基于BOSCH ME7系統(tǒng)的手動擋車型判檔及防抖動功能的研究

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

判檔及防抖動功能是車輛駕駛性匹配的基礎(chǔ)。駕駛性是指任何天氣、任何駕駛條件下，汽車的發(fā)動機和動力傳動系統(tǒng)按照駕駛者的意志進行平穩(wěn)運轉(zhuǎn)的能力。整車駕駛性能的評價是以主觀感覺作為評價基準的，本文通過Bosch ME7系統(tǒng)，對車輛判檔及防抖動功能的標定策略進行研究，做好判檔及防抖動功能的匹配工作，為后續(xù)進行駕駛性精細調(diào)節(jié)提供必要條件。

1 判檔匹配

1.1 車速信號計算原理

對于Bosch ME7系統(tǒng)，車速信號來源車速傳感器，此信號為一個電信號，經(jīng)過ECU（發(fā)動機控制模塊）系統(tǒng)濾波整形成一個方波信號，該信號表示每秒鐘信號輪轉(zhuǎn)過的齒數(shù)ZF，ECU將該信號除以車速信號輪每米的齒數(shù)AI即可得到車速，車速的計算原理如下：

對于匹配來說只要將匹配值A(chǔ)I標定準確即可得到車速信號。

1.2 檔位信號計算原理

一般情況下，車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速之間有如下關(guān)系[1]：

其中：

VS表示車速，km/h；

N表示發(fā)動機轉(zhuǎn)速，r/min；

U表示輪胎周長，m；

Rw表示輪胎半徑，m；

ig表示變速箱系統(tǒng)的速比。

根據(jù)上述理論公式，檔位信號可以用車速VS和發(fā)動機轉(zhuǎn)速N的比值V/N來表征，該值反映了不同檔位下的車輛變速系統(tǒng)速比、驅(qū)動系統(tǒng)以及輪胎直徑等的關(guān)系。

1.3 判檔匹配基本思路

在負荷變化時，車輛沖擊和扭振等因素都會導致發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動，從而使得V/N發(fā)生波動，因此某一檔位對應(yīng)的V/N應(yīng)為某一特定區(qū)間[2]，在Bosch ME7系統(tǒng)中的判檔模塊，通過標定最大和最小值來進行。

1.4 判檔匹配具體方法

首先關(guān)閉防抖動功能，分別在每一檔位上，以1 500轉(zhuǎn)低負荷勻速行駛，通過急加速和急減速讓發(fā)動機轉(zhuǎn)速在1 000~2 500轉(zhuǎn)區(qū)間變化，測得每一檔V/N的區(qū)間，即V/N變化的最大和最小值填入，表格1是某微型車的判檔匹配標定數(shù)據(jù)。需要注意的是，通常某檔位的最小值與下一檔的最大值有一定的重疊，該重疊區(qū)間不應(yīng)該太大，否則也會引起檔位的亂跳。如果確實存在較大重疊區(qū)間，說明變速箱某幾檔之間差別相對較小。重疊區(qū)間需要確保在換檔后檔位能被及時正確識別。在該值標定結(jié)束后，可以將駕駛性功能打開，自由駕駛檢查檔位輸出的正確性。

表1某微車型檔位匹配標定值

需要注意的是表格1的V/N的數(shù)值具有單調(diào)性，即從小變大或從大變小，標定的數(shù)值不允許破壞單調(diào)性。這也是系統(tǒng)判檔后輸出正確檔位識別的功能要求

另外，需注意的是對于沒有離合器開關(guān)的系統(tǒng)，ECU無法知道換檔過程，當離合器踩下時，此時車速和轉(zhuǎn)速的比值已經(jīng)不能正確反映車速驅(qū)動系統(tǒng)的速比變化，故此時系統(tǒng)計算的檔位值會出現(xiàn)不準確的情況。對于有離合器開關(guān)的系統(tǒng)，當離合器踏下時，檔位標識會從當前值變化到0即空檔狀態(tài)，當離合器閉合時，檔位標識能準確表征檔位狀態(tài)。

2 防抖動功能匹配

當負荷大幅變化時，動力總成系統(tǒng)就可簡化為單質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，加上動力總成硬件間隙等因素，會造成不合理的發(fā)動機轉(zhuǎn)速振蕩沖擊，引起車輛前后抖動[3]，即駕駛性很差。加速防抖功能就是通過扭矩干預達到減少或弱化這種振蕩，達到駕駛員不能查覺，或者在可接受范圍；而因為轉(zhuǎn)速振蕩頻率很快，要達到控制效果，扭矩干預調(diào)節(jié)必須快速響應(yīng)，因此只能通過點火角來進行控制。防抖動功能簡稱AR。

2.1 總體控制邏輯

Bosch ME7系統(tǒng)的防抖動功能模塊的總體控制邏輯見圖1。用發(fā)動機模型轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速的差值，通過標定系數(shù)的相乘，得到修正扭矩Dr，該修正扭矩作用在最終的輸出扭矩上，實現(xiàn)防抖功能。

圖1防抖動功能控制邏輯圖

其中：Nr是模型轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速的差值，為測量量；Fr是根據(jù)不同車型進行標定的輸出值，為AR的修正系數(shù)，最終的AR修正扭矩Dr=Nr×Fr，其中Fr的標定值跟檔位一一對應(yīng)。表格2為某手動擋微車的標定值。

表2某微車型修正系數(shù)Fr標定值

為避免特殊工況下修正扭矩超限，還需要有兩個上下限的表格來限值Dr：Ko和Ku，同理，上下限表格也跟判檔識別的檔位一一對應(yīng)。

2.2 具體控制方法

由駕駛員請求扭矩Mi減去發(fā)動機阻力扭矩Md得到離合器處輸出的計算扭矩Mk，減去車輛動量（Fl×Nf）得到離合器處輸出的有效扭矩Me，隨后根據(jù)車輛的車重等系數(shù)表格，利用Ki將扭矩轉(zhuǎn)化成模型轉(zhuǎn)速Nd，Nd減去發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速N，得到模型轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速的差值Nf，經(jīng)過2階低通濾波之后，Nf變成Nl，接著Nl用來和Nf做減法得到用于進行扭矩調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)速差Nr。最后Nr與整車修正系數(shù)Fr相乘，得到Dr（用于實現(xiàn)AR功能的扭矩差）見圖1。

因此手動擋車型有三個標定表格最為重要：Ki(車型系數(shù)，將扭矩模型轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)速模型)；Fl(負荷系數(shù)，與Nf相乘得到車輛動量)；Fr(與Nr相乘得到Dr)。

2.2.1 車型系數(shù)Ki和負荷系數(shù)Fl的標定

關(guān)閉AR功能，在每個檔位上油門踩到底進行全負荷加速，測量離合器扭矩Mk和發(fā)動機轉(zhuǎn)速N，選取轉(zhuǎn)速平滑連續(xù)上升段曲線進行如下計算。

然后根據(jù)等式Ki×Fl=（A，B，C），其中A、B、C分別是一檔、二檔、二檔以上的標定值，由此計算出Fl的標定值，根據(jù)某微型車項目的匹配經(jīng)驗，建議1檔A=7，2檔B=10，2檔以上C=15，實際標定中可以根據(jù)車型的實際情況取值。評定依據(jù)是通過比較發(fā)動機模型轉(zhuǎn)速Nd和實際轉(zhuǎn)速N，在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定平滑上升段的誤差在可接受范圍內(nèi)。

2.2.2 修正系數(shù)Fr的標定

Fr決定了扭矩調(diào)節(jié)的強弱，初步計算可以按如下方式：

Fr=0.67×100/Mdn，Mdn為最大計算扭矩，來自發(fā)動機臺架標定，比如：0.67×100/240=0.2。實際標定過程中可以通過加減該系數(shù)來決定調(diào)節(jié)的強弱。

2.2.3Ko和Ku的標定

Ko和Ku是一組對應(yīng)的上下限表格，作用是在正常穩(wěn)態(tài)行駛中，避免出現(xiàn)點火角的跳變（這種跳變會影響失火診斷）。標定方法是：在轉(zhuǎn)鼓上，每一檔下，勻速駕駛，測量Nr和Fr，算得乘積后再乘以1.25~1.5，將值填到相應(yīng)的Mk下。關(guān)于坐標軸Mk選擇以及Ko/Ku數(shù)據(jù)分布趨勢的一點建議是，在較大離合器扭矩時，為了不影響0到100公里加速性能，盡可能填入較大值以關(guān)閉點火角調(diào)節(jié)；在離合器扭矩接近0時，填入較小的值，以便小波動也可以得到調(diào)節(jié)。

2.4 防抖動功能的開啟條件

Bosch ME7系統(tǒng)定義防抖動功能的激活需要全滿足以下開啟條件：

（1）起動結(jié)束，即起動標志位等于1；

（2）非斷油工況，即斷油標志位等于0；

（3）非換擋工況及換擋標志位等于0；

（4）車速不能低于標定閥值；

（5）怠速工況下，發(fā)動機轉(zhuǎn)速不能低于標定閥值；

（6）發(fā)動機轉(zhuǎn)速在標定閥值之間，其中最低轉(zhuǎn)速是一個與檔位相關(guān)的表格，最高轉(zhuǎn)速為一個標定閥值；

（7）水溫高于標定閥值，一般最低水溫閥值標定為 0°.

3 結(jié)束語

判檔識別及防抖動功能是車輛駕駛性匹配的基本工作，出色的車輛駕駛性調(diào)教，必須在此打好基礎(chǔ)。標定數(shù)據(jù)的優(yōu)化需要進行多次重復的試驗，包括整車臺架及道路試驗，覆蓋實際駕駛工況。防抖動功能的進一步優(yōu)化還需要同時考慮對發(fā)動機扭矩模型的影響，在整車開發(fā)項目時間和資源允許的情況下，經(jīng)過多次道路試驗檢查防抖動功能及扭矩功能模型的運行情況，或許能得到更優(yōu)的匹配效果。

[1]余志生.汽車理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2]王兆娟.發(fā)動機電控系統(tǒng)優(yōu)化匹配方法的研究[J].小型內(nèi)燃機，1999，28（4）:35-36.

[3]德同BOSCH公司.BOSCH汽車工程師手冊[M].顧柏良，唐振聲，等，譯.北京：北京理工大學出版社，1999.