某車型自動變速器駕駛性問題分析及解決

王量，丁蓉蓉

（華晨汽車工程研究院傳動處，遼寧 沈陽 110141）

某車型自動變速器駕駛性問題分析及解決

王量，丁蓉蓉

（華晨汽車工程研究院傳動處，遼寧 沈陽 110141）

文章通過以某車型自動變速器駕駛性問題為研究案例，從變速器控制策略方面進行分析，通過對換擋策略功能的研究，制定了優化方案，并經過車輛的標定和測試驗證方案的可行性。

自動變速器；駕駛性；換擋策略；標定

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.026

CLC NO.: U463.212 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-74-04

前言

隨著自動檔車型在汽車市場的比重和市場份額的逐年增加，顧客對整車動力性和駕駛性的要求也日益提高，而自動變速器的控制策略對整車的動力性、經濟性和駕駛性的影響起著關鍵性作用。

本文主要針對某車型自動變速器的駕駛性問題，通過對其換擋策略的分析和研究，提出整改對策，對車輛進行了標定優化并進行試驗驗證。

1、問題描述

某車型A在城市工況中駕駛時，客戶反饋在車流中跟車、加速超車的性能差。車輛問題跟蹤時發現駕駛員在跟車和加速超車時，會頻繁的收油門再踩油門，由于檔位會在收油門時容易升檔，而在深踩油門時容易降檔，這樣在這個工況下檔位一升一降，車輛這時動力會中斷，動力性差。

2、原因分析

對車輛進行測試，記錄發動機的轉速，車速，變速器檔位等動力系統的信息。測試結果如圖1所示，駕駛員操作油門踏板開度為80%，車速為75km/h，隨著踏板開度的變化，檔位從3檔升到6檔，又從6檔降到34檔，而車速沒有大的提升，發動機扭矩在踩下踏板時是150N.m，矩響應沒有問題，扭矩在換擋過程中也響應了變速器的降扭請求，所以問題是自動變速器的原因，不是發動機的原因。

圖1 駕駛性問題INCA測試結果

當前檔位，發動機扭矩，發動機轉速，輸入軸轉速，油門踏板開度，目標檔位，車速從變速器液力變矩器鎖止離合器分析，檢查發動機轉速和輸入軸轉速的曲線，可以確認，油門踏板為0%時，液力變矩器鎖止離合器反脫鎖止，油門踏板開度為80%時，液力變矩器鎖止離合器打開，滑摩，到鎖止，換擋過程中也離合器控制也正常，所以液力變矩器的鎖止、滑磨、打開和反脫鎖止都工作正常。

從變速器檔位分析，當車速為75km/h，油門踏板為0%時，按照換擋線，完成了3檔升6檔，當車速為75 km/h，油門踏板開度為80%時，按照換擋線，完成了6檔降4檔，所以按照基礎換擋線的理論，變速器檔位工作正常。

通過測試分析，發動機扭矩及相應正常，液力變矩器工作正常，變速器按照基礎換擋線工作正常，但是頻繁的升降檔確認影響了車輛的加速能力，因此頻繁升降檔確實是問題的根本原因。

3、問題解決方案分析

為避免變速器的升降檔過于頻繁，尤其需要急加速急減速、油門變化過快的工況。依靠基礎換擋線優化顯然是不能同時滿足普通工況和特定工況的要求，因此特殊功能的開發和導入是解決問題的根本方法。

首先進行競品分析和測試，競品車輛的選擇主要考慮擅長駕駛性的寶馬汽車，根據現有的資源選擇了BMW X1和MINI進行測試。

圖2 競品車輛相同工況測試結果

如圖2所示，按照競品車輛的狀態，隨著發動機油門的變化，只有100%油門時4檔降2檔，之后檔位就一直保持在2檔，而隨著油門的變化，車輛的加速和減速跟隨性非常好。可見，采用類似功能能夠完美的解決此工況的問題。

隨后對其它競品車輛進行評價和測試發現，歐洲品牌車輛大都采用了類似的方案來提升駕駛性，而日韓系車輛則都沒有采用類似方案，通過調研發現，日韓和中國大部分客戶習慣抬油門時升檔，或者說客戶發現轉速過高檔位太低時會用抬油門來讓檔位升高轉速降低。而且日韓和中國客戶沒有像歐洲客戶一樣十分重視駕駛性。

由于駕駛性是此車輛十分重要的指標，因此該方案得到確認。

4、方案設計

此方案為在基礎換擋線以外的特殊換擋抑制功能，英文名稱為Fast off，中文解釋為快速收油功能，即快速收油門時進行升檔抑制。當功能激活時，則軟件駕駛條件判斷模塊FO=1，fast off功能激活，軟件檔位修正模塊則會執行快速收油的升檔抑制作用。

當軟件中FO_SWI_EXT=0時，退出了快速收油功能，則可能的升檔會立即執行，當軟件中FO_SWI_EXT=1時，當需求連續的升檔時，首個升檔會立即執行，而第二個升檔會按照延遲升檔的標定量FO_T_進行延遲升檔,FO_T會根據發動機的轉速不同標定不能的延遲時間，在延遲時間之內可以再進入快速收油功能，或者延遲時間完成后，退出功能。

圖3 快速收油功能的狀態基流程圖

如圖3所示，快速收油門功能由狀態機開發，一共分為7個狀態，在任何非0狀態是都可以直接到狀態0：進入狀態0的條件是，換擋手柄位置發生變化，或者當前的換擋線發生變化；

狀態0，fast off passive:狀態0到狀態1的條件，當油門踏板的變化率是負值，而且其絕對值大于標定閥值+修正值，修正值可以根據不同道路阻力（道路的坡度）進行標定。

狀態1fast off detected，進入狀態1后，則F0=1，執行升檔抑制；

狀態1到狀態2，當發動機扭矩小于標定閥值時；

狀態1到狀態0當發動機扭矩大于標定閥值時而且當前的踏板位置大于之前存儲的踏板位置+滯后值，而且FO_SWI_EXT=0；

狀態1到狀態6當FO_SWI_EXT=1，而且當發動機扭矩大于標定閥值時，當前的踏板位置大于之前存儲的踏板位置+滯后值；

狀態2waiting for Exit，進入狀態2后，則F0=1，執行升檔抑制；

狀態2到狀態0，當車速小于標定閥值，而且FO_SWI_ EXT=0；

狀態2到狀態3當發動機扭矩大于標定閥值時；

狀態2到狀態6當FO_SWI_EXT=1時，而且車速小于標定閥值時；或者換擋手柄切換模式；

狀態3prepare Exit，進入狀態3后，則F0=1，執行升檔抑制；

狀態3到狀態2，當發動機扭矩小于標定閥值時；

狀態3到狀態1，當油門踏板的變化率是負值，而且其絕對值大于標定閥值+修正值；

狀態3到狀態4，當油門踏板的變化率是正值，而且其絕對值大于標定閥值時；

狀態3到狀態0，當標定的延遲時間之后或當期的車輛加速度大于標定閥值時，而且FO_SWI_EXT=0；

狀態3到狀態6，當FO_SWI_EXT=1時而且標定的延遲時間之后或者當前的車輛加速度大于標定的閥值時或者當前的換擋手柄切換模式；

狀態3到狀態5，當油門踏板的變化率是負值，而且其絕對值大于標定閥值；

狀態4，No Exit on throttle increase，進入狀態4后，則F0=1，執行升檔抑制；

狀態4到狀態3，當油門踏板的變化率是負值，而且其絕對值大于標定閥值；

狀態5，No Exit on negative throttle gradient，進入狀態5后，則F0=1，執行升檔抑制；

狀態5到狀態2，當發動機扭矩小于標定閥值時；

狀態5到狀態1，當油門踏板的變化率是負值，而且其絕對值大于標定閥值+修正值，修正值可以根據不同道路阻力（道路的坡度）進行標定；

狀態5到狀態0，如果FO_SWI_EXT=0，而且發動機扭矩大于標定閥值時，而且當油門踏板的變化率是負值，而且其絕對值大于標定閥值；

狀態5到狀態6，如果FO_SWI_EXT=1，而且發動機扭矩大于標定閥值時，而且當油門踏板的變化率是正值，而且其絕對值大于標定閥值，或者當前的換擋手柄切換模式；

狀態6 Check for upshift，進入狀態6后，則F0=0，允許升檔，并開始倒計時；

狀態6到狀態0，如果倒計時完成或者沒有升檔的需求或者已經在最高檔位；

狀態6到狀態1，如果油門踏板的變化率是負值，而且其絕對值大于標定閥值+修正值；或者當發動機扭矩小于標定閥值時；或者當前的的踏板位置小于標定閥值時；

狀態6到狀態7，如果一個升檔正在發生，倒計時的標定根據發動機轉速的不同可以設定不同的標定閥值；

狀態7 Wait upshift delay time，進入狀態7后，則F0=1，執行升檔抑制；

狀態7進入狀態1，如果油門踏板的變化率是負值，而且其絕對值大于標定閥值+修正值；或者當發動機扭矩小于標定閥值時；或者當前的的踏板位置小于標定閥值時；

狀態7進度狀態6，倒計時已經完成。

5、標定優化

如表1所示為標定時需要測試需要測試的特殊變量，如表2所示為標定時需要標定量。

表1 特殊測試變量

表2 標定量

此模塊標定的首要的重要標定參數就是油門踏板開度變化率進入閥值，只有踏板變化率大于一定值時才能激活此功能，因此了解踏板的特性是首要的標定任務，測試踏板開度的變化率，首先測試操作最快的踏板變化率，負值，負值是腳側向彈開后，完成測試最快的負值踏板變化率之后，在逐漸減慢松開踏板的速度，根據車輛的定位和客戶需求，設定好油門踏板開度變化率進入閥值，最激進的標定則是設定一個最大值，使所有的收油動作都識別為禁止升檔，所以，當車輛強度運動和動力性時大多數都按最大值標定。

進入條件標定好之后，發動機轉速是第二關鍵因素，即保持禁止升檔的轉速，根據車輛及發動機狀態的不同，標定值也有很大差異，需要關注的是車內的噪音和振動的水平，平衡車輛舒適性、發動機是否嘈雜，發動機的制動力大小等，根據檔位的不同，設定不同的發動機轉速閥值。

禁止升檔的時間標定，時間的長短，決定了保持穩定工況的時間長短，例如，三檔在4500rpm時，快速收油，時間量標定為4秒，如果收油后任何動作沒有操作，則車輛會保持三檔反脫狀態一直4秒，車速和發動機轉速隨著發動機制動都會降低，4秒鐘之內的大油門加速再加上快速收油，都有保證檔位穩定，如果標定時間為2秒，則兩秒之后會立即升為四擋，所以，這個時間相當于留給駕駛員的下一個動作的相應時間，一般來說，2秒到5秒之間比較合適。

之后，再完善其它的標定量。圖4中，綠色的為FO狀態機，最下方灰色的是FO的結果。

圖4 優化標定后的測試結果

6、結論

針對客戶反饋的駕駛性問題，通過對問題的分析，找出了問題的根本原因，并開發變速器快速收油功能模塊，通過標定和試驗驗證，驗證了此方案的可行性。

[1] 李騫.Clutchtoclutch自動變速器換擋控制策略及實驗研究[D]北京:北京理工大學,2010:12-14.

[2] 萬國強等.液力自動變速器換擋過程標定方法研究[D]北京:北京理工大學,2012:142-148.

[3] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業出版社,2006:7-18.

[4] 周學建等.車輛自動變速器系統換擋規律的研究現狀和展望.農業機械學報,2003,34（3）:139-141,145.

[5] 夏迎春.動力傳動系統在換擋過程中的整體控制[D].北京:北京理工大學,2002年.

表2 加強梁材料屬性

5.2 優化方案的計算驗證

按照首次計算的模式，對優化方案做有限元計算分析。由于加強前的彎曲工況滿足使用要求，故此不再對優化后的車架做彎曲分析，只做扭轉分析，優化后的扭轉工況計算結果示意圖如下：

圖5 扭轉工況應力云圖

從圖9看出，加強后的車架總成整體應力分布比較均勻，應力最大值為374MPa，小于材料的屈服極限。

基于以上計算結果可知，優化方案可以滿足實際使用要求。

6、總結

本文介紹了MSN.NASTRAN軟件的基本情況，著重通過載貨車的彎曲和扭轉的計算分析，運用MSN.NASTRAN進行有限元分析，并基于分析的結果，對原有方案進行優化設計處理。計算機有限元法分析能夠預先得知該車架受力時的應力情況，從而針對模擬分析結果，提出相應優化方案，這種設計模式成本低、效率高，能有效降低市場風險。

參考文獻

[1] 劉惟信.《汽車設計》.清華大學出版社 p537-605.

[2] 何獻忠.《優化技術及其應用》.北京理工大學出版社 p1-209.

[3] 蔣孝煜.《有限元法基礎》.清華大學出版社 1984年.

[4] 道克森等.《載貨汽車車架強度分析》.專用汽車 1995(2).

[5] 劉慶庭.《車架強度計算方法研究》.專用汽車 1997(1).

Analysis and Solutionof driving problem of an Automatic Transmission Vehicle

Wang Liang, Ding Rongrong
（Brilliance Auto R&D Center (BARC)Transmission Section, Liaoning Shenyang 110141）

In this paper, based on a vehicle automatic transmission driving problem as a case study, from the transmission control strategy to carry on the analysis, through the research of shift strategy function, the optimization scheme was made, and through the vehicle of the calibration and test the feasibility of the scheme is verified.

Automatic Transmission; Shiftstrategy; Calibration

U463.212

A

1671-7988 (2016)12-74-04

王量，男，中級工程師，就職于華晨汽車工程研究院，主要研究這車變速器碧昂定與匹配。