某車型自動(dòng)變速器駕駛性問(wèn)題分析及解決

王量，丁蓉蓉

（華晨汽車工程研究院傳動(dòng)處，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

某車型自動(dòng)變速器駕駛性問(wèn)題分析及解決

王量，丁蓉蓉

（華晨汽車工程研究院傳動(dòng)處，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

文章通過(guò)以某車型自動(dòng)變速器駕駛性問(wèn)題為研究案例，從變速器控制策略方面進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)換擋策略功能的研究，制定了優(yōu)化方案，并經(jīng)過(guò)車輛的標(biāo)定和測(cè)試驗(yàn)證方案的可行性。

自動(dòng)變速器；駕駛性；換擋策略；標(biāo)定

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.026

CLC NO.: U463.212 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-74-04

前言

隨著自動(dòng)檔車型在汽車市場(chǎng)的比重和市場(chǎng)份額的逐年增加，顧客對(duì)整車動(dòng)力性和駕駛性的要求也日益提高，而自動(dòng)變速器的控制策略對(duì)整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和駕駛性的影響起著關(guān)鍵性作用。

本文主要針對(duì)某車型自動(dòng)變速器的駕駛性問(wèn)題，通過(guò)對(duì)其換擋策略的分析和研究，提出整改對(duì)策，對(duì)車輛進(jìn)行了標(biāo)定優(yōu)化并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

1、問(wèn)題描述

某車型A在城市工況中駕駛時(shí)，客戶反饋在車流中跟車、加速超車的性能差。車輛問(wèn)題跟蹤時(shí)發(fā)現(xiàn)駕駛員在跟車和加速超車時(shí)，會(huì)頻繁的收油門再踩油門，由于檔位會(huì)在收油門時(shí)容易升檔，而在深踩油門時(shí)容易降檔，這樣在這個(gè)工況下檔位一升一降，車輛這時(shí)動(dòng)力會(huì)中斷，動(dòng)力性差。

2、原因分析

對(duì)車輛進(jìn)行測(cè)試，記錄發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，車速，變速器檔位等動(dòng)力系統(tǒng)的信息。測(cè)試結(jié)果如圖1所示，駕駛員操作油門踏板開(kāi)度為80%，車速為75km/h，隨著踏板開(kāi)度的變化，檔位從3檔升到6檔，又從6檔降到34檔，而車速?zèng)]有大的提升，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩在踩下踏板時(shí)是150N.m，矩響應(yīng)沒(méi)有問(wèn)題，扭矩在換擋過(guò)程中也響應(yīng)了變速器的降扭請(qǐng)求，所以問(wèn)題是自動(dòng)變速器的原因，不是發(fā)動(dòng)機(jī)的原因。

圖1 駕駛性問(wèn)題INCA測(cè)試結(jié)果

當(dāng)前檔位，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，輸入軸轉(zhuǎn)速，油門踏板開(kāi)度，目標(biāo)檔位，車速?gòu)淖兯倨饕毫ψ兙仄麈i止離合器分析，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸入軸轉(zhuǎn)速的曲線，可以確認(rèn)，油門踏板為0%時(shí)，液力變矩器鎖止離合器反脫鎖止，油門踏板開(kāi)度為80%時(shí)，液力變矩器鎖止離合器打開(kāi)，滑摩，到鎖止，換擋過(guò)程中也離合器控制也正常，所以液力變矩器的鎖止、滑磨、打開(kāi)和反脫鎖止都工作正常。

從變速器檔位分析，當(dāng)車速為75km/h，油門踏板為0%時(shí)，按照換擋線，完成了3檔升6檔，當(dāng)車速為75 km/h，油門踏板開(kāi)度為80%時(shí)，按照換擋線，完成了6檔降4檔，所以按照基礎(chǔ)換擋線的理論，變速器檔位工作正常。

通過(guò)測(cè)試分析，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩及相應(yīng)正常，液力變矩器工作正常，變速器按照基礎(chǔ)換擋線工作正常，但是頻繁的升降檔確認(rèn)影響了車輛的加速能力，因此頻繁升降檔確實(shí)是問(wèn)題的根本原因。

3、問(wèn)題解決方案分析

為避免變速器的升降檔過(guò)于頻繁，尤其需要急加速急減速、油門變化過(guò)快的工況。依靠基礎(chǔ)換擋線優(yōu)化顯然是不能同時(shí)滿足普通工況和特定工況的要求，因此特殊功能的開(kāi)發(fā)和導(dǎo)入是解決問(wèn)題的根本方法。

首先進(jìn)行競(jìng)品分析和測(cè)試，競(jìng)品車輛的選擇主要考慮擅長(zhǎng)駕駛性的寶馬汽車，根據(jù)現(xiàn)有的資源選擇了BMW X1和MINI進(jìn)行測(cè)試。

圖2 競(jìng)品車輛相同工況測(cè)試結(jié)果

如圖2所示，按照競(jìng)品車輛的狀態(tài)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)油門的變化，只有100%油門時(shí)4檔降2檔，之后檔位就一直保持在2檔，而隨著油門的變化，車輛的加速和減速跟隨性非常好。可見(jiàn)，采用類似功能能夠完美的解決此工況的問(wèn)題。

隨后對(duì)其它競(jìng)品車輛進(jìn)行評(píng)價(jià)和測(cè)試發(fā)現(xiàn)，歐洲品牌車輛大都采用了類似的方案來(lái)提升駕駛性，而日韓系車輛則都沒(méi)有采用類似方案，通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，日韓和中國(guó)大部分客戶習(xí)慣抬油門時(shí)升檔，或者說(shuō)客戶發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速過(guò)高檔位太低時(shí)會(huì)用抬油門來(lái)讓檔位升高轉(zhuǎn)速降低。而且日韓和中國(guó)客戶沒(méi)有像歐洲客戶一樣十分重視駕駛性。

由于駕駛性是此車輛十分重要的指標(biāo)，因此該方案得到確認(rèn)。

4、方案設(shè)計(jì)

此方案為在基礎(chǔ)換擋線以外的特殊換擋抑制功能，英文名稱為Fast off，中文解釋為快速收油功能，即快速收油門時(shí)進(jìn)行升檔抑制。當(dāng)功能激活時(shí)，則軟件駕駛條件判斷模塊FO=1，fast off功能激活，軟件檔位修正模塊則會(huì)執(zhí)行快速收油的升檔抑制作用。

當(dāng)軟件中FO_SWI_EXT=0時(shí)，退出了快速收油功能，則可能的升檔會(huì)立即執(zhí)行，當(dāng)軟件中FO_SWI_EXT=1時(shí)，當(dāng)需求連續(xù)的升檔時(shí)，首個(gè)升檔會(huì)立即執(zhí)行，而第二個(gè)升檔會(huì)按照延遲升檔的標(biāo)定量FO_T_進(jìn)行延遲升檔,FO_T會(huì)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不同標(biāo)定不能的延遲時(shí)間，在延遲時(shí)間之內(nèi)可以再進(jìn)入快速收油功能，或者延遲時(shí)間完成后，退出功能。

圖3 快速收油功能的狀態(tài)基流程圖

如圖3所示，快速收油門功能由狀態(tài)機(jī)開(kāi)發(fā)，一共分為7個(gè)狀態(tài)，在任何非0狀態(tài)是都可以直接到狀態(tài)0：進(jìn)入狀態(tài)0的條件是，換擋手柄位置發(fā)生變化，或者當(dāng)前的換擋線發(fā)生變化；

狀態(tài)0，fast off passive:狀態(tài)0到狀態(tài)1的條件，當(dāng)油門踏板的變化率是負(fù)值，而且其絕對(duì)值大于標(biāo)定閥值+修正值，修正值可以根據(jù)不同道路阻力（道路的坡度）進(jìn)行標(biāo)定。

狀態(tài)1fast off detected，進(jìn)入狀態(tài)1后，則F0=1，執(zhí)行升檔抑制；

狀態(tài)1到狀態(tài)2，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩小于標(biāo)定閥值時(shí)；

狀態(tài)1到狀態(tài)0當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩大于標(biāo)定閥值時(shí)而且當(dāng)前的踏板位置大于之前存儲(chǔ)的踏板位置+滯后值，而且FO_SWI_EXT=0；

狀態(tài)1到狀態(tài)6當(dāng)FO_SWI_EXT=1，而且當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩大于標(biāo)定閥值時(shí)，當(dāng)前的踏板位置大于之前存儲(chǔ)的踏板位置+滯后值；

狀態(tài)2waiting for Exit，進(jìn)入狀態(tài)2后，則F0=1，執(zhí)行升檔抑制；

狀態(tài)2到狀態(tài)0，當(dāng)車速小于標(biāo)定閥值，而且FO_SWI_ EXT=0；

狀態(tài)2到狀態(tài)3當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩大于標(biāo)定閥值時(shí)；

狀態(tài)2到狀態(tài)6當(dāng)FO_SWI_EXT=1時(shí)，而且車速小于標(biāo)定閥值時(shí)；或者換擋手柄切換模式；

狀態(tài)3prepare Exit，進(jìn)入狀態(tài)3后，則F0=1，執(zhí)行升檔抑制；

狀態(tài)3到狀態(tài)2，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩小于標(biāo)定閥值時(shí)；

狀態(tài)3到狀態(tài)1，當(dāng)油門踏板的變化率是負(fù)值，而且其絕對(duì)值大于標(biāo)定閥值+修正值；

狀態(tài)3到狀態(tài)4，當(dāng)油門踏板的變化率是正值，而且其絕對(duì)值大于標(biāo)定閥值時(shí)；

狀態(tài)3到狀態(tài)0，當(dāng)標(biāo)定的延遲時(shí)間之后或當(dāng)期的車輛加速度大于標(biāo)定閥值時(shí)，而且FO_SWI_EXT=0；

狀態(tài)3到狀態(tài)6，當(dāng)FO_SWI_EXT=1時(shí)而且標(biāo)定的延遲時(shí)間之后或者當(dāng)前的車輛加速度大于標(biāo)定的閥值時(shí)或者當(dāng)前的換擋手柄切換模式；

狀態(tài)3到狀態(tài)5，當(dāng)油門踏板的變化率是負(fù)值，而且其絕對(duì)值大于標(biāo)定閥值；

狀態(tài)4，No Exit on throttle increase，進(jìn)入狀態(tài)4后，則F0=1，執(zhí)行升檔抑制；

狀態(tài)4到狀態(tài)3，當(dāng)油門踏板的變化率是負(fù)值，而且其絕對(duì)值大于標(biāo)定閥值；

狀態(tài)5，No Exit on negative throttle gradient，進(jìn)入狀態(tài)5后，則F0=1，執(zhí)行升檔抑制；

狀態(tài)5到狀態(tài)2，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩小于標(biāo)定閥值時(shí)；

狀態(tài)5到狀態(tài)1，當(dāng)油門踏板的變化率是負(fù)值，而且其絕對(duì)值大于標(biāo)定閥值+修正值，修正值可以根據(jù)不同道路阻力（道路的坡度）進(jìn)行標(biāo)定；

狀態(tài)5到狀態(tài)0，如果FO_SWI_EXT=0，而且發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩大于標(biāo)定閥值時(shí)，而且當(dāng)油門踏板的變化率是負(fù)值，而且其絕對(duì)值大于標(biāo)定閥值；

狀態(tài)5到狀態(tài)6，如果FO_SWI_EXT=1，而且發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩大于標(biāo)定閥值時(shí)，而且當(dāng)油門踏板的變化率是正值，而且其絕對(duì)值大于標(biāo)定閥值，或者當(dāng)前的換擋手柄切換模式；

狀態(tài)6 Check for upshift，進(jìn)入狀態(tài)6后，則F0=0，允許升檔，并開(kāi)始倒計(jì)時(shí)；

狀態(tài)6到狀態(tài)0，如果倒計(jì)時(shí)完成或者沒(méi)有升檔的需求或者已經(jīng)在最高檔位；

狀態(tài)6到狀態(tài)1，如果油門踏板的變化率是負(fù)值，而且其絕對(duì)值大于標(biāo)定閥值+修正值；或者當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩小于標(biāo)定閥值時(shí)；或者當(dāng)前的的踏板位置小于標(biāo)定閥值時(shí)；

狀態(tài)6到狀態(tài)7，如果一個(gè)升檔正在發(fā)生，倒計(jì)時(shí)的標(biāo)定根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的不同可以設(shè)定不同的標(biāo)定閥值；

狀態(tài)7 Wait upshift delay time，進(jìn)入狀態(tài)7后，則F0=1，執(zhí)行升檔抑制；

狀態(tài)7進(jìn)入狀態(tài)1，如果油門踏板的變化率是負(fù)值，而且其絕對(duì)值大于標(biāo)定閥值+修正值；或者當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩小于標(biāo)定閥值時(shí)；或者當(dāng)前的的踏板位置小于標(biāo)定閥值時(shí)；

狀態(tài)7進(jìn)度狀態(tài)6，倒計(jì)時(shí)已經(jīng)完成。

5、標(biāo)定優(yōu)化

如表1所示為標(biāo)定時(shí)需要測(cè)試需要測(cè)試的特殊變量，如表2所示為標(biāo)定時(shí)需要標(biāo)定量。

表1 特殊測(cè)試變量

表2 標(biāo)定量

此模塊標(biāo)定的首要的重要標(biāo)定參數(shù)就是油門踏板開(kāi)度變化率進(jìn)入閥值，只有踏板變化率大于一定值時(shí)才能激活此功能，因此了解踏板的特性是首要的標(biāo)定任務(wù)，測(cè)試踏板開(kāi)度的變化率，首先測(cè)試操作最快的踏板變化率，負(fù)值，負(fù)值是腳側(cè)向彈開(kāi)后，完成測(cè)試最快的負(fù)值踏板變化率之后，在逐漸減慢松開(kāi)踏板的速度，根據(jù)車輛的定位和客戶需求，設(shè)定好油門踏板開(kāi)度變化率進(jìn)入閥值，最激進(jìn)的標(biāo)定則是設(shè)定一個(gè)最大值，使所有的收油動(dòng)作都識(shí)別為禁止升檔，所以，當(dāng)車輛強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性時(shí)大多數(shù)都按最大值標(biāo)定。

進(jìn)入條件標(biāo)定好之后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是第二關(guān)鍵因素，即保持禁止升檔的轉(zhuǎn)速，根據(jù)車輛及發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)的不同，標(biāo)定值也有很大差異，需要關(guān)注的是車內(nèi)的噪音和振動(dòng)的水平，平衡車輛舒適性、發(fā)動(dòng)機(jī)是否嘈雜，發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)力大小等，根據(jù)檔位的不同，設(shè)定不同的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閥值。

禁止升檔的時(shí)間標(biāo)定，時(shí)間的長(zhǎng)短，決定了保持穩(wěn)定工況的時(shí)間長(zhǎng)短，例如，三檔在4500rpm時(shí)，快速收油，時(shí)間量標(biāo)定為4秒，如果收油后任何動(dòng)作沒(méi)有操作，則車輛會(huì)保持三檔反脫狀態(tài)一直4秒，車速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨著發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)都會(huì)降低，4秒鐘之內(nèi)的大油門加速再加上快速收油，都有保證檔位穩(wěn)定，如果標(biāo)定時(shí)間為2秒，則兩秒之后會(huì)立即升為四擋，所以，這個(gè)時(shí)間相當(dāng)于留給駕駛員的下一個(gè)動(dòng)作的相應(yīng)時(shí)間，一般來(lái)說(shuō)，2秒到5秒之間比較合適。

之后，再完善其它的標(biāo)定量。圖4中，綠色的為FO狀態(tài)機(jī)，最下方灰色的是FO的結(jié)果。

圖4 優(yōu)化標(biāo)定后的測(cè)試結(jié)果

6、結(jié)論

針對(duì)客戶反饋的駕駛性問(wèn)題，通過(guò)對(duì)問(wèn)題的分析，找出了問(wèn)題的根本原因，并開(kāi)發(fā)變速器快速收油功能模塊，通過(guò)標(biāo)定和試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證了此方案的可行性。

[1] 李騫.Clutchtoclutch自動(dòng)變速器換擋控制策略及實(shí)驗(yàn)研究[D]北京:北京理工大學(xué),2010:12-14.

[2] 萬(wàn)國(guó)強(qiáng)等.液力自動(dòng)變速器換擋過(guò)程標(biāo)定方法研究[D]北京:北京理工大學(xué),2012:142-148.

[3] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006:7-18.

[4] 周學(xué)建等.車輛自動(dòng)變速器系統(tǒng)換擋規(guī)律的研究現(xiàn)狀和展望.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2003,34（3）:139-141,145.

[5] 夏迎春.動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)在換擋過(guò)程中的整體控制[D].北京:北京理工大學(xué),2002年.

表2 加強(qiáng)梁材料屬性

5.2 優(yōu)化方案的計(jì)算驗(yàn)證

按照首次計(jì)算的模式，對(duì)優(yōu)化方案做有限元計(jì)算分析。由于加強(qiáng)前的彎曲工況滿足使用要求，故此不再對(duì)優(yōu)化后的車架做彎曲分析，只做扭轉(zhuǎn)分析，優(yōu)化后的扭轉(zhuǎn)工況計(jì)算結(jié)果示意圖如下：

圖5 扭轉(zhuǎn)工況應(yīng)力云圖

從圖9看出，加強(qiáng)后的車架總成整體應(yīng)力分布比較均勻，應(yīng)力最大值為374MPa，小于材料的屈服極限。

基于以上計(jì)算結(jié)果可知，優(yōu)化方案可以滿足實(shí)際使用要求。

6、總結(jié)

本文介紹了MSN.NASTRAN軟件的基本情況，著重通過(guò)載貨車的彎曲和扭轉(zhuǎn)的計(jì)算分析，運(yùn)用MSN.NASTRAN進(jìn)行有限元分析，并基于分析的結(jié)果，對(duì)原有方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)處理。計(jì)算機(jī)有限元法分析能夠預(yù)先得知該車架受力時(shí)的應(yīng)力情況，從而針對(duì)模擬分析結(jié)果，提出相應(yīng)優(yōu)化方案，這種設(shè)計(jì)模式成本低、效率高，能有效降低市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉惟信.《汽車設(shè)計(jì)》.清華大學(xué)出版社 p537-605.

[2] 何獻(xiàn)忠.《優(yōu)化技術(shù)及其應(yīng)用》.北京理工大學(xué)出版社 p1-209.

[3] 蔣孝煜.《有限元法基礎(chǔ)》.清華大學(xué)出版社 1984年.

[4] 道克森等.《載貨汽車車架強(qiáng)度分析》.專用汽車 1995(2).

[5] 劉慶庭.《車架強(qiáng)度計(jì)算方法研究》.專用汽車 1997(1).

Analysis and Solutionof driving problem of an Automatic Transmission Vehicle

Wang Liang, Ding Rongrong
（Brilliance Auto R&D Center (BARC)Transmission Section, Liaoning Shenyang 110141）

In this paper, based on a vehicle automatic transmission driving problem as a case study, from the transmission control strategy to carry on the analysis, through the research of shift strategy function, the optimization scheme was made, and through the vehicle of the calibration and test the feasibility of the scheme is verified.

Automatic Transmission; Shiftstrategy; Calibration

U463.212

A

1671-7988 (2016)12-74-04

王量，男，中級(jí)工程師，就職于華晨汽車工程研究院，主要研究這車變速器碧昂定與匹配。