运用CRUISE对换挡提醒的研究

王 帅

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

运用CRUISE对换挡提醒的研究

王 帅

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章首先论述了换挡提醒在整车节油作用上的重要性，核心在于行驶过程中提醒驾驶者以最经济的驾驶模式换挡，保证发动机在最佳经济区工作。阐述了换挡提醒的功能、组成以及重要组成零部件的作用和要求，根据ECU中标定的换挡规律，对车辆行驶在不同工况下仪表显示器上出现相应的挡位提示数字。通过对某款搭载五挡手动变速器车辆，对其匹配换挡提示方案制定了换挡策略。阐述了不同油门开度下换挡线的优化原则，运用cruise生成初版换挡线，基于升挡线和降挡线设计原则对换挡线进行调整。并利用cruise仿真计算软件对换挡提示的策略进行计算分析，对结果进行优化处理。分析计算换挡提醒对整车经济性能的影响，结果表明加装换挡提醒对整车经济性能有很大提升。

换挡提醒；节油；换挡线；油门开度

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)20-07-05

1 引言

1.1 换挡提醒的功用及组成

1.1.1 换挡提醒的功用

面对国内日趋严格的油耗法规标准，以及用户在汽车使用过程中，对燃油经济性的高度关注。降低油耗已经成为各大汽车企业研究的共同课题。换挡提示作为其中的节油方案之一。由于只针对电控标定进行修改，开发成本低，节油效果明显，深受各大主机厂欢迎。

1.1.1.1 换挡提醒的含义

换挡提示是针对手动挡车型在行驶过程中，依据ECU中标定的换挡规律，对车辆行驶在不同工况下仪表显示器上出现相应的挡位提示数字显示的一种配置。换挡提示的核心是换挡规律的设定，目前应用较多的是彼得罗夫[1]提出的两参数换挡规律，即根据车速及油门开度决定换挡时机及挡位。但由于汽车起步及换挡过程中都是加速或者减速的动态过程，为了更好地反映动态过程中的换挡规律，葛安林[2]等提出了三参数换挡规律，三参数为油门开度、车速、加速度。对于以上提到的两参数或者三参数换挡规律，都没有加入燃油经济性作为约束。因此，在换挡提示中，加入新参数约束换挡策略显得很有必要。在换挡规律曲线中存在着相邻两挡都可能的工作区，这种往返换挡之间的交错现象，称之换挡延迟[3]。换挡延迟能有效地减少换挡循环，从而保证了换挡过程的稳定性，提高了乘坐舒适性。

1.1.2 换挡提醒的硬件组成

EMS SHFL 软件模块计算何时发出升档信号、降挡信号，并计算目标档位，然后将这些信号发送给仪表。需要车辆安装的传感器：空档开关，当检测到车辆处于空档状态时熄灭换档提示灯；离合器开关，MT车的离合器踩下后，延时可标定时间后熄灭换档提示灯；倒档开关,车辆处于倒档状态时熄灭换档提示灯。

2 整车边界参数整理

2.1 整车基本参数

整车参数如表1所示：

表1 整车参数表

2.2 整车阻力

整车阻力如表2所示：

表2 整车阻力

2.3 发动机参数

发动机外特性和万有特性分别如图1和图2所示：

图1 发动机外特性

图2 发动机万有特性

3 换挡线设计

按照控制参数的多少，换挡规律可分为单参数、两参数和三参数换挡规律。

单参数换挡规律一般选用车速作为控制参数，其控制系统结构简单，但是不能实现驾驶员干预换挡。

两参数换挡规律克服了单参数换挡规律的不足，广泛采用油门开度、车速二参数联合控制。

三参数换挡规律，在两参数换挡规律的基础上考虑了车辆的加速度，进一步反映了车辆的实际操纵规律，但是其以发动机动态实验数据为基础，目前的理论研究较多，实际应用较少。

本文以两参数换挡规律对某车型匹配 5MT的换挡规律进行设计。

3.1 换挡曲线软件设计

手动挡换挡提醒曲线根据自动挡D挡经济性换挡设计。

经济性换挡曲线设计方法有：软件法、图解法和解析法。本文利用软件法（Cruise）设计经济换挡线，如图3所示。

图3 Cruise计算模型

将整车参数、发动机参数输入 cruise仿真模型，可得到初步的换挡线（油门开度、车速二参数），如表3所示：

表3 各油门开度各挡升档降挡点

将以上参数表生成换初步挡线，如图4所示。

图4 初步换挡线

以一挡为例，将各油门开度下对应的车速、发动机转速梳理如表4所示。

表4 一挡各油门开度升、降挡车速

4 换挡线优化

4.1 优化原则

4.1.1 升挡点设定原则分析

（1）让升挡前尽可能走过更长的经济区域，升挡后仍有很长的经济区域可走；

（2）对于升挡前和升挡后均有很长经济区域的，优先

考虑升挡后的，即尽量提前升挡。

（3）在小油门时（油门开度≤30%），驾驶员加速意图不明显，为获得良好的燃油经济性，车辆应在较低发动机转速（即较低的车速）下升档，保证车辆在中高档位下行驶，但升挡后发动机转速不要低于开空调时的发动机怠速。如此发动机的怠速为 750±30rpm，开空调后的怠速为 900±30rpm。各挡开空调最低转速如表5所示：

表5 发动机最低转速对应的车速表

该油门段应采用以车速为变量的单参数换挡。

图5 发散型

（4）在中间油门时，驾驶员有较为明显的加速意图，此时要求车辆加速度随油门开度的增加而增大，这种情况下换挡规律要在保证正常的动力性要求的前提下，最大限度实现经济性最优，应采用车速、油门开度两参数换挡，升降档曲线呈现发散型（如图5所示）。

（5）在 80%以上的油门开度时，驾驶员有超车或爬坡意图，所以此区域的换挡点尽可能在最大转速处。由于大油门状态低档位加速性能更好，因此需优先选择低档位，升档点发动机转速设置可按照略低于发动机额定最大转速进行设置，如考虑要求 NVH，可适当降低转速。大油门段升降档线采用收敛型（如图6所示），减延迟换挡，升降档均实现发动机较好的功率利用，动力性好，加油门时降档响应迅速。

图6 收敛型

4.1.2 降挡点设定原则分析

（1）为了避免频繁提示升挡和降挡，低油门开度区域，降挡车速应该比对应的升挡车速低 2～18km/h，一般的，随档位增加，车速差增加；

（2）为了避免发动机熄火，n挡的降挡车速必须大于n挡的最小车速，设定≥n挡最低稳定车速+1km/h；

（3）高区降挡后转速不得超过发动机额定功率转速，如超过则以额定功率转速对应车速为降挡车速；

对表6中各油门开度下的升档、降挡车速根据以上优化原则进行调整，如表6所示。

表6 一挡各油门开度升、降挡车速优化后

根据1挡的调整原则，将各油门开度下换挡点对应的车速进行梳理，如表7所示。

表7 各挡各油门开度升、降挡车速优化后

将以上参数表生成换挡线，如图7所示：

图7 优化后换挡线

5 仿真计算结果及优化分析

5.1 建立仿真计算模型

利用AVL公司的仿真计算软件Cruise进行仿真计算分析，用来对比依照换挡提示前后油耗情况。先建立仿真车型的计算模型，输入整车边界参数，如整备质量、发动机参数、变速箱速比、主减速比、整车滑行阻力等，把各模块建立机械连接和信号总线连接。把表7的升、降挡车速换挡策略输入变速箱控制模块中。

5.2 仿真结果分析

由图8可看出，NEDC工况中出现两处动力不足的现象，导致异常降挡，分析原因可知：

①城区工况的43～50km/h加速，升到4挡后动力不足，从而降挡到3挡。

②郊区工况的35～70km/h加速，升到4挡后动力不足，从而降挡到3挡。

为此，针对NEDC工况，将3挡升4挡50%开度以下的升挡车速由37km/h提升到47km/h。

图8 NEDC工况车速、挡位对比图

4.2.2 采用换挡提示后油耗对比

采用换挡提示后，NEDC工况下车速与挡位特性对比如图9所示。

图9 NEDC工况车速、挡位对比图

由图9可以看出，采用换挡提示后，在城区与郊区工况，均有较多的挡位提升现象。

对比NEDC工况下，无换挡提示和有换挡提示的油耗使用情况。城区工况下节油比例为 1.41%，郊区工况下节油比例为15.79%，综合工况下节油比例为7.49%，可以看出节油效果明显。对比按照换挡提示行驶，油耗差异和节油比例如表8所示。

表8 节油比例及差异

6 结论

本文通过cruise设计换挡线得到二参数（油门开度、车速），通过制定合理的升、降挡时机，综合考虑二参数在实际应用中的对油耗和驾驶性的影响，设计换挡曲线。

利用仿真计算软件 Cruise，计算驾驶员按照换挡提示行驶前后的油耗使用情况，对比分析节油效果，说明换挡提示可行性。

[1] 彼得罗夫．汽车传动系自动操纵的理论基础[M]．陆兆风,译.北京：人民交通出版社,1963.

[2] 葛安林.车辆自动变速理论与设计[M].北京：机械工业出版社,1993.

[3] 申水文,葛安林.基于二参数换挡规律的模糊换挡技术[J].汽车技术,1998(1)：9-12.

[4] 余志生.汽车理论( 第4版) .北京： 机械工业出版社,2006.

[5] 余荣辉,孙东野,秦大同.机械自动变速系统动力性换档控制规律[J].农业机械学报.2006,37（4）.

[6] 刘松灵,顾力强.基于 Cruise 的混合动力汽车传动系统建模与仿真分析.传动技术,2008,22(4).

Use CRUISE to study the shift warning

Wang Shuai
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

This paper first discusses the importance of shift reminder in the role of vehicle fule economy,the core is to remind the driver in the process of driving the most economical driving mode shift.The function and composition of the shift reminder are described,and the functions and requirements of the important components are described. According to the shift rules of the ECU calibration,the corresponding gears appear on the instrument display under different working conditions.Through a section equipped with five-speed manual transmission vehicle,its matching shift tips program to develop a shift strategy.This paper describes the optimization principle of shift line,and adjusts the shift line based on the design principle of the upscale and downshift lines.And use cruise simulation software to analyze and analyze the shift strategy,and optimize the result.Analysis and calculation of the impact of shift on the vehicle’s economic performance,the results show that the installation shift reminder on the vehicle’s economic performance has greatly improved.

Shift reminder; Fule economy; Shift line; Throttle opening

U467.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)20-07-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.20.003

王帅，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。