自动变速箱降油耗方法介绍

随着传统汽车行业的发展以及新能源汽车的兴起，节能减排已成为汽车行业的主旋律。各车厂对如何降低油耗、减少排放的研发投入都在不断增加，以满足国家对于传统燃油车油耗和排放日益严苛的要求。对于传统动力车型来说，降低油耗也成为各车厂提升车辆市场表现的重要手段之一。

变速器作为动力传动部件，其跟发动机相比并不能在直接的能量转化（化石燃料-动能）上对降低油耗做出过多贡献。但是当发动机将化石燃料转化成动能后，如何将动能尽量高效的传递到车轮，并使发动机始终保持在较高的能量转化率上，变速器却起着至关重要的作用。变速器各种功能和动作是由变速器控制器TCU来实现的，通过对变速器在传动链上动作的研究，TCU在控制策略上也研发出很多手段来降低能量的损失，例如经济的换档线设置、中位功能、滑差功能、启停功能、离合器压力跟踪等。本文以TCU控制策略中换档线设置、滑差功能、中位功能为例，介绍了AT自动变速箱对整车油耗的影响。

换档线对油耗的影响

内燃机最佳功耗区对应的扭矩及转速区间范围较小，要使发动机维持在一个较高的能量转化率或者低油耗状态上，就需要变速器能够通过改变速比在满足汽车行驶正常车速及牵引力需求的同时，让发动机的转速能尽可能接近最佳功耗所对应的转速区间。

图一为某型号发动机的万有特性曲线。以图一为例我们可以看出发动机万有特性里等比油耗曲线以环状由内向外散射开去。中心区域比油耗最小，随着向外的扩散，比油耗逐渐增加。在某一特定的功率下，发动机最佳油耗点位于该等功率曲线和比油耗曲线相切的位置。如果发动机能一直维持在各功率曲线的最佳油耗点上运转，油耗就会维持在最低的水平。但是在AT变速箱中，由于各档位的速比存在间隙，使得发动机无法在同一个档位下一直保持在最佳油耗区域附近，当发动机转速高于最小油耗所对应的转速区间后，随着发动机转速的增加，油耗也会随之增加。

图1 某汽油机万有特性曲线

因此在某一档位下，当发动机转速超出最小油耗的转速区间范围后，应尽早升档来降低发动机转速，让发动机转速重新回到接近最佳油耗对应的转速区间范围内。但是在控制变速器尽早升档的同时，也需要考虑到驾驶性因素，过早升档会使发动机升档后转速过低动力不足而产生抖动，影响车辆的舒适性和驾驶性；而且当发动机转速较低还未进入最佳油耗转速区间就过早升档时，转速被拉的过低使发动机转速更加偏离最佳油耗区域，导致发动机燃烧效率低下，油耗反而升高。

在NEDC排放循环工况中，市区循环单元所要求达到的车速是15km/h，32km/h，和50km/h；市郊循环单元所要求达到的车速为70km/h，50km/h，100km/h，120km/h。在设置换挡线的时候，根据市区和市郊循环单元对应的各车速要求，通过档位速比、主减比以及车轮半径可以算出循环工况中要求达到的车速所对应的发动机转速。比较各档位下该车速对应的发动机转速在万有特性曲线中的位置，可以确定在该车速下，用哪个档位是最接近最佳油耗区的。

图2 某车型循环排放油耗试验市区工况

图二为某一车型NEDC排放循环工况数据。在同一版ECU数据下，两次试验分别对市区工况常用的3档设定了不同的换挡线，使得其中一次的换挡点偏离发动机最佳功耗区，导致该次试验中车辆在应该升到3档的时机点，仍然保持在了2档。试验结果表明：仅仅一个档位换档线设置的不合理就可以导致整车油耗在NEDC循环中有3%~4%的差异。因此经济的换档线设置对于降低整车油耗，有着明显的效果。

滑差功能对油耗的影响

在AT和部分CVT自动变速箱中，液力变矩器起着不可替代的重要作用。其工作介质为油液，通过改变工作液的动量矩来传递转矩。液体工作介质使发动机和变速器柔性连接，能够有效的消除冲击和振动；良好的自动变速性能保证发动机能在一定的载荷范围内，转速始终保持在稳定范围内。特别是在起步阶段，较大的涡轮和泵轮转速差使得液力变矩器增扭效果明显，使车辆起步更加的迅速并且柔和。液力传动的优势明显，但是它带来的最大缺陷就是效率低。转速差越大，液力变矩器液体工作介质消耗的动能越多。因而液力变矩器一般都加入了闭锁功能，当车辆在较高车速下稳定行驶时，变矩器的泵轮和涡轮会被锁止在一起，使得整个变矩器变为刚性连接，从而消除了在液体工作液上的能量损失。

但是液力变矩的闭锁一般都发生中高档位，且发动机转速已经比较高的阶段。过早的闭锁会使发动机转速被拉得过低，而且失去了变矩器的增扭作用，导致发动机动力不足影响驾驶性。为了避免过早的闭锁带来的影响，在变矩器完全打开和完全闭锁的状态之间加入了滑差功能，使得液力变矩器在一定的扭矩范围内处于半联动状态，既可以保证变矩器的柔性连接，又可以尽早减小泵轮和涡轮高转速差，减少液力变矩器上的能量损失，起到降低油耗的效果。

图3 滑差功能（Phase 1 市区运转循环单元 195s）

图三为某车型有无滑差功能在NEDC市区循环单元的表现。与无滑差功能，闭锁离合器直接从open 到lock的数据比较，有滑差功能的工况能尽早的进入半联动状态接近闭锁的状态，减少动能在工作液上的能量损失。试验表明同一ECU数据下，有滑差功能的试验数据在NEDC循环中的油耗比无滑差功能的油耗降低达到2%左右。

中位功能对油耗的影响

在市区循环单元，停车怠速工况也占据了整个循环单元的大部分时间。在1档停车怠速过程中，液力变矩器一直处于打开状态。实际档位1档使得C1离合器处于结合状态，此时输出轴转速为0，液力变矩器的涡轮转速也为0，泵轮和涡轮的转速差一直较大。当车辆满足进入中位的控制条件后，TCU会使离合器脱开。涡轮随泵轮一起转动，泵轮涡轮转速差减小，从而使发动机怠速时的负载也随之减小。发动机减少喷油量维持目标怠速，以达到减少油耗的目的。

图4 中位功能（Phase 1 市区运转循环单元 195s）

图四为中位功能使车辆在NEDC市区循环单元中的表现。试验表明同一ECU数据下，中位功能对于NEDC排放循环能有约1%的油耗贡献。

从上述的试验中可以看出，虽然自动变速器不能从燃料能量转化的角度直接去节能减排，但是通过TCU的控制可以减少动能在传动链上的能量损失，使发动机始终保持在高效的工作区间内运转，达到既让马儿跑，又让马儿少吃草的效果。