隨著傳統(tǒng)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展以及新能源汽車(chē)的興起，節(jié)能減排已成為汽車(chē)行業(yè)的主旋律。各車(chē)廠對(duì)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(guó)家對(duì)于傳統(tǒng)燃油車(chē)油耗和排放日益嚴(yán)苛的要求。對(duì)于傳統(tǒng)動(dòng)力車(chē)型來(lái)說(shuō)，降低油耗也成為各車(chē)廠提升車(chē)輛市場(chǎng)表現(xiàn)的重要手段之一。

變速器作為動(dòng)力傳動(dòng)部件，其跟發(fā)動(dòng)機(jī)相比并不能在直接的能量轉(zhuǎn)化（化石燃料－動(dòng)能）上對(duì)降低油耗做出過(guò)多貢獻(xiàn)。但是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)將化石燃料轉(zhuǎn)化成動(dòng)能后，如何將動(dòng)能盡量高效的傳遞到車(chē)輪，并使發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)作是由變速器控制器TCU來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)對(duì)變速器在傳動(dòng)鏈上動(dòng)作的研究，TCU在控制策略上也研發(fā)出很多手段來(lái)降低能量的損失，例如經(jīng)濟(jì)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(dòng)變速箱對(duì)整車(chē)油耗的影響。

換檔線對(duì)油耗的影響

內(nèi)燃機(jī)最佳功耗區(qū)對(duì)應(yīng)的扭矩及轉(zhuǎn)速區(qū)間范圍較小，要使發(fā)動(dòng)機(jī)維持在一個(gè)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(guò)改變速比在滿足汽車(chē)行駛正常車(chē)速及牽引力需求的同時(shí)，讓發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能盡可能接近最佳功耗所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速區(qū)間。

圖一為某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性曲線。以圖一為例我們可以看出發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性里等比油耗曲線以環(huán)狀由內(nèi)向外散射開(kāi)去。中心區(qū)域比油耗最小，隨著向外的擴(kuò)散，比油耗逐漸增加。在某一特定的功率下，發(fā)動(dòng)機(jī)最佳油耗點(diǎn)位于該等功率曲線和比油耗曲線相切的位置。如果發(fā)動(dòng)機(jī)能一直維持在各功率曲線的最佳油耗點(diǎn)上運(yùn)轉(zhuǎn)，油耗就會(huì)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(dòng)機(jī)無(wú)法在同一個(gè)檔位下一直保持在最佳油耗區(qū)域附近，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于最小油耗所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速區(qū)間后，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，油耗也會(huì)隨之增加。

圖1 某汽油機(jī)萬(wàn)有特性曲線

因此在某一檔位下，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)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(lái)降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，讓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速重新回到接近最佳油耗對(duì)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(shí)，也需要考慮到駕駛性因素，過(guò)早升檔會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)升檔后轉(zhuǎn)速過(guò)低動(dòng)力不足而產(chǎn)生抖動(dòng)，影響車(chē)輛的舒適性和駕駛性；而且當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低還未進(jìn)入最佳油耗轉(zhuǎn)速區(qū)間就過(guò)早升檔時(shí)，轉(zhuǎn)速被拉的過(guò)低使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速更加偏離最佳油耗區(qū)域，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)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(chē)速是15km／h，32km／h，和50km／h；市郊循環(huán)單元所要求達(dá)到的車(chē)速為70km／h，50km／h，100km／h，120km／h。在設(shè)置換擋線的時(shí)候，根據(jù)市區(qū)和市郊循環(huán)單元對(duì)應(yīng)的各車(chē)速要求，通過(guò)檔位速比、主減比以及車(chē)輪半徑可以算出循環(huán)工況中要求達(dá)到的車(chē)速所對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。比較各檔位下該車(chē)速對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在萬(wàn)有特性曲線中的位置，可以確定在該車(chē)速下，用哪個(gè)檔位是最接近最佳油耗區(qū)的。

圖2 某車(chē)型循環(huán)排放油耗試驗(yàn)市區(qū)工況

圖二為某一車(chē)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(yàn)分別對(duì)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(diǎn)偏離發(fā)動(dòng)機(jī)最佳功耗區(qū)，導(dǎo)致該次試驗(yàn)中車(chē)輛在應(yīng)該升到3檔的時(shí)機(jī)點(diǎn)，仍然保持在了2檔。試驗(yàn)結(jié)果表明：僅僅一個(gè)檔位換檔線設(shè)置的不合理就可以導(dǎo)致整車(chē)油耗在NEDC循環(huán)中有3％～4％的差異。因此經(jīng)濟(jì)的換檔線設(shè)置對(duì)于降低整車(chē)油耗，有著明顯的效果。

滑差功能對(duì)油耗的影響

在AT和部分CVT自動(dòng)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(guò)改變工作液的動(dòng)量矩來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。液體工作介質(zhì)使發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器柔性連接，能夠有效的消除沖擊和振動(dòng)；良好的自動(dòng)變速性能保證發(fā)動(dòng)機(jī)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(chē)輛起步更加的迅速并且柔和。液力傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)明顯，但是它帶來(lái)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(dòng)能越多。因而液力變矩器一般都加入了閉鎖功能，當(dāng)車(chē)輛在較高車(chē)速下穩(wěn)定行駛時(shí)，變矩器的泵輪和渦輪會(huì)被鎖止在一起，使得整個(gè)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速已經(jīng)比較高的階段。過(guò)早的閉鎖會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速被拉得過(guò)低，而且失去了變矩器的增扭作用，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足影響駕駛性。為了避免過(guò)早的閉鎖帶來(lái)的影響，在變矩器完全打開(kāi)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(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)單元 195s）

圖三為某車(chē)型有無(wú)滑差功能在NEDC市區(qū)循環(huán)單元的表現(xiàn)。與無(wú)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(jìn)入半聯(lián)動(dòng)狀態(tài)接近閉鎖的狀態(tài)，減少動(dòng)能在工作液上的能量損失。試驗(yàn)表明同一ECU數(shù)據(jù)下，有滑差功能的試驗(yàn)數(shù)據(jù)在NEDC循環(huán)中的油耗比無(wú)滑差功能的油耗降低達(dá)到2％左右。

中位功能對(duì)油耗的影響

在市區(qū)循環(huán)單元，停車(chē)怠速工況也占據(jù)了整個(gè)循環(huán)單元的大部分時(shí)間。在1檔停車(chē)怠速過(guò)程中，液力變矩器一直處于打開(kāi)狀態(tài)。實(shí)際檔位1檔使得C1離合器處于結(jié)合狀態(tài)，此時(shí)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(chē)輛滿足進(jìn)入中位的控制條件后，TCU會(huì)使離合器脫開(kāi)。渦輪隨泵輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，泵輪渦輪轉(zhuǎn)速差減小，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的負(fù)載也隨之減小。發(fā)動(dòng)機(jī)減少?lài)娪土烤S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(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)單元 195s）

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

從上述的試驗(yàn)中可以看出，雖然自動(dòng)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(guò)TCU的控制可以減少動(dòng)能在傳動(dòng)鏈上的能量損失，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終保持在高效的工作區(qū)間內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到既讓馬兒跑，又讓馬兒少吃草的效果。