基于某車型的換擋品質優化方法研究

龔毅，常健，蔡永明

(重慶金康賽力斯新能源汽車設計院有限公司，重慶 401120)

0 引言

隨著行業的穩步增長，汽車市場逐步由增量市場轉換為存量市場，用戶對車輛各方面的品質提出了更高的要求，如何進一步提升車輛品質成為整車研發的新課題。隨著汽車智能化的發展，車載電子元器件逐步增多，各個控制器間的交互也逐漸增加，梳理優化各控制器間的匹配標定工作尤其是發動機控制器(EMS)和自動變速器控制器(TCU)能帶來較好的駕乘體驗[1]，為進一步提升車輛品質提供了突破口。

目前國內外研究人員已就自動變速器換擋品質提升展開了相當多的研究，但主要都是通過優化自身的控制策略，如更精細的油壓控制策略[2]、更細致的扭矩補償策略[3]以及控制參數、控制系統溫度變化的自適應邏輯[4-5]等和提升摩擦副、變速器油等硬件的穩定性來提升換擋品質[6]。關于換擋品質的評價系統也是較為成熟，已發展出主觀評價法、客觀評價法和偽主觀評價法[7]。

在工程開發過程中，往往更多的問題是從發動機和變速器單方面無法解決，需要花費大量的時間來進行聯合調試，過程中甚至會出現相互推諉的情況。因此在項目前期從變速器側對發動機扭矩輸出提出量化需求就變得尤為重要。本文作者依托某搭載液力自動變速器車型的開發過程，結合以往項目經驗，對發動機扭矩提出量化需求，并基于此需求完成整車匹配后對車輛進行主客觀評價，結果表明該車型換擋品質優異。

1 動力升擋過程

液力自動變速器的換擋過程是典型的離合器到離合器換擋，通過兩個離合器的銜接控制傳遞扭矩，整個過程無動力中斷，具有換擋平穩、傳遞功率能力強等特點。換擋過程一般分為原擋位運行階段、扭矩相階段、慣性相階段和目標擋位運行階段，圖1為液力自動變速器動力升擋過程示意圖。

圖1 動力升擋過程

(1)當前擋位運行階段：此階段待分離離合器C處于接合狀態，待接合離合器B處理充油狀態，快速消除摩擦片間空隙。該階段扭矩全部有離合器C傳遞，工況穩定。

To=iCTC=iCTi

(1)

TB=0

(2)

(3)

式中：To為變速器輸出扭矩；Ti為輸入扭矩即發動機扭矩；iC、in分別對應當前擋位和目標擋位速比；TB和TC分別對應為離合器B和C傳遞扭矩；ωi和ωo分別為輸入、輸出軸角速度；ωB和ωC為離合器B和離合器C角速度[7]。

(2)扭矩相階段：在此階段，隨著待分離離合器C壓力的逐步降低，其扭矩容量也隨之降低，扭矩傳遞逐步向待接合離合器B轉移，離合器B處于滑摩狀態，但在該階段發動機扭矩依然低于離合器C扭矩容量，故離合器C未打滑，變速箱速比為當前擋位速比。在此階段，待接合離合器B傳遞扭矩可表示為：

(4)

式中：ΔωB是離合器B主、從動盤相對角速度；μB為離合器B動摩擦因數；FB為作用到離合器B上的正壓力；ZB為離合器B的摩擦面數；rB0和rB1分別對應為離合器B的內、外半徑。

同時離合器C傳遞扭矩為：

(5)

輸出扭矩為：

To=iCTC+iBTB=iCTi+(iB-iC)TB

(6)

(3)慣性相階段：進入慣性相階段后，待分離離合器C壓力為0，所有扭矩均由離合器B傳遞，且隨著離合器B壓力的逐步增大，發動機轉速迅速降低，傳動比切換到目標擋位速比。

TC=0

(7)

(8)

式中：IE為發動機轉動慣量。

(4)目標擋位運行階段：該階段離合器C完全分離，離合器B完成轉速同步并壓緊，車輛處于目標擋位運行狀態。則有：

To=iBTB=iBTi

(9)

2 發動機扭矩量化需求

2.1 降扭請求

為優化動力升擋過程品質，實現快速換擋、平穩調速同時防止離合器銜接過程中出現發動機轉速飛車等問題，在動力升擋過程中往往伴隨降扭請求。發動機快速精準響應降扭需求，則能大大降低變速器油壓控制的難度。根據工程經驗，對發動機降扭響應的速度及精度提出量化需求，如圖2所示，發動機需在30 ms內跟隨變速器降扭請求，且響應扭矩精度控制在±5%以內。

圖2 降扭請求需求

2.2 扭矩響應

為提升滑行動力降擋品質，實現快速降擋并輸出動力，滿足駕駛員急加速需求，對發動機扭矩建立提出需求，具體如圖3所示，發動機扭矩需從踩下油門踏板后400 ms時間內達到50%目標扭矩，此目標扭矩為動力降擋過程中的最大扭矩。

圖3 動力降擋扭矩需求

車輛的動力源由發動機輸出，發動機扭矩建立過程快速且平滑則能帶來較好的換擋感受，扭矩建立緩慢且存在階躍突變，則從變速器側無法解決響應遲滯問題并可能伴隨有換擋沖擊等問題。

3 駕評驗證

3.1 客觀評價

運用行業內主流的客觀評價測試系統AVL Cruise，接入實測加速度傳感器信號并借助整車CAN通信平臺引入其他信號如發動機轉速、扭矩、擋位和油門踏板開度等信息，按標準測試工況對車輛進行測試，然后軟件對采集的信號經過一系列的處理并與其包含的數據庫進行比對，最終對車輛各子項目打出分數，同時也會標注出數據庫中各子項目的分數范圍帶以供參考。

具體評價結果如圖4和圖5所示。

圖4 駕駛性總體評分

圖5 換擋品質評分

由圖可知該車型總體駕駛性評分為7.1，其中換擋品質總體評分為7.0分，換擋品質下又細分為動力升擋7.1分、無動力升擋7.8分、動力降擋6.9分、無動力降擋8.0分、瞬態特性7.7分以及換擋桿操縱換擋(含靜態換擋及手動模式換擋)6.7分。換擋桿操縱評測因與駕駛員操縱時機的選擇相關，隨機性較大故分數最低，動力降擋控制難度較大，故分數也相對其他子項目低，但總體處于較為優異的水平。

3.2 主觀評價

為更精準地評價該車型的駕駛性能情況，在完成客觀評價后又組織了專家駕評，按圖6標準進行了評分[8]。

圖6 主觀評價評分標準

各子項目得分均在7分附近，具體見表1。評價結果與客觀評價基本一致，表明該車型駕駛性能良好，達到開發需求目標。

表1 主觀評價結果

4 結束語

文中以發動機控制器和自動變速器控制器間的匹配交互為突破口，從變速器側對發動機扭矩控制提出量化需求以優化整車換擋品質及駕駛性能。依托某搭載液力自動變速器車型的開發過程，基于該量化需求完成整車調教后對車輛進行主、客觀評價，結果表明該車型換擋品質優異，即表明該套扭矩量化需求滿足工程開發需求。

該套量化需求的提出能在項目初期即明確了發動機的開發目標，避免了后期的反復修改，有效提升了項目開發效率，其他各交互控制器間也可以總結相應的較為合理的接口規范，降低項目開發過程中反復聯調或者相互推諉的概率。