双离合变速箱乘用车的冬季标定试验方法

韩荣

广东皓耘科技有限公司，广东佛山 528311

0 引言

我国北方地区离冬季冷空气的策源地“西伯利亚高压”较近，冬季寒冷，受冷空气的影响十分明显，降温更加厉害，体现了我国大陆性季风气候的特征。秦岭淮河以北的地区，北京以南的华北地区最冷月均温在-8 ℃以内，而内蒙古和东北地区最冷月均温在-12 ℃以下，纬度最高的黑龙江冬季最冷均温在-20 ℃以下，北极村最冷月均温可达-30.9 ℃。我国汽车销量从2010年的1 806万辆增长到2018年2 888万辆，最近两年稳定在2 500万辆左右。因此针对冬季地区的特殊环境进行变速器标定，不仅使其更好地适应冬季地区的环境，同时还可提高车辆的动力性、经济性和舒适性。

1 标定前准备

1.1 桌面标定

在标定样车交付之前，采用仿真软件计算换挡曲线，即所谓的桌面标定，来加快标定效率。AVL CRUISE是一款常用的优秀仿真软件，可以用于车辆的动力性、燃油经济性以及排放性能的仿真，其模块化的建模理念可以便捷地搭建简历双离合变速箱的乘用车模型，最终释放第一版的换挡图。

文中主要采用其GSP换挡规律生成及优化工具模块。GSP车辆模型需要输入以下全部数据：车辆数据(载荷相关特性数据、车辆尺寸等)；发动机数据(万有特性图、负荷特性图等)；变速箱(挡位、传动比、效率、换挡时间等)；轮胎数据(滚动阻力、滚动半径等)；离合器(离合器扭矩传递特性、分离时间、结合时间等)。

常用两参数换挡规律：轴为车速，轴为油门开度。小油门开度以舒适、稳定及少污染为主；中油门开度以保证燃油经济性的基础上兼顾动力性;大油门开度则以动力性能为主。

1.2 车辆准备

标定车辆必须具备车辆管理所申领的临时牌照，并随车携带车辆保险单。

标定车辆必须符合整车技术条件要求，同时需装备有拖车钩、拖车绳、灭火器、警示三脚架等应急救援物品。

标定过程中载荷以五座车不超过4名乘客质量，七座车不超5名乘客质量为最佳条件。按照每位乘客体重加上行李的总质量为75 kg来配置载荷。

标定过程中必须随车携带必要的CAN总线标定工具、适当的油液以及搭铁线或户外应急电源等(冬季试验过程中很容易出现整车电量不足而无法启动车辆的现象)。

1.3 试验场地

我国寒区试验场主要集中于东北地区的黑河和牙克石，冬季寒冷漫长，年平均环境温度低于-20 ℃且达100 d左右。

2 基础标定

2.1 换挡线标定

根据GB/T 1521.033—2013《整车行驶阻力试验方法》测定的滑行阻力曲线，在转鼓上模拟道路负荷。电子油门控制器可以精确地制油门踏板开度，以10%为步长，逐渐标定到100%油门开度。换挡标定应该具备一定的原则：小油门开度保持换挡后的转速在一定的水平内；中油门区域作为过渡区域一般进行线性过渡;高油门开度保持换挡前发动机转速随着挡位的增加越来越高。

2.1.1 标准模式

升挡尽可能早，小负荷主要考虑整车低转速振动;中负荷参考比油耗，尽量使其处于万有特性曲线低油耗区域，同时具有一定的发动机转速宽度;高负荷参考各挡位的功率曲线。降挡尽可能晚，先利用扭矩再用降挡。

2.1.2 经济模式

以标准模式为基础，升挡比标准模式早，升挡后的转速也较标准模式小，略大于发动机再喷油转速。一般油门开度大于90%以上进入高负荷区域。

2.1.3 运动模式

以标准模式为基础，弱化经济性，升挡后转速进入涡轮增压器快速响应区间。减少换挡频率给驾驶者更多的操作空间。尽可能在绝大部分工作点低于标准模式1～2挡位，模式切换时驾驶者能立刻感受到这种变化。

2.1.4 手动模式

所有挡位升挡转速均设置为发动机最高转速，降挡转速为该车各挡位下行车怠速转速。

2.1.5 冬季模式

同时满足环境温度不大于-10 ℃和变速箱油温不大于-15 ℃或者发动机水温不大于20 ℃(部分企业设置为65 ℃等等)进入冬季模式；当变速箱油温不小于-5 ℃和发动机水温不小于70 ℃退出冬季模式。

环境温度和油温水温的设置值仅供参考，主要取决于企业的变速箱机械结构，变速箱油的液位及品质之类的，需要根据实际情况来设定。

由于冬季冰雪路面，轮胎附着系数低，车辆容易打滑。以标准模式为基础，直接二挡或三挡起步操作，具体由起步性能好坏来决定。

在低温环境下，快速提高变速箱油温和水温，可以消除变速箱低温性能衰退、发动机水温偏低导致性能不足和驾驶车的暖风不够。因此需要在小油门区域，提高发动机转速，尽快提高变速箱油温和发动机水温。但是发动机转速也不能太高，否则会造成NVH性能太差、油耗太高等问题；在大油门区域，由于低温高转速运行润滑不佳，同时低温变速箱油黏滞性成指数增加，造成扭矩传递损失较大。因此需要限制最高发动机转速、减少换挡次数，部分情况下可能限制最高挡位的使用。大油门区域变速箱升挡转速(油门开度不小于90%)见表1。

表1 大油门区域变速箱升挡转速(油门开度不小于90%) 单位:r/min

2.2 定速巡航标定

定速巡航主要标定如下参数：最小进入车速、最大退出车速、手动加减的车速步长等。

2.3 温度控制性标定

由于离合器材料对于温度较为敏感，且量产车辆离合器表面温度为模型估算值。标定阶段需要分别在奇数和偶数离合器表面附近，变速箱油底壳、油泵出入口等多处布置K型温度热电偶，通过实测数据来标定离合器温度模型。

2.4 排放油耗标定

根据GB/T 1521.033—2013《整车行驶阻力试验方法》测定的滑行阻力曲线，在转鼓上模拟道路负荷，按照GB 18352.6—2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》规定进行排放油耗测试。实时监控试验过程中排放油耗情况，如果出现异常，需检查此处的换挡点是否可以进一步调低，使得换挡更加积极。

3 冬季标定项目

3.1 静态常规标定试验

3.1.1 低温起动试验

在不同的温度下，通常在-40～-20 ℃环境条件下，车辆迎风停放，静置8 h以上，等到发动机变速器的油水温度和环境温度平衡后进行冷起动试验。需配合发动机保证车辆启动成功;如不能成功启动，且确定发动机在没有任何问题的情况下，需确定离合器是否及时分离、自动变速器油位及油品。

3.1.2 静态挡位操作

车辆处于熄火状态，且在不同环境温度下进行PRND操作；冷启动成功后且发动机转速保持稳定后，即可在不同变速器油温区间下进行PRND操作，评估其静态换挡质量，要求于平原地区状态一致。

3.2 动态常规标定试验

3.2.1 TCU自学习试验

首次试验前需对TCU各油门下换挡质量进行自学习。操作方法：变速箱油温在80 ℃左右，以每10%油门为一个台阶，10%～100%油门开度等油门加速至当前油门能达到的最高车速(需低于当前道路的限速上限)。反复多次操作，TCU根据每次换挡过程中的换挡时间及涡轮转速变化率进行换挡数据的自学习，直到取得较好的换挡质量为止。

3.2.2 低温 R/D挡爬行试验

冷启动成功且发动转速保持稳定后，即可对各变速箱油温温度区间下R/D挡爬行功能进行测试，在试验过程中需要保证车速大于0 km/h，并且最好大于5 km/h。如果出现起步困难，则需要检查并确认发动机与TCU数据是否需要优化，同时对自动变速箱油位及油品进行确认和优化。

3.2.3 标准模式下的换挡曲线图标定试验

变速箱油温在80 ℃左右，按10%～100%油门开度，每10%为一个步长进行自动换挡功能测试，在每个油门下达到其能达到的最高挡位后丢油门自动降挡；变速箱油温在80 ℃左右，全油门加速到40 km/h，丢油门滑行至20 km/h，再全油门加速至50 km/h，丢油门滑行至30 km/h，反复操作直到最高车速(需低于当前道路安全行驶车速)或丢油门后滑行车速大于一定值(滑行降挡6降5车速)即可，从而实现加油升挡、丢油升挡、加油降挡、丢油升挡的综合工况，同时对换挡质量进行标定验证。

经济模式、运动模式和手动模式的换挡曲线图标定参考执行。

3.2.4 冬季模式的换挡曲线图标定试验

在试验过程中对冬季模式的冰雪路面起步能力进行测试，对比低挡位起步打滑极限，并确定起步性能最佳的挡位，该车型最终确定为2挡起步，故无1升2和2降1换挡线；同时保证冬季模式下在冰雪路面上急刹车工况不会因离合器分离太慢而导致熄火。对冬季模式下的换挡曲线图标定，操作方法同标准模式。

某车型冬季换挡曲线如图1所示。

图1 某车型冬季换挡曲线

3.2.5 暖机模式

对暖机模式的激活与解除条件进行标定，如果未能达到预期效果需进行相应参数优化。对暖机模式的换挡曲线图进行验证和标定，以满足EMS的要求。

3.2.6 起停功能

在试验过程中关注起停逻辑如挡位、车速、油门、刹车、坡度、温度等条件是否按起停控制规范执行，同时关注起停退出时起步阶段冲击。如果出现此种情况，需联合EMS与ESP一起标定优化。

3.3 整车动力性标定试验

在平直且无冰雪的道路且保证安全行车的前提下，进行0～100 km/h的全油门加速试验、40～60 km/h、60～80 km/h超车试验等，分析其加速时间并与平原工况进行比对。若达不到预期效果，需对最高降挡点及最高升挡点进行优化标定。

3.4 D-R/R-D试验

在车辆正常行驶过程中，进行D-R或R-D挡位切换试验。标定挡位切换的最高允许车速，避免出现车辆熄火现象。

3.5 高寒环境适应性标定

在-40～-20 ℃的严寒地区开展标定，根据当地的气候条件，尽量选择覆盖较宽的温度范围进行标定试验。

在市区、郊区和高速工况下对各驾驶模式进行实车道路试验，包括各种可能路面，长时间行驶，实时记录车辆行驶中的数据，发现问题进行记录和优化标定。

在车速允许的情况下，测试定速巡航的进入、保持和退出功能等。

在车辆行驶的过程中，根据实际情况开启暖气，测试其开启、关闭、温度调节、风量调节是否对变速箱有影响。如果有影响，记录问题并进行优化处理。

在不影响安全驾驶的前提下，适当的人为制造除霜和除雾场景，测试其是否对变速箱有影响。如果有影响，记录问题并进行优化处理。

必要时和EMS联合标定。

4 结束语

冬季标定试验基本满足变速箱软件标定开发管理办法，车辆在不同的温度下具备了良好的动力性、经济性和驾驶性。在最终联合评审和验收阶段，主客观评分达到7分以上，满足车辆量产上市的基本要求。