【摘要】隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)不斷深入發(fā)展，重型特種車對(duì)AT變速器的需求也越來越多，匹配AT變速器后，整車熱平衡能力如何驗(yàn)證，如何評(píng)價(jià)，國內(nèi)目前還沒有相對(duì)成熟的方法和案例。通過對(duì)重型裝備運(yùn)輸車4060AS（裝有AT變速器）道路熱平衡試驗(yàn)和臺(tái)架熱平衡試驗(yàn)，結(jié)果表明，兩種測(cè)試方法測(cè)得的極限環(huán)境需用溫度有高度的擬合性，并且，在臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)變速器可以采用低擋位最大扭矩點(diǎn)測(cè)試。測(cè)試時(shí)選取的環(huán)境溫度，可以采用標(biāo)準(zhǔn)推薦的30℃以上測(cè)試。對(duì)帶有液力變矩器車輛的冷卻系熱平衡試驗(yàn)，重點(diǎn)要考慮AT變速器液力變矩器耦合點(diǎn)轉(zhuǎn)速。

【關(guān)鍵詞】AT變速器|熱平衡|試驗(yàn)|耦合點(diǎn)

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)不斷深入發(fā)展，重型特種車對(duì)AT變速器的需求也越來越多，匹配AT變速器后，整車熱平衡能力如何驗(yàn)證，如何評(píng)價(jià)，是一個(gè)值得研究的課題，國內(nèi)目前還沒有相對(duì)成熟的方法和案例，需要認(rèn)真研究。

一、試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

按照GB/T12542-2009《汽車熱平衡能力道路試驗(yàn)方法》中給出的方法和與奔馳、道依茨公司合作過程中掌握的方法，提出了拖車法和轉(zhuǎn)轂法兩種試驗(yàn)方案，主要是針對(duì)極限使用工況進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)，風(fēng)扇為剛性，節(jié)溫器為強(qiáng)制全開。

拖車法試驗(yàn)（如圖1），按照GB/T12542-2009中6.3的6.3.1發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩轉(zhuǎn)速工況和6.3.2發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率轉(zhuǎn)速工況進(jìn)行試驗(yàn)，環(huán)境溫度按照高于+30℃即可，試驗(yàn)時(shí)，主車滿載采用二擋，負(fù)載拖車選用三擋，拖車加載時(shí)，采用制動(dòng)實(shí)施。評(píng)價(jià)方法為發(fā)動(dòng)機(jī)極限需用溫度減去冷卻常數(shù)，即為需用環(huán)境溫度，試驗(yàn)選定在吐魯番地區(qū)。

轉(zhuǎn)轂法試驗(yàn)（見圖2），按照GB/T12542-2009《汽車熱平衡能力道路試驗(yàn)方法》中給出的試驗(yàn)方法，在需用環(huán)境溫度下，底盤測(cè)功機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)車輛各擋位進(jìn)行，100%發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷加載試驗(yàn)，試驗(yàn)通過后即為滿足需用環(huán)境溫度，沒有通過的，即為不滿足。試驗(yàn)選定在可以調(diào)節(jié)溫度的轉(zhuǎn)轂實(shí)驗(yàn)室。

本次試驗(yàn)車輛為重型裝備運(yùn)輸車4060AS，具體配置為：

發(fā)動(dòng)機(jī)WP13.550，額定功率：405kw轉(zhuǎn)速2100r/min，最大扭矩：2300N.m轉(zhuǎn)速1200-1500r/min；

6擋AT變速箱：FC6A250DPS，最大允許輸入扭矩：2500N.m。

二、吐魯番拖車法熱平衡試驗(yàn)

2019年7～8月之間，在新疆吐魯番進(jìn)行道路熱平衡試驗(yàn)，環(huán)境溫度+39～+42℃主車加載后總重31噸，負(fù)荷車輛加載后總重49噸，主車采用II擋進(jìn)行爬坡（7%），掛車掛Ⅲ擋，采用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)，行駛的坡度長約2km。進(jìn)行最大扭矩工況和額定功率工況試驗(yàn)（試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)見圖3），車輛均達(dá)到了熱平衡（試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1），II擋極限使用環(huán)境溫度最大扭矩工況+61.5℃，額定功率工況+62.1℃，可以判定，極限使用溫度為+61.5℃。

三、轉(zhuǎn)轂法熱平衡試驗(yàn)

2020年9月在北京北方車輛研究所進(jìn)行了轉(zhuǎn)轂法熱平衡試驗(yàn)，試驗(yàn)是在具有環(huán)境艙的轉(zhuǎn)鼓臺(tái)上進(jìn)行的（按照?qǐng)D2來布置），車輛前部有一個(gè)風(fēng)扇，模擬同等車速的風(fēng)，從車輛正面吹風(fēng)。試驗(yàn)進(jìn)行了+55℃和+60℃兩種環(huán)境溫度，測(cè)試車輛擋位選擇為2-6擋，以最大扭矩和最大功率兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。

（一）環(huán)境溫度+55℃高溫?zé)崞胶馀_(tái)架試驗(yàn)

在帶有環(huán)境艙的轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)室對(duì)車輛進(jìn)行熱平衡試驗(yàn)，為了掌握可靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)，先做+55℃環(huán)境下試驗(yàn)，從低擋到高擋2～6擋，進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，需用環(huán)境溫度+59℃（實(shí)際由于環(huán)境實(shí)驗(yàn)室由于熱流的不均勻，推測(cè)可以滿足+60℃使用要求），滿足環(huán)境溫度+60℃使用要求（具體結(jié)果見表2）。

（二）環(huán)境溫度+60℃高溫?zé)崞胶馀_(tái)架試驗(yàn)

在帶有環(huán)境艙的轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)室對(duì)車輛進(jìn)行熱平衡試驗(yàn)，環(huán)境下為+60℃，從低擋到高擋2～6擋，進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，需用環(huán)境溫度+61.2℃（實(shí)際由于環(huán)境實(shí)驗(yàn)室由于熱流的不均勻，推測(cè)大于61.2℃使用），滿足環(huán)境溫度+60℃使用要求（具體結(jié)果見表3）。

（三）兩種環(huán)境溫度熱平衡臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果分析

測(cè)試車輛擋位選擇為1～6擋，以最大扭矩和最大功率兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試（低擋時(shí)采用爬坡功能測(cè)試），經(jīng)過測(cè)試可以看出：+55℃環(huán)境測(cè)試時(shí)，極限使用溫度為59℃（考慮封閉環(huán)境影響，可以滿足+60℃使用），根據(jù)需用溫度選擇結(jié)果，2擋以下和6擋時(shí)，測(cè)試最大扭矩點(diǎn)即可，3～5擋時(shí)，測(cè)量最大功率點(diǎn)即可；當(dāng)+60℃環(huán)境測(cè)試時(shí)，極限使用溫度為61.2℃（考慮封閉環(huán)境影響，可以滿足+62℃以上使用），根據(jù)需用溫度選擇結(jié)果，1～2擋時(shí)，測(cè)試最大扭矩點(diǎn)即可，3～5擋時(shí)，測(cè)量最大功率點(diǎn)即可；兩種溫度熱平衡測(cè)試極限環(huán)境需用溫度結(jié)果高度擬合，正常偏差在1.2～2.2℃之間，只有二擋時(shí)，偏差達(dá)到3.6℃，不太正常。

四、高溫?zé)崞胶庠囼?yàn)結(jié)論

重型裝備運(yùn)輸車4060AS，發(fā)動(dòng)機(jī)功率為405kw，變速器為六擋AT，按照國標(biāo)GB/T12542-2009《汽車熱平衡能力道路試驗(yàn)方法》進(jìn)行道路熱平衡測(cè)試，極限環(huán)境使用溫度為+61.5℃，惡劣點(diǎn)為最大扭矩點(diǎn)。

選擇擋位為1～6擋，以最大扭矩和最大功率兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行臺(tái)架熱平衡測(cè)試（低擋時(shí)采用爬坡功能測(cè)試），可以看出：+55℃環(huán)境測(cè)試時(shí)，極限使用溫度為59℃，+60℃環(huán)境測(cè)試時(shí)，極限使用溫度為61.2℃，初步判定+60℃環(huán)境使用，2擋以下和6擋時(shí)，測(cè)試最大扭矩點(diǎn)是惡劣點(diǎn)，3～5擋時(shí)，最大功率點(diǎn)是惡劣點(diǎn)；也就是說1～2擋時(shí)，測(cè)試最大扭矩點(diǎn)即可，3～5擋時(shí)，測(cè)量最大功率點(diǎn)即可，同時(shí)可以看出，1、2擋是最惡劣工況，測(cè)試時(shí)只需測(cè)試本工況即可，其它工況可以不再測(cè)試；兩種溫度熱平衡測(cè)試極限環(huán)境需用溫度結(jié)果高度擬合，正常偏差在1.2～2.2℃之間，只有二擋時(shí)，偏差達(dá)到3.6℃，不太正常。

道路熱平衡試驗(yàn)和臺(tái)架熱平衡試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種測(cè)試得到的極限環(huán)境需用溫度+61.5℃和61.2℃，結(jié)果有高度的擬合性，同時(shí)，在臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)變速器可以采用低擋位測(cè)試即可，中高擋位可以不必測(cè)試，低擋位可以測(cè)試最大扭矩點(diǎn)即可。

五、試驗(yàn)結(jié)果再分析

（一）散熱量分析

發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱量：

額定功率工況183.7kw（2100rpm）

最大扭矩工況150.6kw（1500rpm）

FC6A250DPS AT變速箱的散熱量：

FC6A250DPS AT變速箱是通過液力變矩器將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸入的，液力變矩器是一種以液體為工作介質(zhì)的非剛性扭矩變換器，主要由泵輪、渦輪和導(dǎo)輪三部分組成。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)液力變矩器的殼體和泵輪一同旋轉(zhuǎn)，泵輪內(nèi)的工作油在離心力的作用下，由泵輪葉片外緣沖向渦輪，并沿渦輪葉片流向?qū)л?，再?jīng)導(dǎo)輪葉片流回泵輪葉片內(nèi)緣，形成循環(huán)的工作油。此外有部分工作油通過背壓閥和油封間隙流回油箱，同時(shí)又由供油泵壓出的工作油，經(jīng)散熱器冷卻后，不斷地給以補(bǔ)充，以保持變矩器工作腔內(nèi)具有一定的補(bǔ)償壓力。在液體循環(huán)流動(dòng)過程中，導(dǎo)輪給渦輪一個(gè)反作用力矩，從而使渦輪輸出力矩不同于泵輪輸入力矩，具有“變矩”功能。

變矩工況：就是改變扭矩的工況，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速高，扭矩低，經(jīng)過液力變矩器后轉(zhuǎn)速降低同時(shí)扭矩增大。變矩工況時(shí)，傳遞效率由小變大，傳遞效率最大也不會(huì)超過90%功率，未傳遞的功率被轉(zhuǎn)化為熱量，散發(fā)到變速箱油液里，被帶到油冷器，由發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水散掉。

AT主要的溫度來源就是液力變矩器，特別是車速較低液力變矩器不鎖止的時(shí)候液力變矩器的動(dòng)力傳遞完全依賴變速箱油來傳遞，在不考慮能量損失的情況下，輸入的能量如果小于輸出的能量（無論是泵輪輸入渦輪輸出，還是渦輪輸入泵輪輸出），那這相差的能量由變矩器轉(zhuǎn)化為熱能。并且變矩器傳遞效率是由低到高，因此如果變矩器長期工作在低效率區(qū)間，那必然是會(huì)產(chǎn)生大量熱量。

1.液力變矩器理論散熱

AT變速器液力變矩器理論散熱是變速器的技術(shù)指標(biāo)（如表4）。

2.液力變矩器實(shí)際散熱

AT變速器1、2擋全油門變矩工況時(shí)，變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配最小轉(zhuǎn)速為1661rpm，發(fā)動(dòng)機(jī)和變矩器在峰值扭矩區(qū)間無匹配點(diǎn)，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1703～1711rpm變化很小的情況下，變速箱的散熱變化區(qū)間比較大，在80.8kw～274.2kw范圍內(nèi)。如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1703rpm時(shí)，變矩器效率低時(shí)可產(chǎn)生大量熱量，即使在50%效率點(diǎn)時(shí)，變矩器產(chǎn)生178kw的熱量，此轉(zhuǎn)速下，發(fā)動(dòng)機(jī)散熱量170kw，都要變矩器產(chǎn)生的熱量略高于發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量。因此在使用自動(dòng)變速箱時(shí)候盡量工作在較高效率的區(qū)間（變矩器處于耦合作用），而不應(yīng)該讓其工作在低效率區(qū)間。

FC6A250DPS AT變速箱液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的散熱效率，是通過臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)出來的，在熱平衡測(cè)試時(shí)，85%效率點(diǎn)冷卻能力測(cè)試：分別在1、2擋通過負(fù)載拖拽，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1852rpm，測(cè)試熱平衡狀態(tài)；80%效率點(diǎn)冷卻能力測(cè)試：分別在1、2擋通過負(fù)載拖拽，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1785rpm，測(cè)試熱平衡狀態(tài)。

（二）臺(tái)架測(cè)試偏差分析

依據(jù)以上原理，對(duì)于第四章中提出的“二擋時(shí)，偏差達(dá)到3.6℃”進(jìn)行分析，二擋時(shí)，在臺(tái)架上做了兩次熱平衡試驗(yàn)，一次是+55℃時(shí)做的，是按照1700rpm做的，此時(shí)，液力變矩器的傳遞效率為20%，而要求的散熱量為274kw，加上發(fā)動(dòng)機(jī)150kw左右散熱量，這時(shí)需要的散熱量為424kw；第二次+60℃時(shí)做試驗(yàn)時(shí)，是按照液力變矩器的傳遞效率為80%做的，此時(shí)，液力變矩器轉(zhuǎn)速為1733rpm，液力變矩器要求的散熱量為71.58kw，是1700rpm時(shí)的26%，降低了3/4，這時(shí)冷卻系需要的總散熱量為221.58kw，這也是出現(xiàn)偏差的主要原因。由此可以看出，對(duì)帶有液力變矩器車輛的冷卻系熱平衡試驗(yàn)，一方面要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率和最大扭矩點(diǎn)，另一方面，也要考慮AT變速器液力變矩器耦合點(diǎn)轉(zhuǎn)速，特別是低速大扭矩點(diǎn)測(cè)量時(shí)，重點(diǎn)要考慮AT變速器液力變矩器耦合點(diǎn)轉(zhuǎn)速，兩者要結(jié)合起來。

六、結(jié)論及建議

通過對(duì)重型裝備運(yùn)輸車4060AS（裝有AT變速器）道路熱平衡試驗(yàn)和臺(tái)架熱平衡試驗(yàn)，結(jié)果表明，兩種測(cè)試得到的極限環(huán)境需用溫度結(jié)果有高度的擬合性，并且在臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)變速器可以采用低擋位測(cè)試即可，中高擋位可以不必測(cè)試，低擋位最大扭矩點(diǎn)測(cè)試即可。測(cè)試時(shí)選取的環(huán)境溫度，沒必要按照極限環(huán)境溫度選取，可以采用標(biāo)準(zhǔn)推薦的30℃以上測(cè)試，計(jì)算出冷卻常數(shù)分析即可。

對(duì)帶有液力變矩器車輛的冷卻系熱平衡試驗(yàn)，一方面要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率和最大扭矩點(diǎn)，另一方面，也要考慮AT變速器液力變矩器耦合點(diǎn)轉(zhuǎn)速，特別是低速大扭矩點(diǎn)測(cè)量時(shí)，重點(diǎn)要考慮AT變速器液力變矩器耦合點(diǎn)轉(zhuǎn)速，兩者要結(jié)合起來，以防止液力變矩器傳遞效率低于80%的工況出現(xiàn)，導(dǎo)致熱平衡試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際偏離。中國軍轉(zhuǎn)民

（作者單位：魏鵬程，駐包頭地區(qū)某單位；龐建中、宋建新、王忠宇，北奔重型汽車集團(tuán)有限公司；雷凌峰，包頭市塞北機(jī)械設(shè)備股份有限公司）