汽車帶擋滑行經(jīng)濟性控制與應(yīng)用技術(shù)研究

陳 彬， 李 波， 王海艷， 張 松， 余 燕， 祖萬里， 陳旭東

（安徽江淮汽車集團股份有限公司， 安徽 合肥 230601）

帶擋滑行是消費者駕駛車輛過程比較常見的行駛工況之一，車輛滑行過程動能利用可減少燃油的消耗，對于提升車輛經(jīng)濟性和排放性能有著重要意義。隨著發(fā)動機電噴技術(shù)的普及應(yīng)用［1］，以及整車電控系統(tǒng)的不斷完善，可進行多參數(shù)的控制模型開發(fā)，實現(xiàn)滑行過程發(fā)動機停噴的最優(yōu)控制［2］。

當前，業(yè)內(nèi)針對車輛的滑行性能開發(fā)主要集中于阻力優(yōu)化［3］與制動能量回收［4］相關(guān)的技術(shù)研究。制動能量回收方面，通過識別客戶的制動需求與車輛行駛狀態(tài)，實現(xiàn)最大化的能量利用，以提升車輛的經(jīng)濟性。但是內(nèi)容主要關(guān)注整車動能的利用，沒有涉及發(fā)動機噴油控制相關(guān)內(nèi)容，經(jīng)濟性能的開發(fā)較為片面。

本文選擇匹配DCT變速器的自動擋車輛，開展相關(guān)控制策略的開發(fā)與應(yīng)用研究，通過系統(tǒng)分析滑行工況下發(fā)動機停噴控制參數(shù)對駕駛性能的影響，構(gòu)建帶擋滑行經(jīng)濟性、平順性、滑行過程加速響應(yīng)的測試評價方法。為帶擋滑行經(jīng)濟性能的開發(fā)提供可靠的測試、評價與優(yōu)化技術(shù)手段。

1 帶擋滑行經(jīng)濟性測試與評價

帶擋滑行試驗在轉(zhuǎn)鼓臺架上開展，以規(guī)避道路品質(zhì)、環(huán)境因素對試驗的影響。轉(zhuǎn)鼓臺架設(shè)置為道路模擬模式，駕駛員駕駛車輛平緩加速至120km/h，穩(wěn)定車速60s后松開油門踏板開始滑行，車速下降至10km/h后停止試驗。

1.1 測試系統(tǒng)

根據(jù)滑行試驗需要構(gòu)建了如圖1所示的測試系統(tǒng)，測試系統(tǒng)由信號傳感器組、數(shù)據(jù)采集器和計算機組成［5］。瞬時油耗儀采集油耗信息，轉(zhuǎn)鼓試驗臺輸出輪轂輪邊力和車速信息，車身CAN可輸出發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機輸出扭矩、油門開度、噴油脈寬等信息［6］。數(shù)據(jù)采集器基于美國NI的虛擬儀器及C模塊構(gòu)建，實現(xiàn)對上述信息的實時同步采集，并通過網(wǎng)線上傳至便攜式計算機進行保存、實時顯示。主要數(shù)采設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)指標見表1。

表1 主要數(shù)采設(shè)備性能指標

圖1 測試系統(tǒng)原理圖

1.2 滑行經(jīng)濟性評價方法

試驗車輛的滑行過程如圖2所示，松開油門后，發(fā)動機進入停噴模式，滑行至70km/h （發(fā)動機轉(zhuǎn)速約1400r/min） 觸發(fā)發(fā)動機噴油。截取松開油門踏板至20km/h的過程數(shù)據(jù)，統(tǒng)計過程的累計油耗量進行滑行經(jīng)濟性評價，圖2曲線表征的滑行經(jīng)濟性能為車輛優(yōu)化前狀態(tài)，滑行過程的累計油耗量為20.9mL。

圖2 滑行過程發(fā)動機噴油情況示意圖

1.3 問題分析

提取滑行過程發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速信號，帶入輪胎滾動半徑計算傳動系速比，從圖3可以看出，松開油門后至發(fā)動機觸發(fā)噴油的過程，變速器一直處于最高擋狀態(tài)，發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降至1400r/min后觸發(fā)發(fā)動機噴油。問題在于降擋點車速較低，導(dǎo)致?lián)Q擋點轉(zhuǎn)速達到發(fā)動機觸發(fā)噴油轉(zhuǎn)速閾值。

圖3 滑行過程發(fā)動機與變速器工況示意圖

2 控制邏輯開發(fā)

建立了基于擋位信號和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號的發(fā)動機停噴控制，如圖4所示。當車輛進入滑行模式后，首先判斷變速器擋位，當變速器擋位高于目標擋位后進行發(fā)動機轉(zhuǎn)速判斷，否則觸發(fā)噴油。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速高于停噴轉(zhuǎn)速閾值時，進入停噴控制邏輯，否則觸發(fā)噴油。

圖4 滑行停噴控制邏輯示意圖

根據(jù)圖4所示的滑行停噴控制邏輯，識別了噴油閾值轉(zhuǎn)速、降擋線對停噴控制影響較為明顯。

2.1 噴油閾值轉(zhuǎn)速

噴油閾值轉(zhuǎn)速為觸發(fā)發(fā)動機噴油的關(guān)鍵參數(shù)，滑行過程隨著轉(zhuǎn)速的下降，達到閾值轉(zhuǎn)速后觸發(fā)噴油，所以該轉(zhuǎn)速值越低則發(fā)動機停噴時間越長，滑行經(jīng)濟性越好。但是較低的轉(zhuǎn)速會影響加速動力響應(yīng)以及滑行平順性［7］，需要開展相關(guān)的測試評價，以確定最低的噴油閾值轉(zhuǎn)速。

2.2 降擋線

對于自動擋車輛，滑行過程降擋可提升發(fā)動機轉(zhuǎn)速，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速高于噴油閾值轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)持續(xù)的停噴控制，則在降擋點轉(zhuǎn)速要略高于閾值轉(zhuǎn)速?？紤]到最優(yōu)的滑行停噴控制，建議降擋點發(fā)動機轉(zhuǎn)速比噴油閾值轉(zhuǎn)速高100r/min，降擋通過車速信號控制，降擋車速點計算方法如下式所示［8］。擋位速比ig、主減速比i0、輪胎滾半徑r、噴油閾值轉(zhuǎn)速為ni，對應(yīng)的換擋車速為Vi。

3 驗證試驗

應(yīng)用該滑行停噴控制策略，對試驗車輛的滑行停噴控制效果進行優(yōu)化，降低了噴油閾值轉(zhuǎn)速，提升了高擋位的降擋車速點，噴油觸發(fā)目標擋位設(shè)置為3擋?，F(xiàn)對比優(yōu)化前的控制效果，進行滑行相關(guān)和加速響應(yīng)性能的驗證試驗。

3.1 滑行驗證試驗

為測試滑行過程停噴控制效果及滑行平順性，需要開展滑行驗證試驗，具體方法如下：駕駛員控制加速踏板緩慢加速至120km/h，然后穩(wěn)定加速踏板60s，松開油門踏板開始滑行，車速下降至10km/h后停止試驗。

3.2 動力響應(yīng)驗證試驗

為測試噴油閾值轉(zhuǎn)速下調(diào)對加速性能的影響，在轉(zhuǎn)鼓試驗臺架上開展動力響應(yīng)測試。轉(zhuǎn)鼓設(shè)置為道路模擬模式，駕駛員駕駛車輛穩(wěn)定在D4擋、發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1200r/min，然后快速踩下加速踏板至30%開度，車速上升20km/h后停止試驗，依次完成發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1300r/min、1400r/min的測試內(nèi)容。

4 數(shù)據(jù)處理與評價

4.1 滑行經(jīng)濟性控制策略驗證評價

滑行經(jīng)濟性驗證試驗過程如圖5、圖6所示，相對優(yōu)化前的滑行過程，控制策略應(yīng)用效果明顯，主要優(yōu)化內(nèi)容如下。

圖5 優(yōu)化后的滑行過程噴油情況示意圖

圖6 優(yōu)化后的滑行過程發(fā)動機與變速器工況示意圖

1） 設(shè)定了噴油目標擋位為3擋。

2） 提前了高擋位的降擋點車速 （發(fā)動機轉(zhuǎn)速），由表2內(nèi)容所示，其中4擋降3擋為延長停噴時間，降低了降擋點的車速。

表2 降擋點車速值統(tǒng)計列表

3） 噴油閾值轉(zhuǎn)速調(diào)整至1300r/min。

4.2 滑行經(jīng)濟性對比評價

統(tǒng)計滑行驗證試驗過程的累計油耗為7.1mL，噴油量僅為優(yōu)化前的34%，滑行經(jīng)濟性提升明顯。由圖6可以看出，滑行過程經(jīng)過5次降擋，前3次降擋過程少量的噴油用于提升轉(zhuǎn)速，當擋位降至3擋時，進入穩(wěn)定的噴油狀態(tài)。

4.3 滑行平順性對比評價

提取滑行過程的峰值減速度及滑行沖擊度進行滑行平順性評價，如表3內(nèi)容所示，優(yōu)化前后的滑行平順性沒有變化，滑行過程平順性感受較好。沖擊度為加速度曲線相鄰波峰與波谷的差值，該值越大則頓挫感越明顯。

表3 滑行平順性評價數(shù)據(jù)統(tǒng)計

4.4 動力響應(yīng)對比評價

提取加速踏板踩下至加速度分別達到0.15m/s2、峰值加速度的時間進行動力響應(yīng)性能評價，評價結(jié)果如表4所示，動力響應(yīng)時間較為一致，說明閾值轉(zhuǎn)速下調(diào)值1300r/min對動力響應(yīng)性能的影響基本可以忽略。

表4 動力響應(yīng)評價數(shù)據(jù)統(tǒng)計

5 結(jié)論

論文針對自動擋汽車帶擋滑行工況，引入了多參數(shù)的發(fā)動機停噴控制邏輯，并構(gòu)建了控制參數(shù)對駕駛性影響程度的測試與評價方法，該項技術(shù)在實車上得到應(yīng)用。驗證結(jié)果證明，控制邏輯具備可行性，邏輯參數(shù)的駕駛性相關(guān)測試評價方法可實現(xiàn)滑行工況相關(guān)的駕駛性與經(jīng)濟性的最優(yōu)開發(fā)。論文成果對于汽車企業(yè)開展滑行經(jīng)濟性能開發(fā)有著重要的指導(dǎo)意義。該發(fā)動機停噴控制與參數(shù)開發(fā)方法同樣適用于配置柴油發(fā)動機的商用車。