基于CRUISE的一種換擋優化仿真分析

孫邦江，業德明

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于CRUISE的一種換擋優化仿真分析

孫邦江，業德明

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章從整車油耗測試的基礎數據中，運用匹配分析的方法，對經濟性換擋提示算法進行分析。設計出一款最優的換擋策略，可為整車標定提供支持，并通過CRUISE軟件對節油效果進行預估分析。

經濟性；換擋優化；cruise

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-150-03

前言

當車輛設計與發動機設計確定下來后，車輛行駛的阻力就已經確定了。車輛在相同的工況下行駛，車輛的阻力是確定的，所以影響車輛的燃油消耗主要因素是燃油消耗率。在發動機發出相等的功率情況驅動汽車等速行駛，不同的發動機轉速有不同的燃油消耗率。

所以，車輛在相同車速情況下，可以通過選擇不同的變速箱檔位使發動機的燃油消耗率最低，從而達到節油的目的。

1 整車基礎油耗數據測試

整車燃油經濟性換擋曲線是基于整車上測量發動機的燃油消耗率的萬有特性曲線，在整車上，發動機燃油消耗率難以測量，一般通過測量整車等速油耗進行理論分析計算得出。與整車速比計算出來的換擋曲線。具體計算方法如下：

通過在整車臺架試驗室轉鼓上進行反拖，并同步進行發動機ECU相關數據的采集，整車轉鼓上可以測量得出車速、驅動力，ECU上可以采集到車速、發動機轉速、檔位、預估扭矩、節氣門開度，油門踏板開度，油耗儀采集整車等速油耗等信息。

表1 發動機不同轉速不同負荷下的燃油消耗率

一般以直接檔或者Ⅲ檔進行采集，因整車轉鼓反拖工況驅動力較大，在高轉速高負荷下愈加增高，為確保安全一般在整車上進行發動機常用工作區域燃油消耗的采集，運用汽車理論經典公式計算發動機燃油消耗率[1]，經處理結果如下表所示。

圖1 發動機萬有特性

2 升檔曲線制定

動力性換擋規律的設計原則是要求車輛按照某一油門開度從某一車速加速到另一車速所用時間最短，這就要求車輛在換擋過程中始終按照最大加速度行駛。經濟性換擋規律的設計原則是要求車輛盡量行駛在發動機燃油消耗率較低的區域，即單位時間內的燃油消耗量最小[2]。

換擋優化服務與換擋指示，需配合儀表進行操作，這一項功能作為選擇項，可在行駛中選擇或者關閉該功能，因此不影響車輛的正常行駛，在選擇該項功能后，換擋規律趨于經濟性，因此在中低負荷下可按照經濟性行駛為主，高負荷下不需要完全按照動力性換擋規律設定。

低油門踏板開度下，主要考慮升擋后的最低穩定車速特性，防止升擋后由于轉速過低而產生發動機抖動的問題；

以某款車型為例，通過實車測試最低穩定車速后分析轉速，依據以上各擋最低穩定轉速，設定升擋后發動機轉速不得低于最低穩定轉速+200rpm并進行圓整，以保證一定的駕駛性，依據轉速與車速的換算關系，可以得到各擋初始油門開度下的升擋車速：

表2 升檔后最低穩定車速制定

中高負荷區域，依據圖1測試的發動機不同轉速不同負荷下的油耗率曲線，將橫坐標轉速轉換成對應的檔位車速，如圖2所示。

設定原則，在升擋前盡可能多走過較長的經濟性區域，同時升擋后仍有很長的經濟區域可走；對于升擋前和升擋后均有很長經濟區域的，優先考慮升擋后的，即盡量提前升擋，保證動力性的同時盡可能多的考慮燃油經濟性。

圖2 不同檔位下車速對應的萬有特性曲線

以1檔升2檔為例，25%負荷下，1檔在車速為16km/h下經濟性最優，則選擇16km/h進行升檔，升檔后，可以用2檔在較低的經濟性區域進行16～26km/h的行駛。依據圖2，依次確定各個檔位下25%、45%和60%負荷下的換擋點。一般情況下，在超過50%的油門開度下，負荷即達到100%，高轉速高負荷下發動機負荷并不隨著油門踏板開度的變化而變化。依據此，設定升檔點車速如下圖所示。

圖3 升檔曲線

3 降檔曲線制定

為了避免頻繁提示升擋和降擋，低踏板開度區域，降擋車速應該比對應的升擋車速低3～10km/h，一般的，隨檔位增加，車速差增加；為了避免發動機熄火，n擋的降擋車速必須大于如表2所示的各檔最低穩定車速；高區降擋后轉速不得超過發動機額定功率轉速，如超過，則以額定功率轉速對應車速為降擋車速；

圖4 降檔曲線

4 換擋優化節油分析

利用上述換擋策略進行NEDC工況油耗計算，得到車速、負荷與換擋特性圖如圖5所示。

圖5 NEDC工況下檔位負荷曲線

圖6 局部放大圖

從圖6中可知，在等速35km/h，負荷為17%時，檔位升至4檔，后出現動力性不足降到3檔；等速50km/h，負荷為27%時，檔位升至5檔，后動力性不足降到4檔等狀況；以上出現的過早升檔后由于動力性不足降檔情況應在分析階段避免，根據需求設定35km/h行駛在3檔，50km/h行駛在4檔，重新調整升檔和降檔曲線后如圖7所示，新狀態下車速檔位負荷曲線如圖8所示。

圖7 最終版換擋優化曲線

圖8 優化后NEDC工況下檔位負荷曲線

經Cruise分析計算，依據換擋提示進行NEDC工況油耗試驗，可實現綜合油耗節油3.4%。

表3 換擋優化節油效果

需要說明的是，以上均基于理論分析，實際換擋曲線需要經整車標定實際駕駛特性進行優化，最終節油效果需在完成整車標定后經實車驗證。

5 小結

本文僅針對NEDC工況進行了研究，其它工況下結論可能會發生變化，因為工況不同，車輛需求驅動功率不同，其換擋控制策略根據動力性與經濟性的平衡點考慮也不同。本文通過在實車上測試發動機油耗，相比純理論分析可獲得一種接近實際效果的換擋優化分析方法，經CRUISE仿真分析，可對換擋策略進行更加細致的優化，從而為整車標定提供參考，能夠有效縮短產品研發周期，提高工作效率。

[1] 余志生.汽車理論.[M]機械工業出版社,2006.

[2] 解國強,張毅.基于CRUISE的自動檔車輛換擋規律制定與仿真分析[J].2010 .

Gear Shifting Simulation Based on Cruise Analysis

Sun Bangjiang, Ye Deming
(AnHui JiangHuai Automobile Co., LTD., Anhui Hefei 230601)

This article make a analysis about the economical shift tip algorithm based on the data base of the vehicle fuel consumption test with the matching analysis method. Design a optimal shift strategy that can provide support for the vehicle calibration and estimate analyze the fuel efficiency by CRUISE software.

economical; shift Optimization; cruise

U462.1

A

1671-7988 (2017)15-150-03

孫邦江，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.055