基于Cruise GSP的換擋規(guī)律淺析

姚巍，賀子龍，韓震，劉閃閃

(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥230022)

基于Cruise GSP的換擋規(guī)律淺析

姚巍，賀子龍，韓震，劉閃閃

(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥230022)

自動(dòng)變速箱換擋規(guī)律與車輛性能息息相關(guān)，如何將車輛主要性能體現(xiàn)在換擋規(guī)律中則是開發(fā)的難點(diǎn)之一。以某款配置DCT的車輛為例，簡(jiǎn)單闡述了換擋規(guī)律的生成原理，應(yīng)用Cruise GSP建立模型并生成換擋規(guī)律，同時(shí)分析了整車所獲得的性能收益。

換擋規(guī)律；DCT；燃油經(jīng)濟(jì)性

0 前言

換擋規(guī)律主要是研究選擇什么樣的換擋參數(shù)、在何時(shí)進(jìn)行換擋等問(wèn)題，其好壞直接影響車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放性的優(yōu)劣和乘坐舒適性，故換擋規(guī)律是自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心之一[1-2]。

按照控制參數(shù)的多少，換擋規(guī)律可分為單參數(shù)、雙參數(shù)和三參數(shù)等。單參數(shù)換擋規(guī)律一般選用車速作為控制參數(shù)，其控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但不能實(shí)現(xiàn)駕駛員的干預(yù)，應(yīng)用較少。雙參數(shù)換擋規(guī)律在單參數(shù)換擋規(guī)律的基礎(chǔ)上引入了駕駛員的干預(yù)，主要以節(jié)氣門開度、車速兩參數(shù)實(shí)現(xiàn)控制。三參數(shù)換擋規(guī)律，則是在兩參數(shù)換擋規(guī)律的基礎(chǔ)上引入了車輛的加速度，進(jìn)一步反映

了車輛的實(shí)際操縱規(guī)律，但以發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，目前的理論研究較多，工程應(yīng)用較少[3]。目前使用最廣泛的是雙參數(shù)換擋規(guī)律。文中研究了雙參數(shù)換擋規(guī)律的求取原理，并借助Cruise及其GSP功能實(shí)現(xiàn)換擋規(guī)律的求取和車輛的性能分析。

1 整車模型搭建

Cruise是一款用于分析整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性等的軟件，其模塊化的設(shè)計(jì)理念方便用戶靈活地建立系統(tǒng)模型。Cruise內(nèi)置的換擋規(guī)律的生成功能——GSP Generation，可根據(jù)用戶自定義的邊界約束條件生成并換擋規(guī)律。

以某款配置DCT的車型為例，相比MT車型，只需增加GB Control(單參數(shù)換擋控制)、GB Program(雙參數(shù)換擋策略)和DCT Controller(DCT控制器)3個(gè)部件，即可完成DCT模型的搭建。其中GB Control和GB Program用于實(shí)現(xiàn)換擋規(guī)律對(duì)車輛的控制，DCT Controller用于實(shí)現(xiàn)雙離合器分離/接合的控制。搭建好的DCT的整車模型見圖1。

2 基于GSP Generation的換擋規(guī)律求解

2.1 雙參數(shù)換擋規(guī)律簡(jiǎn)介

根據(jù)換擋延遲，雙參數(shù)換擋規(guī)律可分為等延遲型、發(fā)散型(包括帶強(qiáng)制低擋的發(fā)散型)、收斂型和組合型，見圖2。在實(shí)際車輛中運(yùn)用的全是組合型[1]。

按節(jié)氣門開度，雙參數(shù)換擋規(guī)律區(qū)域劃分為低負(fù)荷區(qū)、中負(fù)荷區(qū)和高負(fù)荷區(qū)，如圖3所示。

低、中區(qū)的界限根據(jù)標(biāo)定工程師的經(jīng)驗(yàn)而定，一般為20%～25%，高區(qū)一般指80%負(fù)荷以上。其中高區(qū)急加速為虛擬的110%負(fù)荷，指加速踏板長(zhǎng)時(shí)間踩到底的狀態(tài)。滿節(jié)氣門為100%負(fù)荷，指加速踏板短時(shí)間處于踩到底狀態(tài)。

2.2 換擋規(guī)律求取原理[5]

為生成換擋規(guī)律，首先需獲得車輛的加速度(功率)需求，即車輪邊的加速度曲線a：

a=dy/dt=(Ft-Ff-Fw-Fi)/δ·m

(1)

式中：δ為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，m為整車質(zhì)量，F(xiàn)t為驅(qū)動(dòng)力，F(xiàn)f為滾動(dòng)阻力，F(xiàn)w為空氣阻力，F(xiàn)i為坡道阻力[4]。

2.2.1 低區(qū)換擋點(diǎn)的求取

低負(fù)荷區(qū)域車輛性能以舒適、穩(wěn)定、少污染為主，對(duì)加速度無(wú)明顯需求，主要考慮NVH轉(zhuǎn)速的限制，在此基礎(chǔ)上盡量降低發(fā)動(dòng)機(jī)降擋轉(zhuǎn)速以提高燃油經(jīng)濟(jì)性，并根據(jù)駕駛性的需求確定升、降擋的延遲，從而獲得升擋車速。低區(qū)因不同負(fù)荷下的加速度變化不大，換擋規(guī)律可采用等延遲形式。

v升擋[i+1]=v降擋[i]+v延遲[i]

(2)

式中：v為車速，i為擋位。

2.2.2 高區(qū)換擋點(diǎn)的求取

高負(fù)荷區(qū)域車輛性能以獲得最佳動(dòng)力性為前提，即換擋過(guò)程中車輛始終保持最大加速?gòu)?qiáng)度。據(jù)有關(guān)資料：在同一負(fù)荷下，如果相鄰兩擋加速度特性曲線相交，若交點(diǎn)不為負(fù)，以各擋交點(diǎn)為換擋點(diǎn)；如果相鄰兩擋加速度特性曲線不相交，以各擋的最高車速為換擋點(diǎn)[1,5]。實(shí)際換擋過(guò)程還應(yīng)考慮響應(yīng)的過(guò)程，即換擋時(shí)間的影響(圖4)。同時(shí)，保證升擋與降擋之間的延遲即轉(zhuǎn)速差在合理范圍內(nèi)。類似于低負(fù)荷區(qū)域，換擋規(guī)律也采用等延遲型。

2.2.3 中區(qū)換擋點(diǎn)的求取

中負(fù)荷區(qū)域車輛根據(jù)控制目標(biāo)的不同，換擋點(diǎn)的求取也不

相同。文中分析最常用的經(jīng)濟(jì)型換擋規(guī)律。根據(jù)車輪邊處的加速度(功率)曲線a，1擋升、降擋點(diǎn)通過(guò)升、降擋點(diǎn)的功率占該擋最大功率的百分比來(lái)確定，除1擋外的升、降擋點(diǎn)則從最大功率點(diǎn)分別右移一定車速、轉(zhuǎn)速來(lái)確定。同時(shí)，基于換擋連續(xù)性和換擋品質(zhì)的考慮，除1擋升擋線外，同一負(fù)荷下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在升擋過(guò)程中應(yīng)盡量保持一致或在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，即有

(3)

2.3 GSP Generation關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置

根據(jù)換擋規(guī)律的求解原理，參照標(biāo)定經(jīng)驗(yàn)，在GSP中設(shè)置關(guān)鍵參數(shù)如下,見表1—3。

表1 低負(fù)荷區(qū)域GSP關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置

表2 中負(fù)荷區(qū)域GSP關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置

表3 高負(fù)荷區(qū)域GSP關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置

2.4 換擋規(guī)律結(jié)果

按上述設(shè)置，計(jì)算求得的換擋規(guī)律尚不能直接使用，須在實(shí)車上進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化。最終獲得的換擋規(guī)律見圖5。

3 仿真結(jié)果分析

從NEDC循環(huán)過(guò)程的時(shí)間-車速-擋位圖(圖6)來(lái)看，不同于MT模式必須按照測(cè)試循環(huán)規(guī)定的擋位工作，DCT模式可根據(jù)設(shè)計(jì)的換擋規(guī)律工作在更高的擋位，從而達(dá)到節(jié)油的效果，見表4。

經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)DCT模式MT模式DCT模式相比MT模式油耗變化/%NEDC綜合油耗/(L·(100km)-1)8.69-4.4

4 結(jié)束語(yǔ)

(1)闡述了雙參數(shù)換擋規(guī)律的求解方法，并以GSP Generation為工具，通過(guò)設(shè)置約束，并結(jié)合實(shí)車調(diào)試和優(yōu)化，可獲得商品化的換擋規(guī)律。

(2)相比MT模式，DCT能帶來(lái)NEDC油耗4.4%的降低。

【1】 葛安林.車輛自動(dòng)變速器理論與設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993.

【2】 周云山,王楠,蔡源春,等.基于Cruise GSP的DCT整車換擋研究[J].科技導(dǎo)報(bào),2011,29(12):42-47.

【3】 劉治國(guó).基于動(dòng)態(tài)修正的自動(dòng)變速箱模糊換擋策略研究[D].上海:上海交通大學(xué),2008.

【4】 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

【5】 Cruise User’s guide.

【6】 趙璐，鄧陽(yáng)慶 ，閆濤.基于CRUISE的DCT整車動(dòng)力傳動(dòng)系匹配仿真研究[J].汽車工程,2011(1):10-14.

ResearchonShiftingSchedulewithDCTbyCruiseGSP

YAO Wei,HE Zilong,HAN Zhen,LIU ShanShan

(Anhui Jianghuai Automobile Company, Hefei Anhui 230022,China)

The automatic transmission shifting schedule affects vehicle performance. How to join the vehicle main performance into the shifting schedule is one of the most important problems. Based on a vehicle’s DCT model, the generation principle of shifting schedule was simply explained, Cruise GSP was used to generate model and shifting schedule, and the vehicle performance benefits were analyzed.

Shifting schedule；DCT；Fuel consumption

2014-05-21

姚巍(1982—)，碩士研究生，助理工程師，研究方向?yàn)槠桶l(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)。E-mail：yaowei1459@126.com。