自動變速器電子泵起停耐久測試研究

楊金民，馬靜，王君，張新亮，李曉龍

（哈爾濱東安汽車發動機制造有限公司技術中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

引言

隨著經濟社會的發展，汽車已經逐步普及，汽車數量急劇增加，另一方面，受制于城市交通的承載力有限，一時無法滿足數量龐大的交通運輸工具的行駛，形成了城市交通中走走停停的現狀。同時，城市行駛中無法避免的等紅燈現象，也延長了汽車怠速的時間。為了具有更好的駕駛體驗，提高舒適性，減少能源浪費，提高汽車的經濟性，發動機起停功能應運而生。

發動機起停技術實現了臨時停車時可以將發動機熄火，起動時發動機迅速點火的功能。這無疑減少等待過程中的燃油消耗，同時，起動的速度也得到保證。同時不影響空調、音響等設備的正常運行。這一技術迅速在發達國家得到了普及。2012年歐洲新上市的汽車中半數以上配備了起停系統。配有該技術的汽車相比普通汽車節油效果在15%左右。隨著我國燃油法規的日益嚴格和環保意識的提高，可以預見，起停技術會以更加迅猛的速度走向市場。

作為實現起停技術的核心部件，電子泵是當發動機熄火時，實現變速器處于工作狀態的主要部件，為變速器部分油路提供壓力。此外，在實現起停功能過程中，起動機和驅動板需要反復帶動發動機迅速點火并工作，以實現電子泵和發動機工作的切換。

本文研究的主要是模擬道路行進過程中存在的走走停停現象，通過反復起停來考核電子泵、起動機及驅動板的可靠性。相比于實車試驗，臺架試驗優勢明顯，具備成本低，試驗周期短外，也避免了因長期操作而造成駕駛員疲憊進而帶來的安全隱患等問題。

1 試驗原理

起停試驗是模擬車輛在堵車或者等待紅燈時面臨臨時停車，出現的發動機怠速、熄火到重新起動這一系列過程中電子泵、起動機和驅動板等一系列動作。

圖1 起停耐久循環工況

圖1為電子泵起停耐久循環工況，可以看出，變速器處于D1檔位，在t1時間內，發動機處于怠速工作狀態，此時電子泵處于OFF狀態，隨后發動機熄火，電子泵開始工作，經歷了t2時間后，在起動機和驅動板的驅動下，發動機迅速啟動，當發動機轉速平穩開始正常工作后，電子泵、起動機停止工作，t3時間內的動作完成。

由此可見試驗臺架需要保證t1、t2及t3時間內，發動機、電子泵及起動機各種完成其動作，完成對油路的控制，同時監控記錄電子泵工作時變速器主油壓和C1離合器的油壓.作為試驗主要數據來評判電子泵是否工作正常的主要依據，此外，試驗臺架需要為試驗對象正常工作提供相應的油溫、水溫等環境。

2 起停耐久循環的控制系統

6AT電子泵起停耐久試驗是通過模擬道路實車行駛過程中反復起停動作來考核試驗件的。所以說，實現對發動機、電子泵及起動機的動作控制，是模擬成功的關鍵。控制系統理所當然的成為試驗臺架的核心。

2.1 三種主流控制方式的比較和選擇

以目前主流的控制方式，無外乎繼電器控制、單片機控制及PLC控制，其優缺點比較見表1。

表1 繼電器、單片機及PLC控制比較

繼電器控制是通過對控制信號的通斷來實現輸入信號和輸出信號的控制，而且被廣泛應用于各種電路當中。這種控制是通過繼電器設備來實現的，因而帶來了一個無法避免的問題，復雜的電路控制需要一定數量的控制器，大量的硬件連線無疑增加了工作量，而且適應環境差，一旦發生故障排查難度巨大。而單片機控制體積小，可以通過修改程序來完成不同的任務。但是輸入輸出較少，對環境適應一般，在具體環境下需要對軟硬件進行相應的改造才能實現。

相比之下，PLC控制功能強大，操作簡單，而且適合工業級生產環境，而且抗干擾能力強，設計容易，安裝簡單。考慮到試驗臺架長時間運行、而且面臨后期不斷修改等問題，相比之下，選用PLC控制無疑是最佳方案。本次試驗臺架控制，選擇三菱FX3U-64M型號的PLC。

2.2 PLC控制的邏輯

PLC的控制包括準備程序、正式運行程序和計數程序。

（1）準備程序，即發動機等試驗設備處于預備階段，完成該階段后再進行試驗程序，并且自動控制完成試驗后的停機，圖2為準備程序的梯形圖。

在手動按下開始后，進而接通輔助繼電器M0，M0的吸合使控制指示燈的Y003接通，并預備5s的等待時間。

圖2 準備程序梯形圖

（2）正式運行程序階段為循環耐久工況。通過控制不同繼電器的吸合與斷開來實現起動機驅動，發動機點火，電子泵工作；發動機怠速，電子泵停止；發動機熄火與電子泵工作等一些列動作。

圖3 計數器控制梯形圖

（3）在起停耐久試驗前后需要考核20萬次，為此，需要通過 PLC計數器來記錄運行次數。特別說明的是，三菱FX3U-64M內置單個計數器最大記錄數無法單獨滿足一次性20萬次，需要設置兩個計數器共同完成，在圖2中，計數器C100記錄一萬以內的次數，C101的單位為萬次。

2.3 小結

基于PLC控制，可以有效的控制發動機和電子泵的起停，實現對各試驗對象的控制。同時利用PLC的計數功能，實現對起停耐久從開始到結束的完全自動控制。這樣無疑大大節省了勞動成本。

值得說明的一點，目前正在進行 P2架構的混動項目研發，所使用的HCU是通過MATLAB等控制技術實現對整車的控制，如果技術成熟后，未來可作為電子泵起停耐久試驗控制系統的升級選項，可以豐富控制內容，提供設備的使用壽命，簡化硬件連接，降低維護成本，并且省去了部分采集信號的設備。

3 試驗數據的監控及采集

6AT電子泵起停耐久試驗是模擬變速器處于D1檔位，汽車臨時熄火時電子泵為AT主油路及C1離合器提供油壓。所以，根據采集主油壓和C1離合器油壓的數據是判斷電子泵是否出現故障的重要依據和試驗支撐。

現有的PLC程序中，判斷是否起停一次的依據是時間，而非發動機是否重新起動。而實際試驗過程中，由于火花塞積碳過多等原因，難免會造成發動機未起動成功。因此，需要增加一條對于發動機未起動成功次數的記錄，即方便監控人員發現異常，也可以在試驗完成后重新補做未成功的起停試驗。

針對主油路壓力和C1離合器壓力的采集，采用意昂神州的試驗臺架數據采集系統。該系統具有多個通道，可以同時監測多個壓力和溫度。通過數據傳輸到計算機客戶端，并自動保存。

圖4 發動機起動是否成功判斷程序

針對發動機未起動成功的次數計數，可以依據發動機轉速進行判斷。當發動機啟動成功，發動機轉速會在 500rmp以上。這樣就可以增加兩條PLC程序，第一條為監控發動機轉速并采集；第二條是增加一條發動機未起動成功次數的計數，將采集來的發動機轉速與500rmp進行比較，如果小于該數值，計數器加 1。同時將監測到的發動機轉速及未起動成功次數通過數據傳輸到遠端計算機上，便于監控。方便發生故障后的及時判斷和后續補做未起動成功次數。

圖5 發動機起動是否成功判斷程序

對試驗數據監控采集是獲得試驗結果的重要支撐。起停功能工作時，主要保持對變速器上的主油壓和C1離合器油壓工作。這部分是考核電子泵是否正常工作的關鍵數據。此外，試驗中難免遇到發動機未起動成功，如果連續多次出現該現象，則必須引起試驗人員的注意。需要排除故障，特別是起動機或者驅動板等試驗考核件是否存在故障。

4 工況環境的控制

為更加真實模擬實車過程中起停工況，需要控制變速器油溫至110℃±10℃。同時，起動機工作需要12V直流電壓。

變速器油溫控制采用的是同圓測試的 ToCeil-JY恒溫系統。該系統溫度控制范圍在70至140℃之間，進油溫度控制精度在±1℃，最大流量 200L/min，具備過濾功能，完全能夠滿足試驗需求。

12V直流電源采用能華機電的 NHWY30-500型號的直流電源。可手動設置30V以內的穩壓電源，可以滿足試驗任務。

創造需求的試驗工況是保證試驗順利進行的基礎。試驗中，主要是對變速器油溫和起動機電壓的需求。采用相應的溫控設備和穩壓電源，使試驗工況的控制獲得了保證。

5 結束語

該套設備現已經全部搭建完成，并且已經應用在6AT起停項目電子泵耐久試驗中，目前已經完成三輪6AT起停耐久試驗，設備運行穩定，測試數據準確，滿足6AT起停項目的試驗考核需求。

該套設備功能強大，能夠根據實車起停過程中發動機、電子泵和起動機各部件動作的控制，實現全程的自動化操作，控制了試驗變量，試驗數據可信度更高。控制系統可以對試驗數據進行監控并采集，特別是可以對是否起停成功進行判斷，使試驗設備更加智能。工況控制系統全程保證了試驗條件的準確性，使模擬更加真實有效。