變速器速比對整車駕駛性影響的分析研究

潘建考 尹建東 沈 源

（寧波吉利羅佑發(fā)動機(jī)零部件有限公司 浙江 寧波 315336）

引言

近年來，我國汽車工業(yè)取得了長足發(fā)展，汽車保有量逐年增長。汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，使得汽車產(chǎn)品更新?lián)Q代速度明顯加快，網(wǎng)聯(lián)車、科技出行、環(huán)保車等新名詞不斷涌現(xiàn)，但是我們不能忘記汽車產(chǎn)品的本質(zhì)，那就是帶給駕駛者優(yōu)良的駕駛體驗。談到駕駛體驗就不得不提到駕駛性，駕駛性作為評價汽車產(chǎn)品駕駛體驗的指標(biāo)，是消費者購買汽車產(chǎn)品時最為關(guān)注的性能之一。

駕駛性指車輛在駕駛過程中給與駕駛員的感受，包含動力性、連續(xù)性、平穩(wěn)性等，比如駕駛員踩下油門，車輛動力是否同步反饋，加速過程中有無動力中斷，發(fā)動機(jī)的噪聲是不是平穩(wěn)等等。

本文以搭載小排量增壓發(fā)動機(jī)的某汽車產(chǎn)品為研究對象，通過匹配不同速比的變速箱，利用仿真分析來判定其動力性及經(jīng)濟(jì)性，并預(yù)估駕駛性是否優(yōu)秀，并制作變速箱樣機(jī)進(jìn)行實測驗證。

1 試驗方案

試驗樣車為小型轎車，搭載1.0L 增壓直噴汽油機(jī)匹配干式6 速DCT 變速箱，車輛主要參數(shù)及基礎(chǔ)速比如表1、2 所示。該車輛在駕駛過程中存在低擋位換擋轉(zhuǎn)速過高，換擋不平順以及低速噪聲大的問題。

表1 測試車輛主要參數(shù)

表2 測試車輛基礎(chǔ)速比

收集其他車型的變速箱速比，通過數(shù)據(jù)對比分析，發(fā)現(xiàn)試驗車輛1 擋到2 擋階差（1 擋總速比/2 擋總速比）以及2 擋到3 擋階差略大于其他產(chǎn)品，具體數(shù)據(jù)如表3 所示。同時發(fā)現(xiàn)，在搭載大排量自吸發(fā)動機(jī)時，速比階差設(shè)定會較大，動力連續(xù)性可以靠轉(zhuǎn)矩補償[1]；但在搭載小排量發(fā)動機(jī)時，為保證最大爬坡度，低擋位速比會偏大，同時為兼顧車輛動力性以及動力連續(xù)性，相鄰擋位之間階差較大時，一般采取適當(dāng)提升換擋轉(zhuǎn)速的方式進(jìn)行補償。

表3 速比數(shù)據(jù)對比

通過對變速箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究后，以降低擋位間速比階差為目的重新進(jìn)行速比設(shè)計[2]，在保證輸入輸出軸距不變的情況下，同時避免嘯叫階次匹配出2個新的速比方案，具體數(shù)值見表4。

表4 速比方案

2 仿真分析

2.1 動力性

通過對試驗車輛以及2 個方案進(jìn)行仿真分析，分析結(jié)果如表5 所示。試驗車輛、方案一、方案二各有優(yōu)劣，其中8～32 km/h 加速時間2 方案均變差，百公里加速方案二與試驗車輛相同，除此之外2 方案指標(biāo)均優(yōu)于試驗車輛。其中關(guān)于最大爬坡度，因2 方案的1 擋總速比均減小，發(fā)動機(jī)在最大爬坡度時的轉(zhuǎn)速降低，結(jié)合增壓發(fā)動機(jī)高速段轉(zhuǎn)矩呈下降趨勢，轉(zhuǎn)速下降以后實際發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩反而升高，故最大爬坡度反而有所提升，與常規(guī)的速比越大爬坡度越高經(jīng)驗不符，故動力總成匹配考慮經(jīng)驗的同時還應(yīng)以仿真值作為參考。

表5 動力性試驗結(jié)果

2.2 經(jīng)濟(jì)性

表6 為該試驗車輛以及2 個方案的油耗仿真結(jié)果（因該車輛為樣車，為確保仿真結(jié)果準(zhǔn)確性，仿真邊界為該樣車實測值），結(jié)果顯示在NEDC 油耗上方案一增加0.011 L，方案二減少0.011 L，因5、6 擋位速比未發(fā)生變化，故90 km/h 以及120 km/h 等速油耗未發(fā)生變化。

表6 經(jīng)濟(jì)性試驗結(jié)果

因駕駛性無有效的仿真分析手段，故以測試時主觀評價結(jié)果為準(zhǔn)。

3 試驗結(jié)果

綜合動力性及經(jīng)濟(jì)性的結(jié)果，決定采用方案二制作變速箱樣機(jī)，并搭載試驗車輛進(jìn)行試驗。

3.1 動力性

動力性測試采取A-B 的方式進(jìn)行，首先試驗車輛進(jìn)行正反向測試，然后更換方案二變速箱進(jìn)行正反向測試，并對測試結(jié)果進(jìn)行對比分析，此次試驗未在標(biāo)準(zhǔn)性能測試場地進(jìn)行，故試驗結(jié)果跟仿真結(jié)果存在一定差異。

每種方案正反方向進(jìn)行多次測試，取測試結(jié)果平均值，測試結(jié)果如圖1 所示，方案二在百公里加速上較試驗車輛快0.1s。

圖1 0～100km/h 加速測試結(jié)果

3.2 經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性測試在轉(zhuǎn)轂上進(jìn)行，同樣采取A-B 的方式進(jìn)行，首先就方案二進(jìn)行試驗，然后重新更換為試驗車輛變速箱進(jìn)行測試。

油耗測試前對新速比的換擋線進(jìn)行了重新匹配，以確保動力總成運行在正確狀態(tài)，具體變更內(nèi)容為0%～40%油門2-3/3-4/5-6 每個換擋點車速降低2km/h，僅依據(jù)新速比調(diào)整了換擋點，未進(jìn)行對應(yīng)的精細(xì)化標(biāo)定優(yōu)化，詳細(xì)變化如表7 所示。

表7 調(diào)整后換擋轉(zhuǎn)速

測試數(shù)據(jù)如圖2 所示，方案二在WLTC 工況油耗較試驗車輛低0.014L，在NEDC 工況較試驗車輛低0.1L，僅調(diào)整速比就能達(dá)到這樣的效果，收益較為明顯。

圖2 油耗測試結(jié)果

3.3 駕駛性

首先，基于主觀評價的方式對試驗車輛以及更換方案二變速箱后的車輛進(jìn)行駕駛評價，低速換擋轉(zhuǎn)速高的問題有明顯改善，動力連續(xù)性有所改善，其中低速噪聲大的問題隨著換擋轉(zhuǎn)速的降低也有明顯的改善。

在主觀評價的同時，采集了試驗車輛行駛過程的數(shù)據(jù)，如圖3 所示，因速比的調(diào)整，達(dá)到同樣的車速發(fā)動機(jī)的對應(yīng)轉(zhuǎn)速有不同程度的下降，尤其在低速換擋時，轉(zhuǎn)速上沖現(xiàn)象明顯改善，因此在駕駛過程中噪聲明顯改善，動力輸出與聲音大小對應(yīng)情況也明顯好轉(zhuǎn)，給駕駛者的感受是這臺車動力十足，而且動力儲備充足，深踩油門，還有源源不斷的動力輸出。

圖3 換擋轉(zhuǎn)速對比

更換方案二后的試驗車輛與另一臺車同時邀請主觀評價專家進(jìn)行駕駛性盲評[3]，并按照評價規(guī)則進(jìn)行打分，多名專家取平均分，結(jié)果顯示，在動力性方面大家認(rèn)為差異不大，在動力連續(xù)性、換擋平順性以及噪聲舒適度上，方案二明顯優(yōu)于試驗車輛，評價結(jié)果如圖4 所示（注6.5 分為挑剔客戶駕駛可接受）。

圖4 駕駛性評價結(jié)果

4 結(jié)論

整車駕駛性作為汽車產(chǎn)品的重要屬性，在整車開發(fā)中至關(guān)重要，汽車產(chǎn)品競爭力比到最后也是駕駛性的比拼。在汽車產(chǎn)品的開發(fā)過程，有太多的因素能夠影響駕駛性的好壞，在標(biāo)定無法做進(jìn)一步優(yōu)化時，通過速比的優(yōu)化匹配，在保持其他性能不劣化的前提下，做到了有效提升駕駛性。

通過本案例，我們發(fā)現(xiàn)基于小排量增壓發(fā)動機(jī)的速比匹配已經(jīng)不同于大排量自吸發(fā)動機(jī)，擋位階差過大會導(dǎo)致動力連續(xù)性變差，帶來較差的駕駛體驗，由此可見隨著發(fā)動機(jī)技術(shù)的發(fā)展和更新，動力總成匹配也需要跟進(jìn)發(fā)展，在匹配過程中借鑒歷史經(jīng)驗的同時，需要充分考慮產(chǎn)品實際需求，以保障得到好的駕駛性體驗，進(jìn)一步提升產(chǎn)品競爭力。