吳 磊，張可可

（1.泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201201； 2.蘇州蘇試廣博環(huán)境可靠性實(shí)驗(yàn)室有限公司,蘇州 215122）

基于工況分析法的DCT換檔品質(zhì)耐久試驗(yàn)方法研究

吳 磊1，張可可2

（1.泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201201； 2.蘇州蘇試廣博環(huán)境可靠性實(shí)驗(yàn)室有限公司,蘇州 215122）

通過對(duì)中國(guó)用戶使用數(shù)據(jù)的工況分析，識(shí)別出與DCT失效模式相關(guān)聯(lián)的典型工況；通過工況轉(zhuǎn)化和等效技術(shù)開發(fā)出一定質(zhì)量目標(biāo)下的試驗(yàn)場(chǎng)車輛行駛規(guī)范。兼顧了中、低扭矩或負(fù)荷下的DCT在整車條件下的試驗(yàn)認(rèn)證。

雙離合器自動(dòng)變速器；換檔品質(zhì)；工況分析；道路試驗(yàn)；試驗(yàn)場(chǎng)

前言

近年來，隨著全球各區(qū)域法規(guī)對(duì)汽車碳排放量和燃油消耗量限值日趨嚴(yán)格，DCT作為重要的低碳環(huán)保、節(jié)能技術(shù)手段被眾多汽車制造商所推崇，據(jù)研究表明，DCT較傳統(tǒng)AT相比CO2排放量低5%，燃油消耗量低15%[1]。

DCT也存在不足之處：①由于用戶使用工況的復(fù)雜性，DCT換檔策略及換擋循環(huán)算法還不足以滿足所用工況下的換檔品質(zhì)滿足要求；②換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)的非線性、時(shí)滯、干擾、變參數(shù)特性，對(duì)自適應(yīng)性、智能性換擋算法提出更高要求；③實(shí)際案例表明，離合器滑磨、溫升等引起換檔品質(zhì)耐久性能下降帶來大量的售后抱怨，影響了整車的使用可靠性。

問題①和②，在DCT換擋策略研究領(lǐng)域，學(xué)者程秀生[2]、學(xué)者吳光強(qiáng)[3]、學(xué)者葛安林[4]已經(jīng)做了大量工作，并取得豐碩研究成果。問題③，學(xué)者倪春生[5]，通過對(duì)摩擦片的改進(jìn)設(shè)計(jì)提高換擋品質(zhì)。

另一方面，DCT的技術(shù)研究[6]主要集中在動(dòng)力學(xué)模型、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制、起步控制、換擋規(guī)律、換擋過程控制等方面。以上研究主要基于在環(huán)軟件、在環(huán)硬件數(shù)字仿真試驗(yàn)、以及臺(tái)架子系統(tǒng)耐久試驗(yàn)。而基于用戶工況下的換擋品質(zhì)耐久試驗(yàn)研究則相對(duì)較少。

本文以某7速干式DCT換擋品質(zhì)耐久性試驗(yàn)方法為研究對(duì)象，基于用戶樣本實(shí)際使用數(shù)據(jù)，通過工況分析法獲取了關(guān)鍵失效模式下的典型工況，以此構(gòu)建了在一定質(zhì)量目標(biāo)下的DCT換擋品質(zhì)整車耐久性試驗(yàn)規(guī)范。

通過此試驗(yàn)規(guī)范，DCT典型故障現(xiàn)象得以發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而失效根本原因得以分析，為進(jìn)一步工程更改提供技術(shù)依據(jù)。此規(guī)范可以應(yīng)用于現(xiàn)有DCT產(chǎn)品在整車應(yīng)用的認(rèn)證試驗(yàn)。

1 DCT用戶使用失效模式分析

DCT是由多轉(zhuǎn)動(dòng)慣量元件組成的多質(zhì)量、多自由度系統(tǒng)，其工作過程是整車、發(fā)動(dòng)機(jī)、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、換擋機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)聯(lián)合控制[7]。DCT動(dòng)力學(xué)分析表明，DCT關(guān)鍵控制策略主要由兩部分構(gòu)成：①基于換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型的起步過程控制；②基于DCT動(dòng)力學(xué)模型的換擋策略。理想狀態(tài)的控制策略在系列假設(shè)和系統(tǒng)簡(jiǎn)化條件下建立，因此上述系統(tǒng)仿真將忽略如環(huán)境溫度、離合器熱衰退、頻繁起步等DCT真實(shí)工作狀態(tài)。工程實(shí)際表明，模糊控制策略和智能控制策略算法的穩(wěn)健性受到上述因素影響較大，離合器結(jié)合、分離過程中將不可避免產(chǎn)生沖擊和滑摩，有必要通過用戶使用數(shù)據(jù)建立DCT換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

1．1 用戶使用失效模式數(shù)據(jù)分析

換擋品質(zhì)可分為客觀、主觀評(píng)價(jià)?？陀^評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用參數(shù)化評(píng)價(jià)指標(biāo)[4]，如：換擋時(shí)間、換擋沖擊（10m/S^3）、離合器滑摩功；主觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以用戶感知的換擋平順性為指標(biāo)，實(shí)際工程中通過賦值法評(píng)價(jià)換擋品質(zhì)優(yōu)劣程度，主觀評(píng)價(jià)程度分成10級(jí)，1級(jí)為最差，10級(jí)為最優(yōu)。

本文采用主、客觀評(píng)價(jià)結(jié)合的綜合換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)方法。

通過用戶使用調(diào)研得到了中國(guó)區(qū)域DCT售后失效數(shù)據(jù)，調(diào)研樣本分布如表1所示。

DCT總體失效模式類型如圖2所示，數(shù)據(jù)顯示換擋品質(zhì)相關(guān)問題占58.3%，功能失效相關(guān)問題占41.7%。一般而言，根據(jù)可靠性設(shè)計(jì)應(yīng)力-強(qiáng)度模型理論，DCT子系統(tǒng)認(rèn)證試驗(yàn)強(qiáng)度將高于用戶實(shí)際使用強(qiáng)度，而用戶使用下的功能失效比例較高，則說明外界因素?cái)_動(dòng)對(duì)系統(tǒng)可靠性影響較顯著。同時(shí)，換擋品質(zhì)隨用戶使用的劣化趨勢(shì)增強(qiáng)也將間接引發(fā)與功能失效，如當(dāng)起步過程抖動(dòng)主觀評(píng)價(jià)等級(jí)低于4級(jí)時(shí)，很可能也伴隨著離合器不結(jié)合故障發(fā)生。

進(jìn)一步細(xì)化DCT用戶使用失效模式，如圖3所示。數(shù)據(jù)顯示，前三位DCT失效模式是：異響問題25%，抖動(dòng)問題21%，失去動(dòng)力問題21%。與換擋平順性相關(guān)問題分別是：換擋沖擊問題8.3%，拖擋問題4.2%，離合器不結(jié)合問題4.2%。數(shù)據(jù)表明DCT失效模式廣泛分布于與用戶使用工況相關(guān)的離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制、換擋控制等功能區(qū)域。

2 DCT關(guān)鍵失效模式工況識(shí)別

基于中國(guó)區(qū)域用戶使用調(diào)研數(shù)據(jù)，DCT用戶使用工況與失效模式的關(guān)系如圖4所示。

根據(jù)中國(guó)區(qū)域用戶使用數(shù)據(jù)如圖5，90%概率估計(jì)數(shù)據(jù)表明中國(guó)用戶在低車速、低扭矩工況下累積里程分布較多，這與大多數(shù)發(fā)達(dá)區(qū)域國(guó)家用戶使用具有顯著差異性。

表1 用戶使用調(diào)研樣本

圖2 DCT總體失效類型

圖3 用戶使用失效模式

結(jié)合上述二項(xiàng)數(shù)據(jù)，采用工況分析法對(duì)DCT關(guān)鍵失效模式下的用戶使用工況進(jìn)行識(shí)別，如表2所示。

3 試驗(yàn)規(guī)范開發(fā)

3．1 相關(guān)性分析

基于上述工況分析，獲得與關(guān)鍵失效模式相關(guān)的用戶使用典型工況。由DCT動(dòng)力學(xué)方程[8]可知，DCT換擋品質(zhì)劣化是離合器和傳動(dòng)系統(tǒng)的損傷累積結(jié)果。由功能等效原理，假設(shè)共有K種工況類型，則用戶使用與試驗(yàn)場(chǎng)間系統(tǒng)能量輸入等效方程為：

圖4 使用工況與失效模式

圖5 中國(guó)區(qū)域用戶使用數(shù)據(jù)

表2 DCT失效關(guān)鍵目標(biāo)工況

t—工況類型，

N，n—第 種工況發(fā)生次數(shù)。

在等效原則的試驗(yàn)規(guī)范開發(fā)技術(shù)路線，在同一工況下，系統(tǒng)能量輸入是相等的，即

，則有：

可見作用于系統(tǒng)的損傷累積呈線性關(guān)系，有：

當(dāng)上式成立時(shí)，即在試驗(yàn)場(chǎng)復(fù)現(xiàn)了用戶在一定目標(biāo)里程下的使用工況。

3．2 用戶數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

為進(jìn)一步研究（表中）典型工況用戶使用情況，選取了34個(gè)樣本進(jìn)行中國(guó)區(qū)域用戶使用量化測(cè)量。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模型威布爾分析表明，用戶使用數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布?？紤]空調(diào)負(fù)載對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)輸出扭矩的影響，將各工況在空調(diào)開啟和關(guān)閉狀態(tài)下分別作了分析。表中各工況用戶使用原始數(shù)據(jù)在90 %置信度下概率分布如圖6所示。

本規(guī)范質(zhì)量目標(biāo)是滿足一定公里數(shù)的用戶耐久性、可靠性使用要求，按照里程點(diǎn)和50 %分位外推方法[9]，得到目標(biāo)里程下的工況發(fā)生次數(shù)。如圖7，圖8所示。

3．3 試驗(yàn)子規(guī)范開發(fā)

按照上述方法獲取了DCT各個(gè)典型工況下的發(fā)生次數(shù)。為了在試驗(yàn)場(chǎng)真實(shí)復(fù)現(xiàn)用戶使用工況并確保試驗(yàn)場(chǎng)輸入穩(wěn)定、一致，對(duì)上述工況進(jìn)行試驗(yàn)場(chǎng)駕駛操作流程重構(gòu)，形成標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)子模塊，DCT換擋品質(zhì)耐久試驗(yàn)規(guī)范如表所示。規(guī)范試驗(yàn)總里程約4 500 Km，試驗(yàn)時(shí)間約30天。與試驗(yàn)里程累積為目標(biāo)的試驗(yàn)規(guī)范相比，明顯提高了試驗(yàn)效率。

圖6 用戶使用數(shù)據(jù)威布爾分析

表3 換擋品質(zhì)試驗(yàn)規(guī)范構(gòu)成

3．4 試驗(yàn)問題舉例

試驗(yàn)在某汽車試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行，試驗(yàn)車輛配備開發(fā)階段的7速干式離合器DCT，硬件和軟件狀態(tài)均是當(dāng)前最新狀態(tài)。試驗(yàn)過程中暴露的主要問題如表4所示。

表4 試驗(yàn)故障描述

4 結(jié)論

1）分析了DCT用戶使用典型失效模式；采用主、客觀評(píng)價(jià)相結(jié)合的換擋品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)用戶使用數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，獲得了在用戶使用工況下對(duì)應(yīng)的失效模式；

2）通過對(duì)DCT關(guān)鍵失效模式識(shí)別，結(jié)合中國(guó)用戶使用數(shù)據(jù)，獲得了具有中國(guó)區(qū)域用戶使用特點(diǎn)的目標(biāo)工況；

3）基于用戶使用數(shù)據(jù)，對(duì)2）中的目標(biāo)工況進(jìn)行了威布爾分析，進(jìn)行百分位擴(kuò)展，獲得了在一定質(zhì)量目標(biāo)下的各工況發(fā)生次數(shù)；基于此等效的相關(guān)性原理，開發(fā)了基于試驗(yàn)場(chǎng)的行駛規(guī)范；

圖7 低速、制動(dòng)工況次數(shù)

圖8 倒擋起、停工況次數(shù)

4）試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)的問題表明，該試驗(yàn)規(guī)范可以用于暴露中國(guó)區(qū)域用戶典型工況下的故障模式。

[1] Li Jun, FAW Technology Strategies of LowCarbon Passenger Car[J].汽車技術(shù)2012(12):7-13.

[2] 程秀生,馮巍,陸中華,劉璽,顧強(qiáng).濕式雙離合自動(dòng)變速器的起步控制[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2010,02(05):145-149.

[3] 吳光強(qiáng)，楊偉斌，秦大同，雙離合器式自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2007,42（2）:13-20

[4] 葛安林,吳錦秋,郭萬富．離合器最佳接合規(guī)律的研討[J].汽車工程, 1988(2):54-65．

[5] 倪春生，魯統(tǒng)利，張建武，摩擦片磨損對(duì)干式雙離合器自動(dòng)變速器換檔特性的影響[J]，上海交通大學(xué)學(xué)報(bào), 2009,43(10):1545-1554.

[6] 陳然.汽車DCT智能控制及電控單元虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)研究[D].重慶大學(xué)博士學(xué)位論文：17-20.

[7] 金倫,程秀生,葛安林,佟靜.AMT換擋過程的離合器控制[J].汽車技術(shù). 2006（1）：11-13.

[8] 趙治國(guó),胡笑天,姜嬌龍 等.干式雙離合器自動(dòng)變速器起步滑模變結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)控制及實(shí)時(shí)優(yōu)化[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2012(12).48(24):87-105.

[9] 劉巖,張喜逢,王振雨 等.載荷譜外推的方法對(duì)比[J].現(xiàn)代制造工程, 2011(11)：8-11.

Study on Durability Testing for DCT Shift Quality Based on Analysis of Driving Cycles

WU Lei1，ZHANG Ke-ke2
(1.Pan Asia Technical Automotive Center co., Ltd, Shanghai 201201；2.Suzhou Sushi Guangbo Environmental Reliability Laboratory co., Ltd, suzhou 215122)

By analysis the China customer usage data, the driving conditions which caused to the failure of DCT are identified. Based on the customer usage data, the proving ground test procedure is developed by the method of correlation calculation and driving cycles extract technology. The test procedure focus on moderate and lower load conditions which reflect vehicle real working conditions. It will be applied in the reliability testing for the DCT shift quality for the certain accumulation mileages.

DCT; shift quality; driving cycle analysis; road test; proving ground

T463.212

A

1004-7204(2017)04-0100-04

吳磊（1981.10），男，本科，工程師，主要研究方向?yàn)檎囋囼?yàn)認(rèn)證。

張可可（1985.02-），男，大學(xué)本科，試驗(yàn)工程師，主要研究方向?yàn)槠嚵悴考h(huán)境與可靠性試驗(yàn)。