輕卡變速器城市道路載荷譜的研究

鐘華　高建敏　趙靖偉

摘 要：通過對(duì)輕卡的道路載荷譜的采集和分析，而獲得準(zhǔn)確的道路載荷譜，這是進(jìn)行變速箱疲勞設(shè)計(jì)的先決條件。文章主要針對(duì)某輕卡在平原地帶工況的路譜進(jìn)行采集和分析，獲得該工況下變速箱的使用情況，為后續(xù)輕卡變速箱研發(fā)提供正向輸入。關(guān)鍵詞：路譜;輕卡;變速箱中圖分類號(hào)：U463.8 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）08-122-02

Abstract： Through the collection of road load spectrum of light truck， the accurate road load spectrum can be obtained， which is the prerequisite for the fatigue design of gearbox.?This paper mainly collects and analyzes the road spectrum of a light truck in plain area， obtains the use of gearbox under this condition， and provides forward input for the.Keywords： Road Load Spectrum; Light Truck; Gear boxCLC NO.： U463.8??Document Code： A??Article ID： 1671-7988（2020）08-122-02

引言

變速箱的研發(fā)中，臺(tái)架試驗(yàn)是考核變速箱可靠性和耐久性的主要手段，但前提是需要臺(tái)架的試驗(yàn)工況盡可能接近實(shí)際工況。國外對(duì)汽車變速箱疲勞耐久性試驗(yàn)和壽命估計(jì)做了很多研究，而國內(nèi)是剛起步階段，并且關(guān)于研究實(shí)際工況和臺(tái)架試驗(yàn)還是很少，結(jié)合路譜采集理論的實(shí)際工況和試驗(yàn)臺(tái)架也處于摸索階段，缺少具有指導(dǎo)意義的數(shù)據(jù)庫。為了給變速箱疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)及臺(tái)架試驗(yàn)提供可靠而且實(shí)用的路譜數(shù)據(jù)，我們對(duì)不同道路工況以及變速箱進(jìn)行了路譜采集與分析。本文主要采集的數(shù)據(jù)為某輕卡匹配5J38T的變速箱在西安地區(qū)的路譜，并對(duì)其進(jìn)行工況分析。

1 道路載荷譜的采集系統(tǒng)及采集工況

1.1?道路載荷譜的采集系統(tǒng)

道路載荷譜的采集系統(tǒng)由多功能GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、遠(yuǎn)程管理服務(wù)平臺(tái)、數(shù)據(jù)處理分析軟件等部分組成。多功能GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過CAN總線實(shí)時(shí)獲取ECU的內(nèi)部數(shù)據(jù)，結(jié)合GPS傳感器獲取定位信息和行駛車速，并將數(shù)據(jù)通過GPRS/3G無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程管理服務(wù)平臺(tái)。用戶可通過手機(jī)、筆記本登錄服務(wù)平臺(tái)監(jiān)控試驗(yàn)車輛。

多功能GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與無線行駛記錄儀類似，安裝在終端車輛，長時(shí)間記錄、檢測、存儲(chǔ)行駛過程中發(fā)動(dòng)機(jī)ECU總線數(shù)據(jù)、車速、行駛軌跡等參數(shù)。因此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須滿足以下條件：內(nèi)置實(shí)時(shí)處理器，達(dá)到1HZ采樣率;內(nèi)置高精度GPS傳感器，可與北斗兼容，2.5米定位精度;具有SD卡存儲(chǔ)功能，支持?jǐn)嚯姳Ｗo(hù);具有CAN總線接口，支持SAEJ 1939、CCP、ISO15765等協(xié)議，可連接INDAM模塊和車輛ECU;具有抗沖擊、抗振動(dòng)等惡劣環(huán)境能力，滿足礦區(qū)、顛簸等路況要求，可在-40℃-85℃溫度范圍內(nèi)工作等等。

1.2?采集工況以及整車配置

本次采集的主要路線為西安市區(qū)，基本可以代表商用車在市區(qū)內(nèi)的運(yùn)行工況。大致路線如圖1所示，共采集里程5860千米，歷時(shí)50天，主要運(yùn)載的貨物為面包。

路譜測試采用的車為輕卡，整車的基本配置如表1所示。

2?軟件分析系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)分析

2.1?軟件分析系統(tǒng)

為將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行符合研究需求的分析與計(jì)算，自編了針對(duì)CAN總線路譜采集數(shù)據(jù)的輕卡變速箱路譜數(shù)據(jù)分析軟件。首先，應(yīng)用該軟件可以完成采集數(shù)據(jù)的擋位篩選工作，對(duì)每個(gè)擋位的累積使用時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，例：可以知道1擋，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在900～1000rpm，且扭矩在1400～1500Nm的使用時(shí)間;其次，對(duì)每一個(gè)擋位，在任一轉(zhuǎn)速段和扭矩段的使用時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與可視化輸出，并且統(tǒng)計(jì)每個(gè)擋位的換擋次數(shù)，例：1擋升2擋次數(shù);5擋降4擋次數(shù);最終，根據(jù)“等效損傷理論”，可推導(dǎo)出不同載荷作用下的總相對(duì)損傷量的計(jì)算公式，即將不同載荷的作用次數(shù)折算成標(biāo)準(zhǔn)載荷下的作用次數(shù)將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行加速。

將數(shù)據(jù)完成之后，將所有計(jì)算結(jié)果以及生成的可視化圖片保存至指定的Excel，以便后續(xù)查詢。

2.2 采集數(shù)據(jù)分析

采集到的原始數(shù)據(jù)包括車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)載百分比、扭矩百分比、時(shí)間、海拔、經(jīng)度、緯度等發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)文輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)這些原始數(shù)據(jù)，使用路譜數(shù)據(jù)分析軟件可得各個(gè)擋位使用時(shí)間、加速時(shí)間、各擋位車速的分布情況如表2所示。其中加速時(shí)間是將采集到的數(shù)據(jù)加速至發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出扭矩以及疲勞試驗(yàn)臺(tái)架最大轉(zhuǎn)速所得，再次將加速時(shí)間線性轉(zhuǎn)換至10萬公里以便與國標(biāo)載荷譜進(jìn)行對(duì)比。由對(duì)比結(jié)果可以得出，臺(tái)架試驗(yàn)與路譜采集數(shù)據(jù)的加速時(shí)間相差較大，臺(tái)架加速時(shí)間在各個(gè)擋位均比路譜采集時(shí)間久，由此可得，臺(tái)架試驗(yàn)比實(shí)際情況的考核力度大，滿足實(shí)際需求。

由分析統(tǒng)計(jì)得，車速主要集中在30-90km/h，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速主要集中在1200-2200r/min，這主要是因?yàn)槌鞘械缆菲教梗俣缺３衷谳^高車速的情況。

變速箱換擋性能也是變速箱設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的一個(gè)關(guān)鍵問題，由于關(guān)系到同步器的可靠性，故在此分析了各個(gè)檔位的換擋頻率如圖2所示。由統(tǒng)計(jì)分析可以得出在4擋和5擋使用率最高，升擋總數(shù)大于降擋總數(shù)，是因?yàn)榻祿鯐r(shí)存在跳擋次數(shù)較多，如5擋降3擋，4擋降2擋。根據(jù)總路程以及總的換擋次數(shù)得到此輕卡平均536m換一次擋位。

3?結(jié)論

本文通過實(shí)際工況的輕卡路譜采集與分析，對(duì)比臺(tái)架載荷譜，得出以下結(jié)論：

（1）實(shí)際輕卡路譜中，由于行駛工況較好，高速檔使用較多，低速檔位使用較少;

（2）對(duì)比試驗(yàn)臺(tái)架載荷譜，一擋、二檔、三檔臺(tái)架時(shí)間與實(shí)際采集差距較大，在設(shè)計(jì)變速箱時(shí)可適當(dāng)減小該三排齒輪的強(qiáng)度亦滿足實(shí)際需求。

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