综合考虑CVT动力性和经济性的整车控制策略集成优化

李敏+何艳则+牛大旭

摘要：传统的无级变速器（Continuously Variable Transmission，CVT）的策略优化集中在CVT换挡策略优化上，因此在提升燃油经济性的同时往往损害动力性。针对这一问题，在分析换挡策略和踏板扭矩策略对整车动力性和燃油经济性影响的基础上，提出集成优化换挡策略和踏板扭矩策略的方法；设计优化流程，得到不同车速、不同加速踏板开度下换挡策略和踏板扭矩策略的优化结果。搭建整车虚拟仿真模型，并进行仿真与试验对比分析，结果表明：集成优化可在保证动力性不衰减甚至提升的条件下，燃油效率提高约4%。

关键词：CVT；最佳经济线；集成优化；换挡策略；踏板扭矩策略；动力性；燃油经济性

中图分类号：U464.336 文献标志码：B

0引言

节能减排是汽车行业面临的巨大挑战。无级变速器（Continuously Variable Transmission，CVT）由于可连续变速，所以可实现与发动机工况的最佳匹配，有巨大的节油潜力，从而得到大量使用。

国内外对CVT系统的研究多将最佳经济性或者动力性各自单独考虑。文献通过发动机最佳经济线控制发动机运行工况点，文献在此基础上综合考虑传递系统效率；文献仅研究最佳动力性，综合考虑CVT效率对驱动功率的影响，但只有理论分析未进行试验验证。少数文献综合动力性和经济性进行CVT速比整体优化，对最佳动力性和最佳经济性进行折中处理，但无法保证在获得最佳经济性的同时动力性有较好的表现，且仅有理论仿真結果而无试验研究。基于整车层级控制策略，综合考虑最佳经济性，兼顾动力性不衰减，且理论与试验相结合的研究，目前尚未见到文献。

本文在理论上分析换挡策略和踏板扭矩策略对整车动力性和经济性的影响，提出控制策略集成优化的方法，并应用于具体车型，然后通过虚拟仿真和试验进行验证。

1换挡策略和踏板扭矩策略对动力性和经济性的影响

车辆行驶过程中，电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）根据当前驾驶员踩下加速踏板信号和发动机转速信号，查表输出驾驶员对发动机的扭矩请求，该扭矩请求与加速踏板、发动机转速的关系即为踏板扭矩策略。传输控制单元（Transmission Control Unit，TCU）通过加速踏板信号和车速信号，通过查表输出变速器的目标速比，该速比请求与加速踏板、车速的关系即为换挡策略。踏板扭矩策略和换挡策略共同决定某一工况下发动机运行工况点及车轮端的扭矩输出，即决定整车动力性和经济性水平。

集成优化对动力性和经济性的影响示意见图1。其中，工况点4和B分别为等功率线a和b上运行的工况点，A₀和B₀为最佳经济线上工况点，曲线c为最佳经济线，曲线m和n分别为对应加速踏板开度为20%和30%时的踏板扭矩策略曲线。假设某一工况下发动机工作在点A，传统最佳经济线控制方法是点4尽量向点A₀移动。由于点A工作转速高于A₀，若只进行换挡策略调整，A向着降低转速方向调整变为A₁，A₁功率降低，需加大加速踏板至30%提高转速发动机才能维持工作在等功率线a上，运行工况点变为A₂，但此时加速踏板对应的动力性变差。若在此基础上结合踏板扭矩策略增大20%加速踏板的扭矩输出（20%加速踏板下不同转速扭矩增大至曲线p），则在4点转速降低到A₁转速后，发动机扭矩可到达A₃点对应扭矩。集成优化后工作点A₃仍在等功率线上，可以达到不降低动力性同时向着最佳经济线靠近的目标。

假设某一工况下发动机工作在点B，在等功率线b和某加速踏板开度时，工作转速低于理想转速B₀，通过优化换挡策略提高转速至B₁，驱动功率增加，需要适度降低加速踏板开度，工况点变为等功率线b上的B₂，此时运行点向最佳经济线靠近，动力性和经济性均有所提升，因此可以不调整踏板扭矩策略。

2换挡策略和踏板扭矩策略集成优化结果

以公司搭载CVT变速器的某A级车型为研究对象，整车基本参数见表1。分析换挡MAP和踏板MAP对动力经济性的影响，建立优化计算模型。endprint