速器在重型越野汽車上的匹配應(yīng)用

張榮瑾

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

重型越野汽車經(jīng)常運行在啟停頻繁和路面復雜的工況，為滿足平穩(wěn)的低速性能，并能使車輛具有良好的適應(yīng)能力和高機動性，有效減少駕駛員的疲勞感，提高車輛的動力性、經(jīng)濟性和安全性，文章從實際運用出發(fā)，針對目前國內(nèi)重型越野汽車發(fā)展現(xiàn)狀，討論自動變速器的應(yīng)用，實現(xiàn)機械安裝、電子控制和潤滑冷卻的最優(yōu)匹配。

重型越野汽車；自動變速器；匹配應(yīng)用

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

引言

在全社會對人力成本控制、環(huán)境保護的重視程度越來越高的背景下，自動變速器憑借智能技術(shù)，有效解決了手動變速器對外部人力、環(huán)境的依賴問題。它將推動民用卡車向駕駛舒適、節(jié)能減排發(fā)展。國外汽車廠商成功推出第一臺用于卡車和公共汽車的全自動變速器，它的出現(xiàn)使人們體會到了操作的簡便輕松、維修保養(yǎng)消耗減少及車輛性能改進等許多綜合優(yōu)點。隨著國內(nèi)道路條件改善和交通運輸業(yè)發(fā)展，自動變速器為大噸位、大功率、多軸化卡車的發(fā)展提供了有力支撐。

重型越野汽車不僅滿足了部隊的裝備需要，而且?guī)缀跛行吞柕能娪弥匦驮揭捌嚩加邢鄳?yīng)的民用型號，在公路運輸、石油勘探、工程建設(shè)等方面大量使用，為國民經(jīng)濟建設(shè)發(fā)揮著巨大的作用。由于重型越野汽車使用條件極為惡劣，對車輛機動性和平穩(wěn)低速性具有較高的要求，自動變速器的匹配，解決了手動變速器擋位多、選換檔操縱沉重、勞動強度大的問題。

1、自動變速器的分類

自動變速器是相對于手動變速器能夠自動根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速來進行換檔。按變速方式的不同，可分為有級自動變速器和無級自動變速器兩種，有級自動變速器是具有有限個定值傳動比的自動變速器，無級自動變速器是能使傳動比在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的自動變速器。常見的有四種形式，分別是液力自動變速器（AT）、電控機械自動變速器（AMT）、機械無級自動變速器（CVT）、雙離合器自動變速器（DCT）。

1.1 液力自動變速器（AT）

液力自動變速器是由液力變扭器、行星齒輪和液壓操縱系統(tǒng)組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達到變速變矩。其中液力變扭器是AT最重要的部件，它由泵輪、渦輪和導輪等構(gòu)件組成，兼有傳遞扭矩和離合的作用。

圖1 液力自動變速器結(jié)構(gòu)原理

1.2 電控機械自動變速器（AMT）

電控機械式自動變速器是在傳統(tǒng)干式離合器和手動齒輪變速器的基礎(chǔ)上，加裝電子控制系統(tǒng)，將手動換檔機構(gòu)改造成自動換檔機構(gòu)，從而實現(xiàn)自動換檔的有級式機械自動變速器。

圖2 電控機械自動變速器結(jié)構(gòu)原理

1.3 機械無級自動變速器（CVT）

機械無級自動變速器主要靠主、從動輪和金屬帶來實現(xiàn)速比的無級變化，變速比不是間斷的點，而是一系列連續(xù)的值，形成不同的速比不同，致使變速箱輸出的轉(zhuǎn)速也隨之變化，從而實現(xiàn)不分檔次的徐緩轉(zhuǎn)動。實現(xiàn)了良好的經(jīng)濟性、動力性和駕駛平順性，而且降低了排放和成本。

圖3 機械無級自動變速器結(jié)構(gòu)原理

1.4 雙離合器自動變速器（DCT）

DCT是兩個傳統(tǒng)手動變速箱的集合體，擁有兩個離合器，兩根輸入軸，但僅有一根輸出軸。離合器的分離與接合，以及擋位切換都在電腦的掌控下通過液壓機構(gòu)進行控制，因此也能提供手動換擋模式。以傳統(tǒng)手動變速箱為基礎(chǔ)加入雙離合器和電控組件，獲得優(yōu)異的性能表現(xiàn)和良好的燃油經(jīng)濟性。

圖4 雙離合器自動變速器結(jié)構(gòu)原理

綜合以上，AT具有對外負載良好的自動調(diào)節(jié)和適應(yīng)性，使車輛起步平穩(wěn)，加速均勻，其減振作用可降低傳動系的動載和扭振，延長傳動系的使用壽命，提高乘坐舒適性、行駛安全性、通過性以及車輛的平均速度。

2、自動變速器在重型越野汽車上的應(yīng)用

根據(jù)重型越野汽車的戰(zhàn)地要求，為了保證車輛的機動性和行駛平穩(wěn)性，依據(jù)整車設(shè)計方案和整車設(shè)計條件（表1），整車匹配關(guān)鍵總成結(jié)構(gòu)型式及參數(shù)定義如表2。

表1 整車設(shè)計條件

表2 整車主要總成結(jié)構(gòu)型式及參數(shù)定義

2.1 動力匹配

根據(jù)整車和發(fā)動機外特性參數(shù)，計算出車輛滿載狀態(tài)時的動力性（最大爬坡度、加速時間、最高車速）和經(jīng)濟性（等速油耗、續(xù)駛里程）。

表3 整車動力性計算結(jié)果

表4 整車經(jīng)濟性計算結(jié)果

通過以上計算和分析，某8×8重型越野汽車整車動力性與續(xù)駛能力的匹配計算結(jié)果達到或超出了整車方案對機動性與續(xù)駛能力的要求。由于在計算過程中某些參數(shù)的設(shè)定取些估算值，與最終狀態(tài)會有偏差，因此，計算結(jié)果與實際狀態(tài)存在一定的偏差。后期根據(jù)試驗驗證結(jié)果，將持續(xù)改進或優(yōu)化越野環(huán)境下的動力性，并通過零件優(yōu)化提升傳動效率，降低附件功率損耗，以提升整車經(jīng)濟性。

2.2 機械安裝

由于自動變速器無離合器，需要通過適配器進行過渡連接，因此對裝配工藝提出了較高的要求，需要安裝相應(yīng)的裝配規(guī)范進行聯(lián)結(jié)裝配（見圖5）。

圖5 變速器與發(fā)動機連接示意圖

變速器與發(fā)動機聯(lián)結(jié)成動力總成后按照整車設(shè)計方案（安裝角度），依據(jù)扭矩計算結(jié)果，采用4點懸置加變速器輔助支撐進行布置。懸置系統(tǒng)固定點位于發(fā)動機曲軸箱殼體前端兩側(cè)、飛輪殼兩側(cè)以及變速箱殼體尾端上部。結(jié)合重型卡車懸置系統(tǒng)布置形式以及各懸置點在動力總成上的位置，懸置系統(tǒng)采用四點式支撐，前、后均為平置式，左右對稱布置；增加變速箱懸置輔助支撐，減小發(fā)動機飛輪殼后端面靜態(tài)彎矩。

圖6 動力總成安裝示意圖

2.3 電控系統(tǒng)

根據(jù)整車電控系統(tǒng)設(shè)計，自動變速器提供了CAN網(wǎng)絡(luò)通信（SAE J1939）。電子控制系統(tǒng)能按汽車行駛的需要選擇相應(yīng)的擋位，實現(xiàn)更復雜、更合理的控制，獲得更理想的經(jīng)濟性和動力性，并可簡化液壓控制系統(tǒng)。提高控制精度和反應(yīng)速度，容易實現(xiàn)整車控制。

圖7 液力自動變速器控制系統(tǒng)簡圖

控制系統(tǒng)由電子控制裝置和閥板總成兩部分組成，電子控制裝置由傳感器、控制開關(guān)、執(zhí)行器及電子控制單元（ECU）等組成。電子控制單元（ECU）根據(jù)傳感器檢測所得節(jié)氣門開度、車速、油溫等運轉(zhuǎn)參數(shù)，以及各種控制開關(guān)來的當前狀態(tài)信號，經(jīng)運算比較和分析后按設(shè)定的程序，向各個執(zhí)行器發(fā)出指令，以操縱閥板總成中各種控制閥的工作，從而最終實現(xiàn)對自動變速器的控制。

圖8 液力自動變速器換擋操控簡圖

2.4 冷卻匹配

液力自動變速器的液力傳動過程中，傳動介質(zhì)為潤滑油，潤滑油除了本身的潤滑以外，還承擔了動力傳動的任務(wù)。液壓傳動整個過程變速箱傳動效率為80%左右，其余接近20%的能量以克服零部件阻力以及熱量的形式消耗掉。這部分熱量足夠潤滑液吸收并升溫至120度以上，甚至更高，直至潤滑油產(chǎn)生高溫氧化，粘度急劇下降，潤滑效果變差，最終增加功率損耗，影響變速箱壽命。為了保證自動變速器及潤滑油能夠在正常的溫度下工作，不至于溫度過高，需要進行專門的散熱設(shè)計，自動變速器冷卻系統(tǒng)，布置及基本的工作原理同發(fā)動機冷卻系統(tǒng)類似，自動變速器冷卻介質(zhì)為其專用的變速箱潤滑油，系統(tǒng)主要由油泵、冷卻潤滑通道、液力變矩器、油底殼、進出油管、進出水管、油冷器等組成（見圖9）。

圖9 液力自動變速器油冷卻示意圖

將變速器油冷器串聯(lián)在發(fā)動機大小循環(huán)中，要確保冷卻系統(tǒng)的大小循環(huán)都能通過油冷卻器，采用外置節(jié)溫器方案，發(fā)動機冷卻水流經(jīng)發(fā)動機水套后全部進入變速箱油冷器，再進入調(diào)溫器室，調(diào)溫器根據(jù)水溫調(diào)節(jié)大小循環(huán)的比例，這樣即可實現(xiàn)全流式的變速箱冷卻。

3、標定及性能測試

自動變速器匹配完成后，對整車功能進行測試，根據(jù)路譜的采集對各個工況下進行換擋質(zhì)量標定、自學習模塊標定、上下坡模式標定、“三高”標定、駕駛性標定，經(jīng)過反復標定，對于整車開發(fā)過程中開展路譜采集輸入及TCU數(shù)據(jù)的優(yōu)化，以改善換擋質(zhì)量，減少換擋沖擊。

圖10 液力自動變速器標定過程

4、結(jié)束語

通過某8×8重型越野汽車液力自動變速器的應(yīng)用，實現(xiàn)了機械安裝、電子控制和潤滑冷卻的最優(yōu)匹配，經(jīng)過重復標定及TCU數(shù)據(jù)優(yōu)化，改善了換擋質(zhì)量，使整車動力性和經(jīng)濟性完美結(jié)合，推動社會環(huán)境保護和節(jié)能減排發(fā)展。

[1] 余志生,汽車理論[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000.

[2] 王洪亮,劉海鷗,陳慧巖,越野車輛的自動變速系統(tǒng)[J],北京理工大學學報,2009年03期.

[3] 劉文光,商用汽車電控機械自動變速器智能控制技術(shù)研究[D],江蘇大學,2010年.

[4] 劉振軍,秦大同,胡建軍,重型車輛自動變速技術(shù)及發(fā)展趨勢[J];重慶大學學報(自然科學版),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

張榮瑾，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.033