王 帥

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

運(yùn)用CRUISE對(duì)換擋提醒的研究

王 帥

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章首先論述了換擋提醒在整車節(jié)油作用上的重要性，核心在于行駛過程中提醒駕駛者以最經(jīng)濟(jì)的駕駛模式換擋，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)工作。闡述了換擋提醒的功能、組成以及重要組成零部件的作用和要求，根據(jù)ECU中標(biāo)定的換擋規(guī)律，對(duì)車輛行駛在不同工況下儀表顯示器上出現(xiàn)相應(yīng)的擋位提示數(shù)字。通過對(duì)某款搭載五擋手動(dòng)變速器車輛，對(duì)其匹配換擋提示方案制定了換擋策略。闡述了不同油門開度下?lián)Q擋線的優(yōu)化原則，運(yùn)用cruise生成初版換擋線，基于升擋線和降擋線設(shè)計(jì)原則對(duì)換擋線進(jìn)行調(diào)整。并利用cruise仿真計(jì)算軟件對(duì)換擋提示的策略進(jìn)行計(jì)算分析，對(duì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化處理。分析計(jì)算換擋提醒對(duì)整車經(jīng)濟(jì)性能的影響，結(jié)果表明加裝換擋提醒對(duì)整車經(jīng)濟(jì)性能有很大提升。

換擋提醒；節(jié)油；換擋線；油門開度

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)20-07-05

1 引言

1.1 換擋提醒的功用及組成

1.1.1 換擋提醒的功用

面對(duì)國內(nèi)日趨嚴(yán)格的油耗法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，以及用戶在汽車使用過程中，對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的高度關(guān)注。降低油耗已經(jīng)成為各大汽車企業(yè)研究的共同課題。換擋提示作為其中的節(jié)油方案之一。由于只針對(duì)電控標(biāo)定進(jìn)行修改，開發(fā)成本低，節(jié)油效果明顯，深受各大主機(jī)廠歡迎。

1.1.1.1 換擋提醒的含義

換擋提示是針對(duì)手動(dòng)擋車型在行駛過程中，依據(jù)ECU中標(biāo)定的換擋規(guī)律，對(duì)車輛行駛在不同工況下儀表顯示器上出現(xiàn)相應(yīng)的擋位提示數(shù)字顯示的一種配置。換擋提示的核心是換擋規(guī)律的設(shè)定，目前應(yīng)用較多的是彼得羅夫[1]提出的兩參數(shù)換擋規(guī)律，即根據(jù)車速及油門開度決定換擋時(shí)機(jī)及擋位。但由于汽車起步及換擋過程中都是加速或者減速的動(dòng)態(tài)過程，為了更好地反映動(dòng)態(tài)過程中的換擋規(guī)律，葛安林[2]等提出了三參數(shù)換擋規(guī)律，三參數(shù)為油門開度、車速、加速度。對(duì)于以上提到的兩參數(shù)或者三參數(shù)換擋規(guī)律，都沒有加入燃油經(jīng)濟(jì)性作為約束。因此，在換擋提示中，加入新參數(shù)約束換擋策略顯得很有必要。在換擋規(guī)律曲線中存在著相鄰兩擋都可能的工作區(qū)，這種往返換擋之間的交錯(cuò)現(xiàn)象，稱之換擋延遲[3]。換擋延遲能有效地減少換擋循環(huán)，從而保證了換擋過程的穩(wěn)定性，提高了乘坐舒適性。

1.1.2 換擋提醒的硬件組成

EMS SHFL 軟件模塊計(jì)算何時(shí)發(fā)出升檔信號(hào)、降擋信號(hào)，并計(jì)算目標(biāo)檔位，然后將這些信號(hào)發(fā)送給儀表。需要車輛安裝的傳感器：空檔開關(guān)，當(dāng)檢測(cè)到車輛處于空檔狀態(tài)時(shí)熄滅換檔提示燈；離合器開關(guān)，MT車的離合器踩下后，延時(shí)可標(biāo)定時(shí)間后熄滅換檔提示燈；倒檔開關(guān),車輛處于倒檔狀態(tài)時(shí)熄滅換檔提示燈。

2 整車邊界參數(shù)整理

2.1 整車基本參數(shù)

整車參數(shù)如表1所示：

表1 整車參數(shù)表

2.2 整車阻力

整車阻力如表2所示：

表2 整車阻力

2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)外特性和萬有特性分別如圖1和圖2所示：

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性

3 換擋線設(shè)計(jì)

按照控制參數(shù)的多少，換擋規(guī)律可分為單參數(shù)、兩參數(shù)和三參數(shù)換擋規(guī)律。

單參數(shù)換擋規(guī)律一般選用車速作為控制參數(shù)，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是不能實(shí)現(xiàn)駕駛員干預(yù)換擋。

兩參數(shù)換擋規(guī)律克服了單參數(shù)換擋規(guī)律的不足，廣泛采用油門開度、車速二參數(shù)聯(lián)合控制。

三參數(shù)換擋規(guī)律，在兩參數(shù)換擋規(guī)律的基礎(chǔ)上考慮了車輛的加速度，進(jìn)一步反映了車輛的實(shí)際操縱規(guī)律，但是其以發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，目前的理論研究較多，實(shí)際應(yīng)用較少。

本文以兩參數(shù)換擋規(guī)律對(duì)某車型匹配 5MT的換擋規(guī)律進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 換擋曲線軟件設(shè)計(jì)

手動(dòng)擋換擋提醒曲線根據(jù)自動(dòng)擋D擋經(jīng)濟(jì)性換擋設(shè)計(jì)。

經(jīng)濟(jì)性換擋曲線設(shè)計(jì)方法有：軟件法、圖解法和解析法。本文利用軟件法（Cruise）設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)換擋線，如圖3所示。

圖3 Cruise計(jì)算模型

將整車參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)輸入 cruise仿真模型，可得到初步的換擋線（油門開度、車速二參數(shù)），如表3所示：

表3 各油門開度各擋升檔降擋點(diǎn)

將以上參數(shù)表生成換初步擋線，如圖4所示。

圖4 初步換擋線

以一擋為例，將各油門開度下對(duì)應(yīng)的車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速梳理如表4所示。

表4 一擋各油門開度升、降擋車速

4 換擋線優(yōu)化

4.1 優(yōu)化原則

4.1.1 升擋點(diǎn)設(shè)定原則分析

（1）讓升擋前盡可能走過更長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)區(qū)域，升擋后仍有很長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)區(qū)域可走；

（2）對(duì)于升擋前和升擋后均有很長(zhǎng)經(jīng)濟(jì)區(qū)域的，優(yōu)先

考慮升擋后的，即盡量提前升擋。

（3）在小油門時(shí)（油門開度≤30%），駕駛員加速意圖不明顯，為獲得良好的燃油經(jīng)濟(jì)性，車輛應(yīng)在較低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（即較低的車速）下升檔，保證車輛在中高檔位下行駛，但升擋后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不要低于開空調(diào)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)怠速。如此發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速為 750±30rpm，開空調(diào)后的怠速為 900±30rpm。各擋開空調(diào)最低轉(zhuǎn)速如表5所示：

表5 發(fā)動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的車速表

該油門段應(yīng)采用以車速為變量的單參數(shù)換擋。

圖5 發(fā)散型

（4）在中間油門時(shí)，駕駛員有較為明顯的加速意圖，此時(shí)要求車輛加速度隨油門開度的增加而增大，這種情況下?lián)Q擋規(guī)律要在保證正常的動(dòng)力性要求的前提下，最大限度實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，應(yīng)采用車速、油門開度兩參數(shù)換擋，升降檔曲線呈現(xiàn)發(fā)散型（如圖5所示）。

（5）在 80%以上的油門開度時(shí)，駕駛員有超車或爬坡意圖，所以此區(qū)域的換擋點(diǎn)盡可能在最大轉(zhuǎn)速處。由于大油門狀態(tài)低檔位加速性能更好，因此需優(yōu)先選擇低檔位，升檔點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置可按照略低于發(fā)動(dòng)機(jī)額定最大轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)置，如考慮要求 NVH，可適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。大油門段升降檔線采用收斂型（如圖6所示），減延遲換擋，升降檔均實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)較好的功率利用，動(dòng)力性好，加油門時(shí)降檔響應(yīng)迅速。

圖6 收斂型

4.1.2 降擋點(diǎn)設(shè)定原則分析

（1）為了避免頻繁提示升擋和降擋，低油門開度區(qū)域，降擋車速應(yīng)該比對(duì)應(yīng)的升擋車速低 2～18km/h，一般的，隨檔位增加，車速差增加；

（2）為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，n擋的降擋車速必須大于n擋的最小車速，設(shè)定≥n擋最低穩(wěn)定車速+1km/h；

（3）高區(qū)降擋后轉(zhuǎn)速不得超過發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率轉(zhuǎn)速，如超過則以額定功率轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)車速為降擋車速；

對(duì)表6中各油門開度下的升檔、降擋車速根據(jù)以上優(yōu)化原則進(jìn)行調(diào)整，如表6所示。

表6 一擋各油門開度升、降擋車速優(yōu)化后

根據(jù)1擋的調(diào)整原則，將各油門開度下?lián)Q擋點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車速進(jìn)行梳理，如表7所示。

表7 各擋各油門開度升、降擋車速優(yōu)化后

將以上參數(shù)表生成換擋線，如圖7所示：

圖7 優(yōu)化后換擋線

5 仿真計(jì)算結(jié)果及優(yōu)化分析

5.1 建立仿真計(jì)算模型

利用AVL公司的仿真計(jì)算軟件Cruise進(jìn)行仿真計(jì)算分析，用來對(duì)比依照換擋提示前后油耗情況。先建立仿真車型的計(jì)算模型，輸入整車邊界參數(shù)，如整備質(zhì)量、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、變速箱速比、主減速比、整車滑行阻力等，把各模塊建立機(jī)械連接和信號(hào)總線連接。把表7的升、降擋車速換擋策略輸入變速箱控制模塊中。

5.2 仿真結(jié)果分析

由圖8可看出，NEDC工況中出現(xiàn)兩處動(dòng)力不足的現(xiàn)象，導(dǎo)致異常降擋，分析原因可知：

①城區(qū)工況的43～50km/h加速，升到4擋后動(dòng)力不足，從而降擋到3擋。

②郊區(qū)工況的35～70km/h加速，升到4擋后動(dòng)力不足，從而降擋到3擋。

為此，針對(duì)NEDC工況，將3擋升4擋50%開度以下的升擋車速由37km/h提升到47km/h。

圖8 NEDC工況車速、擋位對(duì)比圖

4.2.2 采用換擋提示后油耗對(duì)比

采用換擋提示后，NEDC工況下車速與擋位特性對(duì)比如圖9所示。

圖9 NEDC工況車速、擋位對(duì)比圖

由圖9可以看出，采用換擋提示后，在城區(qū)與郊區(qū)工況，均有較多的擋位提升現(xiàn)象。

對(duì)比NEDC工況下，無換擋提示和有換擋提示的油耗使用情況。城區(qū)工況下節(jié)油比例為 1.41%，郊區(qū)工況下節(jié)油比例為15.79%，綜合工況下節(jié)油比例為7.49%，可以看出節(jié)油效果明顯。對(duì)比按照換擋提示行駛，油耗差異和節(jié)油比例如表8所示。

表8 節(jié)油比例及差異

6 結(jié)論

本文通過cruise設(shè)計(jì)換擋線得到二參數(shù)（油門開度、車速），通過制定合理的升、降擋時(shí)機(jī)，綜合考慮二參數(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的對(duì)油耗和駕駛性的影響，設(shè)計(jì)換擋曲線。

利用仿真計(jì)算軟件 Cruise，計(jì)算駕駛員按照換擋提示行駛前后的油耗使用情況，對(duì)比分析節(jié)油效果，說明換擋提示可行性。

[1] 彼得羅夫．汽車傳動(dòng)系自動(dòng)操縱的理論基礎(chǔ)[M]．陸兆風(fēng),譯.北京：人民交通出版社,1963.

[2] 葛安林.車輛自動(dòng)變速理論與設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1993.

[3] 申水文,葛安林.基于二參數(shù)換擋規(guī)律的模糊換擋技術(shù)[J].汽車技術(shù),1998(1)：9-12.

[4] 余志生.汽車?yán)碚? 第4版) .北京： 機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[5] 余榮輝,孫東野,秦大同.機(jī)械自動(dòng)變速系統(tǒng)動(dòng)力性換檔控制規(guī)律[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào).2006,37（4）.

[6] 劉松靈,顧力強(qiáng).基于 Cruise 的混合動(dòng)力汽車傳動(dòng)系統(tǒng)建模與仿真分析.傳動(dòng)技術(shù),2008,22(4).

Use CRUISE to study the shift warning

Wang Shuai
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

This paper first discusses the importance of shift reminder in the role of vehicle fule economy,the core is to remind the driver in the process of driving the most economical driving mode shift.The function and composition of the shift reminder are described,and the functions and requirements of the important components are described. According to the shift rules of the ECU calibration,the corresponding gears appear on the instrument display under different working conditions.Through a section equipped with five-speed manual transmission vehicle,its matching shift tips program to develop a shift strategy.This paper describes the optimization principle of shift line,and adjusts the shift line based on the design principle of the upscale and downshift lines.And use cruise simulation software to analyze and analyze the shift strategy,and optimize the result.Analysis and calculation of the impact of shift on the vehicle’s economic performance,the results show that the installation shift reminder on the vehicle’s economic performance has greatly improved.

Shift reminder; Fule economy; Shift line; Throttle opening

U467.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)20-07-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.20.003

王帥，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。