陳亮，王臻華

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

1 引言

隨著汽車的普及，汽車用戶對汽車性能的了解越來越全面，對整車性能的要求也越來越高。冬季，中國大部分地區(qū)最低氣溫在0℃以下，北方地區(qū)氣溫一般在-25℃左右，個別地區(qū)最低氣溫甚至達到-40℃左右。汽車的起動性能直接影響車輛的機動性能，特別是在寒冷地區(qū)，起動性能尤為重要。此外，汽車起動性能還與汽車的排放、燃油消耗、汽車運動件的過度磨損等息息相關(guān)。

在整車低溫起動標定過程中，發(fā)動機阻力矩的輸入往往根據(jù)經(jīng)驗值或發(fā)動機臺架數(shù)據(jù)進行標定，但實際整車在某一低溫狀態(tài)下某款發(fā)動機的阻力矩究竟是多少并沒有仔細研究過。這就容易導致標定輸入數(shù)值與實際不符，在發(fā)動機起動過程中ECU接收錯誤的指令，造成燃油噴射過多浪費燃料，或者燃油噴射過少無法正常起動。葛勝迅等的發(fā)動機阻力矩測試方法研究中明確了底盤測功機測量整車發(fā)動機阻力矩的優(yōu)勢，但沒有對發(fā)動機阻力矩做深入研究。發(fā)動機著火后松開離合器要進入暖機狀態(tài)，首先需要克服變速器輸入軸的阻力矩沖擊并帶動其轉(zhuǎn)動，低溫導致變速器齒輪油流動性變差攪動阻力變大，尤其重型卡車變速器齒輪大、油量大，低溫下變速器輸入軸的阻力矩更大，松開離合器后更易導致剛著火的發(fā)動機受到阻力矩沖擊自行熄火，無法正常進入暖機狀態(tài)。目前各主機廠對變速器輸入軸阻力矩對發(fā)動機起動性能的影響研究不足，基于整車開展的相關(guān)測試寥寥無幾。

車輛暖機結(jié)束后汽車起步過程中需要克服底盤系統(tǒng)的阻力，尤其在寒冷的冬季由于冰雪的原因，底盤系統(tǒng)的阻力會更大。底盤阻力矩輸入不準確也會導致發(fā)動機在起步標定時無法與變速器完美配合，起步時發(fā)動機輸出扭矩過大會導致沖擊感太強，輸出扭矩過小會導致起步失敗或熄火，都會給客戶帶來不好的駕駛體驗。

本文通過測試某款MPV車型在不同溫度下的發(fā)動機內(nèi)部阻力、變速器輸入軸阻力和底盤系統(tǒng)阻力，來研究整車起動阻力矩隨溫度的變化趨勢，為整車發(fā)動機和變速器的標定以及降低發(fā)動機和底盤系統(tǒng)阻力的研究奠定基礎(chǔ)。

2 試驗原理

試驗車輛固定在底盤測功機上，將底盤測功機設(shè)定為恒速模式拖動輪胎轉(zhuǎn)動，分別測量整車在帶擋狀態(tài)下離合器連接和離合器斷開狀態(tài)時車輛驅(qū)動輪輪胎與轂面相切處的力F與速度V，如圖1所示。

圖1 底盤測功機測試示意圖

兩種狀態(tài)下測得 的 力F和F，根據(jù)公式（1）計算出對應(yīng)的發(fā)動機阻力矩T，發(fā)動機轉(zhuǎn)速與車速的換算見公式（2）。

式中：T——發(fā)動機阻力矩，Nm；η——傳動效率；F——離合連接狀態(tài)的輪邊力，N；F——離合器斷開狀態(tài)的輪邊力，N；r——輪胎滾動半徑，m；i——變速器擋位速比；i——主減速器速比。

式中：V——車速，km/h；n——發(fā)動機轉(zhuǎn)速，r/min。

變速器輸入軸阻力的測量同樣將底盤測功機設(shè)定為恒速模式拖動輪胎轉(zhuǎn)動，測量踩離合狀態(tài)下帶擋和不帶擋狀態(tài)時的車輛驅(qū)動輪輪胎與轂面相切處的力F與速度V，兩種狀態(tài)下測得的力F和F，根據(jù)公式（3）計算出對應(yīng)的變速器輸入軸阻力矩T，根據(jù)公式（4）計算底盤阻力矩T。

式中：F——帶擋狀態(tài)的輪邊力，N；F——不帶擋狀態(tài)的輪邊力，N。

3 試驗方法

3.1 試驗前準備

試驗前試驗樣車需更換-30℃或以下溫度使用的發(fā)動機機油、變速器齒輪油和防凍液，并布置油溫和冷卻液溫傳感器，實時監(jiān)測油溫和冷卻液溫度。為保持試驗條件的一致性，減少不必要的因素對測試結(jié)果的影響，常溫和低溫測試時車輛狀態(tài)保持一致。

3.2 試驗環(huán)境溫度

為節(jié)省能源、提高效率，試驗溫度分常溫和低溫設(shè)定，在常溫下驗證測試方法有效后再開展低溫測試，設(shè)定溫度為：常溫20℃，低溫-25℃、-30℃。

3.3 試驗步驟

3.3.1 發(fā)動機阻力矩試驗

將測試車輛按要求固定在帶有環(huán)境倉的轉(zhuǎn)轂上，整車斷電并連接好數(shù)據(jù)采集器，如圖2所示。

圖2 試驗車輛照片

將環(huán)境倉溫度設(shè)置為20℃，待車輛浸置至整車溫度與環(huán)境溫度一致后開始試驗。調(diào)整底盤測功機數(shù)據(jù)采集頻率并設(shè)定為恒速模式，將試驗車輛變速器擋位置于Ⅰ擋，依次輸入發(fā)動機轉(zhuǎn)速區(qū)間為0～800r/min、步長為50r/min對應(yīng)的車速，測量對應(yīng)車速下離合器斷開和離合器連接的輪邊力，每種狀態(tài)每個速度點測量兩次，取平均值代入公式（1）計算發(fā)動機阻力矩。

其余兩個低溫溫度點發(fā)動機阻力矩的測量，將環(huán)境倉溫度設(shè)置為對應(yīng)的測試溫度，待車輛浸置至與環(huán)境溫度一致后，按照同樣的步驟進行。

3.3.2 變速器輸入軸阻力矩試驗

在某一試驗環(huán)境溫度下，待發(fā)動機阻力矩試驗結(jié)束后對試驗車輛繼續(xù)浸置，待整車溫度與環(huán)境溫度一致后開始試驗。底盤測功機設(shè)定為恒速模式，使試驗車輛的離合器處于斷開狀態(tài)，依次輸入?yún)^(qū)間為5～35km/h、步長為5km/h的車速，測量Ⅰ擋和空擋時各車速點的輪邊力，每種狀態(tài)每個速度點測量兩次，取平均值代入公式（3）計算變速器輸入軸阻力矩。其余兩個低溫溫度點底盤阻力矩的測量，將環(huán)境倉溫度設(shè)置為對應(yīng)的測試溫度，待車輛浸置至與環(huán)境溫度一致后，按照同樣的步驟進行。

各測溫點下測試變速器輸入軸阻力矩時，離合器斷開狀態(tài)空擋時，各速度點測得的輪邊力的平均值代入公式（4）計算底盤阻力矩。

3.4 試驗結(jié)果及分析

3.4.1 發(fā)動機阻力矩

對某公司生產(chǎn)的某款MPV車型測試結(jié)果進行分析，發(fā)動機阻力矩測試結(jié)果如表1所示。

表1 發(fā)動機阻力矩測試結(jié)果

發(fā)動機轉(zhuǎn)速200r/min以下對應(yīng)的速度點測試時，車輛抖動較嚴重，車輪與底盤測功機轂面易產(chǎn)生滑移導致數(shù)據(jù)失真，故剔除該段數(shù)據(jù)。從試驗結(jié)果可以看出，常溫時發(fā)動機阻力矩基本隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加而增大。低溫時發(fā)動機阻力矩隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加先增大后減小，并且溫度越低最大阻力矩的轉(zhuǎn)速點越低，發(fā)動機起動阻力主要來源于內(nèi)部摩擦阻力，這一結(jié)果跟發(fā)動機自身結(jié)構(gòu)及材料的熱脹冷縮特性相對應(yīng)。隨著溫度的降低，發(fā)動機平均阻力矩的變化趨勢如圖3所示，-25℃以上發(fā)動機阻力矩隨著溫度的降低逐漸增加，平均增加幅度為0.73Nm/℃，但-25℃以下隨著溫度的降低幾乎呈直線上升，增加幅度為5.92Nm/℃。

圖3 發(fā)動機平均阻力矩曲線圖

3.4.2 變速器輸入軸阻力矩

變速器輸入軸的測試結(jié)果如表2所示。

表2 變速器輸入軸阻力矩測試結(jié)果

從試驗數(shù)據(jù)可以看出，20℃和-25℃在同一環(huán)境溫度下，各速度點變速器輸入軸的阻力矩差異不大，-30℃時差異比較明顯，隨著車速的增加呈逐漸減小的趨勢。變速器輸入軸的阻力主要來源于輸入軸攪動齒輪油的阻力，這一測試結(jié)果與齒輪油的低溫流動性相對應(yīng)。隨著溫度的降低，變速器輸入軸阻力矩的變化趨勢如圖4所示，-25℃以上變速器輸入軸阻力矩隨著溫度的降低逐漸增加，平均增加幅度為0.027Nm/℃，但-25℃以下隨著溫度的降低幾乎呈直線上升，增加幅度為1.22Nm/℃。

圖4 變速器輸入軸平均阻力矩曲線圖

底盤阻力主要來源于變速器輸出軸和主減速器攪動齒輪油的阻力，跟齒輪油的低溫流動性相關(guān)，底盤阻力矩特性與變速器輸入軸基本一致，在變速器輸入軸阻力矩的測試過程中已測出，這里就不再詳細贅述。

3.5 試驗時注意事項

試驗過程中為避免由于各速度點長時間拖動使發(fā)動機和變速器油溫升高，對試驗結(jié)果造成影響，試驗時采用高頻率采集、短時間測試的方法進行，采集頻率10Hz，測試時長3s。測試過程中時刻監(jiān)測記錄油溫數(shù)據(jù)，油溫若超出要求范圍，應(yīng)停止試驗浸置車輛，待油溫滿足要求后再開展試驗。

4 結(jié)束語

本文概述了影響發(fā)動機起動性能的兩個主要阻力因素（發(fā)動機內(nèi)部阻力和變速器輸入軸阻力力矩）的試驗原理和計算方法，并對試驗方法和試驗步驟做了介紹?；谡嚨南嚓P(guān)阻力矩測試可以借鑒進行，測得的數(shù)據(jù)對于整車發(fā)動機和變速器標定數(shù)據(jù)的輸入有極大的幫助。

本文通過實車試驗數(shù)據(jù)分析得出發(fā)動機阻力矩和變速器輸入軸阻力矩隨溫度的變化趨勢，并敘述了造成各自變化趨勢的主要原因，為降低低溫環(huán)境下發(fā)動機阻力矩和變速器輸入軸阻力矩提供了參考依據(jù)。