CN103398168A

CN103398168A - 一种自动变速器换档规律的建模方法

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Publication number: CN103398168A
Application number: CN2013103587427A
Authority: CN
Inventors: 郭洪艳; 陈虹; 贾瑞; 于海洋; 张华玉
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2013-08-16
Filing date: 2013-08-16
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-08-16
Also published as: CN103398168B

Abstract

本发明公开了一种汽车自动变速器换档规律的建模方法，该建模方法不仅可用于自动变速器理论研究，更适用于实际自动变速器换档规律的建模；建模方法包括以下步骤：1.获取影响档位的车辆参数变量数据，获取车辆在不同行驶工况下的节气门开度、车速及相应的档位信息；2.参数变量数据处理：将获取的变量数据分类，并制作散点图，最终从散点图中提取出各档位分界线变量数据点；3.档位表制作：依次制作分档表以及档位关于节气门开度和车速的换档规律MAP表；4.换档规律模型的建立：对换档逻辑判断模型进行建立并应用到换档规律MAP表中。本发明解决了现有换档规律建模方法复杂、实时性和快速性较差的问题。

Description

一种自动变速器换档规律的建模方法

技术领域

本发明涉及一种汽车自动变速器换档规律的建模方法，该建模方法不仅可用于自动变速器理论研究，更适用于实际自动变速器换档规律的建模。

背景技术

近年来，中国汽车工业发展迅速，在激烈的汽车市场竞争环境下，汽车企业必须缩短车辆的研发周期，降低研发成本，将更多的研发工作借助于计算机来完成；此外，基于模型的电控系统开发已经越来越普遍地被应用到新车型的开发及测试中，而换档规律模型又是整车模型建立中必不可少的，换档规律建模的好坏直接影响车辆的动力性、经济性、安全性等问题。目前对换档规律的建模多集中于相对复杂的基于模型的优化算法，本发明选取了几种相似车型进行试验，提炼出了一种实用性强且相对简单的建模方法，即通过标定换档规律MAP来实现自动变速器换档控制。

发明内容

本发明提出了一种简便、快速、实用的自动变速器换档规律的建模方法，来解决现有换档规律建模方法复杂、实时性和快速性较差的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

提供一种自动变速器换档规律的建模方法，其包括以下步骤：1.获取影响档位的车辆参数变量数据：（1）确定影响档位的参数变量；（2）获取参数变量数据：获取车辆在不同行驶工况下的节气门开度、车速及相应的档位信息；2.参数变量数据处理：将获取的变量数据分类，并制作散点图，最终从散点图中提取出各档位分界线变量数据点；3.档位表制作：依次制作分档表以及档位关于节气门开度和车速的换档规律MAP表；4.换档规律模型的建立：对换档逻辑判断模型进行建立并应用到换档规律MAP表中；将分档表、换档规律MAP表以及换档规律模型相结合，即完成了自动变速器换档规律模型的建立。

根据本发明提供的一种自动变速器换档规律的建模方法，其中步骤2包括：（1）数据分类：将获取的变量数据按升档、降档进行分类；（2）升、降档散点图制作：分别将升档数据、降档数据按设定的间隔时间提取出相应的变量数据，根据提取的升档数据、降档数据分别画出节气门开度关于车速的升档散点图、降档散点图。

根据本发明提供的一种自动变速器换档规律的建模方法，其中步骤2还包括：（3）提取各档位分界线变量数据点：从上述步骤（2）画出的升档散点图中可看出各档位变化分界线，根据此分界线，可从升档散点图中得到1档升2档、2档升3档直至（i-1）档升i档（i为自动变速器最高档）的分界线数据点；同理，可从降档散点图中获得自动变速器从i档依次降至1档的分界线数据点；分别画出车辆升档分界线图、降档分界线图。

根据本发明提供的一种自动变速器换档规律的建模方法，其中步骤3包括：（1）分档表制作：a)直线拟合：将每组分界点数据拟合成节气门开度关于车速的n段直线，其直线函数表达式为α_i=k_iv_x+b_i,i=1…n，n取正整数值；b)制作分档表：针对每条分界线，提取其起始端、末尾端及两条相邻段拟合直线交叉点对应的节气门开度及车速数据，然后再在两个端点之间每隔预定间隔选取一定的车速数据，若所选取的车速值同时对应多条升/降档分界线，需将该车速值分别代入多条拟合直线函数中，计算出这些分界线上对应的节气门开度值，最后分别将每条分界线的上述所有车速按从小到大的顺序排列，同时记录对应的节气门开度值，即得到升档分档表和降档分档表。

根据本发明提供的一种自动变速器换档规律的建模方法，其中步骤3还包括：（2）换档规律MAP表制作：a)升档MAP表制作：首先，将上一步骤制作的升档分档表中所有车速按从小到大的顺序排列成一行，同时将所有节气门开度值按从小到大的顺序排列成一列；然后，记上述1档升2档分档表中所有车速及节气门开度对应档位值为2，2档升3档分档表中所有车速及节气门开度对应的档位值为3，依次类推，记录出所有升档分界线车速及节气门开度对应的档位值；最后，在得到升档分界线上数据点后，记1档升2档分界线左侧所有档位值为1，1档升2档分界线与2档升3档分界线之间的所有档位值为2，依次类推直至升至i档，即可获得升档MAP表，该MAP表将对自动变速器升档换档规律起着至关重要的作用；b)降档MAP表制作：首先，将所述降档分档表中所有车速按从小到大的顺序排列成一行，同时所有节气门开度值按从小到大的顺序排列成一列；其次，记上述i档降至i-1档分档表中所有车速及节气门开度对应档位值为i-1，依次记录，直至2档降至1档分档表中所有车速及节气门开度对应档位值为1；最后，在得到降档分界线上数据点后，记i档降至i-1档右侧所有档位值为i，i档降至i-1档分界线与i-1档降至i-2档之间所有档位值为i-1，依次类推，直至2档降1档分界线左侧所有档位值为1，即可获得降档MAP表，该MAP表对自动变速器降档换档规律起着至关重要的作用。

根据本发明提供的一种自动变速器换档规律的建模方法，其中步骤4中的换档逻辑规则如下：（1）初始化当前车速值、当前节气门开度值及当前档位值；（2）以当前档位值及当前节气门开度值作为输入，查询升档分档表可得出该档位下所需升档车速阈值，查询降档分档表可得出该档位下所需降档车速阈值；（3）将当前车速值与升档车速阈值及降档车速阈值进行比较，得到3种比较结果：若当前车速值大于升档车速阈值，则根据当前车速值及节气门开度值经过升档MAP表插值得到下一时刻所需升档档位值；若当前车速值小于降档车速阈值，则根据当前车速值及节气门开度值通过降档MAP表插值得到下一时刻所需降档档位值；若当前车速值在两个车速阈值之间，则下一时刻保持当前档位值不变；经过上述步骤，即可获得下一时刻档位值，该档位值输入给自动变速器执行机构、驱动系，车辆获得新车速值及节气门开度值，然后将新车速值、节气门开度值及档位值输入到初值中，如此循环进行计算，即实现了车辆的自动换档；将升、降档分档表，升、降档MAP表以及换档规律模型相结合，即完成了自动变速器换档规律模型的建立。

与现有技术对比，本发明具有以下有益效果：

（1）本方法是基于数据建立模型，无需复杂算法，且模型精确度得到了一定的提高；

（2）利用本方法进行建模，对模型应用于实车上的实时性及快速性有可靠的保障；

（3）利用本方法进行建模，当建模数据更新后，能快速地得到更新的换档规律模型；

（4）节省了大量资源及成本。

附图说明

图1为红旗HQ430轿车节气门开度与油门踏板开度关系图

图2为红旗HQ430轿车所有升档散点图

图3为红旗HQ430轿车所有降档散点图

图4为红旗HQ430轿车升档分界线图

图5为红旗HQ430轿车降档分界线图

图6为图4中1档升2档分界线拟合曲线图

图7为图4中2档升3档分界线拟合曲线图

图8为图4中3档升4档分界线拟合直线图

图9为图4中4档升5档分界线拟合直线图

图10为图4中5档升6档分界线拟合直线图

图11为图5中2档降1档分界线拟合直线图

图12为图5中3档降2档分界线拟合直线图

图13为图5中4档降3档分界线拟合曲线图

图14为图6中5档降4档分界线拟合直线图

图15为图5中6档降5档分界线拟合曲线图

图16为红旗HQ430轿车升档MAP表

图17为红旗HQ430轿车降档MAP表

图18为红旗HQ430轿车的具体换档逻辑规则流程图

图19为红旗HQ430轿车自动变速器换档规律模型

图20为红旗HQ430自动变速器换档规律验模框图

图21为对建立的红旗HQ430轿车自动变速器模型进行验模的输入输出对比曲线图

具体实施方式

下面结合附图，依据上述建模方法，结合红旗HQ430轿车试验数据进一步详细阐述本发明的技术方案：

1.获取影响档位的车辆参数变量数据

（1）确定影响档位的参数变量

自动变速器换档规律可分为单参数换档、两参数换档、三参数换档。红旗HQ430轿车自动变速器是基于车速、节气门开度两参数进行换档。

（2）获取参数变量数据

考虑车辆行驶状态的复杂性，且能保证车辆在起步、换道、爬坡、环岛行驶等不同工况都能获得最佳换档性能，需要尽可能获取车辆在各种行驶工况下的节气门开度、车速及相应的档位信息。

本发明中车速数据利用V-GPS测量得到，油门踏板开度、档位数据来自于轿车CAN总线，节气门开度与油门踏板开度之间的关系如图1所示。

考虑车辆行驶状态的复杂性，且能保证车辆在起步、换道、爬坡、环岛行驶等不同工况下都能获得最佳的换档性能，本发明需要进行大量实车试验来尽可能多的获取红旗HQ430轿车在各种行驶工况下的节气门开度、车速及相应的档位数据。

2.参数变量数据处理

（1）数据分类

将获取的红旗HQ430轿车变量数据按升档、降档进行分类。

（2）升、降档散点图制作

分别把升档数据、降档数据按一定间隔时间提取出相应的变量数据，根据提取的升、降档参量数据分别画出节气门开度关于车速的升、降档散点图(其中不同档位的点分别用不同的符号表示)，如图2、图3所示。

（3）提取各档位分界线变量数据点

从上述的升档散点图中可看出各档位变化分界线，根据此分界线，可从升档散点图中得到1档升2档，2档升3档、3档升4档、4档升5档、5档升6档分界线数据点，并画出车辆升档分界线图，如图4所示；同理，可从降档散点图中获得自动变速器从6档依次降至1档的分界线数据点，并画出车辆降档分界线图，如图5所示。

3.档位表制作

（1）分档表制作

a)直线拟合

将每组分界点数据拟合成节气门开度关于车速的n段直线，其直线函数表达式为α_i=k_iv_x+b_i,i=1…n，n取正整数值。

由红旗HQ430轿车升档分界线图（图4）数据变化趋势从左至右依次拟合出各升档分界线拟合曲线，如图6至图10所示。

由红旗HQ430轿车升档分界线图（图5）数据变化趋势从左至右依次拟合出各降档分界线拟合曲线，如图11至图15所示。

b)分档表制作

针对每条分界线，提取每条分界线起始端、末尾端及两条相邻段拟合直线交点的车速、节气门开度数据，同时在两个端点之间每隔5km/h取一定的车速；若所选取的车速值同时对应多条升/降档分界线，需将该车速值分别代入多条拟合直线函数中，计算出这些分界线上对应的节气门开度值。最后，分别将每条分界线的上述所有车速值按从小到大的顺序排列，同时记录对应的节气门开度值。由此，可得到升档、降档分档表。

（2）换档规律MAP表制作

a)升档MAP表制作

为了得到档位关于节气门开度和车速的一个升档MAP表。首先，将升档分档表中所有车速值按从小到大的顺序排列成一行，同时所有节气门开度值从小到大排列成一列；其次，记1档升2档分档表中所有车速值及节气门开度值对应档位值为2，2档升3档分档表中所有车速值及节气门开度值对应的档位值为3，3档升4档分档表中所有车速值及节气门开度值对应的档位值为4，4档升5档分档表中所有车速值及节气门开度值对应的档位值为5，5档升6档分档表中所有车速值及节气门开度值对应的档位值为6，这样，可获得所有升档分界线上车速、节气门开度数据及其对应的档位值；再次，对所有分界线以外的数据进行处理，按升档MAP表制作中描述记1档升2档分界线左侧所有档位值为1，1档升2档分界线与2档升3档分界线之间的所有档位值为2，2档升3档分界线与3档升4档分界线之间的所有档位值为3，3档升4档分界线与4档升5档分界线之间的所有档位值为4，4档升5档分界线与5档升6档分界线之间的所有档位值为5，5档升6档分界线右侧所有档位值为6，这样，即可获得整个升档MAP表；最后，选择节气门开度作为x轴、车速作为y轴、档位作为z轴，可得到升档MAP表，如图16所示。

b)降档MAP表制作

为了得到档位关于节气门开度和车速的一个降档MAP表。首先，将降档分档表中所有车速值按从小到大的顺序排列成一行，同时所有节气门开度值从小到大排列成一列；其次，记上述2档降1档分档表中所有车速值及节气门开度值对应档位值为1，3档降2档分档表中所有车速值及节气门开度值对应的档位值为2，4档降3档分档表中所有车速值及节气门开度值对应的档位值为3，5档降4档分档表中所有车速值及节气门开度值对应的档位值为4，6档降5档分档表中所有车速值及节气门开度值对应的档位值为5；这样，可获得所有降档分界线上车速、节气门开度数据及其对应的档位值；再次，对所有分界线以外的数据进行处理，按降档MAP表制作中描述记2档降1档分界线左侧所有档位值为1，2档降1档分界线与3档降2档分界线之间的所有档位值为2，3档降2档分界线与4档降3档分界线之间的所有档位值为3，4档降3档分界线与5档降4档分界线之间的所有档位值为4，5档降4档分界线与6档降5档分界线之间的所有档位值为5，6档降5档分界线右侧所有档位值为6，这样，即可获得整个降档MAP表；最后，选择节气门开度作为x轴、车速作为y轴、档位作为z轴，可得到降档MAP表，如图17所示。

4.换档规律模型的建立

当获得各升档分档表、降档分档表、升档MAP表、降档MAP表后，自动变速器换档规律完整模型还需对换档逻辑判断模型进行建立并应用到分档表及MAP表中。结合红旗HQ430轿车，具体的换档逻辑规则如下：

（1）初始化当前车速值v_x、当前节气门开度值α及当前档位值i；

（2）以当前档位值v_x及当前节气门开度值α作为输入，查询升档分档表可得到该档位下升档车速阈值v_{x_up}，同理，查询降档分档表可得到该档位下降档车速阈值v_{x_down}；

（3）将当前车速值v_x与升档车速阈值v_{x_up}及降档车速阈值v_{x_down}进行比较，得到3种比较结果：若v_x>v_{x_up}，则根据当前车速值v_x及节气门开度值α经过升档MAP数据表插值得到下一时刻所需升档档位值i_up；若v_x<v_{x_down}，则根据当前车速值v_x及节气门开度值α通过降档MAP数据表插值得到下一时刻所需降档档位值i_down；若v_{x_down}≤v_x≤v_{x_up}，则下一时刻保持当前档位值i不变，红旗HQ430轿车自动变速器换档逻辑判断规则流程如图18所示。

获得上述各升、降档表及升、降档MAP表后，结合图18，在simulink中搭建红旗HQ430轿车自动变速器换档规律模型，如图19所示。

如图19所示，输入是当前车速值及油门踏板开度值，输出是当前档位值，图中，upshift**和lookup table部分是各升档分档表，downshift**和lookup table1部分是各降档分档表，upshift(2-D)/downshift(2-D)部分是升/降档MAP数据表，logical judgment部分是换档逻辑判断模型，由图19中的逻辑关系根据当前节气门开度值及车速值可得到下一时刻的档位值，这样，即可实现红旗HQ430轿车自动变速器自动换档。

由于单独的自动变速器无法完成正常工作，而是匹配上相应的发动机为车辆提供相应的动力，最后经过轮胎等驱动系统使车辆在不同路面行驶，因此，为了验证建立的自动变速器换档规律模型的有效性，将该模型嵌入整车模型中进行验证。本发明基于现有条件，将该换档规律模型嵌入车辆动力学仿真软件veDYNA中进行验证。基于veDYNA软件架构，将红旗HQ430轿车相应的车辆参数匹配到整车模型中，嵌入上述换档规律模型，最后，将获得的实车试验数据输入给车辆模型，检测相同输入下的输出变量对比曲线，验证建立模型的精确性，模型精确性越高则越有效，整个模型验证框图如图20所示。

在该实施例中，以获得的一组红旗HQ430轿车实车试验数据为例进行验模说明，试验中，车辆在沥青路面上从静止开始起动，然后不断加速，加速至100km/h左右开始进行制动操作直至车辆停车，这里，考虑车辆自动变速器换档规律模型最终是影响车辆速度大小的关键，故选择采集输入信号为油门踏板开度、制动压力，输出信号为档位、车速。将输入信号输入基于veDYNA的车辆模型中，输出仿真模型档位及车速信号，并与实测档位及车速信号进行对比，如图21所示。

从图21中可看出模型与实车在相同的输入下，输出的档位值与车速值基本能够重合，说明本发明建立的换档规律模型精度能够满足需求。但从图21中也可看到，某些时刻模型与实车档位值不能完全一致，这可能是由于数据MAP建立不够详细，若有足够多的数据，档位重合度会更高，这样模型的精度也会更高。

当有新的数据时，可实时、方便地对MAP数据进行修正，快速地得到新的更准确的换档规律模型，这样节省了大量资源及成本，同时表明该发明对于车辆研究起着非常重要的作用。

Claims

1.一种自动变速器换档规律的建模方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、获取影响档位的车辆参数变量数据：

（1）确定影响档位的参数变量；

（2）获取参数变量数据，获取车辆在不同行驶工况下的节气门开度、车速及相应的档位信息；

步骤二、参数变量数据处理：将获取的变量数据分类，并制作散点图，最终从散点图中提取出各档位分界线变量数据点；

步骤三、档位表制作：依次制作分档表以及档位关于节气门开度和车速的换档规律MAP表；

步骤四、换档规律模型的建立：对换档逻辑判断模型进行建立并应用到换档规律MAP表中；将分档表、换档规律MAP表以及换档规律模型相结合，即完成了自动变速器换档规律模型的建立。

2.如权利要求1所述的一种自动变速器换档规律的建模方法，其特征在于，所述步骤二包括：

（1）数据分类：将获取的变量数据按升档、降档进行分类；

（2）升、降档散点图制作：分别将升档数据、降档数据按设定的间隔时间提取出相应的变量数据，根据提取的升档数据、降档数据分别画出节气门开度关于车速的升档散点图、降档散点图。

3.如权利要求2所述的一种自动变速器换档规律的建模方法，其特征在于，所述步骤二还包括：

（3）提取各档位分界线变量数据点：从所述步骤（2）画出的升档散点图中可看出各档位变化分界线，根据此分界线，可从升档散点图中得到1档升2档、2档升3档直至i-1档升i档的分界线数据点，i为自动变速器最高档；同理，可从降档散点图中获得自动变速器从i档依次降至1档的分界线数据点；分别画出车辆升档分界线图和降档分界线图。

4.如权利要求1所述的一种自动变速器换档规律的建模方法，其特征在于，所述步骤三包括：（1）分档表制作：

a)直线拟合：将每组分界点数据拟合成节气门开度关于车速的n段直线，其直线函数表达式为α_i=k_iv_x+b_i,i=1…n，n取正整数值；

b)制作分档表：针对每条分界线，提取其起始端、末尾端及两条相邻段拟合直线交叉点对应的节气门开度及车速数据，然后再在两个端点之间每隔预定间隔选取一定的车速数据，若所选取的车速值同时对应多条升/降档分界线，需将该车速值分别代入多条拟合直线函数中，计算出这些分界线上对应的节气门开度值，最后分别将每条分界线的上述所有车速按从小到大的顺序排列，同时记录对应的节气门开度值，即得到升档、降档分档表。

5.如权利要求4所述的一种自动变速器换档规律的建模方法，其特征在于，所述步骤三还包括：（2）换档规律MAP表制作：

a)升档MAP表制作：首先，将上一步骤制作的升档分档表中所有车速按从小到大的顺序排列成一行，同时将所有节气门开度值按从小到大的顺序排列成一列；然后，记上述1档升2档分档表中所有车速及节气门开度对应档位值为2，2档升3档分档表中所有车速及节气门开度对应的档位值为3，依次类推，记录出所有升档分界线车速及节气门开度对应的档位值；最后，在得到升档分界线上数据点后，记1档升2档分界线左侧所有档位值为1，1档升2档分界线与2档升3档分界线之间的所有档位值为2，依次类推直至升至i档，即可获得升档MAP表；

b)降档MAP表制作：首先，将所述降档分档表中所有车速按从小到大的顺序排列成一行，同时所有节气门开度值按从小到大的顺序排列成一列；其次，记上述i档降至i-1档分档表中所有车速及节气门开度对应档位值为i-1，依次记录，直至2档降至1档分档表中所有车速及节气门开度对应档位值为1；最后，在得到降档分界线上数据点后，记i档降至i-1档右侧所有档位值为i，i档降至i-1档分界线与i-1档降至i-2档之间所有档位值为i-1，依次类推，直至2档降1档分界线左侧所有档位值为1，即可获得降档MAP表。

6.如权利要求1所述的一种自动变速器换档规律的建模方法，其特征在于，步骤四中所述的换档逻辑规则如下：

（1）初始化当前车速值、当前节气门开度值及当前档位值；

（2）以当前档位值及当前节气门开度值作为输入，查询升档分档表可得出该档位下所需升档车速阈值，查询降档分档表可得出该档位下所需降档车速阈值；

（3）将当前车速值与升档车速阈值及降档车速阈值进行比较，得到3种比较结果：若当前车速值大于升档车速阈值，则根据当前车速值及节气门开度值经过升档MAP表插值得到下一时刻所需升档档位值；若当前车速值小于降档车速阈值，则根据当前车速值及节气门开度值通过降档MAP表插值得到下一时刻所需降档档位值；若当前车速值在两个车速阈值之间，则下一时刻保持当前档位值不变；经过上述步骤，即可获得下一时刻档位值，该档位值输入给自动变速器执行机构、驱动系，车辆获得新车速值及节气门开度值，然后将新车速值、节气门开度值及档位值输入到初值中，如此循环进行计算，即实现了车辆的自动换档；将所述升、降档分档表，升、降档MAP表以及换档规律模型相结合，即完成了自动变速器换档规律模型的建立。