自動擋輕型物流商用車換擋系統耐久指標研究

崔 剛，張 晶，熊英勇，王 科

（安徽江淮汽車集團股份有限公司 技術中心，安徽 合肥 230601）

近年隨著物流行業的快速發展，城市短途物流興起，輕型商用城市、城際物流車輛的保有量逐年攀升，目前國內輕型物流卡車以手動擋為主，而手動擋車輛對駕駛員駕駛技術要求較高。尤其是以城市路況為主的城市物流車輛，其具有起步換擋動作頻繁，操作負荷大的特點，迫切需要自動換擋變速器產品開發和引入，解決客戶痛點問題。

搭載自動變速器車輛具有操作簡單，駕駛舒適性好、駕駛員工作負荷低等優點。而其中電控機械式自動變速器（Automatic Mechanical Trans- mission, AMT），更兼有傳動效率高機構簡單、成本低以及與手動變速箱零部件通用化率高的優點，在國外已普遍應用在各型商用車輛上。

在國內隨著客戶對商用車輛駕駛舒適性要求的提高，各汽車企業逐步開始重視自動變速器產品的匹配，正在投入資源進行研究和開發。

本文基于江淮自主研發某原創型AMT自動變速器產品開發過程，針對換擋系統可靠性指標定義過程進行研究和總結。

針對自動變速器的換擋系統部件不僅包含傳統意義的撥叉、同步器等部件，還包括實現自動換擋的換擋執行機構、換擋過程用于切斷動力的離合器及離合器控制機構，再下一級部件包括換擋電機、傳感器、彈簧、連桿機構、傳感器、電磁閥等部件，上述部件均需要基于整機實際換擋耐久性能指標設定零部件單體及總成疲勞耐久性能指標。

現有國內設計及驗證標準體系所定義的換擋系統耐久性能可靠性指標均針對手動變速器（Manual Transmission, MT），如《汽車機械式變速器總成技術條件及臺架試驗方法》（QC/T 568—2019）中定義了M類和N類車型機械式變速器總成換擋耐久性能測試指標和方法定義，其各擋累計換擋次數約為90萬次。《汽車機械式變速器總成技術條件 第3部分：中型》（QC/T 29063.3—2010）中定義同步器動態耐久性能壽命指標，其各擋累計換擋次數約為71萬次。實際應用自動變速器換擋頻率要高于手動變速器，上述標準累計換擋數量偏低，因而在開發AMT自動變速器過程中，需要基于實際應用路況、運營主要區域重新設定換擋耐久性能指標，以保證產品換擋系統的可靠性。

1 換擋系統耐久性能指標實測方法

汽車自動變速器產品開發階段進行的試驗項目主要分三個方面：零部件試驗、總成臺架試驗以及整車試驗，其中耐久試驗也按照上述三個層級開展，這種情況就需要自上而下，設定合理的換擋系統耐久性能指標。最佳的整機換擋系統耐久性能是基于車輛實際應用場景下目標壽命周期內換擋系統累計數量。產品開發過程可參考該數量指標開展自動擋換擋系統耐久性能測試，確保換擋系統相關部件滿足耐久性能要求。

本文通過對投放合肥區域輕卡物流車輛實際路況調研分析選擇，采集路況數據進行仿真分析相結合，統計分析獲得基于壽命預期的換擋耐久性能數量，指導產品換擋系統相關部件耐久性能指標設定、設計開發及測試驗證，確保產品可靠性，其技術路線如圖1所示。

圖1 換擋系統耐久性能實測方法

2 實車路況采集分析

2.1 路況信息調研

在開展路線選擇前，首先需要針對目標用戶群體進行實車使用路況信息調研，包括問卷調查、電話走訪等。以合肥地區運營的輕型物流卡車為例，通過市場的車輛進行實際應用路況調研，輕卡車輛用于物流配送占比在85%以上，路況以城市、城郊居多，城郊以省道、國道為主，僅部分冷鏈物流車輛城郊選擇高速路況。

實時路況數據可源于百度地圖，基于百度地圖提取出最具有代表性的路線圖，分析評選后獲得目標區域多種典型城市及城郊物流路線，作為 下一步路況數據實際采集的輸入條件。

2.2 路況數據采集

車輛總換擋的數量由產品目標壽命、市場定位、應用場景及使用工況分布等因素決定，本文針對定位城市、城際物流的輕型卡車進行換擋系統耐久性能指標研究和設定。研究目標為合肥區域城市、城際物流車輛。

基于上一節調研結果，跟蹤采集某物流公司實際運營的多條城市物流及城郊物流路線，分析評選多組典型的路線，試驗操作員針對典型城市、城郊和高速路線，分時段開展多輪次實際路況信息采集，車輛行駛里程不低于最低測試要求，即可獲得相應的路況數據。圖2、圖3是所采集的城市、城郊路況數據示意圖。

圖2 合肥市典型城市物流路線對應路況數據示意圖

圖3 合肥典型城郊物流路線對應路況數據示意圖

2.3 路況仿真分析

實際的換擋數據難以在測試過程中直接獲得，因此，這里需要借助仿真分析軟件進行實際路況下的換擋狀態仿真。

具體方法是針對所采集大量路況數據，通過仿真計算獲得目標車輛在對應路況下的詳細換擋情況及使用擋位分布信息，再進行必要的統計及計算分析，最終可獲得車輛在城市、城郊、高速及山路等路況下的累計換擋數量及擋位使用情況分布等數據。

此外因輕卡商用車輛載重變化幅度大，空載、滿載駕駛習慣和換擋需求不同，會對車輛換擋分布狀態產生影響，因此仿真計算過程需要合理設置空載、滿載起步擋位及換擋點車速。如空載可以采用2擋起步，換擋模式選擇偏經濟的換擋模式。而滿載則只能使用1擋起步，滿載狀態下為保證車輛良好的動力性，需要選在偏動力的換擋模式。依據汽車構型，在AVL Cruise軟件平臺上，搭建整車模型，并依據整車參數修改各部件的屬性來快速完成整車模型參數設定，然后依據部件之間的關系完成各部件間的機械連接以及電氣連接，所搭建的AVL Cruise仿真模型如圖4所示。計算獲得城市某路況對應換擋狀態如圖5所示，城郊某路況對應換擋狀態如圖6所示。

圖4 Cruise仿真計算模型

圖5 城市某路況對應換擋狀態仿真結果

圖6 城郊某路況對應換擋狀態仿真結果

2.4 換擋信息統計分析

針對仿真計算結果進行詳細的數據統計分析，就可以獲得每個路況下的行駛里程、各擋換擋次數、累計換擋數量等信息，進一步計算可獲得城市工況下各擋換擋數量占比、平均里程下的換擋次數。通過大量路況數據統計分析，獲得合肥城市物流換擋分布情況如表1所示，合肥城郊物流路況換擋分布情況表2所示。其它路況包括高速、山路等特殊路況也可通過上述方法獲得相應的換擋統計數據。

表1 城市路況換擋信息統計分析結果

表2 城郊路況換擋信息統計分析結果

3 基于目標壽命的換擋耐久性能數量

整車產品在開發過程會定義產品壽命（里程）目標，而自動變速器作為整車重要組成部分，其壽命不應低于整車壽命。基于該壽命目標，按照目標城市、城郊行駛工況構建狀態，相關構建方法已有學者提出，如張宏等提出道路輕型汽車行駛工況構建。根據車輛載重行駛比率及行駛路面的分類占比情況，按照上一節不同路況下平均換擋次數及各擋占比，進行統計分析計算，即可獲得綜合工況、全城市工況及全城郊工況等基于目標壽命的總換擋數量及各擋換擋數量，如圖7所示。

圖7 目標里程分解統計計算示意圖

基于上述方法，針對某輕型搭載自動變速器卡車，其目標壽命30萬公里，用途為合肥區域物流配送，統計分析處理所獲得的換擋狀態分布結果如表3所示。

表3中的統計數據，可以作為產品開發初期換擋系統零部件耐久性能指標設定的依據，指導相關部件設計開發及后期測試驗證，確保整個換擋系統部件的耐久性能可靠性。

表3 合肥區域輕卡物流車輛換擋狀態分布

4 結論

輕卡物流車輛多用于商業營運，主要應用區域是城市物流配送，包含一部分城郊、高速等路況，其具有行駛工況惡劣、起步及換擋極為頻繁的特點，對自動變速器換擋系統耐久性能可靠性提出了較高的要求，本文針對匹配該類車型的自動變速器提出一種基于實際路況獲得換擋系統耐久性能指標的方法，用于指導換擋系統部件的開發及測試驗證。并在某AMT自動擋變速器產品開發過程進行應用并完成測試驗證，確認該方法具備指導意義。