手動擋車輛換擋指示器控制策略的研究

劉 寧

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，浙江 寧波 315316）

手動擋車輛換擋指示器控制策略的研究

劉 寧

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，浙江 寧波 315316）

節能環保是汽車未來的發展趨勢，歐盟針對匹配手動模式變速器的車輛作出了明確規定，依據715/2007/EC 排放法規型式認證擴展的車輛應匹配滿足法規要求的換擋指示器（GSI）。通過大量試驗及驗證證明，換擋指示器不僅能夠提醒駕駛員選擇最佳的擋位，駕駛性更加舒適，同時將駕駛工況運行控制在經濟區域，較低的燃油消耗。換擋指示器已越來越廣泛地應用在汽車上。本文闡述手動模式變速器換擋指示器功能是如何實現控制的。

歐盟；手動模式的變速器；換擋指示器；駕駛性；較低的燃油消耗

汽車日新月異相應的功能也是越來越多，消費者已由最初的會開車發展到品味駕駛感受，隨著消費者對汽車駕駛水平的提升，對車輛要求也越來越嚴格，汽車不僅是交通工具，更是個人品味的象征。消費者在購買汽車的時候往往會被車輛豐富的配置看得眼花繚亂，EBD、EBA、ASR等，具體哪些功能比較實用，并且能夠有效地改善我們的駕駛，成為消費者關注的熱點。換擋指示器作為一項汽車新興技術，正在越來越多的車上應用。換擋指示器能夠規范駕駛員駕駛，使駕駛充滿樂趣，同時相同工況下按換擋指示器的指示駕駛能夠節省一定的燃油消耗。下文將從換擋指示器控制策略上進行深入研究。

1 法規解讀

1.1 法規要求

歐洲汽車廢氣排放標準是歐盟國家為限制汽車廢氣排放污染物對環境造成的危害而共同采用的汽車廢氣排放標準。歐盟法規規定2014年11月1日起，對匹配手動模式的變速器且基準質量不超過2 610 kg的M1類新車（包括已獲得WVTA的老車型），若未安裝GSI，整車一致性證書（certificates of conformity）將失效，同時將被禁止在歐盟境內注冊、銷售。

1.2 換擋指示器術語和定義

換擋指示器通過顯示屏能夠指示駕駛者何時是換擋的最佳時機，有助于駕駛者保持持續流暢的駕駛風格，并始終維持較低的油耗水平，如圖1所示。換擋指示器工作在手動模式變速器，至少2個前進擋之間換擋。GSI的設計應合理預見駕駛條件下更優化的燃油經濟型的駕駛風格，以降低油耗。另外，遵從GSI的建議換擋后，不應對冷起動后的污染控制裝置比如催化劑的適時功能產生負面影響；不能損害車輛的安全操作，比如需要高功率時，發動機熄火、發動機制動不足或扭矩不足。

圖1 換擋顯示系統

1.3 認證試驗

根據圖2所示的速度范圍對底盤測功機上的預熱車輛進行該試驗，按照GSI升擋的建議，將擋位由n擋換為n+1擋，并記錄GSI推薦的車輛速度VnGSI和最終曲線工況下的油耗量FCGSI。然后在無GSI建議的情況下，記錄由有經驗的駕駛員所估計的將擋位由n擋換為n+1擋時的車速Vnstd及最終曲線工況下的油耗量FCstd。計算燃油消耗節省量FCrel.save=（1-FCGSI/FCstd）×100 %。最終換擋建議下的燃油消耗要比標準換擋下的燃油消耗低，排放結果值不能不均衡地增加，才能算作通過法規認證。

圖2 換擋認證運行曲線

2 GSI控制策略

2.1 策略簡介

換擋指示器主要是根據當前車輛運行工況，將離合開關、擋位、車速及油門踏板信號輸入到ECM，ECM通過計算輸出升擋或降擋指令給換擋指示器，此時顯示屏會采用上、下箭頭圖標或漢字的形式進行提示，提醒駕駛員是要升擋或降擋，策略關系圖見圖3。目的是使車輛能夠持續運行于較低的燃油消耗工況點。

圖3 換擋策略關系圖

2.2 控制原理

換擋指示器功能開發通常是在轉鼓上進行完成的。首先將車輛控制在1擋，通過INCA軟件及油耗儀，從怠速行車工況點開始每隔一定的車速值采集一個穩態下的車速值、油門踏板開度及油耗值，直至達到最高車速。然后依次進行2擋、3擋、4擋……至最高擋位，并記錄相應擋位下車速值、油門踏板開度及油耗值，最終通過軟件作出燃油消耗量與車速值的關系曲線，如圖4所示。

圖4 各檔燃油消耗量曲線圖

可以看出各擋位下的油耗是隨著車速的增加而增加的，然后根據各擋相同車速下的油耗值的關系確定各擋的最佳換擋指示車速，將該車速值加權濾波后依次填入ECM對應的擋位和油門踏板開度的標定數據中，得到升擋提示標定數據，如圖5所示。當ECM接收到對應擋位車速值大于升擋標定數據時，ECM會發送指令執行升擋請求給指示器，指示器實現升擋提示的功能。

圖5 換擋線標定數據

降擋提示標定數據，依據提示升擋后不會立即執行降擋指示的原則，將各擋位下的車速較上一擋位適當減小。當ECM接收到對應擋位車速值小于降擋標定數據時，ECM會發送指令執行降擋請求給指示器，指示器實現降擋提示的功能。

基礎標定數據完成后，還需在各個坡度的道路上下對中大負荷的換擋提示功能進行標定，在保證動力性的基礎上能夠準確指示換擋。最終在轉鼓及實際道路上進行多輪嚴格的測試和驗證，判定是否合理，避免頻繁升降擋提示。

2.3 失效模式

當ECM識別到車輛存在以下情況時將會不執行換擋提示功能，從而避免車輛在一些運行工況下的誤報錯報。

1）車速傳感器故障，不能正確識別車速時。

2）配備牽引力控制系統的車輛，當該系統起作用時。

3）當前擋位狀態不明（如倒擋時）或系統檢測到擋位為空擋。

4）當離合器踩下時間過長。

5）當車輛在各擋位下怠速行車。

6）對于配備巡航裝置的車輛，當巡航系統起作用時，換擋指示功能將不起作用。

3 結束語

良好的駕駛習慣不僅能夠節省油耗，并且能夠延長汽車的使用壽命，避免因換擋造成的沖擊，對乘坐者來說更加的舒適。尤其對初級入門的駕駛者來說是一種幫助，能夠養成良好的駕駛習慣。換擋指示器作為一項節能減排技術，已在歐洲強制執行，相信不久將會應用在每一款車型上。

［1］ Commission regulation （EU） No. 65/2012［S］.

［2］ 張國勝，牛秦玉，方宗德，等.最佳燃油經濟性換擋規律理論及其應用研究［J］. 中國機械工程，2005（5）：72-75.

［3］ 何忠波，白鴻柏，楊建春.AMT車輛頻繁換擋的消除策略［J］.農業機械學報，2006（7）：9-13，22.

（編輯楊 景）

Control Strategy Analysis on Gear Switch Indicator of Manual Transmission Vehicle

LIU Ning
（Geely Automobile Research Institute， Ningbo 315316， China）

Energy conservation and environment protection is the future development trend of automobile. EU requires all the extended vehicles type listed with manual gearbox installing gear shift indicator（GSI） according to 715/2007/EC. A large number of tests show that the installation of GSI can remind drivers to select the best gear that increase drivability， and keep vehicles running economically with smaller fuel consumption. GSIs are becoming widely used on vehicles. This article focuses on how the GSI achieves the vehicle control.

EU; manual gearbox; gear shift indicator; drivability; smaller fuel consumption

U463.212

A

1003-8639（2017）08-0059-03

2017-03-27

劉寧（1982-），男，河北衡水人，工程師，高級技師，主要從事汽車電控標定工作 。