基于工况分析法的DCT换档品质耐久试验方法研究

吴 磊，张可可

（1.泛亚汽车技术中心有限公司，上海 201201； 2.苏州苏试广博环境可靠性实验室有限公司,苏州 215122）

基于工况分析法的DCT换档品质耐久试验方法研究

吴 磊1，张可可2

（1.泛亚汽车技术中心有限公司，上海 201201； 2.苏州苏试广博环境可靠性实验室有限公司,苏州 215122）

通过对中国用户使用数据的工况分析，识别出与DCT失效模式相关联的典型工况；通过工况转化和等效技术开发出一定质量目标下的试验场车辆行驶规范。兼顾了中、低扭矩或负荷下的DCT在整车条件下的试验认证。

双离合器自动变速器；换档品质；工况分析；道路试验；试验场

前言

近年来，随着全球各区域法规对汽车碳排放量和燃油消耗量限值日趋严格，DCT作为重要的低碳环保、节能技术手段被众多汽车制造商所推崇，据研究表明，DCT较传统AT相比CO2排放量低5%，燃油消耗量低15%[1]。

DCT也存在不足之处：①由于用户使用工况的复杂性，DCT换档策略及换挡循环算法还不足以满足所用工况下的换档品质满足要求；②换档执行机构的非线性、时滞、干扰、变参数特性，对自适应性、智能性换挡算法提出更高要求；③实际案例表明，离合器滑磨、温升等引起换档品质耐久性能下降带来大量的售后抱怨，影响了整车的使用可靠性。

问题①和②，在DCT换挡策略研究领域，学者程秀生[2]、学者吴光强[3]、学者葛安林[4]已经做了大量工作，并取得丰硕研究成果。问题③，学者倪春生[5]，通过对摩擦片的改进设计提高换挡品质。

另一方面，DCT的技术研究[6]主要集中在动力学模型、执行机构控制、起步控制、换挡规律、换挡过程控制等方面。以上研究主要基于在环软件、在环硬件数字仿真试验、以及台架子系统耐久试验。而基于用户工况下的换挡品质耐久试验研究则相对较少。

本文以某7速干式DCT换挡品质耐久性试验方法为研究对象，基于用户样本实际使用数据，通过工况分析法获取了关键失效模式下的典型工况，以此构建了在一定质量目标下的DCT换挡品质整车耐久性试验规范。

通过此试验规范，DCT典型故障现象得以发现，进而失效根本原因得以分析，为进一步工程更改提供技术依据。此规范可以应用于现有DCT产品在整车应用的认证试验。

1 DCT用户使用失效模式分析

DCT是由多转动惯量元件组成的多质量、多自由度系统，其工作过程是整车、发动机、换挡执行机构、换挡机构的动态联合控制[7]。DCT动力学分析表明，DCT关键控制策略主要由两部分构成：①基于换挡执行机构动力学模型的起步过程控制；②基于DCT动力学模型的换挡策略。理想状态的控制策略在系列假设和系统简化条件下建立，因此上述系统仿真将忽略如环境温度、离合器热衰退、频繁起步等DCT真实工作状态。工程实际表明，模糊控制策略和智能控制策略算法的稳健性受到上述因素影响较大，离合器结合、分离过程中将不可避免产生冲击和滑摩，有必要通过用户使用数据建立DCT换挡品质评价标准。

1．1 用户使用失效模式数据分析

换挡品质可分为客观、主观评价。客观评价标准采用参数化评价指标[4]，如：换挡时间、换挡冲击（10m/S^3）、离合器滑摩功；主观评价标准以用户感知的换挡平顺性为指标，实际工程中通过赋值法评价换挡品质优劣程度，主观评价程度分成10级，1级为最差，10级为最优。

本文采用主、客观评价结合的综合换挡品质评价方法。

通过用户使用调研得到了中国区域DCT售后失效数据，调研样本分布如表1所示。

DCT总体失效模式类型如图2所示，数据显示换挡品质相关问题占58.3%，功能失效相关问题占41.7%。一般而言，根据可靠性设计应力-强度模型理论，DCT子系统认证试验强度将高于用户实际使用强度，而用户使用下的功能失效比例较高，则说明外界因素扰动对系统可靠性影响较显著。同时，换挡品质随用户使用的劣化趋势增强也将间接引发与功能失效，如当起步过程抖动主观评价等级低于4级时，很可能也伴随着离合器不结合故障发生。

进一步细化DCT用户使用失效模式，如图3所示。数据显示，前三位DCT失效模式是：异响问题25%，抖动问题21%，失去动力问题21%。与换挡平顺性相关问题分别是：换挡冲击问题8.3%，拖挡问题4.2%，离合器不结合问题4.2%。数据表明DCT失效模式广泛分布于与用户使用工况相关的离合器执行机构控制、换挡控制等功能区域。

2 DCT关键失效模式工况识别

基于中国区域用户使用调研数据，DCT用户使用工况与失效模式的关系如图4所示。

根据中国区域用户使用数据如图5，90%概率估计数据表明中国用户在低车速、低扭矩工况下累积里程分布较多，这与大多数发达区域国家用户使用具有显著差异性。

表1 用户使用调研样本

图2 DCT总体失效类型

图3 用户使用失效模式

结合上述二项数据，采用工况分析法对DCT关键失效模式下的用户使用工况进行识别，如表2所示。

3 试验规范开发

3．1 相关性分析

基于上述工况分析，获得与关键失效模式相关的用户使用典型工况。由DCT动力学方程[8]可知，DCT换挡品质劣化是离合器和传动系统的损伤累积结果。由功能等效原理，假设共有K种工况类型，则用户使用与试验场间系统能量输入等效方程为：

图4 使用工况与失效模式

图5 中国区域用户使用数据

表2 DCT失效关键目标工况

t—工况类型，

N，n—第 种工况发生次数。

在等效原则的试验规范开发技术路线，在同一工况下，系统能量输入是相等的，即

，则有：

可见作用于系统的损伤累积呈线性关系，有：

当上式成立时，即在试验场复现了用户在一定目标里程下的使用工况。

3．2 用户数据统计分析

为进一步研究（表中）典型工况用户使用情况，选取了34个样本进行中国区域用户使用量化测量。数据统计模型威布尔分析表明，用户使用数据符合正态分布。考虑空调负载对传动系统输出扭矩的影响，将各工况在空调开启和关闭状态下分别作了分析。表中各工况用户使用原始数据在90 %置信度下概率分布如图6所示。

本规范质量目标是满足一定公里数的用户耐久性、可靠性使用要求，按照里程点和50 %分位外推方法[9]，得到目标里程下的工况发生次数。如图7，图8所示。

3．3 试验子规范开发

按照上述方法获取了DCT各个典型工况下的发生次数。为了在试验场真实复现用户使用工况并确保试验场输入稳定、一致，对上述工况进行试验场驾驶操作流程重构，形成标准化试验子模块，DCT换挡品质耐久试验规范如表所示。规范试验总里程约4 500 Km，试验时间约30天。与试验里程累积为目标的试验规范相比，明显提高了试验效率。

图6 用户使用数据威布尔分析

表3 换挡品质试验规范构成

3．4 试验问题举例

试验在某汽车试验场进行，试验车辆配备开发阶段的7速干式离合器DCT，硬件和软件状态均是当前最新状态。试验过程中暴露的主要问题如表4所示。

表4 试验故障描述

4 结论

1）分析了DCT用户使用典型失效模式；采用主、客观评价相结合的换挡品质综合评价方法对用户使用数据进行了分析，获得了在用户使用工况下对应的失效模式；

2）通过对DCT关键失效模式识别，结合中国用户使用数据，获得了具有中国区域用户使用特点的目标工况；

3）基于用户使用数据，对2）中的目标工况进行了威布尔分析，进行百分位扩展，获得了在一定质量目标下的各工况发生次数；基于此等效的相关性原理，开发了基于试验场的行驶规范；

图7 低速、制动工况次数

图8 倒挡起、停工况次数

4）试验过程中发现的问题表明，该试验规范可以用于暴露中国区域用户典型工况下的故障模式。

[1] Li Jun, FAW Technology Strategies of LowCarbon Passenger Car[J].汽车技术2012(12):7-13.

[2] 程秀生,冯巍,陆中华,刘玺,顾强.湿式双离合自动变速器的起步控制[J].江苏大学学报：自然科学版,2010,02(05):145-149.

[3] 吴光强，杨伟斌，秦大同，双离合器式自动变速器控制系统的关键技术[J].机械工程学报, 2007,42（2）:13-20

[4] 葛安林,吴锦秋,郭万富．离合器最佳接合规律的研讨[J].汽车工程, 1988(2):54-65．

[5] 倪春生，鲁统利，张建武，摩擦片磨损对干式双离合器自动变速器换档特性的影响[J]，上海交通大学学报, 2009,43(10):1545-1554.

[6] 陈然.汽车DCT智能控制及电控单元虚拟试验系统研究[D].重庆大学博士学位论文：17-20.

[7] 金伦,程秀生,葛安林,佟静.AMT换挡过程的离合器控制[J].汽车技术. 2006（1）：11-13.

[8] 赵治国,胡笑天,姜娇龙 等.干式双离合器自动变速器起步滑模变结构协调控制及实时优化[J].机械工程学报, 2012(12).48(24):87-105.

[9] 刘岩,张喜逢,王振雨 等.载荷谱外推的方法对比[J].现代制造工程, 2011(11)：8-11.

Study on Durability Testing for DCT Shift Quality Based on Analysis of Driving Cycles

WU Lei1，ZHANG Ke-ke2
(1.Pan Asia Technical Automotive Center co., Ltd, Shanghai 201201；2.Suzhou Sushi Guangbo Environmental Reliability Laboratory co., Ltd, suzhou 215122)

By analysis the China customer usage data, the driving conditions which caused to the failure of DCT are identified. Based on the customer usage data, the proving ground test procedure is developed by the method of correlation calculation and driving cycles extract technology. The test procedure focus on moderate and lower load conditions which reflect vehicle real working conditions. It will be applied in the reliability testing for the DCT shift quality for the certain accumulation mileages.

DCT; shift quality; driving cycle analysis; road test; proving ground

T463.212

A

1004-7204(2017)04-0100-04

吴磊（1981.10），男，本科，工程师，主要研究方向为整车试验认证。

张可可（1985.02-），男，大学本科，试验工程师，主要研究方向为汽车零部件环境与可靠性试验。