商用車AMT車重快速自學(xué)習(xí)方法

侯圣棟，王 磊，劉恩良，張思遠(yuǎn)，張帥帥

商用車AMT車重快速自學(xué)習(xí)方法

侯圣棟，王 磊，劉恩良，張思遠(yuǎn)，張帥帥

（陜西重型汽車有限公司 汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

整車載荷是重型商用車換擋規(guī)律非常重要的控制輸入量，可以根據(jù)動(dòng)態(tài)載荷對(duì)擋位進(jìn)行差值修正。文章以一款全自動(dòng)變速器（AMT）車型為研究對(duì)象，通過(guò)起步過(guò)程的動(dòng)力學(xué)分析，提出了一種在起步過(guò)程中進(jìn)行車輛質(zhì)量自學(xué)習(xí)的方法。試驗(yàn)表明，此方法可以快速估算車輛質(zhì)量，精度滿足換擋規(guī)律的要求，解決了車輛空載新的駕駛循環(huán)前幾次換擋駕駛性差的問(wèn)題，滿足駕駛員需求。

商用車；全自動(dòng)變速器；起步過(guò)程；車重自學(xué)習(xí)方法；換擋規(guī)律

整車載荷和坡度阻力是重型商用車換擋規(guī)律的兩個(gè)重要控制輸入量，可以根據(jù)動(dòng)態(tài)載荷和坡度的識(shí)別對(duì)擋位進(jìn)行差值修正[1]。根據(jù)車重及加速度綜合判斷，采取不同的換擋方式和換擋轉(zhuǎn)速，滿載多采用順序換擋、換擋點(diǎn)較高，空載多采用跳擋換擋，換擋點(diǎn)較低。因此，掌握車輛載荷的實(shí)時(shí)變化，對(duì)保證整車平順性、經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力性極為重要。

在車輛質(zhì)量自學(xué)習(xí)方面，國(guó)內(nèi)積累了一定的工程經(jīng)驗(yàn)，主要是在換擋和在擋過(guò)程中基于車輛動(dòng)力學(xué)理論進(jìn)行計(jì)算的，存在的問(wèn)題車輛空載狀態(tài)下駕駛循環(huán)的前幾次換擋默認(rèn)的是滿載工況（車重未算出，默認(rèn)滿載工況，起步擋位低，防止車輛起步失?。?，駕駛感受較差，通過(guò)調(diào)研，駕駛員抱怨較大。本文通過(guò)起步過(guò)程的動(dòng)力學(xué)分析，提出了一種在起步過(guò)程中進(jìn)行車輛質(zhì)量自學(xué)習(xí)的方法，新的駕駛循環(huán)的第一次換擋就已經(jīng)參考了實(shí)際車輛質(zhì)量，對(duì)目標(biāo)擋位進(jìn)行了修正。通過(guò)仿真及實(shí)車驗(yàn)證，車重自學(xué)習(xí)的速度和精度可以滿足換擋策略的需要，駕駛感受明顯提升，此方法是換擋和在擋工況車重估算的有效補(bǔ)充。

1 車輛質(zhì)量自學(xué)習(xí)原理分析

1.1 自學(xué)習(xí)原理分析

車輛在無(wú)制動(dòng)工況行駛過(guò)程中，滿足如下汽車行駛方程式

因?yàn)檐囕v起步過(guò)程速度較低，空氣阻力可以忽略，將式（1）進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到式（2）：

式中，為汽車驅(qū)動(dòng)力；為整車質(zhì)量；為車輛加速度；為阻力系數(shù)，為道路坡度。

1.2 起步過(guò)程分析

起步過(guò)程比較復(fù)雜，為了更好地進(jìn)行分析，建立了離合器傳動(dòng)系統(tǒng)模型，如圖1所示。起步分為兩種類型[2]：

圖1 離合器傳動(dòng)系統(tǒng)模型

（1）自動(dòng)起步：手柄在D/R擋，松開剎車，不踩油門，車輛蠕行。

（2）踩油門起步：手柄在D/R擋，松開剎車，踩下油門。這兩種起步工況離合器傳遞扭矩都可以用式（3）表示：

式中，為角加速度；為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

起步過(guò)程主要包含三個(gè)階段[3]。

第一階段：離合器沒(méi)有結(jié)合，其傳遞扭矩為零；

第二階段：離合器滑磨階段，車輛開始起步；

第三階段：離合器完全結(jié)合，主動(dòng)盤同步。

式中，e為發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩；Tφ為行駛阻力矩；c為離合器扭矩；e為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；υ為離合器從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；e、c為離合器主、從動(dòng)盤角速度。

結(jié)合式（4）、式（5）及式（6）可知，在離合器滑磨階段，可以計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的角加速度，若發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，則離合器所傳遞的扭矩等于發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩；在離合器完全同步后，離合器傳遞扭矩等于發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。

1.3 自適應(yīng)條件及方法確定

通過(guò)1.2節(jié)可知，在離合器滑磨階段，只有發(fā)動(dòng)機(jī)角加速度為零時(shí)，傳遞到輪端的扭矩才等于發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，為了提高車輛質(zhì)量自學(xué)習(xí)的精度，此控制策略觸發(fā)條件要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化率、油門踏板變化率；車輛加速度大于零。

圖2 自適應(yīng)流程圖

1.3.1自適應(yīng)方法

自適應(yīng)計(jì)算流程如圖2所示。

1.發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩計(jì)算

基于SAEJ1939協(xié)議，可以通過(guò)控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network, CAN）讀取相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩，如表1所示。

表1 信號(hào)列表

發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩用式（7）計(jì)算：

2.驅(qū)動(dòng)力計(jì)算

輪端驅(qū)動(dòng)力用式（8）表示：

式中，為驅(qū)動(dòng)力；為發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩；g為變速器速比；0為主減速比；為傳動(dòng)效率；為輪胎半徑。

3.加速度計(jì)算

由于自適應(yīng)過(guò)程要求油門踏板穩(wěn)定且檢測(cè)時(shí)間較短，可以認(rèn)為加速過(guò)程是勻加速過(guò)程，加速度用式（8）表示：

4.滾動(dòng)阻力系數(shù)計(jì)算

利用經(jīng)驗(yàn)公式估算輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)如下[4]：

=0.007 6+0.000 056.a（10）

5.坡度計(jì)算

根據(jù)SSI報(bào)文讀取坡度值（Pitch Angle）。

根據(jù)式（7）—式（10）計(jì)算結(jié)果，代入式（2）計(jì)算車輛重量。

1.3.2換擋規(guī)律修正

任意載荷下的換擋線通過(guò)插值得到，表達(dá)式如式（11）和式（12）所示：

m=m(-e)+e（11）

m=(f-e)/(f-e) （12）

式中，為整車實(shí)際質(zhì)量；e為空載整車載荷；f為滿載整車載荷；e為空載換擋點(diǎn)車速；f為滿載換擋點(diǎn)車速。

2 仿真試驗(yàn)

2.1 仿真模型搭建

為驗(yàn)證起步過(guò)程車重自學(xué)習(xí)算法，以某款X5000試驗(yàn)車為例采集國(guó)道和高速的行駛數(shù)據(jù)。車輛配置如表2所示。

表2 車輛配置

通過(guò)Matlab/Simulink搭建仿真平臺(tái)，包括三個(gè)狀態(tài)，即Init、Collect和Update三個(gè)狀態(tài)，如圖3、圖4所示。

圖3 車重自適應(yīng)算法狀態(tài)機(jī)

圖4 車輛加速度計(jì)算

發(fā)動(dòng)機(jī)平均扭矩仿真如圖5所示。

平均質(zhì)量仿真模型如圖6所示。

圖5 發(fā)動(dòng)機(jī)平均扭矩計(jì)算

圖6 平均質(zhì)量計(jì)算

按照上述算法車重計(jì)算結(jié)果如圖7所示。

圖7 車重計(jì)算結(jié)果

通過(guò)計(jì)算結(jié)果可以看出，車重默認(rèn)滿載，即49 t，在達(dá)到穩(wěn)定后，平均質(zhì)量8.9 t，能夠在實(shí)際車重附近（空載質(zhì)量9 t，如表2所示），滿足車輛估計(jì)的需求。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

本文所述的車重自學(xué)習(xí)算法應(yīng)用于AMT重型商用車上，整車空載質(zhì)量9 t，自學(xué)習(xí)平均質(zhì)量8.42 t，誤差滿足AMT換擋規(guī)律車重補(bǔ)償算法的要求，計(jì)算速度較快，起步過(guò)程即可完成車重計(jì)算，起步完成后第一次換擋平順性明顯提高。結(jié)果如圖8所示。

圖8 實(shí)車測(cè)試車重計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)論

本文通過(guò)分析商用車離合器扭矩特性及起步控制過(guò)程，提出了一種在起步過(guò)程中車輛質(zhì)量自學(xué)習(xí)的方法，通過(guò)質(zhì)量補(bǔ)償對(duì)換擋策略準(zhǔn)確修正，計(jì)算合適的換擋點(diǎn)，通過(guò)Matlab/Simulink搭建控制模型及進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證，試驗(yàn)表明，本文提出的質(zhì)量自學(xué)習(xí)方法滿足AMT換擋策略的應(yīng)用，空載駕駛性明顯提升。解決了空載車輛默認(rèn)重載駕駛性能差的問(wèn)題，由于車輛車速傳感器精度的限制，車輛空載起步時(shí)較易觸發(fā)此策略，滿載時(shí)觸發(fā)次數(shù)相對(duì)較少，但策略默認(rèn)為重載，不影響重載駕駛性能。

[1] 師帥,劉四海,呂二華,等.基于載荷和坡度的商用車AMT換擋規(guī)律修正方法[J].傳動(dòng)技術(shù),2018,32(2): 18-20.

[2] 俞曉璇,王海峰,夏俊超,等.AMT離合器起步控制分析[J].內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置,2016,33(3):14-17.

[3] 王建忠.商用機(jī)械式自動(dòng)變速器控制策略關(guān)鍵技術(shù)研究[D].長(zhǎng)春:吉林大學(xué),2014.

[4] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

Fast Self-learning Method of Commercial VehicleAMT Vehicle Weight

HOU Shengdong, WANG Lei, LIU Enliang, ZHANG Siyuan, ZHANG Shuaishuai

( Institute of Automotive Engineering R & D, Shaanxi Heavy Duty Automobile Company Limited,Xi’an 710200, China )

The load of the vehicle is a very important control input for the shifting rule of heavy commercial vehicles.According to the dynamic load,the gear difference is corrected. This paper takes an automatic transmission(AMT) model as the research object,through the dynamic analysis of the launch process,a self learning method of vehicle mass in the starting process is proposed.The experimental results show that this method can quickly estimate the vehicle weight,and the accuracy meets the requirements of shifting.It solves the problem of poor driving performance in the first few shifts of the new driving cycle without load,and meets the driver’s needs.

Commercial vehicle; Automatic transmission(AMT); Launch process; Self-learning method of vehicle weight;Shifting rule

U463.212

A

1671-7988(2022)23-93-05

U463.212

A

1671-7988(2022)23-93-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.023.017

侯圣棟（1986—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)锳MT自動(dòng)變速器控制理論及應(yīng)用，E-mail:hsd7531346 @126.com。