一种自动变速器的液力变矩器效率测试系统及方法与流程

本发明属涉及汽车自动变速器，具体涉及一种自动变速器的液力变矩器效率测试系统及方法。

背景技术：

随着汽车工业的发展与进步，消费者对自动变速器车型，尤其是at车型的需求也逐步增加。液力变矩器作为at变速器关键部件之一，对动力传递、nvh以及整车油耗有着重要影响。在油耗法规日益严苛的大背景下，各大主机厂、零部件供应商以及研究单位对液力变矩器效率的研究愈发重视和深入。

液力变矩器效率测试台架需包括动力加载与测功装置、转矩和转速测量传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器、变速器油供给与冷却系统等。为了确保液力变矩器效率测试边界与整车运行边界尽可能一致，还需配置相应的台架试验连接与辅助装置来控制液力变矩器的进出油温度、压力、流量等参数。辅助装置的增多既增加了试验台架的复杂程度，也增加了试验成本，实现液力变矩器效率测试边界与整车运行边界一致的难度大；而且由于液力变矩器轴向尺寸短，普通的电机试验台架无法满足试验要求，因此，需搭建专门的液力变矩器单体试验台。

cn207181032u公开的“一种液力变矩器测试系统”，包括主电力测功机、液力变矩器、变速箱、辅电力测功机和控制单元；主电力测功机的输出端与液力变矩器的输入端通过传动轴相连，液力变矩器的输出端通过变速箱与辅电力测功机的输出端相连；主电力测功机的输出端与液力变矩器的输入端之间的传动轴上设有第一转速传感器和第一扭矩仪，液力变矩器的输出端与变速箱之间的传动轴上设有第二转速传感器和第二扭矩仪；主电力测功机、辅电力测功机、第一转速传感器、第一扭矩仪、第二转速传感器和第二扭矩仪均与控制单元连接。通过主电力测功机模拟发动机工况，进而模拟液力变矩器实际工况，实现准确加载，控制精度高，提高试验效率，缩短测试周期。

cn104656464a公开了“一种液力变矩器测试控制系统”，包括主控制器、与主控制器输入端相接的检测装置和电源模块，检测装置包括扭矩传感器一、温度传感器一和压力传感器一，以及扭矩传感器二、流量检测器、温度传感器二和压力传感器二，扭矩传感器一、温度传感器一和压力传感器一均安装在液力变矩器泵轮轴上，扭矩传感器二、流量检测器、温度传感器二和压力传感器二均安装在液力变矩器涡轮轴上；主控制器输出端与变频器相接，变频器与驱动电机和负载电机相接；主控制器通过以太网和工业交换机与作站通信连接，操作站连接打印机。其能够智能控制测试系统中的驱动电机和负载电机，控制可靠性和工作稳定性高。

毫无疑问，上述现有技术都是所属技术领域的一种有益的尝试。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种自动变速器车型的液力变矩器效率测试系统，其能够在通用的变速器三电机试验台的基础上，无需增加专用的连接与辅助装置，进行液力变矩器效率测试，能够实现液力变矩器解闭锁状态的变速器总成效率测试，进而获取液力变矩器效率。

本发明还提供一种自动变速器车型的液力变矩器效率测试方法，它能在传统的变速器三电机试验台上进行液力变矩器效率测试，并使液力变矩器运行边界与整车运行边界保持一致。

传统的变速器三电机测试台，如cn101246081公开的一种环保型变速器试验装置及方法，试验装置采用一台交流变频电机模拟发动机，输出升速后连接变速器，另采用两台交流变频电机作为变速器的负载，负载电机产生的电能通过共用的直流母线供驱动电机使用，与此同时，pc机对驱动电机进行转速控制，对负载电机进行扭矩控制。

本发明的基本原理如下：

液力变矩器效率η_tc＝p_w/p_b＝t_w×n_w/(t_b×n_b)×100％。

式中：p_w为液力变矩器涡轮输出功率，单位kw；

p_b为液力变矩器泵轮输入功率，单位kw；

n_w为液力变矩器涡轮转速，单位r/min；

t_b为液力变矩器泵轮输入扭矩，单位n·m；

n_b为液力变矩器泵轮转速，单位r/min。

变速器齿轮传动效率η_gear＝p_out/p_g_in＝(t_l×n_l+t_r×n_r)/(t_g_in×n_g_in)×100％。

式中：p_out为变速器总成输出功率，单位kw；

p_g_in为变速器齿轮输入轴功率，单位kw；

t_l为左负载电机扭矩，单位n·m；

n_l为左负载电机转速，单位r/min；

t_r为右负载电机扭矩，单位n·m；

n_r为右负载电机转速，单位r/min；

t_g_in为变速器齿轮输入轴扭矩，单位n·m；

n_g_in：变速器齿轮输入轴转速，单位r/min。

变速器总成效率η_total＝p_out/p_in＝(t_l×n_l+t_r×n_r)/(t_in×n_in)×100％。

式中：p_out为变速器总成输出功率，单位kw；

p_in为变速器总成输入功率，单位kw；

t_l为左负载电机扭矩，单位n·m；

n_l为左负载电机转速，单位r/min；

t_r为右负载电机扭矩，单位n·m；

n_r为右负载电机转速，单位r/min；

t_in为变速器总成输入扭矩，单位n·m；

n_in为变速器总成输入转速，单位r/min。

本发明所述的一种自动变速器车型的液力变矩器效率测试系统，包括：变速器；

一油冷器，其与所述变速器连接相通，并与一台架温控装置连接；

一油底壳，其连接在所述变速器的下面；其特征是：

一自动变速箱控制单元，其与所述变速器电连接，并与设在开发电脑内的汽车发动机标定软件电连接；

一液力变矩器连接在所述变速器上，并与一驱动电机的输出端配合连接；

一左负载电机与所述变速器的一输出端配合连接；

一右负载电机与所述变速器的另一输出端配合连接；

一数据采集卡，其分别与设在驱动电机、左负载电机和右负载电机上的转速传感器和扭矩传感器电连接，还与设在所述油底壳上的温度传感器电连接；

一台架控制电脑，其与所述数据采集卡电连接，并与所述驱动电机、左负载电机和右负载电机电连接，还与所述台架温控装置电连接。

进一步，在所述驱动电机的输出端设有驱动电机转速传感器和驱动电机扭矩传感器，在所述左负载电机的输出端设有左负载电机转速传感器和左负载电机扭矩传感器，在所述右负载电机的输出端设有右负载电机转速传感器和右负载电机扭矩传感器；所述驱动电机转速传感器、驱动电机扭矩传感器左负载电机转速传感器、左负载电机扭矩传感器、右负载电机转速传感器和右负载电机扭矩传感器分别与所述数据采集卡电连接。

本发明所述的一种自动变速器的液力变矩器效率测试方法，包括以下步骤：

步骤1：试验台架布置与调试；在三电机台架(所述的液力变矩器效率测试系统)上布置包括待测的液力变矩器及其匹配的变速器、油冷器、油底壳及润滑油的温度传感器，并使油冷器的水路与台架温控装置连接；数据采集卡分别与设在驱动电机、左负载电机和右负载电机上的转速传感器和扭矩传感器电连接，还与设在所述油底壳上的温度传感器电连接，数据采集卡与台架控制电脑电连接，所有设备布置完毕后完成台架调试；

步骤2：自动变速箱控制单元锁止离合器闭锁与换挡策略刷写；自动变速箱控制单元与设在开发电脑内的汽车发动机标定软件电连接，汽车发动机标定软件，更改锁止离合器解闭锁策略，使其在测试工况范围内各挡位均保持闭锁状态；更改变速器手动模式下的换挡策略，策略更改完成后刷入自动变速箱控制单元；

步骤3：齿轮传动效率测试；将变速器的油底壳中的润滑油温度t控制在80℃(也可以根据实际需求设定)，自动变速器手动挡模式m挡位固定在1挡；通过台架控制电脑分别设置驱动电机、左负载电机和右负载电机的转速和扭矩；挡位依次增加至最高挡，测试不同挡位下的变速器的齿轮传动效率，记录左负载电机、右负载电机的转速和扭矩；

变速器齿轮传动效率η_gear＝(n_l[i,j]×t_l[i,j]+n_r[i,j]×t_r[i,j])/(n[i]×t[j])×100％；

步骤4：自动变速箱控制单元锁止离合器解锁策略刷写；自动变速箱控制单元连接设在开发电脑内的汽车发动机标定软件，更改锁止离合器解闭锁策略，使其在测试工况范围内各挡位均保持解锁状态，策略更改完成后刷入自动变速箱控制单元；

步骤5：带液力变矩器的变速器效率测试；变速器的油底壳中的润滑油温度t控制在80℃(也可以根据实际需求设定)，自动变速器手动挡模式m挡位固定在1挡；通过台架控制电脑分别设置左负载电机、右负载电机的转速和扭矩；测试不同挡位下的变速器的效率；

变速器效率η_total_unlock＝(n_l[i,j]×t_l[i,j]+n_r[i,j]×t_r[i,j])/(n′[i,j]×t′[i,j])×100％；

步骤6：液力变矩器效率计算；对步骤3和步骤5的效率数据进行分析，可以得到涡轮/泵轮速比e＝n_w[i,j]/n′[i,j]时，

液力变矩器效率η_tc＝η_total_unlock/η_gear＝(n_l[i,j]×t_l[i,j]+n_r[i,j]×t_r[i,j])/(n′[i,j]×t′[i,j])×100％/[(n_l[i,j]×t_l[i,j]+n_r[i,j]×t_r[i,j])/(n[i]×t[j])×100％]＝(n[i]×t[j])/(n′[i,j]×t′[i,j])×100％。

在实际运行工况中，液力变矩器的泵轮连接发动机输出轴，即泵轮转速n_b与发动机转速n_eng一致，等于变速器总成的输入转速n_in；泵轮扭矩t_b与发动机扭矩t_eng一致，等于变速器总成的输入扭矩t_in。

在实际运行工况中，液力变矩器的涡轮连接变速器齿轮输入轴，即涡轮转速n_w与变速器齿轮输入轴转速n_g_in一致；涡轮扭矩t_w与变速器齿轮输入轴扭矩t_g_in一致。

当锁止离合器闭锁时，液力变矩器不工作，η_total_lock＝η_gear_lock，n_w_lock＝n_g_in_lock＝n_b_lock＝n_in_lock，t_w_lock＝t_g_in_lock＝t_b_lock＝t_in_lock。

当锁止离合器解锁时，液力变矩器工作，η_total_unlock＝η_tc_unlock×η_gear_unlock。

在液力变矩器不运行与运行两种条件下，若变速器运行油温、挡位、输出转速、扭矩均相同，即变速器齿轮传动运行边界与运行工况一致时，η_gear_lock＝η_gear_unlock，可以得到液力变矩器效率：η_tc_unlock＝η_total_unlock/η_gear_unlock＝η_total_unlock/η_gear_lock＝η_total_unlock/η_total_lock＝[(t_l_unlock×n_l_unlock+t_r_unlock×n_r_unlock)/(t_in_unlock×n_in_unlock)]/[(t_l_lock×n_l_lock+t_r_lock×n_r_lock)/(t_in_lock×n_in_lock)]×100％。

其中，t_l_unlock、n_l_unlock、t_r_unlock、n_r_unlock、t_in_unlock、n_in_unlock、t_l_lock、n_l_lock、t_r_lock、n_r_lock、t_in_lock、n_in_lock均属于变速器(总成)的输出和输入参数，便于布置转速和扭矩传感器进行直接测试。

液力变矩器效率分析；由于液力变矩器具有变矩与耦合的两种工作状态，需分别对步骤6所计算得出的液力变矩器效率进行二次多项式拟合和线性拟合；涡轮转速由0至耦合点的工作范围内，液力变矩器的效率为η_tc_1＝a1×e²+b1×e+c1；在耦合点之后，按液力耦合器工作，效率为η_tc_2＝b2×e+c2。

本发明的有益效果是：由于采用原车变速器润滑油油冷器，变速器润滑油回路与整车状态保持一致，取消了普通测试台架较长的变速器润滑油循环管路与循环泵系统，从而保证了变速器润滑回路与实际运行边界的一致性；由于增加了用于控制液力变矩器工作状态与变速器换挡策略的inca软件和开发电脑，可以根据测试需求灵活地更改锁止离合器状态和换挡策略，实现液力变矩器工作状态的切换和变速器升降挡控制；无需定制化的液力变矩器单体效率测试台架，在传统动力总成三电机测试台上即可开展液力变矩器效率试验；通过tcu控制的改变，实现液力变矩器解闭锁状态的变速器总成效率测试，进而获取液力变矩器效率。且试验边界可以与整车实际运行工况保持一致，避免了液力变矩器单体测试时试验边界的变化对效率产生影响。

本方法简单，成本低，操作可靠，使用后可以减少液力变矩器专用试验台的工装样件准备与台架调试周期，且可以获取宽速比(泵轮/涡轮)范围内的液力变矩器效率，覆盖液力变矩器变矩和耦合不同工作状态。本方法适用于不同型号液力变矩器的效率测试与分析。

附图说明

图1为自动变速器的液力变矩器效率测试系统示意图；

图2为液力变矩器分析效率与液力变矩器单体测试效率对比示意图；

图3为液力变矩器分析效率与液力变矩器单体测试效率相对差异示意图。

图中：1—变速器，2—油冷器，3—自动变速箱控制单元(tcu)，4—油底壳，5—液力变矩器，6—驱动电机，7—左负载电机，8—右负载电机，9—汽车发动机标定软件(inca)，10—开发电脑，11—台架温控装置，12—温度传感器，13—驱动电机转速传感器，14—驱动电机扭矩传感器，15—左负载电机转速传感器，16—左负载电机扭矩传感器，17—右负载电机转速传感器，18—右负载电机扭矩传感器，19—数据采集卡，20—台架控制电脑。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行进一步的描述：

参见图1，所示的一种自动变速器车型的液力变矩器效率测试系统，包括：变速器1；

一油冷器2，其与所述变速器1连接相通，并与一台架温控装置11连接；

一油底壳4，其连接在所述变速器1的下面；其特征是：

一自动变速箱控制单元3，其与所述变速器1电连接，并与设在开发电脑10内的汽车发动机标定软件9电连接；

一液力变矩器5连接在所述变速器1上，并与一驱动电机6的输出端配合连接；

一左负载电机7与所述变速器1的一输出端配合连接；

一右负载电机8与所述变速器1的另一输出端配合连接；

一数据采集卡19，其分别与设在驱动电机6、左负载电机7和右负载电机8上的转速传感器和扭矩传感器电连接，还与设在所述油底壳4上的温度传感器12电连接；

一台架控制电脑20，其与所述数据采集卡19电连接，并与所述驱动电机6、左负载电机7和右负载电机8电连接，还与所述台架温控装置11电连接。

在所述驱动电机6的输出端设有驱动电机转速传感器13和驱动电机扭矩传感器14，在所述左负载电机7的输出端设有左负载电机转速传感器15和左负载电机扭矩传感器16，在所述右负载电机8的输出端设有右负载电机转速传感器17和右负载电机扭矩传感器18；所述驱动电机转速传感器13、驱动电机扭矩传感器14左负载电机转速传感器15、左负载电机扭矩传感器16、右负载电机转速传感器17和右负载电机扭矩传感器18分别与所述数据采集卡19电连接。

本发明所述的一种自动变速器的液力变矩器效率测试方法，包括以下步骤：

步骤1：试验台架布置与调试；在三电机台架(即上述的液力变矩器效率测试系统)上布置包括待测的液力变矩器5及其匹配的变速器1、油冷器2、油底壳4及润滑油的温度传感器12，并使油冷器2的水路与台架温控装置11连接；数据采集卡19分别与设在驱动电机6、左负载电机7和右负载电机8上的转速传感器和扭矩传感器电连接，还与设在所述油底壳4上的温度传感器12电连接，数据采集卡19与台架控制电脑20电连接，以便将采集到的转速、扭矩和温度信号传输至台架控制电脑，所有设备布置完毕后完成台架调试；

步骤2：自动变速箱控制单元(缩写tcu)锁止离合器闭锁与换挡策略刷写；自动变速箱控制单元3与设在开发电脑10内的汽车发动机标定软件9电连接，汽车发动机标定软件(缩写inca)，更改锁止离合器解闭锁策略，使其在测试工况范围内各挡位均保持闭锁状态；更改变速器手动模式下的换挡策略，使其在测试工况范围内各挡位均不自动升降挡；策略更改完成后刷入自动变速箱控制单元3；

步骤3：齿轮传动效率测试；将变速器1的油底壳4中的润滑油温度t控制在80℃(也可以根据实际需求设定)，自动变速器手动挡模式m挡位固定在1挡；通过台架控制电脑20分别设置驱动电机6、左负载电机7和右负载电机8的转速和扭矩；将驱动电机6的转速分别设置为n[i]：n_1、n_2、…、n_i、…、n_m，测试驱动电机6扭矩分别为t[j]：t_1、t_2、…、t_j、…、t_n时，左负载电机7、右负载电机8的转速为n_l[i,j]、n_r[i,j]，左负载电机7、右负载电机8的扭矩为t_l[i,j]、t_r[i,j]；n_1＝1000r/min，n_m＝5500r/min，t_1＝10n·m，t_n＝250n·m，n_1至n_m逐步增加，t_1至t_n逐步增加，1≤i≤m，1≤j≤n，通常m＝5，n＝12；挡位依次增加至最高挡，测试不同挡位下的变速器1的齿轮传动效率，记录左负载电机、右负载电机的转速和扭矩；

变速器齿轮传动效率η_gear＝(n_l[i,j]×t_l[i,j]+n_r[i,j]×t_r[i,j])/(n[i]×t[j])×100％；

步骤4：自动变速箱控制单元锁止离合器解锁策略刷写；自动变速箱控制单元3连接设在开发电脑10内的汽车发动机标定软件9，更改锁止离合器解闭锁策略，使其在测试工况范围内各挡位均保持解锁状态，策略更改完成后刷入自动变速箱控制单元3；

步骤5：带液力变矩器的变速器效率测试；变速器1的油底壳4中的润滑油温度t控制在80℃(也可以根据实际需求设定)，自动变速器手动挡模式m挡位固定在1挡；通过台架控制电脑20分别设置左负载电机7、右负载电机8的转速和扭矩；将左负载电机7、右负载电机8的转速分别设置为n_l[i,j]、n_r[i,j]，左负载电机7、右负载电机8的负载扭矩分别设置为t_l[i,j]和t_r[i,j]时，记录驱动电机6的转速n′[i,j]和扭矩t′[i,j],以及液力变矩器5的涡轮转速n_w[i,j]；挡位依次增加至最高挡，左负载电机、右负载电机的转速和扭矩控制保持与步骤3一致，测试不同挡位下的变速器1的效率，通过台架控制电脑20记录驱动电机6的转速和扭矩，通过开发电脑10记录自动变速箱控制单元中液力变矩器5的涡轮转速n_w[i,j]；左负载电机、右负载电机的转速为n_l[i,j]、n_r[i,j]，左负载电机、右负载电机的扭矩为t_l[i,j]、t_r[i,j]时，

变速器效率η_total_unlock＝(n_l[i,j]×t_l[i,j]+n_r[i,j]×t_r[i,j])/(n′[i,j]×t′[i,j])×100％；

步骤6：液力变矩器效率计算；对步骤3和步骤5的效率数据进行分析，可以得到涡轮/泵轮速比e＝n_w[i,j]/n′[i,j]时，

液力变矩器效率η_tc＝η_total_unlock/η_gear＝(n_l[i,j]×t_l[i,j]+n_r[i,j]×t_r[i,j])/(n′[i,j]×t′[i,j])×100％/[(n_l[i,j]×t_l[i,j]+n_r[i,j]×t_r[i,j])/(n[i]×t[j])×100％]＝(n[i]×t[j])/(n′[i,j]×t′[i,j])×100％；

液力变矩器效率分析；由于液力变矩器5具有变矩与耦合的两种工作状态，需分别对步骤6所得出的液力变矩器效率分进行二次多项式拟合和线性拟合；涡轮转速由0至耦合点的工作范围内，液力变矩器5的效率为η_tc_1＝-1.1073×e²+1.8918×e+0.0035；在耦合点之后，按液力耦合器工作，效率为η_tc_2＝1.028×e-0.028。

基于本发明得到的液力变矩器效率与专用单体试验台架测试结果比较，参见如图2、图3；本发明分析得到的液力变矩器效率与单体试验台架实测效率的相对差异基本在±3％以内，在常用工况速比范围0.5≤e≤0.9的相对差异在±1％以内。本发明的测试系统简易，测试方法简单可行，液力变矩器效率分析精度高。

本发明使用的主要符号说明：

at：automatictransmission自动变速器。

nvh：noisevibrationandharshness噪声、振动和不平顺性。

tcu：transmissioncontrolunit变速箱控制单元。

inca：德国易特驰公司开发的汽车发动机标定软件。

t：变速器油底壳油温，单位℃。

m：自动变速器手动挡模式。

n：液力变矩器锁止时的驱动电机转速，单位r/min。

n_l：左负载电机转速，单位r/min。

n_r：右负载电机转速，单位r/min。

n_w：液力变矩器涡轮转速，单位r/min。

n_b：液力变矩器泵轮转速，单位r/min。

n_g_in：变速器齿轮输入轴转速，单位r/min。

n_in：变速器总成输入转速，单位r/min。

n_eng：发动机输出转速，单位r/min。

n′：液力变矩器解锁时的驱动电机转速，单位r/min。

n_l_unlock：锁止离合器解锁状态下测试的左负载电机转速，单位r/min。

n_r_unlock：锁止离合器解锁状态下测试的右负载电机转速，单位r/min。

n_in_unlock：锁止离合器解锁状态下测试的变速器总成输入转速，单位r/min。

n_l_lock：锁止离合器闭锁状态下测试的左负载电机转速，单位r/min。

n_r_lock：锁止离合器闭锁状态下测试的右负载电机转速，单位r/min。

n_in_lock：锁止离合器闭锁状态下测试的变速器总成输入转速，单位r/min。

t_w：液力变矩器涡轮输出扭矩，单位n·m。

t_b：液力变矩器泵轮输入扭矩，单位n·m。

t_g_in：变速器齿轮输入轴扭矩，单位n·m。

t_in：变速器总成输入扭矩，单位n·m。

t_eng：发动机输出扭矩，单位n·m。

t：液力变矩器锁止时的驱动电机扭矩，单位n·m。

t_l：左负载电机扭矩，单位n·m。

t_r：右负载电机扭矩，单位n·m。

t′：液力变矩器解锁时的驱动电机扭矩，单位n·m。

t_l_unlock：锁止离合器解锁状态下测试的左负载电机扭矩，单位n·m。

t_r_unlock：锁止离合器解锁状态下测试的右负载电机扭矩，单位n·m。

t_in_unlock：锁止离合器解锁状态下测试的变速器总成输入扭矩，单位n·m。

t_l_lock：锁止离合器闭锁状态下测试的左负载电机扭矩，单位n·m。

t_r_lock：锁止离合器闭锁状态下测试的右负载电机扭矩，单位n·m。

t_in_lock：锁止离合器闭锁状态下测试的变速器总成输入扭矩，单位n·m。

e：液力变矩器涡轮与泵轮的转速比。

η_gear：变速器齿轮传动效率。

η_total：变速器总成效率。

η_tc：液力变矩器效率。

η_tc_1：涡轮转速由0至耦合点的工作范围内，液力变矩器的效率。

η_tc_2：液力耦合器工作范围内，液力变矩器的效率。

p_w：液力变矩器涡轮输出功率，单位kw。

p_b：液力变矩器泵轮输入功率，单位kw。

p_out：变速器总成输出功率，单位kw。

p_g_in：变速器齿轮输入轴功率，单位kw。

p_in：变速器总成输入功率，单位kw。

a1：涡轮转速由0至耦合点的工作范围内，液力变矩器效率二次多项式拟合的二次项系数。

b1：涡轮转速由0至耦合点的工作范围内，液力变矩器效率二次多项式拟合的一次项系数。

c1：涡轮转速由0至耦合点的工作范围内，液力变矩器效率二次多项式拟合的常数项系数。

b2：液力耦合器工作范围内，液力变矩器效率线性拟合的一次项系数。

c2：液力耦合器工作范围内，液力变矩器效率线性拟合的常数项系数。