運用CRUISE對換擋提醒的研究

王 帥

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

運用CRUISE對換擋提醒的研究

王 帥

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，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濟的駕駛模式換擋，保證發動機在最佳經濟區工作。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ECU中標定的換擋規律，對車輛行駛在不同工況下儀表顯示器上出現相應的擋位提示數字。通過對某款搭載五擋手動變速器車輛，對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換擋線的優化原則，運用cruise生成初版換擋線，基于升擋線和降擋線設計原則對換擋線進行調整。并利用cruise仿真計算軟件對換擋提示的策略進行計算分析，對結果進行優化處理。分析計算換擋提醒對整車經濟性能的影響，結果表明加裝換擋提醒對整車經濟性能有很大提升。

換擋提醒；節油；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

面對國內日趨嚴格的油耗法規標準，以及用戶在汽車使用過程中，對燃油經濟性的高度關注。降低油耗已經成為各大汽車企業研究的共同課題。換擋提示作為其中的節油方案之一。由于只針對電控標定進行修改，開發成本低，節油效果明顯，深受各大主機廠歡迎。

1.1.1.1 換擋提醒的含義

換擋提示是針對手動擋車型在行駛過程中，依據ECU中標定的換擋規律，對車輛行駛在不同工況下儀表顯示器上出現相應的擋位提示數字顯示的一種配置。換擋提示的核心是換擋規律的設定，目前應用較多的是彼得羅夫[1]提出的兩參數換擋規律，即根據車速及油門開度決定換擋時機及擋位。但由于汽車起步及換擋過程中都是加速或者減速的動態過程，為了更好地反映動態過程中的換擋規律，葛安林[2]等提出了三參數換擋規律，三參數為油門開度、車速、加速度。對于以上提到的兩參數或者三參數換擋規律，都沒有加入燃油經濟性作為約束。因此，在換擋提示中，加入新參數約束換擋策略顯得很有必要。在換擋規律曲線中存在著相鄰兩擋都可能的工作區，這種往返換擋之間的交錯現象，稱之換擋延遲[3]。換擋延遲能有效地減少換擋循環，從而保證了換擋過程的穩定性，提高了乘坐舒適性。

1.1.2 換擋提醒的硬件組成

EMS SHFL 軟件模塊計算何時發出升檔信號、降擋信號，并計算目標檔位，然后將這些信號發送給儀表。需要車輛安裝的傳感器：空檔開關，當檢測到車輛處于空檔狀態時熄滅換檔提示燈；離合器開關，MT車的離合器踩下后，延時可標定時間后熄滅換檔提示燈；倒檔開關,車輛處于倒檔狀態時熄滅換檔提示燈。

2 整車邊界參數整理

2.1 整車基本參數

整車參數如表1所示：

表1 整車參數表

2.2 整車阻力

整車阻力如表2所示：

表2 整車阻力

2.3 發動機參數

發動機外特性和萬有特性分別如圖1和圖2所示：

圖1 發動機外特性

圖2 發動機萬有特性

3 換擋線設計

按照控制參數的多少，換擋規律可分為單參數、兩參數和三參數換擋規律。

單參數換擋規律一般選用車速作為控制參數，其控制系統結構簡單，但是不能實現駕駛員干預換擋。

兩參數換擋規律克服了單參數換擋規律的不足，廣泛采用油門開度、車速二參數聯合控制。

三參數換擋規律，在兩參數換擋規律的基礎上考慮了車輛的加速度，進一步反映了車輛的實際操縱規律，但是其以發動機動態實驗數據為基礎，目前的理論研究較多，實際應用較少。

本文以兩參數換擋規律對某車型匹配 5MT的換擋規律進行設計。

3.1 換擋曲線軟件設計

手動擋換擋提醒曲線根據自動擋D擋經濟性換擋設計。

經濟性換擋曲線設計方法有：軟件法、圖解法和解析法。本文利用軟件法（Cruise）設計經濟換擋線，如圖3所示。

圖3 Cruise計算模型

將整車參數、發動機參數輸入 cruise仿真模型，可得到初步的換擋線（油門開度、車速二參數），如表3所示：

表3 各油門開度各擋升檔降擋點

將以上參數表生成換初步擋線，如圖4所示。

圖4 初步換擋線

以一擋為例，將各油門開度下對應的車速、發動機轉速梳理如表4所示。

表4 一擋各油門開度升、降擋車速

4 換擋線優化

4.1 優化原則

4.1.1 升擋點設定原則分析

（1）讓升擋前盡可能走過更長的經濟區域，升擋后仍有很長的經濟區域可走；

（2）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。

（3）在小油門時（油門開度≤30%），駕駛員加速意圖不明顯，為獲得良好的燃油經濟性，車輛應在較低發動機轉速（即較低的車速）下升檔，保證車輛在中高檔位下行駛，但升擋后發動機轉速不要低于開空調時的發動機怠速。如此發動機的怠速為 750±30rpm，開空調后的怠速為 900±30rpm。各擋開空調最低轉速如表5所示：

表5 發動機最低轉速對應的車速表

該油門段應采用以車速為變量的單參數換擋。

圖5 發散型

（4）在中間油門時，駕駛員有較為明顯的加速意圖，此時要求車輛加速度隨油門開度的增加而增大，這種情況下換擋規律要在保證正常的動力性要求的前提下，最大限度實現經濟性最優，應采用車速、油門開度兩參數換擋，升降檔曲線呈現發散型（如圖5所示）。

（5）在 80%以上的油門開度時，駕駛員有超車或爬坡意圖，所以此區域的換擋點盡可能在最大轉速處。由于大油門狀態低檔位加速性能更好，因此需優先選擇低檔位，升檔點發動機轉速設置可按照略低于發動機額定最大轉速進行設置，如考慮要求 NVH，可適當降低轉速。大油門段升降檔線采用收斂型（如圖6所示），減延遲換擋，升降檔均實現發動機較好的功率利用，動力性好，加油門時降檔響應迅速。

圖6 收斂型

4.1.2 降擋點設定原則分析

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

（2）為了避免發動機熄火，n擋的降擋車速必須大于n擋的最小車速，設定≥n擋最低穩定車速+1km/h；

（3）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；

對表6中各油門開度下的升檔、降擋車速根據以上優化原則進行調整，如表6所示。

表6 一擋各油門開度升、降擋車速優化后

根據1擋的調整原則，將各油門開度下換擋點對應的車速進行梳理，如表7所示。

表7 各擋各油門開度升、降擋車速優化后

將以上參數表生成換擋線，如圖7所示：

圖7 優化后換擋線

5 仿真計算結果及優化分析

5.1 建立仿真計算模型

利用AVL公司的仿真計算軟件Cruise進行仿真計算分析，用來對比依照換擋提示前后油耗情況。先建立仿真車型的計算模型，輸入整車邊界參數，如整備質量、發動機參數、變速箱速比、主減速比、整車滑行阻力等，把各模塊建立機械連接和信號總線連接。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 仿真結果分析

由圖8可看出，NEDC工況中出現兩處動力不足的現象，導致異常降擋，分析原因可知：

①城區工況的43～50km/h加速，升到4擋后動力不足，從而降擋到3擋。

②郊區工況的35～70km/h加速，升到4擋后動力不足，從而降擋到3擋。

為此，針對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、擋位對比圖

4.2.2 采用換擋提示后油耗對比

采用換擋提示后，NEDC工況下車速與擋位特性對比如圖9所示。

圖9 NEDC工況車速、擋位對比圖

由圖9可以看出，采用換擋提示后，在城區與郊區工況，均有較多的擋位提升現象。

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

表8 節油比例及差異

6 結論

本文通過cruise設計換擋線得到二參數（油門開度、車速），通過制定合理的升、降擋時機，綜合考慮二參數在實際應用中的對油耗和駕駛性的影響，設計換擋曲線。

利用仿真計算軟件 Cruise，計算駕駛員按照換擋提示行駛前后的油耗使用情況，對比分析節油效果，說明換擋提示可行性。

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

[2] 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.

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

[4] 余志生.汽車理論( 第4版) .北京： 機械工業出版社,2006.

[5] 余榮輝,孫東野,秦大同.機械自動變速系統動力性換檔控制規律[J].農業機械學報.2006,37（4）.

[6] 劉松靈,顧力強.基于 Cruise 的混合動力汽車傳動系統建模與仿真分析.傳動技術,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 文獻標識碼：A 文章編號：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股份有限公司。