自动挡轻型物流商用车换挡系统耐久指标研究

崔 刚，张 晶，熊英勇，王 科

（安徽江淮汽车集团股份有限公司 技术中心，安徽 合肥 230601）

近年随着物流行业的快速发展，城市短途物流兴起，轻型商用城市、城际物流车辆的保有量逐年攀升，目前国内轻型物流卡车以手动挡为主，而手动挡车辆对驾驶员驾驶技术要求较高。尤其是以城市路况为主的城市物流车辆，其具有起步换挡动作频繁，操作负荷大的特点，迫切需要自动换挡变速器产品开发和引入，解决客户痛点问题。

搭载自动变速器车辆具有操作简单，驾驶舒适性好、驾驶员工作负荷低等优点。而其中电控机械式自动变速器（Automatic Mechanical Trans- mission, AMT），更兼有传动效率高机构简单、成本低以及与手动变速箱零部件通用化率高的优点，在国外已普遍应用在各型商用车辆上。

在国内随着客户对商用车辆驾驶舒适性要求的提高，各汽车企业逐步开始重视自动变速器产品的匹配，正在投入资源进行研究和开发。

本文基于江淮自主研发某原创型AMT自动变速器产品开发过程，针对换挡系统可靠性指标定义过程进行研究和总结。

针对自动变速器的换挡系统部件不仅包含传统意义的拨叉、同步器等部件，还包括实现自动换挡的换挡执行机构、换挡过程用于切断动力的离合器及离合器控制机构，再下一级部件包括换挡电机、传感器、弹簧、连杆机构、传感器、电磁阀等部件，上述部件均需要基于整机实际换挡耐久性能指标设定零部件单体及总成疲劳耐久性能指标。

现有国内设计及验证标准体系所定义的换挡系统耐久性能可靠性指标均针对手动变速器（Manual Transmission, MT），如《汽车机械式变速器总成技术条件及台架试验方法》（QC/T 568—2019）中定义了M类和N类车型机械式变速器总成换挡耐久性能测试指标和方法定义，其各挡累计换挡次数约为90万次。《汽车机械式变速器总成技术条件 第3部分：中型》（QC/T 29063.3—2010）中定义同步器动态耐久性能寿命指标，其各挡累计换挡次数约为71万次。实际应用自动变速器换挡频率要高于手动变速器，上述标准累计换挡数量偏低，因而在开发AMT自动变速器过程中，需要基于实际应用路况、运营主要区域重新设定换挡耐久性能指标，以保证产品换挡系统的可靠性。

1 换挡系统耐久性能指标实测方法

汽车自动变速器产品开发阶段进行的试验项目主要分三个方面：零部件试验、总成台架试验以及整车试验，其中耐久试验也按照上述三个层级开展，这种情况就需要自上而下，设定合理的换挡系统耐久性能指标。最佳的整机换挡系统耐久性能是基于车辆实际应用场景下目标寿命周期内换挡系统累计数量。产品开发过程可参考该数量指标开展自动挡换挡系统耐久性能测试，确保换挡系统相关部件满足耐久性能要求。

本文通过对投放合肥区域轻卡物流车辆实际路况调研分析选择，采集路况数据进行仿真分析相结合，统计分析获得基于寿命预期的换挡耐久性能数量，指导产品换挡系统相关部件耐久性能指标设定、设计开发及测试验证，确保产品可靠性，其技术路线如图1所示。

图1 换挡系统耐久性能实测方法

2 实车路况采集分析

2.1 路况信息调研

在开展路线选择前，首先需要针对目标用户群体进行实车使用路况信息调研，包括问卷调查、电话走访等。以合肥地区运营的轻型物流卡车为例，通过市场的车辆进行实际应用路况调研，轻卡车辆用于物流配送占比在85%以上，路况以城市、城郊居多，城郊以省道、国道为主，仅部分冷链物流车辆城郊选择高速路况。

实时路况数据可源于百度地图，基于百度地图提取出最具有代表性的路线图，分析评选后获得目标区域多种典型城市及城郊物流路线，作为 下一步路况数据实际采集的输入条件。

2.2 路况数据采集

车辆总换挡的数量由产品目标寿命、市场定位、应用场景及使用工况分布等因素决定，本文针对定位城市、城际物流的轻型卡车进行换挡系统耐久性能指标研究和设定。研究目标为合肥区域城市、城际物流车辆。

基于上一节调研结果，跟踪采集某物流公司实际运营的多条城市物流及城郊物流路线，分析评选多组典型的路线，试验操作员针对典型城市、城郊和高速路线，分时段开展多轮次实际路况信息采集，车辆行驶里程不低于最低测试要求，即可获得相应的路况数据。图2、图3是所采集的城市、城郊路况数据示意图。

图2 合肥市典型城市物流路线对应路况数据示意图

图3 合肥典型城郊物流路线对应路况数据示意图

2.3 路况仿真分析

实际的换挡数据难以在测试过程中直接获得，因此，这里需要借助仿真分析软件进行实际路况下的换挡状态仿真。

具体方法是针对所采集大量路况数据，通过仿真计算获得目标车辆在对应路况下的详细换挡情况及使用挡位分布信息，再进行必要的统计及计算分析，最终可获得车辆在城市、城郊、高速及山路等路况下的累计换挡数量及挡位使用情况分布等数据。

此外因轻卡商用车辆载重变化幅度大，空载、满载驾驶习惯和换挡需求不同，会对车辆换挡分布状态产生影响，因此仿真计算过程需要合理设置空载、满载起步挡位及换挡点车速。如空载可以采用2挡起步，换挡模式选择偏经济的换挡模式。而满载则只能使用1挡起步，满载状态下为保证车辆良好的动力性，需要选在偏动力的换挡模式。依据汽车构型，在AVL Cruise软件平台上，搭建整车模型，并依据整车参数修改各部件的属性来快速完成整车模型参数设定，然后依据部件之间的关系完成各部件间的机械连接以及电气连接，所搭建的AVL Cruise仿真模型如图4所示。计算获得城市某路况对应换挡状态如图5所示，城郊某路况对应换挡状态如图6所示。

图4 Cruise仿真计算模型

图5 城市某路况对应换挡状态仿真结果

图6 城郊某路况对应换挡状态仿真结果

2.4 换挡信息统计分析

针对仿真计算结果进行详细的数据统计分析，就可以获得每个路况下的行驶里程、各挡换挡次数、累计换挡数量等信息，进一步计算可获得城市工况下各挡换挡数量占比、平均里程下的换挡次数。通过大量路况数据统计分析，获得合肥城市物流换挡分布情况如表1所示，合肥城郊物流路况换挡分布情况表2所示。其它路况包括高速、山路等特殊路况也可通过上述方法获得相应的换挡统计数据。

表1 城市路况换挡信息统计分析结果

表2 城郊路况换挡信息统计分析结果

3 基于目标寿命的换挡耐久性能数量

整车产品在开发过程会定义产品寿命（里程）目标，而自动变速器作为整车重要组成部分，其寿命不应低于整车寿命。基于该寿命目标，按照目标城市、城郊行驶工况构建状态，相关构建方法已有学者提出，如张宏等提出道路轻型汽车行驶工况构建。根据车辆载重行驶比率及行驶路面的分类占比情况，按照上一节不同路况下平均换挡次数及各挡占比，进行统计分析计算，即可获得综合工况、全城市工况及全城郊工况等基于目标寿命的总换挡数量及各挡换挡数量，如图7所示。

图7 目标里程分解统计计算示意图

基于上述方法，针对某轻型搭载自动变速器卡车，其目标寿命30万公里，用途为合肥区域物流配送，统计分析处理所获得的换挡状态分布结果如表3所示。

表3中的统计数据，可以作为产品开发初期换挡系统零部件耐久性能指标设定的依据，指导相关部件设计开发及后期测试验证，确保整个换挡系统部件的耐久性能可靠性。

表3 合肥区域轻卡物流车辆换挡状态分布

4 结论

轻卡物流车辆多用于商业营运，主要应用区域是城市物流配送，包含一部分城郊、高速等路况，其具有行驶工况恶劣、起步及换挡极为频繁的特点，对自动变速器换挡系统耐久性能可靠性提出了较高的要求，本文针对匹配该类车型的自动变速器提出一种基于实际路况获得换挡系统耐久性能指标的方法，用于指导换挡系统部件的开发及测试验证。并在某AMT自动挡变速器产品开发过程进行应用并完成测试验证，确认该方法具备指导意义。