自動變速箱降油耗方法分享

隨著傳統(tǒng)汽車行業(yè)的發(fā)展以及新能源汽車的興起，節(jié)能減排已成為汽車行業(yè)的主旋律。各車廠對如何降低油耗、減少排放的研發(fā)投入都在不斷增加，以滿足國家對于傳統(tǒng)燃油車油耗和排放日益嚴(yán)苛的要求。對于傳統(tǒng)動力車型來說，降低油耗也成為各車廠提升車輛市場表現(xiàn)的重要手段之一。

變速器作為動力傳動部件，其跟發(fā)動機相比并不能在直接的能量轉(zhuǎn)化（化石燃料-動能）上對降低油耗做出過多貢獻(xiàn)。但是當(dāng)發(fā)動機將化石燃料轉(zhuǎn)化成動能后，如何將動能盡量高效的傳遞到車輪，并使發(fā)動機始終保持在較高的能量轉(zhuǎn)化率上，變速器卻起著至關(guān)重要的作用。變速器各種功能和動作是由變速器控制器TCU來實現(xiàn)的，通過對變速器在傳動鏈上動作的研究，TCU在控制策略上也研發(fā)出很多手段來降低能量的損失，例如經(jīng)濟的換檔線設(shè)置、中位功能、滑差功能、啟停功能、離合器壓力跟蹤等。本文以TCU控制策略中換檔線設(shè)置、滑差功能、中位功能為例，介紹了AT自動變速箱對整車油耗的影響。

換檔線對油耗的影響

內(nèi)燃機最佳功耗區(qū)對應(yīng)的扭矩及轉(zhuǎn)速區(qū)間范圍較小，要使發(fā)動機維持在一個較高的能量轉(zhuǎn)化率或者低油耗狀態(tài)上，就需要變速器能夠通過改變速比在滿足汽車行駛正常車速及牽引力需求的同時，讓發(fā)動機的轉(zhuǎn)速能盡可能接近最佳功耗所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速區(qū)間。

圖一為某型號發(fā)動機的萬有特性曲線。以圖一為例我們可以看出發(fā)動機萬有特性里等比油耗曲線以環(huán)狀由內(nèi)向外散射開去。中心區(qū)域比油耗最小，隨著向外的擴散，比油耗逐漸增加。在某一特定的功率下，發(fā)動機最佳油耗點位于該等功率曲線和比油耗曲線相切的位置。如果發(fā)動機能一直維持在各功率曲線的最佳油耗點上運轉(zhuǎn)，油耗就會維持在最低的水平。但是在AT變速箱中，由于各檔位的速比存在間隙，使得發(fā)動機無法在同一個檔位下一直保持在最佳油耗區(qū)域附近，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速高于最小油耗所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速區(qū)間后，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加，油耗也會隨之增加。

圖1 某汽油機萬有特性曲線

因此在某一檔位下，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速超出最小油耗的轉(zhuǎn)速區(qū)間范圍后，應(yīng)盡早升檔來降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速，讓發(fā)動機轉(zhuǎn)速重新回到接近最佳油耗對應(yīng)的轉(zhuǎn)速區(qū)間范圍內(nèi)。但是在控制變速器盡早升檔的同時，也需要考慮到駕駛性因素，過早升檔會使發(fā)動機升檔后轉(zhuǎn)速過低動力不足而產(chǎn)生抖動，影響車輛的舒適性和駕駛性；而且當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低還未進入最佳油耗轉(zhuǎn)速區(qū)間就過早升檔時，轉(zhuǎn)速被拉的過低使發(fā)動機轉(zhuǎn)速更加偏離最佳油耗區(qū)域，導(dǎo)致發(fā)動機燃燒效率低下，油耗反而升高。

在NEDC排放循環(huán)工況中，市區(qū)循環(huán)單元所要求達(dá)到的車速是15km/h，32km/h，和50km/h；市郊循環(huán)單元所要求達(dá)到的車速為70km/h，50km/h，100km/h，120km/h。在設(shè)置換擋線的時候，根據(jù)市區(qū)和市郊循環(huán)單元對應(yīng)的各車速要求，通過檔位速比、主減比以及車輪半徑可以算出循環(huán)工況中要求達(dá)到的車速所對應(yīng)的發(fā)動機轉(zhuǎn)速。比較各檔位下該車速對應(yīng)的發(fā)動機轉(zhuǎn)速在萬有特性曲線中的位置，可以確定在該車速下，用哪個檔位是最接近最佳油耗區(qū)的。

圖2 某車型循環(huán)排放油耗試驗市區(qū)工況

圖二為某一車型NEDC排放循環(huán)工況數(shù)據(jù)。在同一版ECU數(shù)據(jù)下，兩次試驗分別對市區(qū)工況常用的3檔設(shè)定了不同的換擋線，使得其中一次的換擋點偏離發(fā)動機最佳功耗區(qū)，導(dǎo)致該次試驗中車輛在應(yīng)該升到3檔的時機點，仍然保持在了2檔。試驗結(jié)果表明：僅僅一個檔位換檔線設(shè)置的不合理就可以導(dǎo)致整車油耗在NEDC循環(huán)中有3%~4%的差異。因此經(jīng)濟的換檔線設(shè)置對于降低整車油耗，有著明顯的效果。

滑差功能對油耗的影響

在AT和部分CVT自動變速箱中，液力變矩器起著不可替代的重要作用。其工作介質(zhì)為油液，通過改變工作液的動量矩來傳遞轉(zhuǎn)矩。液體工作介質(zhì)使發(fā)動機和變速器柔性連接，能夠有效的消除沖擊和振動；良好的自動變速性能保證發(fā)動機能在一定的載荷范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速始終保持在穩(wěn)定范圍內(nèi)。特別是在起步階段，較大的渦輪和泵輪轉(zhuǎn)速差使得液力變矩器增扭效果明顯，使車輛起步更加的迅速并且柔和。液力傳動的優(yōu)勢明顯，但是它帶來的最大缺陷就是效率低。轉(zhuǎn)速差越大，液力變矩器液體工作介質(zhì)消耗的動能越多。因而液力變矩器一般都加入了閉鎖功能，當(dāng)車輛在較高車速下穩(wěn)定行駛時，變矩器的泵輪和渦輪會被鎖止在一起，使得整個變矩器變?yōu)閯傂赃B接，從而消除了在液體工作液上的能量損失。

但是液力變矩的閉鎖一般都發(fā)生中高檔位，且發(fā)動機轉(zhuǎn)速已經(jīng)比較高的階段。過早的閉鎖會使發(fā)動機轉(zhuǎn)速被拉得過低，而且失去了變矩器的增扭作用，導(dǎo)致發(fā)動機動力不足影響駕駛性。為了避免過早的閉鎖帶來的影響，在變矩器完全打開和完全閉鎖的狀態(tài)之間加入了滑差功能，使得液力變矩器在一定的扭矩范圍內(nèi)處于半聯(lián)動狀態(tài)，既可以保證變矩器的柔性連接，又可以盡早減小泵輪和渦輪高轉(zhuǎn)速差，減少液力變矩器上的能量損失，起到降低油耗的效果。

圖3 滑差功能（Phase 1 市區(qū)運轉(zhuǎn)循環(huán)單元 195s）

圖三為某車型有無滑差功能在NEDC市區(qū)循環(huán)單元的表現(xiàn)。與無滑差功能，閉鎖離合器直接從open 到lock的數(shù)據(jù)比較，有滑差功能的工況能盡早的進入半聯(lián)動狀態(tài)接近閉鎖的狀態(tài)，減少動能在工作液上的能量損失。試驗表明同一ECU數(shù)據(jù)下，有滑差功能的試驗數(shù)據(jù)在NEDC循環(huán)中的油耗比無滑差功能的油耗降低達(dá)到2%左右。

中位功能對油耗的影響

在市區(qū)循環(huán)單元，停車怠速工況也占據(jù)了整個循環(huán)單元的大部分時間。在1檔停車怠速過程中，液力變矩器一直處于打開狀態(tài)。實際檔位1檔使得C1離合器處于結(jié)合狀態(tài)，此時輸出軸轉(zhuǎn)速為0，液力變矩器的渦輪轉(zhuǎn)速也為0，泵輪和渦輪的轉(zhuǎn)速差一直較大。當(dāng)車輛滿足進入中位的控制條件后，TCU會使離合器脫開。渦輪隨泵輪一起轉(zhuǎn)動，泵輪渦輪轉(zhuǎn)速差減小，從而使發(fā)動機怠速時的負(fù)載也隨之減小。發(fā)動機減少噴油量維持目標(biāo)怠速，以達(dá)到減少油耗的目的。

圖4 中位功能（Phase 1 市區(qū)運轉(zhuǎn)循環(huán)單元 195s）

圖四為中位功能使車輛在NEDC市區(qū)循環(huán)單元中的表現(xiàn)。試驗表明同一ECU數(shù)據(jù)下，中位功能對于NEDC排放循環(huán)能有約1%的油耗貢獻(xiàn)。

從上述的試驗中可以看出，雖然自動變速器不能從燃料能量轉(zhuǎn)化的角度直接去節(jié)能減排，但是通過TCU的控制可以減少動能在傳動鏈上的能量損失，使發(fā)動機始終保持在高效的工作區(qū)間內(nèi)運轉(zhuǎn)，達(dá)到既讓馬兒跑，又讓馬兒少吃草的效果。