基于某車型的換擋品質(zhì)優(yōu)化方法研究

龔毅，常健，蔡永明

(重慶金康賽力斯新能源汽車設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 401120)

0 引言

隨著行業(yè)的穩(wěn)步增長(zhǎng)，汽車市場(chǎng)逐步由增量市場(chǎng)轉(zhuǎn)換為存量市場(chǎng)，用戶對(duì)車輛各方面的品質(zhì)提出了更高的要求，如何進(jìn)一步提升車輛品質(zhì)成為整車研發(fā)的新課題。隨著汽車智能化的發(fā)展，車載電子元器件逐步增多，各個(gè)控制器間的交互也逐漸增加，梳理優(yōu)化各控制器間的匹配標(biāo)定工作尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(EMS)和自動(dòng)變速器控制器(TCU)能帶來(lái)較好的駕乘體驗(yàn)[1]，為進(jìn)一步提升車輛品質(zhì)提供了突破口。

目前國(guó)內(nèi)外研究人員已就自動(dòng)變速器換擋品質(zhì)提升展開了相當(dāng)多的研究，但主要都是通過優(yōu)化自身的控制策略，如更精細(xì)的油壓控制策略[2]、更細(xì)致的扭矩補(bǔ)償策略[3]以及控制參數(shù)、控制系統(tǒng)溫度變化的自適應(yīng)邏輯[4-5]等和提升摩擦副、變速器油等硬件的穩(wěn)定性來(lái)提升換擋品質(zhì)[6]。關(guān)于換擋品質(zhì)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)也是較為成熟，已發(fā)展出主觀評(píng)價(jià)法、客觀評(píng)價(jià)法和偽主觀評(píng)價(jià)法[7]。

在工程開發(fā)過程中，往往更多的問題是從發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器單方面無(wú)法解決，需要花費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，過程中甚至?xí)霈F(xiàn)相互推諉的情況。因此在項(xiàng)目前期從變速器側(cè)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩輸出提出量化需求就變得尤為重要。本文作者依托某搭載液力自動(dòng)變速器車型的開發(fā)過程，結(jié)合以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩提出量化需求，并基于此需求完成整車匹配后對(duì)車輛進(jìn)行主客觀評(píng)價(jià)，結(jié)果表明該車型換擋品質(zhì)優(yōu)異。

1 動(dòng)力升擋過程

液力自動(dòng)變速器的換擋過程是典型的離合器到離合器換擋，通過兩個(gè)離合器的銜接控制傳遞扭矩，整個(gè)過程無(wú)動(dòng)力中斷，具有換擋平穩(wěn)、傳遞功率能力強(qiáng)等特點(diǎn)。換擋過程一般分為原擋位運(yùn)行階段、扭矩相階段、慣性相階段和目標(biāo)擋位運(yùn)行階段，圖1為液力自動(dòng)變速器動(dòng)力升擋過程示意圖。

圖1 動(dòng)力升擋過程

(1)當(dāng)前擋位運(yùn)行階段：此階段待分離離合器C處于接合狀態(tài)，待接合離合器B處理充油狀態(tài)，快速消除摩擦片間空隙。該階段扭矩全部有離合器C傳遞，工況穩(wěn)定。

To=iCTC=iCTi

(1)

TB=0

(2)

(3)

式中：To為變速器輸出扭矩；Ti為輸入扭矩即發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩；iC、in分別對(duì)應(yīng)當(dāng)前擋位和目標(biāo)擋位速比；TB和TC分別對(duì)應(yīng)為離合器B和C傳遞扭矩；ωi和ωo分別為輸入、輸出軸角速度；ωB和ωC為離合器B和離合器C角速度[7]。

(2)扭矩相階段：在此階段，隨著待分離離合器C壓力的逐步降低，其扭矩容量也隨之降低，扭矩傳遞逐步向待接合離合器B轉(zhuǎn)移，離合器B處于滑摩狀態(tài)，但在該階段發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩依然低于離合器C扭矩容量，故離合器C未打滑，變速箱速比為當(dāng)前擋位速比。在此階段，待接合離合器B傳遞扭矩可表示為：

(4)

式中：ΔωB是離合器B主、從動(dòng)盤相對(duì)角速度；μB為離合器B動(dòng)摩擦因數(shù)；FB為作用到離合器B上的正壓力；ZB為離合器B的摩擦面數(shù)；rB0和rB1分別對(duì)應(yīng)為離合器B的內(nèi)、外半徑。

同時(shí)離合器C傳遞扭矩為：

(5)

輸出扭矩為：

To=iCTC+iBTB=iCTi+(iB-iC)TB

(6)

(3)慣性相階段：進(jìn)入慣性相階段后，待分離離合器C壓力為0，所有扭矩均由離合器B傳遞，且隨著離合器B壓力的逐步增大，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速降低，傳動(dòng)比切換到目標(biāo)擋位速比。

TC=0

(7)

(8)

式中：IE為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

(4)目標(biāo)擋位運(yùn)行階段：該階段離合器C完全分離，離合器B完成轉(zhuǎn)速同步并壓緊，車輛處于目標(biāo)擋位運(yùn)行狀態(tài)。則有：

To=iBTB=iBTi

(9)

2 發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩量化需求

2.1 降扭請(qǐng)求

為優(yōu)化動(dòng)力升擋過程品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)快速換擋、平穩(wěn)調(diào)速同時(shí)防止離合器銜接過程中出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速飛車等問題，在動(dòng)力升擋過程中往往伴隨降扭請(qǐng)求。發(fā)動(dòng)機(jī)快速精準(zhǔn)響應(yīng)降扭需求，則能大大降低變速器油壓控制的難度。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)降扭響應(yīng)的速度及精度提出量化需求，如圖2所示，發(fā)動(dòng)機(jī)需在30 ms內(nèi)跟隨變速器降扭請(qǐng)求，且響應(yīng)扭矩精度控制在±5%以內(nèi)。

圖2 降扭請(qǐng)求需求

2.2 扭矩響應(yīng)

為提升滑行動(dòng)力降擋品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)快速降擋并輸出動(dòng)力，滿足駕駛員急加速需求，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩建立提出需求，具體如圖3所示，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩需從踩下油門踏板后400 ms時(shí)間內(nèi)達(dá)到50%目標(biāo)扭矩，此目標(biāo)扭矩為動(dòng)力降擋過程中的最大扭矩。

圖3 動(dòng)力降擋扭矩需求

車輛的動(dòng)力源由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩建立過程快速且平滑則能帶來(lái)較好的換擋感受，扭矩建立緩慢且存在階躍突變，則從變速器側(cè)無(wú)法解決響應(yīng)遲滯問題并可能伴隨有換擋沖擊等問題。

3 駕評(píng)驗(yàn)證

3.1 客觀評(píng)價(jià)

運(yùn)用行業(yè)內(nèi)主流的客觀評(píng)價(jià)測(cè)試系統(tǒng)AVL Cruise，接入實(shí)測(cè)加速度傳感器信號(hào)并借助整車CAN通信平臺(tái)引入其他信號(hào)如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩、擋位和油門踏板開度等信息，按標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試工況對(duì)車輛進(jìn)行測(cè)試，然后軟件對(duì)采集的信號(hào)經(jīng)過一系列的處理并與其包含的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，最終對(duì)車輛各子項(xiàng)目打出分?jǐn)?shù)，同時(shí)也會(huì)標(biāo)注出數(shù)據(jù)庫(kù)中各子項(xiàng)目的分?jǐn)?shù)范圍帶以供參考。

具體評(píng)價(jià)結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖4 駕駛性總體評(píng)分

圖5 換擋品質(zhì)評(píng)分

由圖可知該車型總體駕駛性評(píng)分為7.1，其中換擋品質(zhì)總體評(píng)分為7.0分，換擋品質(zhì)下又細(xì)分為動(dòng)力升擋7.1分、無(wú)動(dòng)力升擋7.8分、動(dòng)力降擋6.9分、無(wú)動(dòng)力降擋8.0分、瞬態(tài)特性7.7分以及換擋桿操縱換擋(含靜態(tài)換擋及手動(dòng)模式換擋)6.7分。換擋桿操縱評(píng)測(cè)因與駕駛員操縱時(shí)機(jī)的選擇相關(guān)，隨機(jī)性較大故分?jǐn)?shù)最低，動(dòng)力降擋控制難度較大，故分?jǐn)?shù)也相對(duì)其他子項(xiàng)目低，但總體處于較為優(yōu)異的水平。

3.2 主觀評(píng)價(jià)

為更精準(zhǔn)地評(píng)價(jià)該車型的駕駛性能情況，在完成客觀評(píng)價(jià)后又組織了專家駕評(píng)，按圖6標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了評(píng)分[8]。

圖6 主觀評(píng)價(jià)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

各子項(xiàng)目得分均在7分附近，具體見表1。評(píng)價(jià)結(jié)果與客觀評(píng)價(jià)基本一致，表明該車型駕駛性能良好，達(dá)到開發(fā)需求目標(biāo)。

表1 主觀評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

文中以發(fā)動(dòng)機(jī)控制器和自動(dòng)變速器控制器間的匹配交互為突破口，從變速器側(cè)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩控制提出量化需求以優(yōu)化整車換擋品質(zhì)及駕駛性能。依托某搭載液力自動(dòng)變速器車型的開發(fā)過程，基于該量化需求完成整車調(diào)教后對(duì)車輛進(jìn)行主、客觀評(píng)價(jià)，結(jié)果表明該車型換擋品質(zhì)優(yōu)異，即表明該套扭矩量化需求滿足工程開發(fā)需求。

該套量化需求的提出能在項(xiàng)目初期即明確了發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)目標(biāo)，避免了后期的反復(fù)修改，有效提升了項(xiàng)目開發(fā)效率，其他各交互控制器間也可以總結(jié)相應(yīng)的較為合理的接口規(guī)范，降低項(xiàng)目開發(fā)過程中反復(fù)聯(lián)調(diào)或者相互推諉的概率。