換擋指示器功能的控制策略及匹配原則

摘要：本文簡要分析了EMS系統關于換擋指示器功能的控制策略及匹配原則。

關鍵詞：換擋指示器；匹配原則

1前言

歐洲議會于2009年3月10日立法決議，在有關汽車安全性的型式認證中規定：2012年11月1日以后M1類車基準質量不超過2610kg并匹配手動變速器的，必須裝配換擋指示器（GSI）；要求2014年11月1日所有在產車輛進行裝配。

因此，推進換擋指示器功能（GSI）的普及，對我國汽車節能減排具有重要意義。

2換擋指示器簡介

研究表明在正確的時間換擋可帶來燃油經濟性的顯著提高。換擋指示器功能（GSI）是從EMS的角度推薦最佳燃油經濟性擋位，通過在儀表上顯示升降擋提示或目標擋位等方式提示駕駛員進行經濟性換擋操作，以實現車輛的最佳的節油、環保狀態。

換擋指示器功能是由ECU接收車速信號、加速踏板位置信號等并確定出最佳的擋位、最佳的換擋時機，最后通過CAN信號給儀表進行顯示，如圖1所示。

3換擋指示器控制策略

換擋指示器控制策略包括加速踏板位置信號計算、實際擋位、目標擋位、擋位狀態和安全校正。如圖2所示：

3.1加速踏板位置信號

原始加速踏板位置信號通過低通濾波后輸出信號。以濾波后的加速踏板位置信號作為目標換擋曲線的輸入信號，減少干擾。

加速踏板位置信號作為駕駛員操作的動態信號，當加速踏板位置信號超過閥值時表示駕駛員操作踏板，其標志位信號的上升沿觸發時為踩下加速踏板，信號的下降沿觸發時為釋放加速踏板。

3.2車速信號

ECU可以選擇ESP發出的車速信號輸入值作為目標換擋曲線的輸入信號。

3.3實際擋位計算

ECU根據發動機轉速和車速的比值來判斷當前擋位。當離合器為釋放狀態，當前嚙合擋位不等于上一擋位，換擋計數加1。當換擋計數大于閥值時認為行車擋位無效檢測。

3.4目標擋位計算

目標擋位的計算基于補償及修正后的換擋曲線。

3.4.1目標擋住計算條件

（1）GSI禁用后解除；（2）GSI未禁用并且基于離合和加速踏板狀態更新目標擋位條件。

3.4.2升擋線計算

當車速大于各擋升擋限值且不在倒擋時，輸出基本目標擋位信號。當車速小于各擋升擋限值但大于下限閥值時，保持目標擋位。當車速小于下限閥值時不再將目標擋輸入目標擋位信號。

3.4.3降擋線計算

當車速小于各擋降擋限值時，輸出基本目標擋位信號。當車速大于各擋降擋限值但小于上限閥值時，保持目標擋位。當車速大于上限閥值時不再將目標擋輸入目標擋位信號。某車型基本升擋曲線如圖3所示：

3.5升降擋提示狀態計算

升降擋提示狀態計算基本邏輯為目標擋位大于當前擋位則提示升擋，目標擋位小于當前擋位則提示降擋。某車型基本降擋曲線如圖4所示：

3.5.1升擋提示狀態置位

升擋提示狀態置位需同時滿足以下條件：

（1）車輛加速度大于閥值超過設置時間；（2）當前擋位不為空擋；（3）當前擋位不為倒擋超過設置時間；（4）踩下加速踏板或加速踏板踩下后釋放，離合器踏板為自由狀態，目標擋位信號大于當前擋位信號超過一定時間。

3.5.2升擋提示狀態復位

升擋提示狀態復位只需滿足以下任一條件：

（1）達到目標擋位大于實際擋位條件，且離合踏板信號釋放時間超過閥值；（2）加速踏板釋放時間超過閥值；（3）達到目標擋位大于實際擋位條件，但踩下離合踏板時間超過閥值；（4）踩下剎車并延時一定時間后復位；（5）達到目標擋位小于實際擋位條件并延時一定時間后，即降擋提示時復位升擋信號；（6）未踩下離合踏板，目標擋位大于實際擋位條件延時一定時間后復位。

3.5.3降擋提示狀態置位

降擋提示狀態置位需同時滿足以下條件：

（1）車輛加速度低于閥值超過設置時間；（2）當前擋位不為空擋；（3）當前擋位不為倒擋并超過設置時間；（4）踩下加速踏板，離合器踏板為自由狀態，目標擋位信號小于當前擋位信號超過設置時間，基于離合和加速踏板狀態更新目標擋位條件。

3.5.3降擋提示狀態復位

降擋提示狀態復位只需滿足以下任一條件：

（1）達到目標擋位小于實際擋位條件，且離合踏板信號釋放時間超過設置時間；（2）達到目標擋位小于實際擋位條件，且踩下離合踏板時間超過設置時間；（3）踩下剎車并延時設置時間后復位；（4）達到目標擋位大于實際擋位并延時一定時間，即升擋提示時復位降擋信號；（5）未踩下離合踏板或降擋狀態滿足，且目標擋位小于實際擋位條件延時一定時間后并復位。

3.6安全校驗

GSI禁用時，目標擋位信號直接取當前擋位信號，升降擋狀態不提示。安全校驗滿足后，升降擋狀態可正常運行。滿足以下任一條件GSI禁用：

（1）通過軟件可打開或關閉GSI功能；（2）檢測到影響GSI功能的故障（如車速、轉速、離合頂開關、剎車開關、CAN總線、節氣門等）；（3）跛行回家模式激活或安全斷油；（4）ABS/ESP扭矩干預激活；（5）巡航工作；（6）車速超限（過低或過高）；（7）空擋車輛運行；（8）關閉鑰匙。

3.7CAN信號發送

當達到目標擋位大于實際擋位條件和升擋狀態激活，或者達到目標擋位小于實際擋位條件和降擋狀態激活時將目標擋位信號輸入并發送到總線。

3.8禁用換擋指示器的故障

當系統存在以下任一故障，GSI功能關閉：

（1）車速故障；（2）轉速故障；（3）離合頂開關故障；（4）剎車開關故障；（5）節氣門故障；（6）加速踏板故障；（7）加速踏板傳感器1故障；（8）加速踏板傳感器2故障；（9）總線故障。

4換擋指示器的應用

在采用換擋指示器換擋策略后，排放需在法規限值之內，因此在NEDC循環中的標定注意事項如圖5所示，其中基礎換擋曲線的標定應遵循以下原則：

（1）由于1擋升2擋會使得轉速下降，因此在標定時需考慮升擋后對排放的影響，建議在NEDC的城市工況第一個小循環不提示升擋，以保證排放性能；（2）在NEDC每一穩態工況，盡可能比標準循環的擋位提升1擋，以達到節油目的；（3）在NEDC城郊工況701an/h的穩態工況，應保證診斷性能，此時不應提示升擋改變負荷轉速，影響診斷性能；（4）車速從70km/h提升到120km/h應考慮速比對加速性能的影響，避免升擋太快導致全油門加速都無法提速，導致全負荷開環反而影響排放和油耗；（5）避免升降擋曲線交叉，導致駕駛員按提示升擋后系統又提示降擋。

5結語

研究數據表明，駕駛習慣對實際油耗有較大影響，換擋指示器功能作為一項在實際使用中節油效果明顯的技術，其實現成本較低，對我國汽車節能減排具有重要意義，應該得到鼓勵。