钟华 高建敏 赵靖伟
摘 要：通过对轻卡的道路载荷谱的采集和分析，而获得准确的道路载荷谱，这是进行变速箱疲劳设计的先决条件。文章主要针对某轻卡在平原地带工况的路谱进行采集和分析，获得该工况下变速箱的使用情况，为后续轻卡变速箱研发提供正向输入。关键词：路谱;轻卡;变速箱中图分类号：U463.8 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2020）08-122-02
Abstract： Through the collection of road load spectrum of light truck， the accurate road load spectrum can be obtained， which is the prerequisite for the fatigue design of gearbox. This paper mainly collects and analyzes the road spectrum of a light truck in plain area， obtains the use of gearbox under this condition， and provides forward input for the.Keywords： Road Load Spectrum; Light Truck; Gear boxCLC NO.： U463.8 document Code： A Article ID： 1671-7988（2020）08-122-02
引言
变速箱的研发中，台架试验是考核变速箱可靠性和耐久性的主要手段，但前提是需要台架的试验工况尽可能接近实际工况。国外对汽车变速箱疲劳耐久性试验和寿命估计做了很多研究，而国内是刚起步阶段，并且关于研究实际工况和台架试验还是很少，结合路谱采集理论的实际工况和试验台架也处于摸索阶段，缺少具有指导意义的数据库。为了给变速箱疲劳强度设计及台架试验提供可靠而且实用的路谱数据，我们对不同道路工况以及变速箱进行了路谱采集与分析。本文主要采集的数据为某轻卡匹配5J38T的变速箱在西安地区的路谱，并对其进行工况分析。
1 道路载荷谱的采集系统及采集工况
1.1 道路载荷谱的采集系统
道路载荷谱的采集系统由多功能GPS数据采集系统、远程管理服务平台、数据处理分析软件等部分组成。多功能GPS数据采集系统通过CAN总线实时获取ECU的内部数据，结合GPS传感器获取定位信息和行驶车速，并将数据通过GPRS/3G无线网络发送到远程管理服务平台。用户可通过手机、笔记本登录服务平台监控试验车辆。
多功能GPS数据采集系统与无线行驶记录仪类似，安装在终端车辆，长时间记录、检测、存储行驶过程中发动机ECU总线数据、车速、行驶轨迹等参数。因此数据采集系统必须满足以下条件：内置实时处理器，达到1HZ采样率;内置高精度GPS传感器，可与北斗兼容，2.5米定位精度;具有SD卡存储功能，支持断电保护;具有CAN总线接口，支持SAEJ 1939、CCP、ISO15765等协议，可连接INDAM模块和车辆ECU;具有抗冲击、抗振动等恶劣环境能力，满足矿区、颠簸等路况要求，可在-40℃-85℃温度范围内工作等等。
1.2 采集工况以及整车配置
本次采集的主要路线为西安市区，基本可以代表商用车在市区内的运行工况。大致路线如图1所示，共采集里程5860千米，历时50天，主要运载的货物为面包。
路谱测试采用的车为轻卡，整车的基本配置如表1所示。
2 软件分析系统以及数据分析
2.1 软件分析系统
为将采集数据进行符合研究需求的分析与计算，自编了针对CAN总线路谱采集数据的轻卡变速箱路谱数据分析软件。首先，应用该软件可以完成采集数据的挡位筛选工作，对每个挡位的累积使用时间进行统计，例：可以知道1挡，发动机转速在900～1000rpm，且扭矩在1400～1500Nm的使用时间;其次，对每一个挡位，在任一转速段和扭矩段的使用时间进行统计与可视化输出，并且统计每个挡位的换挡次数，例：1挡升2挡次数;5挡降4挡次数;最终，根据“等效损伤理论”，可推导出不同载荷作用下的总相对损伤量的计算公式，即将不同载荷的作用次数折算成标准载荷下的作用次数将采集数据进行加速。
将数据完成之后，将所有计算结果以及生成的可视化图片保存至指定的Excel，以便后续查询。
2.2 采集数据分析
采集到的原始数据包括车速、发动机转速、负载百分比、扭矩百分比、时间、海拔、经度、纬度等发动机报文输出数据，根据这些原始数据，使用路谱数据分析软件可得各个挡位使用时间、加速时间、各挡位车速的分布情况如表2所示。其中加速时间是将采集到的数据加速至发动机最大输出扭矩以及疲劳试验台架最大转速所得，再次将加速时间线性转换至10万公里以便与国标载荷谱进行对比。由对比结果可以得出，台架试验与路谱采集数据的加速时间相差较大，台架加速时间在各个挡位均比路谱采集时间久，由此可得，台架试验比实际情况的考核力度大，满足实际需求。
由分析統计得，车速主要集中在30-90km/h，发动机转速主要集中在1200-2200r/min，这主要是因为城市道路平坦，速度保持在较高车速的情况。
变速箱换挡性能也是变速箱设计时需考虑的一个关键问题，由于关系到同步器的可靠性，故在此分析了各个档位的换挡频率如图2所示。由统计分析可以得出在4挡和5挡使用率最高，升挡总数大于降挡总数，是因为降挡时存在跳挡次数较多，如5挡降3挡，4挡降2挡。根据总路程以及总的换挡次数得到此轻卡平均536m换一次挡位。
3 结论
本文通过实际工况的轻卡路谱采集与分析，对比台架载荷谱，得出以下结论：
（1）实际轻卡路谱中，由于行驶工况较好，高速档使用较多，低速档位使用较少;
（2）对比试验台架载荷谱，一挡、二档、三档台架时间与实际采集差距较大，在设计变速箱时可适当减小该三排齿轮的强度亦满足实际需求。
参考文献
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