某電動載貨汽車變速箱換擋異響、抖動的測試分析

曾海軍 王楠 徐明

摘要：某純電動載貨汽車（以下簡稱“某純電動貨車”）在下線調試過程中發現AMT變速箱換擋時伴隨有較大的異響及抖動，嚴重影響駕乘感受。本研究基于某整車廠在研車型存在的問題進行測試分析，通過對MCU扭矩響應、變速箱控制器換擋控制等因素進行分析，得出故障主要是因為換擋時間過長、扭矩響應不及時、電機轉速的PI調節不合適等造成。通過與標桿車型換擋曲線的對比，提出后續設計優化和標定建議。本研究為純電動貨車變速箱換擋異響、抖動優化設計提供依據，對整車動力平順性提升有著重要的意義。

關鍵詞：電動載貨汽車;變速箱換擋;異響;抖動;數據分析

中圖分類號：U469.2 收稿日期：2022—02—23

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.05.007

在全球倡導節能減排的大背景下，汽車產業向電動化轉型已是未來的趨勢。在實際應用中，純電動貨車多以運貨等商業用途為主，作為汽車中的一種，雖然沒有乘用車的數量多，但在能源消耗上卻與之不相上下。所以，貨車的電動化同樣具有重大的節能環保意義。

目前，隨著國內外電動化浪潮的持續推進，國內各大主機廠都已陸續推出純電動貨車產品，但不少企業對純電動貨車的電驅動系統開發與調校缺乏經驗，導致不少車輛在駕乘舒適感、動力平順性和NVH等方面存在嚴重問題，給客戶造成不良的體驗。本研究通過對電機控制器MCU、變速箱控制器TCU等數據進行采集并與標桿車的數據進行對比，通過試驗手段分析變速箱在換擋過程中產生異響、抖動的原因，對整車動力平順性、NVH及電機控制器MCU和變速箱控制器TCU程序設計等具有指導意義"。

1 變速箱換擋異響、抖動測試1.1測試設備

本次測試借助電腦、CAN卡、Eclipse for TriCore、 Origin8、FlashSpirit、MATLAB、ECTEK Measure Data Analyzer V2等工具和軟件對電機轉速、扭矩、電流、工作指令等數據進行采集和分析;借助Vector Ape、CANape 14、CANalyzer等工具和軟件采集變速箱控制器TCU數據，并對其進行分析。

1.2測試方案

通過對該車換擋異響、抖動問題進行分析判斷，結合經驗及現有測試設備，采集MCU和TUC數據，通過對原始數據分析，提出如下解決方案：

a.MCU扭矩響應異常分析。

b.調整TCU換擋控制參數。

c.優化MCU扭矩響應速率。

d.其他標桿車換擋時間對比。

2 測試數據分析

2.1 MCU扭矩響應異常分析

行駛過程中，換擋結束時出現變速箱異響、抖動情況，通過采集該故障點的數據，分析換擋過程扭矩跟隨時發現，在換擋請求結束后，電機的響應扭矩未跟隨整車目標扭矩，出現扭矩為零的情況。經分析，存在以下幾方面的原因：a.控制器出現故障;b.工作指令出現跳變;c.模式切換銜接問題。

經過排查，控制器沒有報故障碼、整車工作指令恒定有效，所以將問題鎖定在模式切換后的扭矩銜接環節中。由于AMT相對于直驅車增加了換擋環節，為加快扭矩響應，在扭矩計算時采用單獨的計算模式，相對于正常驅動模式取消了擋位關聯的扭矩保護限制，同時加快了扭矩響應的上升率。故障是出現在換擋模式切換到正常驅動模式那一瞬間，上一時刻的扭矩指令沒有賦值到驅動模塊中，導致扭矩需要從零開始增加，致使車輛產生抖動，如圖1所示。

2.2 TCU換擋控制參數分析

如圖2所示，黃色框內為1擋升2擋的進擋過程，根據進擋位移的變化，可以得出在進擋過程總位移出現階梯狀變化，是導致頓挫和異響的主要原因。可以看出，TCU第一次發出目標抖動扭矩時，MCU響應抖動扭矩為零，這也是導致進擋困難的主要原因。

2.3 MCU扭矩響應速率分析

換擋過程中駕駛員反映存在動力中斷的情況，采集換擋點的扭矩數據可以看出，電機扭矩需要0.0931 s達到需求扭矩，扭矩變化率約為3 200 N·m/s，響應速度有些遲緩，導致換擋感受變差，可嘗試增加扭矩響應上升率來改善該情況，如圖3所示。

3 解決措施及驗證

通過對以上測試數據的分析，提出如下解決措施。

3.1針對MCU扭矩響應異常問題

MCU程序模型中扭矩計算模塊根據自身扭矩變化率限制子模塊的計算初值未接入，每次模式切換后扭矩需從零開始增加，導致換擋過程中扭矩中斷車輛換擋頓挫感嚴重，如圖4所示，原模塊中未加入復位初值扭矩，模式切換后扭矩掉落。

修改MCU程序設計模塊，在扭矩計算模塊中增加復位初值扭矩功能，如圖5所示。

增加入復位初值扭矩后，模式切換時扭矩可正常跟隨，變速箱異響也隨之消失，如圖6所示。

3.2針對調整TCU換擋控制參數問題

TCU控制程序修改進擋速差，確保進擋成功率，降低進擋過程中可能產生頓挫和異響的概率;同時TCU增加抖動扭矩值，加快抖動扭矩觸發的時間，縮短進擋時間，降低頓挫感。設計方案優化后，換擋過程如圖7所示。

通過調整換擋過程的參數，變速箱與電機、電機控制器及VCU的配合得到優化。如圖7所示，換擋過程在圖2的基礎上得到了很好的優化，摘擋、調速、進擋過程均較為理想，駕駛員的駕乘感受也表現良好，滿足整車靜態、動態要求。

3.3針對優化MCU扭矩響應速率問題

MCU扭矩響應速率程序優化后，扭矩響應時間僅需0.053 s，扭矩變化率上升到約5 000 Nm/s，扭矩上升率顯著提高，換擋時間縮短超過40%，換擋中車輛的動力中斷感明顯減輕，如圖8所示。

3.4與某純電動貨車換擋時間對比

靜態換擋時間對比，如圖9～圖10所示。動態換擋時間對比，如圖11～圖12所示。

通過優化后，本純電動貨車換擋時間與某純電動貨車相比可以看出，靜態與動態換擋時間與標桿車基本一致，效果明顯。

4 設計優化建議

通過對變速箱換擋異響和抖動時的數據分析，針對AMT變速箱自動換擋的特性，在充分了解TCU換擋邏輯及MCU快速扭矩響應的要求后，經過優化TCU和MCU軟件程序，同時取消換擋時主動防抖、防滑、扭矩響應斜率的保護限制，MCU扭矩跟隨完全根據TCU指令來響應，以提升換擋質量。經實踐，TCU和MCU程序按上述建議優化后，在行駛過程中變速箱換擋時的異響及抖動基本消除，從而滿足了使用要求。

5 結語

本文以某純電動貨車變速箱換擋異響、抖動為案例，依據行業內對AMT變速箱換擋異響和抖動的處理方法，結合問題產生原因、關聯部件影響、標桿車對比等實際情況，通過優化MCU控制算法和TCU換擋邏輯，確定變速箱換擋時產生異響和抖動的主要原因是電機控制器MCU扭矩響應不及時、變速箱控制器TCU換擋時間過長及電機轉速的PI調節不合適。本文對下一步研究AMT變速箱換擋異響及抖動問題有著非常重要的參考價值。

作者簡介：

[1]王朝霞，肖揚.某電動汽車蠕行抖動測試分析[J].汽車實用技術，2019（23）：5—7.