劉 剛，湯俊勇，李 軍，汪泉雨，駱 偉

（東風(fēng)特種裝備事業(yè)部（東風(fēng)越野車有限公司），湖北 武漢 430056）

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的提高，越野車作為一種特殊的交通工具進入了千家萬戶。同時，越野汽車也是應(yīng)急搶險、消防救援時的重要裝備之一，是順利完成日常訓(xùn)練、戰(zhàn)時保障的基礎(chǔ)，其具有優(yōu)越的機動性能和越野性能，是人員輸送、物資投送的重要運輸裝備。因此，現(xiàn)在汽車行業(yè)內(nèi)越來越重視越野汽車的技術(shù)升級，特別是機動性能和越野性能的提高。本文以某款匹配液力自動變速箱的越野汽車為例，闡述了動力性仿真分析及試驗測試。

1 自動變速箱技術(shù)的發(fā)展

液力自動變速箱從上世紀(jì)30年代誕生至今，通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)品不斷迭代發(fā)展。世界上第一臺自動變速箱是美國 GM公司制造的，我國在汽車發(fā)動機與液力自動變速箱匹配方面的研究起步較晚，國內(nèi)汽車行業(yè)和高校經(jīng)過30多年的研究，取得了較大成果。

目前車用的自動變速箱可以分為三類：液力自動變速箱（Automatic Transmission, AT），電控機械式自動變速器（Automated Mechanical Transmission, AMT）以及無極自動變速箱（Continuously Variable Transmission, CVT）。

1.1 AT箱

AT箱是由液力變矩器與一套平行軸式齒輪組或旋轉(zhuǎn)軸式齒輪組構(gòu)成，通過液力傳動和機械傳動將發(fā)動機動力傳遞給驅(qū)動輪。在換擋時，通過控制離合器的分離和結(jié)合來完成無動力中斷的換擋過程。這種變速箱的主要優(yōu)點有：

（1）可根據(jù)外界的阻力變化自動變矩；

（2）可有效避免因車輛載荷突變導(dǎo)致的發(fā)動機熄火；

（3）減少傳動系統(tǒng)傳遞的動態(tài)載荷，有效吸收振動和沖擊，提高傳動系統(tǒng)的使用壽命；

（4）液力傳動特有的隔振性能，有效降低汽車換擋沖擊，提高駕乘舒適性；

（5）提高汽車通過性能。汽車在雪地、沙地、泥濘地等松軟路面上起步及加速時，車輪滑轉(zhuǎn)小，汽車能以穩(wěn)定的車速行駛。

目前AT箱大多采用閉鎖離合器，有效提高了液力變矩器的工作效率，變矩器在汽車起步加速以及克服較大行駛阻力時才解鎖發(fā)揮變矩作用，在穩(wěn)定工況時變矩器保持閉鎖狀態(tài)不起作用。隨著 AT箱的技術(shù)發(fā)展以及生產(chǎn)制造工藝的快速發(fā)展，AT箱在未來將成為自動變速箱的主力產(chǎn)品。因此，對AT箱的匹配研究具有非常重要的意義。

1.2 AMT

AMT自動變速箱是在齒輪式手動換擋變速箱的基礎(chǔ)上，通過控制器來實現(xiàn)變速箱的選換擋及離合器結(jié)合操作，從而實現(xiàn)自動變速功能。

根據(jù)汽車行駛路況，并結(jié)合駕駛員的意圖，在整車開發(fā)階段需要對換擋策略、發(fā)動機油門開度進行標(biāo)定，通過標(biāo)定匹配，實現(xiàn)整車最優(yōu)的動力性與燃油經(jīng)濟性。

1.3 CVT

CVT采用無級變速技術(shù)，它采用傳動帶和工作直徑可變的主、從動輪相配合來傳遞動力，可以實現(xiàn)傳動比的連續(xù)改變，從而得到傳動系與發(fā)動機工況的最佳匹配。

CVT無極變速箱的主要優(yōu)勢包括：

（1）組成結(jié)構(gòu)簡單，變速箱體積小，零件少；

（2）傳動速比范圍寬，與發(fā)動機的匹配更有利于降低油耗；

（3）機械效率高，功率損失小。

2 車輛液力自動變速器結(jié)構(gòu)

借鑒當(dāng)前世界先進水平，目前國內(nèi)自主液力自動變速箱的研發(fā)、生產(chǎn)制造技術(shù)已取得顯著成果，多款自主液力自動變速箱已實現(xiàn)裝車量產(chǎn)。以某款越野汽車匹配的液力自動變速箱為例，進行結(jié)構(gòu)分析說明，該液力自動變速箱由前箱體、變矩器、主箱體、中間軸、后蓋以及控制器等模塊組成。

該款液力自動變速箱具有液力傳動與機械傳動綜合的特點。在結(jié)構(gòu)上將液力變矩器、行星變速機構(gòu)、液壓控制和冷卻潤滑系統(tǒng)等部件綜合在一個箱體內(nèi)。自動變速器采用集成扭轉(zhuǎn)減振器和閉鎖離合器的液力變矩器、行星變速機構(gòu)、液壓控制和冷卻潤滑系統(tǒng)及自動換擋電控系統(tǒng)，使車輛具備了動力換擋和自動換擋功能；通過采用電液比例電控系統(tǒng)，進一步提升換擋品質(zhì)，確保動力換擋過程的連續(xù)性；采用新型換擋方式，實現(xiàn)了液力變矩器閉鎖工況自動換擋，縮短了換擋時間，有效提高了整車動力性。該款液力自動變速箱外形如圖1所示。

圖1 液力自動變速箱外形圖

因此，越野汽車匹配液力自動變速箱優(yōu)勢明顯，對匹配液力自動變速箱進行研究具有非常重要的實際意義。

3 某越野車匹配液力自動變速箱動力性分析

以匹配液力自動變速箱的某款越野汽車作為研究對象，進行動力性分析。借助目前常用的CRUISE軟件來進行整車動力性仿真，不僅可以降低研發(fā)經(jīng)費，而且可以得到與實際試驗非常接近的結(jié)果。

3.1 動力系統(tǒng)匹配

以某款越野汽車整車基本參數(shù)及動力性指標(biāo)要求作為輸入，如表1所示。

表1 某款越野汽車基本參數(shù)及動力性指標(biāo)要求

其中，發(fā)動機外特性曲線如圖2所示。

圖2 發(fā)動機外特性曲線圖

該款越野汽車匹配某液力自動變速箱，該液力自動變速箱主要組成部件有液力變矩器、行星變速機構(gòu)、自動變速器電子控制系統(tǒng)電控裝置及冷卻潤滑系統(tǒng)等。采用液力變矩器主要優(yōu)點在于操作簡便，起步、換擋平順，且發(fā)動機不易熄火。液力變矩器原始特性一般由臺架試驗測得，該款液力越野汽車匹配自動變速箱的液力變矩器原始特性如圖3所示。

圖3 液力變矩器原始特性曲線圖

利用發(fā)動機外特性曲線與不同速比時液力變矩器轉(zhuǎn)矩曲線的交點，也就是發(fā)動機油門全開時發(fā)動機與液力變矩器的共同工作點，即可確定液力變矩器輸入、輸出特性參數(shù)，即發(fā)動機與液力變矩器共同工作輸出特性，根據(jù)此輸出特性可以確定汽車的動力性。

3.2 仿真模型

利用 CRUISE軟件。首先建立整車模型，如圖4所示。在整車模型中定義好整車的基礎(chǔ)參數(shù)，包括軸距、整備質(zhì)量、整車總質(zhì)量、迎風(fēng)面積、風(fēng)阻系數(shù)等參數(shù)。另外，發(fā)動機、液力變矩器、變速器、分動箱、前后驅(qū)動橋以及車輪等參數(shù)分別在整車模型中各對應(yīng)的子模塊中定義。定義好各參數(shù)后，就可以進行整車動力性仿真計算了。

圖4 整車模型

3.3 計算結(jié)果

經(jīng)理論仿真計算，該款越野汽車動力性匹配結(jié)果如表2所示。

表2 某款越野汽車動力性匹配結(jié)果

最高車速對應(yīng)變速箱最高擋、分動箱高擋時的車速值。其中，原地起步加速到80 km/h最短時間對應(yīng)分動箱高擋，加速時間如圖5所示。

圖5 加速時間曲線圖

4 整車動力性試驗驗證

分別根據(jù)國標(biāo) GB/T12544—2012《汽車最高車速試驗方法》、GB/T12543—2009《汽車加速性能試驗方法》、GB/T12539—2018《汽車爬陡坡試驗方法》，對該越野汽車的整車性能指標(biāo)進行驗證，試驗環(huán)境符合國標(biāo)相關(guān)規(guī)定。其中，整車加速試驗如圖6所示，整車爬坡試驗如圖7所示。

圖6 整車加速試驗

圖7 整車爬坡試驗

經(jīng)整車動力性試驗驗證，該越野汽車動力性試驗結(jié)果見表3。從試驗結(jié)果分析，與傳統(tǒng)匹配手動變速箱的越野車相比，加速性能提高最為明顯，加速時間減少了35%。

表3 試驗結(jié)果

5 結(jié)論

（1）經(jīng)分析研究，液力自動變速箱具有液力傳動與機械傳動綜合的特點，該越野汽車匹配液力自動變速箱的優(yōu)勢明顯。采用新型換擋方式，實現(xiàn)了液力變矩器閉鎖工況自動換擋，縮短了換擋時間，有效提高了整車動力性；

（2）利用常用的CRUISE軟件來進行整車動力性仿真，不僅可以降低研發(fā)經(jīng)費，而且可以得到與實際試驗非常接近的結(jié)果；

（3）根據(jù)某款越野汽車的具體參數(shù)，對其匹配液力自動變速箱進行了動力性仿真分析。匹配液力自動變速箱的越野汽車能夠達到較好的動力輸出，加速性能可提升35%。