手動檔車型節能換檔提示技術探討

李 兵，馮立魁，田桂星

（中國汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122）

2008年5月23日，歐洲聯盟議會及理事會發布法規草案 “關于機動車一般安全性的型式批準要求”，該草案在2009年3月10日通過了歐盟議會的審議，修改和增加了 “M1類車輛裝用換檔指示器（GSI）的要求”的規定，該規定的實施日期為：對于新定型的車輛為2012年11月1日，對所有在產新車為2014年11月1日。目前雖然國內未見相關的規定，只在國內的合資進口高檔車中有所見，但是作為車輛的節能性功能是比較值得推廣的。

在過去的幾十年中為達到節能減排，前沿技術不斷地運用在汽車上以提高燃油經濟性，但是基于駕駛者駕駛習慣以提高節能性的研究比較少。節能換檔提示是指建議或者提示駕駛員在行車過程中換檔的指示器。在恰當的時機換檔意味著更低的油耗，可確保更高效地利用燃油，同時減少排放，有助駕駛初學者盡快掌握合適的換檔時機，提高駕駛樂趣。

1 換檔提示信息的顯示

換檔提示顯示的信息應包括當前的駕駛狀況和換檔提示信息，除了傳統的車速和發動機轉速有顯示外，還要增加檔位信息的顯示和升檔、降檔提示。在自動檔車型中一般有P、R、N、D或者檔位數值的信息顯示，但是在國產或者合資車型中，手動檔車型的檔位數顯示基本沒有。在進口車型中如寶馬X系列手動檔車型、標致207進口版等車型，一般換檔提示信息都顯示在駕駛員能夠容易觀察到的位置或車輛狀況信息綜合顯示的組合儀表中。圖1為寶馬車型組合儀表液晶屏左上側的換檔提示信息。圖1中所示目前檔位為3檔，升檔提示信息 提示駕駛員進行升檔操作。圖2為某在研車型的換檔提示，該換檔提示設置4種顯示狀態，升檔、降檔、無提示、系統自檢；其中系統自檢是指上電后系統若無故障則顯示3s后熄滅，不顯示或者一直顯示則表示系統存在故障。

2 檔位信息的獲取

在換檔提示中首先要解決的是檔位信息的獲取，根據項目已有的經驗，可以直接獲取和間接獲取。直接獲取是通過在變速器換檔機構上安裝相應的傳感器機構檢測，間接獲取是通過相關的參數計算獲得變速器實時的檔位信息。

2.1 直接獲取

國內目前生產的手動變速器機構中一般設置有倒車開關，有的變速器機構還設置有空檔開關，但是乘用車變速器設置檔位開關的很少。不管是傳感器還是開關，目的是將換檔器上的檔位信息用電壓、電流信號識別出來，然后傳遞給相關控制單元。位移傳感器是一種比較理想的選擇。

圖3為安裝在商用車變速器選、換檔撥叉轉軸上的絕對角位置傳感器。該機構上設置了2個角位移傳感器采集選檔軸和換檔軸的旋轉位移量，從而檢測出變速器的檔位狀態。

傳感器參數：非接觸霍爾式360°、分辨率高、精度高、反應靈敏；工作電壓5V±10%；工作溫度－25～85℃。

另一種是采用安裝換檔機構上的檔位開關來進行檢測，開關傳感器是合適的選擇，而且有空檔開關、倒車開關等傳感器在變速器上的成熟運用經驗。檔位開關安裝在變速器換檔叉軸端部，檢測其狀態，如圖4所示。檔位開關為三態輸出 （高阻態，0V，5V），標稱工作電壓5V。

直接換取檔位信息的方案在車輛停止時也能獲取變速器的檔位信息，該方法需要對變速器的換檔機構進行調整，需要加裝傳感器或者開關裝置，涉及整個換檔機構外圍件結構特征的修改，以適應傳感器的安裝，傳感器與機構的匹配需要一定的開發周期，所以國內主機廠很少采用該方案。

2.2 間接獲取

另一種方案是間接獲得檔位信息，國內某主機廠的出口車型項目的開發中就是使用這種方案。使用變速器的輸入軸轉速和輸出軸的轉速計算出速比，對比變速器速比值就可得出檔位信息。輸出軸的轉速可以由ABS或者ESP模塊的輪速傳感器提供，傳統手動變速器都有檢測輸出軸轉速的蝸輪蝸桿機構 （安裝車速傳感器），輸出軸轉速也可以由該傳感器測得。輸入軸轉速可以選取發動機轉速，通過某ECU模塊 （儀表、BCM、發動機ECU）計算、對比分析，就可得出目前變速器所處的檔位信息以及離合器的離合狀態。該方法已經在車型項目實踐中驗證，通過專業的軟件分析可以得到實時的變速器檔位狀態和離合器接合狀態信息。圖5為實車測得的發動機轉速與變速器輸出軸轉速的比值圖。通過專業軟件可以很容易地分析出變速器所處的檔位信息。

該種方案變速器機構不需要做任何調整，實現成本低。雖然該方案滿足換檔提示功能的需要，但是車輛在靜止時無法對檔位信息進行直觀顯示。

3 換檔提醒決策

手動檔車型的最佳換檔時機的確定可以參考成熟的AMT技術。在AMT車型中對于變速器最佳的換檔決策方法一直在不斷發展，有許多學者進行了此方面的研究。一種是基于理論求解的方法，即在選定一定的換檔控制參數后，按照某種指標 （經濟性、動力性）最優求出換檔規律。另一種是基于專家系統的換檔規律，使用模糊控制規則，利用已有豐富的數據庫和其他專家的知識進行檔位決策。圖6為植入控制單元的基本換檔規律曲線。

對于不同的車型，不同的工況下最佳的換檔時機是不同的。車輛的運行狀態包括離合器踏板狀態，制動開關，節氣門開度，發動機的轉速、轉矩，汽車的行駛路況信息 （坡度、彎道）等信息密切相關。其主要相關的參數為節氣門的開度，發動機的輸出轉矩信息。圖7為智能換檔提示系統的結構圖。

為了提高換檔提示的可靠性，提高節能效果，ECU軟件模塊對整車工況信息進行模糊化處理分析，可以基于駕駛者的駕駛習慣進行學習，不斷地修正和調整預先植入的基礎換檔點，得到最佳的換檔點。智能型的換檔提醒系統發出的提醒信息可以得到很大的提高。

4 換檔提醒技術分析

基于上述分析，我們可以有不同的方式實現換檔提示功能，見表1。對于換檔策略的實現，可以單獨設置ECU模塊，也可以由發動機的ECU模塊進行處理，然后將換檔提示信息發送給組合儀表。

表1 換檔提醒方案

上述方案有各自的優缺點。方案3對于目前的手動型車輛容易實現。檔位直接獲取的方案，涉及變速器機構的變更，更改周期長。

5 總結

通過幫助駕駛者正確地掌握換檔時刻，節能換檔指示功能可以顯著地降低油耗，確保完整和平穩的動力輸出，該功能有著很積極的推廣前景。

［1］ C.Vagg.CJ.Brace， D.Hari， S.Akehurst， L.Ash.A driver advisory tool to reduce fuelconsumption［OL］.SAE International， 2012-01-2087， doi： 10.4271 ／2012-01-2087，2012.

［2］朱毅.歐盟新增汽車安全法規及所產生的影響［J］.汽車與配件，2009 （36）：30-32.

［3］葛安林.車輛自動變速理論與設計［M］.北京：機械工業出版社，1993.