基于專利申請的車輛換擋策略技術研究

劉騰達 薛明軍

摘 要：文章介紹了當前車輛換擋策略技術分類，分析了當前專利申請中車輛換擋策略的研究熱點，從專利申請角度了解換擋策略技術問題的解決辦法。

關鍵詞：換擋策略;車輛;專利

中圖分類號：U462.1? 文獻標識碼：B? 文章編號：1671-7988（2020）13-269-02

The Research of Vehicle Shifting Technology Based On Patent Application

Liu Tengda， Xue Mingjun*

（Tianjin Center for patent examination and cooperation of Patent Office of State

Intellectual Property Office， Tianjin 300000）

Abstract： Introduced the classification of current vehicle shifting technology. Analyzed the research hotspots of shifting technology on patent application. From the view of patent application to know the ways to solve the problem of shifting strategy.

Keywords： Shifting; Vehicle; Patent Application

CLC NO.： U462.1? Document Code： B? Article ID： 1671-7988（2020）13-269-02

1 引言

汽車換擋策略就是車輛根據運行情況、行駛道路情況和駕駛員的駕駛意圖，按照不同的目標如經濟性、動力性的最佳原則，確定當前車輛的最佳擋位，并通過換擋執行機構按照設定擋位變換策略進行換擋操作。換擋策略實質屬于車輛的動態規劃問題，需要同時兼顧動力性、燃油經濟性以及檔位切換過程中的平順性。

2 換擋策略類型

換擋策略是換擋技術的核心，其直接影響車輛駕駛的平順性以及乘坐的舒適性。換擋策略發展經歷了一個簡單到復雜的過程，目前車輛常見的換擋策略主要有：單參數換擋策略、兩參數換擋策略、三參數換擋策略以及智能換擋策略。

單參數換擋策略一般選擇車速作為控制參數，其特點是不論油門踏板開度如何變化，換擋點和換擋延遲都不變。現今單參數換擋策略只在少數軍用越野車上運用。

兩參數換擋策略廣泛采用的參數是油門開度和車速。檔位切換只發生在油門開度和車速同時到達預設的值時，否則保持當前擋位，但是兩參數換擋策略通常具有換擋延遲的缺點。

三參數換擋策略是將車輛加速度加入到兩參數換擋策略中得到的一種換擋方式，但是三參數換策略需要大量的發動機動態工況數據，其過程十分復雜。同時在實際運用時需要對實際的車輛進行標定，發動機動態工況使標定工作變得有難度，因此目前理論研究較多，實際應用較少。

智能換擋策略將道路信息考慮到換擋策略中，結合計算機控制和算法模型實現車輛的智能換擋。綜合考慮駕駛員駕駛特性例如駕駛年齡、開車風格、違章概率，以及路面特性例如長距離的上下坡道、車輛彎道轉向等，以及負載、周邊駕駛環境等多種因素，選擇控制檔位變換時機，充分發揮車輛操控性、降低油耗、確保行車安全。

3 專利申請中換擋策略的研究熱點

車輛換擋是一個復雜的過程，在目前專利申請中車企除了對換擋結構進行部分改進外，大部分專利集中在換擋策略的研究，其中一個重要原因是變速器與換擋關系緊密。當前變速器的物理結構基本處于一種穩定狀態，對變速器的改進更集中在方法，這就導致換擋技術需要緊密配合變速器的發展方向來改進。目前車輛換擋策略主要集中在對不同道路的判定對檔位點變換的影響，以及車輛參數變換和駕駛員意圖對檔位點變換時機的影響。

車輛道路判定是目前自動變速器車輛中影響換擋時機的重要參數之一，在不同的駕駛路面上路面的具體情況例如附著力大小、上下坡、平路、擁堵、暢通、顛簸等路段，需要不同的檔位來行駛。道路判定就是能對當前行駛的路面狀態進行反饋，準確地判定出當前的路況。隨著無人駕駛技術以及物聯網技術的發展，路面中車輛密集度、人流情況以及紅綠燈等因素也屬于道路判定參數。車輛道路判定多通過傳感器的檢測并結合已知車輛參數來獲取道路的具體情況。

重慶長安汽車CN102654194A專利采用彎道檢測換擋控制方法對換擋規律控制，其考慮的是在通過彎道時油門的變化會導致車輛根據換擋map自動換擋，從而導致整車動力不足，出現溜車的情況。通過輪速即轉彎時車輛左右兩側車速不一致的情況判斷出車輛處于轉彎路徑，并結合換擋桿位置延長TCU進入彎道換擋控制以避免誤判或頻繁進入彎道檢測換擋控制。

合肥工業大學專利CN107100993A根據車輛在平順路面的已知校準的車輛質量、滾動阻力以及空氣阻力系數為標準，對行駛道路的坡度進行識別，判斷出是上坡還是下坡，從而修正換擋點。同時由于道路地圖的廣泛普及，越來越多的車輛將道路信息提前輸入到車輛系統中，或通過云端系統，結合車輛定位系統，判定車輛當前行駛路段的道路情況，降低了車輛自身程序控制的復雜性。如通用汽車專利CN103129 -466A中利用傳感器檢測車輛運行和道路信息，結合GPS和3D地圖信息將當前駕駛路況投影到駕駛員屏幕中，并結合車輛數據來改變換擋點。

車輛參數是對換擋策略有直接影響的參數之一。發動機和變速器是車輛的兩大主要部件，在換擋策略研究中不可避免地涉及兩部件的工作參數。在國外的專利申請中，特別是豐田汽車大量的專利集中在車輛運行參數對換擋點變換的研究中。其研究較多集中在變速器內部液壓油路以及離合器壓力變化對換擋點變化的影響，在自動變速器中換擋的實質是傳動比的改變，傳動比的改變是通過離合器以及致動器摩擦元件傳遞動力，但摩擦元件的結合和分離過程是一個動態的過程，這就需要對壓力的動態監測和控制。發動機作為動力輸出部件，其轉速以及轉速變速率在換擋策略的研究中始終不可缺少。盡管上述參數對換擋策略的影響已經很明確，但是當前車輛在實際運行中依然存在頓挫、延遲、噪音等問題。在專利申請中依然需要集中解決上述問題，通過對零部件的工作參數的檢測來對執行部件進行邏輯操控。

駕駛員是獨立于車輛之外的因素，具有主觀性。盡管車輛本身已經設置了相應的智能程序來完成換擋，但是在實際操作中預先設置的換擋策略并不足以涵蓋駕駛員對車輛操控的所有情況。駕駛員對車輛自動變速器換擋變換的影響主要集中體現在換擋桿位置、油門踏板位置以及剎車踏板位置。換擋桿位置體現的是駕駛員對操控中對檔位的需求，油門位置體現的是對動力性的需求，而剎車則體現駕駛員對速度的控制。上述三者的操控會反饋到發動機以及變速器對應的參數中，因此，也可將其考慮到車輛參數中。

除以上三操控因素，目前專利申請還集中在對駕駛員本身的研究中。駕駛員本身也具有一定的多樣性，包括性別、年齡、駕齡、違章情況等。大部分專利申請會根據駕駛員的綜合因素構件數學計算模型，通過對駕駛員的駕駛特性進行樣本輸入并訓練，從而得出駕駛員的特性模型，并將其融入換擋策略中，實現換擋點的修正。這也是智能換擋策略研究的方向之一。

4 總結

換擋策略是車輛自動變速器的關鍵技術之一，通過專利申請內容可以發現換車輛換擋策略是一個最優化多個方面的技術問題，不僅考慮車輛本身的參數，還需結合路況以及駕駛員等多種因素。憑借人工智能與智能控制技術的發展，融入道路信息、駕駛員因素以及車輛參數的綜合換擋策略是解決當前車輛換擋問題的發展方向。但是由此而來的是復雜的邏輯程序控制以及可靠性的問題。

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