手動(dòng)擋車(chē)輛換擋指示器控制策略的研究

劉 寧

（吉利汽車(chē)研究院（寧波）有限公司，浙江 寧波 315316）

手動(dòng)擋車(chē)輛換擋指示器控制策略的研究

劉 寧

（吉利汽車(chē)研究院（寧波）有限公司，浙江 寧波 315316）

節(jié)能環(huán)保是汽車(chē)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，歐盟針對(duì)匹配手動(dòng)模式變速器的車(chē)輛作出了明確規(guī)定，依據(jù)715/2007/EC 排放法規(guī)型式認(rèn)證擴(kuò)展的車(chē)輛應(yīng)匹配滿(mǎn)足法規(guī)要求的換擋指示器（GSI）。通過(guò)大量試驗(yàn)及驗(yàn)證證明，換擋指示器不僅能夠提醒駕駛員選擇最佳的擋位，駕駛性更加舒適，同時(shí)將駕駛工況運(yùn)行控制在經(jīng)濟(jì)區(qū)域，較低的燃油消耗。換擋指示器已越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在汽車(chē)上。本文闡述手動(dòng)模式變速器換擋指示器功能是如何實(shí)現(xiàn)控制的。

歐盟；手動(dòng)模式的變速器；換擋指示器；駕駛性；較低的燃油消耗

汽車(chē)日新月異相應(yīng)的功能也是越來(lái)越多，消費(fèi)者已由最初的會(huì)開(kāi)車(chē)發(fā)展到品味駕駛感受，隨著消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)駕駛水平的提升，對(duì)車(chē)輛要求也越來(lái)越嚴(yán)格，汽車(chē)不僅是交通工具，更是個(gè)人品味的象征。消費(fèi)者在購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)的時(shí)候往往會(huì)被車(chē)輛豐富的配置看得眼花繚亂，EBD、EBA、ASR等，具體哪些功能比較實(shí)用，并且能夠有效地改善我們的駕駛，成為消費(fèi)者關(guān)注的熱點(diǎn)。換擋指示器作為一項(xiàng)汽車(chē)新興技術(shù)，正在越來(lái)越多的車(chē)上應(yīng)用。換擋指示器能夠規(guī)范駕駛員駕駛，使駕駛充滿(mǎn)樂(lè)趣，同時(shí)相同工況下按換擋指示器的指示駕駛能夠節(jié)省一定的燃油消耗。下文將從換擋指示器控制策略上進(jìn)行深入研究。

1 法規(guī)解讀

1.1 法規(guī)要求

歐洲汽車(chē)廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)是歐盟國(guó)家為限制汽車(chē)廢氣排放污染物對(duì)環(huán)境造成的危害而共同采用的汽車(chē)廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)。歐盟法規(guī)規(guī)定2014年11月1日起，對(duì)匹配手動(dòng)模式的變速器且基準(zhǔn)質(zhì)量不超過(guò)2 610 kg的M1類(lèi)新車(chē)（包括已獲得WVTA的老車(chē)型），若未安裝GSI，整車(chē)一致性證書(shū)（certificates of conformity）將失效，同時(shí)將被禁止在歐盟境內(nèi)注冊(cè)、銷(xiāo)售。

1.2 換擋指示器術(shù)語(yǔ)和定義

換擋指示器通過(guò)顯示屏能夠指示駕駛者何時(shí)是換擋的最佳時(shí)機(jī)，有助于駕駛者保持持續(xù)流暢的駕駛風(fēng)格，并始終維持較低的油耗水平，如圖1所示。換擋指示器工作在手動(dòng)模式變速器，至少2個(gè)前進(jìn)擋之間換擋。GSI的設(shè)計(jì)應(yīng)合理預(yù)見(jiàn)駕駛條件下更優(yōu)化的燃油經(jīng)濟(jì)型的駕駛風(fēng)格，以降低油耗。另外，遵從GSI的建議換擋后，不應(yīng)對(duì)冷起動(dòng)后的污染控制裝置比如催化劑的適時(shí)功能產(chǎn)生負(fù)面影響；不能損害車(chē)輛的安全操作，比如需要高功率時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火、發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)不足或扭矩不足。

圖1 換擋顯示系統(tǒng)

1.3 認(rèn)證試驗(yàn)

根據(jù)圖2所示的速度范圍對(duì)底盤(pán)測(cè)功機(jī)上的預(yù)熱車(chē)輛進(jìn)行該試驗(yàn)，按照GSI升擋的建議，將擋位由n擋換為n+1擋，并記錄GSI推薦的車(chē)輛速度VnGSI和最終曲線(xiàn)工況下的油耗量FCGSI。然后在無(wú)GSI建議的情況下，記錄由有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員所估計(jì)的將擋位由n擋換為n+1擋時(shí)的車(chē)速Vnstd及最終曲線(xiàn)工況下的油耗量FCstd。計(jì)算燃油消耗節(jié)省量FCrel.save=（1-FCGSI/FCstd）×100 %。最終換擋建議下的燃油消耗要比標(biāo)準(zhǔn)換擋下的燃油消耗低，排放結(jié)果值不能不均衡地增加，才能算作通過(guò)法規(guī)認(rèn)證。

圖2 換擋認(rèn)證運(yùn)行曲線(xiàn)

2 GSI控制策略

2.1 策略簡(jiǎn)介

換擋指示器主要是根據(jù)當(dāng)前車(chē)輛運(yùn)行工況，將離合開(kāi)關(guān)、擋位、車(chē)速及油門(mén)踏板信號(hào)輸入到ECM，ECM通過(guò)計(jì)算輸出升擋或降擋指令給換擋指示器，此時(shí)顯示屏?xí)捎蒙?、下箭頭圖標(biāo)或漢字的形式進(jìn)行提示，提醒駕駛員是要升擋或降擋，策略關(guān)系圖見(jiàn)圖3。目的是使車(chē)輛能夠持續(xù)運(yùn)行于較低的燃油消耗工況點(diǎn)。

圖3 換擋策略關(guān)系圖

2.2 控制原理

換擋指示器功能開(kāi)發(fā)通常是在轉(zhuǎn)鼓上進(jìn)行完成的。首先將車(chē)輛控制在1擋，通過(guò)INCA軟件及油耗儀，從怠速行車(chē)工況點(diǎn)開(kāi)始每隔一定的車(chē)速值采集一個(gè)穩(wěn)態(tài)下的車(chē)速值、油門(mén)踏板開(kāi)度及油耗值，直至達(dá)到最高車(chē)速。然后依次進(jìn)行2擋、3擋、4擋……至最高擋位，并記錄相應(yīng)擋位下車(chē)速值、油門(mén)踏板開(kāi)度及油耗值，最終通過(guò)軟件作出燃油消耗量與車(chē)速值的關(guān)系曲線(xiàn)，如圖4所示。

圖4 各檔燃油消耗量曲線(xiàn)圖

可以看出各擋位下的油耗是隨著車(chē)速的增加而增加的，然后根據(jù)各擋相同車(chē)速下的油耗值的關(guān)系確定各擋的最佳換擋指示車(chē)速，將該車(chē)速值加權(quán)濾波后依次填入ECM對(duì)應(yīng)的擋位和油門(mén)踏板開(kāi)度的標(biāo)定數(shù)據(jù)中，得到升擋提示標(biāo)定數(shù)據(jù)，如圖5所示。當(dāng)ECM接收到對(duì)應(yīng)擋位車(chē)速值大于升擋標(biāo)定數(shù)據(jù)時(shí)，ECM會(huì)發(fā)送指令執(zhí)行升擋請(qǐng)求給指示器，指示器實(shí)現(xiàn)升擋提示的功能。

圖5 換擋線(xiàn)標(biāo)定數(shù)據(jù)

降擋提示標(biāo)定數(shù)據(jù)，依據(jù)提示升擋后不會(huì)立即執(zhí)行降擋指示的原則，將各擋位下的車(chē)速較上一擋位適當(dāng)減小。當(dāng)ECM接收到對(duì)應(yīng)擋位車(chē)速值小于降擋標(biāo)定數(shù)據(jù)時(shí)，ECM會(huì)發(fā)送指令執(zhí)行降擋請(qǐng)求給指示器，指示器實(shí)現(xiàn)降擋提示的功能。

基礎(chǔ)標(biāo)定數(shù)據(jù)完成后，還需在各個(gè)坡度的道路上下對(duì)中大負(fù)荷的換擋提示功能進(jìn)行標(biāo)定，在保證動(dòng)力性的基礎(chǔ)上能夠準(zhǔn)確指示換擋。最終在轉(zhuǎn)鼓及實(shí)際道路上進(jìn)行多輪嚴(yán)格的測(cè)試和驗(yàn)證，判定是否合理，避免頻繁升降擋提示。

2.3 失效模式

當(dāng)ECM識(shí)別到車(chē)輛存在以下情況時(shí)將會(huì)不執(zhí)行換擋提示功能，從而避免車(chē)輛在一些運(yùn)行工況下的誤報(bào)錯(cuò)報(bào)。

1）車(chē)速傳感器故障，不能正確識(shí)別車(chē)速時(shí)。

2）配備牽引力控制系統(tǒng)的車(chē)輛，當(dāng)該系統(tǒng)起作用時(shí)。

3）當(dāng)前擋位狀態(tài)不明（如倒擋時(shí)）或系統(tǒng)檢測(cè)到擋位為空擋。

4）當(dāng)離合器踩下時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

5）當(dāng)車(chē)輛在各擋位下怠速行車(chē)。

6）對(duì)于配備巡航裝置的車(chē)輛，當(dāng)巡航系統(tǒng)起作用時(shí)，換擋指示功能將不起作用。

3 結(jié)束語(yǔ)

良好的駕駛習(xí)慣不僅能夠節(jié)省油耗，并且能夠延長(zhǎng)汽車(chē)的使用壽命，避免因換擋造成的沖擊，對(duì)乘坐者來(lái)說(shuō)更加的舒適。尤其對(duì)初級(jí)入門(mén)的駕駛者來(lái)說(shuō)是一種幫助，能夠養(yǎng)成良好的駕駛習(xí)慣。換擋指示器作為一項(xiàng)節(jié)能減排技術(shù)，已在歐洲強(qiáng)制執(zhí)行，相信不久將會(huì)應(yīng)用在每一款車(chē)型上。

［1］ Commission regulation （EU） No. 65/2012［S］.

［2］ 張國(guó)勝，牛秦玉，方宗德，等.最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律理論及其應(yīng)用研究［J］. 中國(guó)機(jī)械工程，2005（5）：72-75.

［3］ 何忠波，白鴻柏，楊建春.AMT車(chē)輛頻繁換擋的消除策略［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2006（7）：9-13，22.

（編輯楊 景）

Control Strategy Analysis on Gear Switch Indicator of Manual Transmission Vehicle

LIU Ning
（Geely Automobile Research Institute， Ningbo 315316， China）

Energy conservation and environment protection is the future development trend of automobile. EU requires all the extended vehicles type listed with manual gearbox installing gear shift indicator（GSI） according to 715/2007/EC. A large number of tests show that the installation of GSI can remind drivers to select the best gear that increase drivability， and keep vehicles running economically with smaller fuel consumption. GSIs are becoming widely used on vehicles. This article focuses on how the GSI achieves the vehicle control.

EU; manual gearbox; gear shift indicator; drivability; smaller fuel consumption

U463.212

A

1003-8639（2017）08-0059-03

2017-03-27

劉寧（1982-），男，河北衡水人，工程師，高級(jí)技師，主要從事汽車(chē)電控標(biāo)定工作 。