基于Cruise的AMT換擋規律仿真研究

李曉亮，李嘉星

陜西法士特齒輪有限責任公司 陜西西安 710119

目前在歐美，已有超過9 0%的重型貨車配備AMT，而國內AMT市場仍處于起步階段。隨著汽車新“四化”的發展以及重型貨車AMT產品的日趨成熟，憑借繼承性好、成本低及經濟性好等特點，AMT必將成為未來的發展趨勢[1]。

重型商用車AMT控制中最重要的環節是換擋規律的制定。換擋規律主要指的是排擋間自動換擋時刻隨控制參數（車速、節氣門開度、加速度等）變化的規律，它的好壞將直接影響車輛的動力性、燃油經濟性、排放性等性能的優劣[2]。

AMT的換擋規律可以根據控制參數分為單參數、雙參數和多參數。單參數的換擋規律僅以車速為控制參數，駕駛人無法實時控制換擋操作，車輛性能較差。雙參數的換擋規律應用最為廣泛，以節氣門開度和車速為控制參數，駕駛人可實時干預控制。通常多參數的換擋規律是在雙參數的基礎上引入車輛加速度，進一步反映了車輛的實際操縱規律，但真實的動態三參數控制規律非常復雜。因此，本文借助Cruise及其GSP（Gear Shift Progrsm）功能實現雙參數換擋規律的制定，并以某款12擋AMT變速器為例，進行車輛的性能分析。

整車模型搭建

以某款配置12擋AMT變速器的車型為例，搭建車輛模型，如圖1所示。其中，GB Control（單參數換擋控制）和GB Program（雙參數換擋策略）用于實現換擋規律對車輛的控制，AMT Control用于換擋時驅動離合器。

圖1 車輛模型

基于GSP Wizard的換擋規律求解

1.雙參數換擋規律

雙參數換擋規律按照換擋延遲隨節氣門開度的變化可分為等延遲型、收斂型、發散型（包括帶強制低擋的發散型）和組合型，如圖2所示[3]。

2.換擋規律求取原理

Cruise內置換擋規律生成工具——GSP Wizard，可基于車輛動力性能和燃油消耗，快速生成換擋規律。Wizard設置包括的內容有從BSFC曲線獲得的參數、換擋延遲、NVH限制轉速和Upper區域駕駛性能設置四部分。

從BSFC（比燃油消耗圖）獲得最佳燃油消耗率區域對應的參數，包括負荷、發動機轉速和轉矩，Hysteresis Minimum指的是升擋線和降擋線的最小速度間隔（即最小換擋延遲），并設置Wizard[4]如圖3所示。

按節氣門開度的大小，雙參數換擋規律區域劃分為上、中、下三段，如圖4所示。

圖4 換擋區域劃分

各區域升降擋設置原理：最佳BSFC負荷對應的換擋點（低負荷區域和高負荷區域的分界點）的縱坐標為設置的最佳BSFC對應的負荷，橫坐標為最佳BSFC對應的發動機轉速和各擋速比按式（1）計算得到的轉速。

節氣門開度為0%時對應的換擋點為設置的最小發動機轉速；其他換擋點由以上兩個點連成的直線上獲取。

在低負荷區域考慮了各擋速比和給定的發動機轉速用于計算兩個換擋點，進而獲得低負荷區域的升擋線。

換擋點1和換擋點2連一條直線用于獲取其他低負荷區域的GSP升擋點。

高負荷區域的換擋點由i擋高負荷區域的變速器輸出轉矩曲線與i+1擋100%負荷變速器輸出轉矩曲線的交點獲得。

Overlap指的是相鄰擋位升擋點的縮減量。在設置Overlap參數時，為了避免換擋時出現振蕩，Overlap需設置為正值（即升擋線要低于下一擋位全負荷輸出曲線）；Overlap<3%為經濟性駕駛，Overlap >5%為動力性駕駛或者坡道上駕駛。

Downshift 2→：Kickdown/Full Load指的是2→1的Kickdown點對應的降擋車速與2→1的Full Load對應的降擋車速之比。

Offset Time [Upshifting（i→i+1）-Kickdown（i+1→i）]指的是i→i+1的Full Load升擋點與i+1→i的Kick降擋點的時間差。

Offset Velocity [Downshifting（i+1→i）-Kickdown（i→i-1）]指的是i+1→i的Full Load降擋點與（i→i-1）的Kick降擋點的速度差。

通過設置Downshift 2→1：Kickdown/Full Load、時間間隔[Upshifting（i→i+1）-Kickdown（i+1-）]、速度間隔[Downshifting（i+1→i）-Kickdown（i→i+1）]來確定高負荷區域的升降擋。

3.GSP Wizard關鍵參數設置

根據換擋規律的求解原理，參照標定經驗并結合實際任務，在GSP-Wizard中設置關鍵參數，如圖5所示。

圖5 GSP Wizard關鍵參數設置

4.換擋規律結果

按照上述設置，獲得如圖6所示的換擋規律。

仿真結果分析

搭建好車輛模型，并對每個計算任務進行設置，根據所獲得的換擋規律，對所搭建的車輛進行動力性和經濟性的計算，并對結果進行分析。

1.整車及傳動系相關參數

整車參數見表1，AMT變速器速比見表2。

表2 變速器速比

4.2 仿真結果與分析

（1）循環油耗計算 國家標準GB/T27840-2011中使用的是C-WTVC循環，該循環是以世界重型商用車輛瞬態循環（World Transient Vehicle Cycle，WTVC）為基礎，調整加速度和減速度形成的駕駛循環。C-WTVC循環由市區、公路和高速工況3部分組成，如圖7所示[5]。

圖7 中重型商用車C-WTVC循環曲線

根據C-WTVC循環工況路譜計算得到表3所示的結果，該牽引車循環油耗為39.78L/100km，這段工況運行的發動機工況點的分布情況如圖8所示，發動機工況點分布在1100r/min，800～1200Nm的頻率最高，仿真結果符合實際。

表3 循環工況油耗計算

圖8 發動機工況點分布

結語

本文基于12擋AMT變速器，以某重型牽引車作為研究對象，利用AVL Cruise軟件，建立整車仿真模型，使用Cruise GSP模塊的GSP Wizard生成一種雙參數的換擋規律，并在該換擋規律下，對車輛的動力性和經濟性進行了仿真分析，且結果符合實際。