換擋指示器功能的控制策略及匹配原則

摘要：本文簡要分析了EMS系統(tǒng)關(guān)于換擋指示器功能的控制策略及匹配原則。

關(guān)鍵詞：換擋指示器；匹配原則

1前言

歐洲議會于2009年3月10日立法決議，在有關(guān)汽車安全性的型式認證中規(guī)定：2012年11月1日以后M1類車基準質(zhì)量不超過2610kg并匹配手動變速器的，必須裝配換擋指示器（GSI）；要求2014年11月1日所有在產(chǎn)車輛進行裝配。

因此，推進換擋指示器功能（GSI）的普及，對我國汽車節(jié)能減排具有重要意義。

2換擋指示器簡介

研究表明在正確的時間換擋可帶來燃油經(jīng)濟性的顯著提高。換擋指示器功能（GSI）是從EMS的角度推薦最佳燃油經(jīng)濟性擋位，通過在儀表上顯示升降擋提示或目標擋位等方式提示駕駛員進行經(jīng)濟性換擋操作，以實現(xiàn)車輛的最佳的節(jié)油、環(huán)保狀態(tài)。

換擋指示器功能是由ECU接收車速信號、加速踏板位置信號等并確定出最佳的擋位、最佳的換擋時機，最后通過CAN信號給儀表進行顯示，如圖1所示。

3換擋指示器控制策略

換擋指示器控制策略包括加速踏板位置信號計算、實際擋位、目標擋位、擋位狀態(tài)和安全校正。如圖2所示：

3.1加速踏板位置信號

原始加速踏板位置信號通過低通濾波后輸出信號。以濾波后的加速踏板位置信號作為目標換擋曲線的輸入信號，減少干擾。

加速踏板位置信號作為駕駛員操作的動態(tài)信號，當加速踏板位置信號超過閥值時表示駕駛員操作踏板，其標志位信號的上升沿觸發(fā)時為踩下加速踏板，信號的下降沿觸發(fā)時為釋放加速踏板。

3.2車速信號

ECU可以選擇ESP發(fā)出的車速信號輸入值作為目標換擋曲線的輸入信號。

3.3實際擋位計算

ECU根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和車速的比值來判斷當前擋位。當離合器為釋放狀態(tài)，當前嚙合擋位不等于上一擋位，換擋計數(shù)加1。當換擋計數(shù)大于閥值時認為行車擋位無效檢測。

3.4目標擋位計算

目標擋位的計算基于補償及修正后的換擋曲線。

3.4.1目標擋住計算條件

（1）GSI禁用后解除；（2）GSI未禁用并且基于離合和加速踏板狀態(tài)更新目標擋位條件。

3.4.2升擋線計算

當車速大于各擋升擋限值且不在倒擋時，輸出基本目標擋位信號。當車速小于各擋升擋限值但大于下限閥值時，保持目標擋位。當車速小于下限閥值時不再將目標擋輸入目標擋位信號。

3.4.3降擋線計算

當車速小于各擋降擋限值時，輸出基本目標擋位信號。當車速大于各擋降擋限值但小于上限閥值時，保持目標擋位。當車速大于上限閥值時不再將目標擋輸入目標擋位信號。某車型基本升擋曲線如圖3所示：

3.5升降擋提示狀態(tài)計算

升降擋提示狀態(tài)計算基本邏輯為目標擋位大于當前擋位則提示升擋，目標擋位小于當前擋位則提示降擋。某車型基本降擋曲線如圖4所示：

3.5.1升擋提示狀態(tài)置位

升擋提示狀態(tài)置位需同時滿足以下條件：

（1）車輛加速度大于閥值超過設(shè)置時間；（2）當前擋位不為空擋；（3）當前擋位不為倒擋超過設(shè)置時間；（4）踩下加速踏板或加速踏板踩下后釋放，離合器踏板為自由狀態(tài)，目標擋位信號大于當前擋位信號超過一定時間。

3.5.2升擋提示狀態(tài)復(fù)位

升擋提示狀態(tài)復(fù)位只需滿足以下任一條件：

（1）達到目標擋位大于實際擋位條件，且離合踏板信號釋放時間超過閥值；（2）加速踏板釋放時間超過閥值；（3）達到目標擋位大于實際擋位條件，但踩下離合踏板時間超過閥值；（4）踩下剎車并延時一定時間后復(fù)位；（5）達到目標擋位小于實際擋位條件并延時一定時間后，即降擋提示時復(fù)位升擋信號；（6）未踩下離合踏板，目標擋位大于實際擋位條件延時一定時間后復(fù)位。

3.5.3降擋提示狀態(tài)置位

降擋提示狀態(tài)置位需同時滿足以下條件：

（1）車輛加速度低于閥值超過設(shè)置時間；（2）當前擋位不為空擋；（3）當前擋位不為倒擋并超過設(shè)置時間；（4）踩下加速踏板，離合器踏板為自由狀態(tài)，目標擋位信號小于當前擋位信號超過設(shè)置時間，基于離合和加速踏板狀態(tài)更新目標擋位條件。

3.5.3降擋提示狀態(tài)復(fù)位

降擋提示狀態(tài)復(fù)位只需滿足以下任一條件：

（1）達到目標擋位小于實際擋位條件，且離合踏板信號釋放時間超過設(shè)置時間；（2）達到目標擋位小于實際擋位條件，且踩下離合踏板時間超過設(shè)置時間；（3）踩下剎車并延時設(shè)置時間后復(fù)位；（4）達到目標擋位大于實際擋位并延時一定時間，即升擋提示時復(fù)位降擋信號；（5）未踩下離合踏板或降擋狀態(tài)滿足，且目標擋位小于實際擋位條件延時一定時間后并復(fù)位。

3.6安全校驗

GSI禁用時，目標擋位信號直接取當前擋位信號，升降擋狀態(tài)不提示。安全校驗滿足后，升降擋狀態(tài)可正常運行。滿足以下任一條件GSI禁用：

（1）通過軟件可打開或關(guān)閉GSI功能；（2）檢測到影響GSI功能的故障（如車速、轉(zhuǎn)速、離合頂開關(guān)、剎車開關(guān)、CAN總線、節(jié)氣門等）；（3）跛行回家模式激活或安全斷油；（4）ABS/ESP扭矩干預(yù)激活；（5）巡航工作；（6）車速超限（過低或過高）；（7）空擋車輛運行；（8）關(guān)閉鑰匙。

3.7CAN信號發(fā)送

當達到目標擋位大于實際擋位條件和升擋狀態(tài)激活，或者達到目標擋位小于實際擋位條件和降擋狀態(tài)激活時將目標擋位信號輸入并發(fā)送到總線。

3.8禁用換擋指示器的故障

當系統(tǒng)存在以下任一故障，GSI功能關(guān)閉：

（1）車速故障；（2）轉(zhuǎn)速故障；（3）離合頂開關(guān)故障；（4）剎車開關(guān)故障；（5）節(jié)氣門故障；（6）加速踏板故障；（7）加速踏板傳感器1故障；（8）加速踏板傳感器2故障；（9）總線故障。

4換擋指示器的應(yīng)用

在采用換擋指示器換擋策略后，排放需在法規(guī)限值之內(nèi)，因此在NEDC循環(huán)中的標定注意事項如圖5所示，其中基礎(chǔ)換擋曲線的標定應(yīng)遵循以下原則：

（1）由于1擋升2擋會使得轉(zhuǎn)速下降，因此在標定時需考慮升擋后對排放的影響，建議在NEDC的城市工況第一個小循環(huán)不提示升擋，以保證排放性能；（2）在NEDC每一穩(wěn)態(tài)工況，盡可能比標準循環(huán)的擋位提升1擋，以達到節(jié)油目的；（3）在NEDC城郊工況701an/h的穩(wěn)態(tài)工況，應(yīng)保證診斷性能，此時不應(yīng)提示升擋改變負荷轉(zhuǎn)速，影響診斷性能；（4）車速從70km/h提升到120km/h應(yīng)考慮速比對加速性能的影響，避免升擋太快導致全油門加速都無法提速，導致全負荷開環(huán)反而影響排放和油耗；（5）避免升降擋曲線交叉，導致駕駛員按提示升擋后系統(tǒng)又提示降擋。

5結(jié)語

研究數(shù)據(jù)表明，駕駛習慣對實際油耗有較大影響，換擋指示器功能作為一項在實際使用中節(jié)油效果明顯的技術(shù)，其實現(xiàn)成本較低，對我國汽車節(jié)能減排具有重要意義，應(yīng)該得到鼓勵。