綜合考慮CVT動力性和經濟性的整車控制策略集成優化

李敏+何艷則+牛大旭

摘要：傳統的無級變速器（Continuously Variable Transmission，CVT）的策略優化集中在CVT換擋策略優化上，因此在提升燃油經濟性的同時往往損害動力性。針對這一問題，在分析換擋策略和踏板扭矩策略對整車動力性和燃油經濟性影響的基礎上，提出集成優化換擋策略和踏板扭矩策略的方法；設計優化流程，得到不同車速、不同加速踏板開度下換擋策略和踏板扭矩策略的優化結果。搭建整車虛擬仿真模型，并進行仿真與試驗對比分析，結果表明：集成優化可在保證動力性不衰減甚至提升的條件下，燃油效率提高約4%。

關鍵詞：CVT；最佳經濟線；集成優化；換擋策略；踏板扭矩策略；動力性；燃油經濟性

中圖分類號：U464.336 文獻標志碼：B

0引言

節能減排是汽車行業面臨的巨大挑戰。無級變速器（Continuously Variable Transmission，CVT）由于可連續變速，所以可實現與發動機工況的最佳匹配，有巨大的節油潛力，從而得到大量使用。

國內外對CVT系統的研究多將最佳經濟性或者動力性各自單獨考慮。文獻通過發動機最佳經濟線控制發動機運行工況點，文獻在此基礎上綜合考慮傳遞系統效率；文獻僅研究最佳動力性，綜合考慮CVT效率對驅動功率的影響，但只有理論分析未進行試驗驗證。少數文獻綜合動力性和經濟性進行CVT速比整體優化，對最佳動力性和最佳經濟性進行折中處理，但無法保證在獲得最佳經濟性的同時動力性有較好的表現，且僅有理論仿真結果而無試驗研究。基于整車層級控制策略，綜合考慮最佳經濟性，兼顧動力性不衰減，且理論與試驗相結合的研究，目前尚未見到文獻。

本文在理論上分析換擋策略和踏板扭矩策略對整車動力性和經濟性的影響，提出控制策略集成優化的方法，并應用于具體車型，然后通過虛擬仿真和試驗進行驗證。

1換擋策略和踏板扭矩策略對動力性和經濟性的影響

車輛行駛過程中，電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU）根據當前駕駛員踩下加速踏板信號和發動機轉速信號，查表輸出駕駛員對發動機的扭矩請求，該扭矩請求與加速踏板、發動機轉速的關系即為踏板扭矩策略。傳輸控制單元（Transmission Control Unit，TCU）通過加速踏板信號和車速信號，通過查表輸出變速器的目標速比，該速比請求與加速踏板、車速的關系即為換擋策略。踏板扭矩策略和換擋策略共同決定某一工況下發動機運行工況點及車輪端的扭矩輸出，即決定整車動力性和經濟性水平。

集成優化對動力性和經濟性的影響示意見圖1。其中，工況點4和B分別為等功率線a和b上運行的工況點，A₀和B₀為最佳經濟線上工況點，曲線c為最佳經濟線，曲線m和n分別為對應加速踏板開度為20%和30%時的踏板扭矩策略曲線。假設某一工況下發動機工作在點A，傳統最佳經濟線控制方法是點4盡量向點A₀移動。由于點A工作轉速高于A₀，若只進行換擋策略調整，A向著降低轉速方向調整變為A₁，A₁功率降低，需加大加速踏板至30%提高轉速發動機才能維持工作在等功率線a上，運行工況點變為A₂，但此時加速踏板對應的動力性變差。若在此基礎上結合踏板扭矩策略增大20%加速踏板的扭矩輸出（20%加速踏板下不同轉速扭矩增大至曲線p），則在4點轉速降低到A₁轉速后，發動機扭矩可到達A₃點對應扭矩。集成優化后工作點A₃仍在等功率線上，可以達到不降低動力性同時向著最佳經濟線靠近的目標。

假設某一工況下發動機工作在點B，在等功率線b和某加速踏板開度時，工作轉速低于理想轉速B₀，通過優化換擋策略提高轉速至B₁，驅動功率增加，需要適度降低加速踏板開度，工況點變為等功率線b上的B₂，此時運行點向最佳經濟線靠近，動力性和經濟性均有所提升，因此可以不調整踏板扭矩策略。

2換擋策略和踏板扭矩策略集成優化結果

以公司搭載CVT變速器的某A級車型為研究對象，整車基本參數見表1。分析換擋MAP和踏板MAP對動力經濟性的影響，建立優化計算模型。endprint