吴旭，王朝斌，朱鑫，熊吉，朱雄（国家汽车质量监督检验中心(襄阳)，襄阳，441004）



某传动系统市区使用工况试验分析方法研究

吴旭，王朝斌，朱鑫，熊吉，朱雄
（国家汽车质量监督检验中心(襄阳)，襄阳，441004）

摘 要：本文通过研究整车试验中车辆档位信息的测量方法，提出了一种以发动机转速及驱动轮转速为测量变量的方法来获得车辆档位信息的试验方法，并以某传动系统为试验对象，进行市区工况试验验证，并对试验数据进行处理分析。

关键词：传动系统；市区工况；试验分析方法；

1　引言

车辆传动系统中的变速器其功能主要是保证汽车在各种工况之下以适当车速行驶时具有足够的动力性及燃油经济性[1-2]。而对于变速器来说在不同工况中，如城市工况、高速工况，其换档次数及各档位的使用时间、发动机的输出力矩等都是不同的。对于采集不同路况下的相关参数，无论是变速箱的前期设计及还是在其台架耐久上都显得尤为重要。

而在不同使用工况中，城市工况对变速器的考核最为苛刻，而传统的整车试验中获取档位信息主要是在换挡手柄附近安装位置传感器，以获得档位信息，而该方法存在仪器安装困难，给驾驶员换挡过程中造成一定干扰等弊病。对于任何车辆来说，无极变速传动系统除外，发动机转速和驱动轮转速为一系列相对固定值，而该固定值的变化只与传动系统档位变化相关，因此本文将某传动系统为试验对象，以发动机转速、驱动轮转速、发动机转矩为试验变量，进行城市工况数据采集及分析。

2　试验设计

2.1 道路选择

在城市道路工况中选取市区中具有代表性的道路作为城市工况道路，该试验道路中包含有老城区拥堵路段、开发区新建路段、施工中破损路段，试验路段总长约37 km，试验路段中总共含有42个红路灯。

2.2 试验车辆及仪器

试验车辆为国产某自主品牌乘用车，试验载荷为标准设计载荷，试验车辆通过OBD接口采集发动机转速信息及发动机输出扭矩；车辆驱动轮上安装MSC公司扭力轮采集驱动轮转速信号。

试验仪器安装如下图所示：

3　相关理论

穿级计数是建立在雨流计数基础上进行的一种计数方法，其在时域中的宏观表示为时域数据穿越某一幅值所经历的次数，具体算法如下[3]

式中：RFM为雨流矩形；RES为雨流矩阵留数；K(k),k=2, …,n为穿级向量；b为基线；e为结束点；a为起始点；

4　数据采集与处理

4.1 数据采集及样本选择

由于城市道路工况及驾驶员操作具有一定的不确定性造成在试验数据具有一定的离散性，因此在实际试验操作中均是采集一定数量的试验样本，再在其中选取其中具有代表性的试验本作为目标样本。本次试验中两名驾驶员在城市交通高峰期按照2.1中确定的试验路线各进行重复采样五次，共10个试验样本，对该样本群进行统计分析，以各试验通道的累计伪损伤值为统计标准量，选取50%存活率的试验样本作为本次试验的目标样本。下图为一个试验样本的部分通道测量曲线。

4.2 档位信息统计

对于变速器在市区工况下运行来说，各档位使用所占的比例，如各档位所使用的时间，使用的次数、换挡区间等。对于各档位来说，发动机转速及驱动轮轮转速之间的传动比是固定的，经检查试验数据无任何异常，选定左前轮转速和发动机转速作为计算车辆总传动比的原始数据，总的传动比为左前轮转速与发动机转速相比的比值，

式中：As，左前轮转速；Eng speed，发动机转速。

以发动机转速及左前轮转速为输入变量，获取在实际行驶工况中车辆所使用档位的时域曲线，下图为目标样本所使用档位的时间历程曲线。

在得到档位的时间历程曲线基础上利用穿级计数算法计算出该市区工况下变速器的各档位使用信息

上图为该市区工况中各档位所使用的次数及使用时间所占的比例，从使用时间上面来看在市区工况中1档、3档、4档及5档所使用的时间较高，其中1档使用时间最长；从使用次数来说2档至4档使用次数最多，说明在该市区工况中2档至4档的使用频率较高，换挡比较频繁，6档使用时间及次数均最少，说明在市区工况中6档的使用概率较少。在市区工况应重点关注1档及中间档位。

4.3 档位下使用状况分析

从4.2节中可以看出在市区工况中该变速器主要是1档、3档、4档和5档，这几个在市区工况中其发动机转速及输出转矩是如何分布的，对于变速器设计尤其是齿轮耐久来说是两个很重要的输入变量，下图为在市区工况下该变速器上述档位发动机转速及转矩的二维时间分布。

从图5中可以看出在城市工况中1档的发动机转速及转矩（特别是发动机转速）相对集中，而随着档位的增加其发动机转速及输出转矩也日趋离散，尤其是转速在5档情况下发动机转速分布较为离散。说明在城市工况中1档主要用在车辆起步上面而在实际行驶中很少使用，而5档在实际行驶中使用得相对较多。

5　结论

本文以某传动系统为试验对象进行市区工况试验，并以左前轮轮速、发动机转速及输出扭矩为输入变量进行处理分析，得到在城市工况下各档位的使用时间及使用次数所占比例，发现在城市工况中应该比较关注1档及中间档位，通过试验数据进一步分析得到1档、3档、4档、5档在该工况下发动机转速及转矩二维概率分布图，在前述4个档位中1档无论是发动机转速及转矩分布比较集中可以认为该档位在城市工况中主要用来停车起步的，而其它三个档位随着档位升高发动机转速及转矩分布变广。说明通过该方法可以获得的各档位发动机转速及转矩分布，其结果可以为传统系统设计人员提供相关设计依据。

参考文献：

[1] 刘杰,李超, 刘登明,等.乘用车手动变速箱动态换挡性能测试与分析[J]. 汽车科技,2014,6：47-50.

[2] 丛孟营, 李庆磊, 徐永平,等. 城市客车行驶工况数据分析[J].汽车科技, 2014, 3：59-6.

[3]Erwin Haiba, Betriebsfestigkeit. VDI-Verlag GmbH , Duesseldorf, Print in Germany, 1989, ISBN 3 - 18 -400828 – 2.

中图分类号：U467.1+1

文献标识码：A

文章编号：1005-2550（2016）02-0084-04

doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2016.02.014

收稿日期：2015-10-28

Study on Test and Analysis Methods about a Transmission System in Urban Contions

WU Xu, WANG Chao-bin, ZHU Xin, XIONG Ji, ZHU Xiong
( National Automobile Quality Supervision and Test center (Xiangyang), Xiangyang 441004, China )

Abstract:This article studies on a measurement method for vehicle gear information during vehicle experiments. We put forward a test method which use engine speed and driven wheel speed as measurement variables, so as to abtain vehicle gear information. Taking a drive system as test object, we proceed an experimental verification on urban conditions and analysis test data.

Key Words:transmission system; urban contions; test and analysis methods