CN1877165A - 一种基于双参数的组合型自动变速箱换挡方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及及汽车领域的自动变速箱技术，旨在提供一种基于双参数的组合型自动变速箱换挡方法。该方法包括：当油门开度不大于25％时，以车速为单一的控制参数；当油门开度大于25％且小于80％时，以车速和油门开度作为两个联合控制参数设定车速的升挡预设值；当油门开度不小于80％时，根据该油门开度下发动机最大功率所对应的转速设定车速的升挡预设值。本发明结合各种换挡方法的优点：在小油门开度时，以舒适、稳定、污染少为主，采用单参数换挡规律；而在中油门开度时，以保证最佳燃油经济性为主，兼顾动力性，采用双参数经济性换挡规律；当大油门开度时，以获得最佳动力性为主，采用用双参数动力性换挡规律。

Description

一种基于双参数的组合型自动变速箱换挡方法

技术领域

本发明涉及汽车领域的自动变速箱技术，主要是实现一种基于双参数的组合型自动变速箱换挡方法。

背景技术

换挡规律是指两排挡间自动换挡时刻随控制参数变化而变化的规律。它关系到动力传动系统各总成潜力的挖掘与整体最优性能的发挥，直接影响车辆的动力性、燃油经济性、通过性以及对环境的适应能力，因此它是自动变速器控制系统的核心内容之一。换挡规律应该是单值输出的，即对每一个输入变量的组合，仅存在唯一的输出状态——要么升挡或降挡，要么继续保持现有挡位。

当前已经实际采用的换挡规律主要有单参数换挡规律和双参数换挡规律。单参数换挡规律一般以车速为单一的控制参数，即当车速大于某预设值则升挡，当车速小于某预设值则减挡。单参数换挡规律的控制系统结构最简单，但无论油门开度如何变化，换挡点、换挡延迟的大小都不变化，不能实现驾驶员干预换挡。为了保证动力性，升挡点多设计在发动机最大转速，这就造成中小油门开度也要在发动机最大转速才换挡，噪声大；这种规律很难兼顾动力性和经济性的要求。

双参数换挡规律克服了单参数换挡规律的缺点，目前广泛采用的是车速和油门开度两参数进行联合控制。除了车速作为输入参数外，油门开度的大小也成为升降挡要考虑的因素。油门开度较小表示驾驶员希望获得最佳的燃油经济性，当驾驶员迅速加大油门开度，说明驾驶员想获得较好的加速性能。最佳燃油经济性换挡规律是驾驶员以最小的燃油消耗工况来进行换挡的规律，此时驾驶员换挡车速较低使发动机运行在该油门下燃油消耗较低的转速范围。最佳动力性换挡规律是使汽车牵引力得到最充分的利用，发动机功率获得最大的发挥来换挡的规律，换挡点对应着发动机的转速为该油门下最大功率点的转速。

双参数换挡规律从换挡延迟的角度，可分为等延迟型、发散型以及收敛型等形式。等延迟性能获得最佳的动力性，但燃油经济性不好；发散型具有换挡次数较少，舒适性高的优点，但功率利用率差；收敛型具有发动机工作转速低、燃油经济性好、噪声低、行驶平稳舒适，但同时动力性能较差，只适合于功率较低的货车。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于双参数的组合型自动变速箱技术。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

本发明提供了一种基于双参数的组合型自动变速箱换挡方法，包括：

(1)当油门开度不大于25％时，以车速为单一的控制参数，根据下列公式设定车速的降挡预设值：

$U_a=2\mathrm{\π}\frac{n_{\min }r}{i_{\mathrm{gi}+1}{i}_0}$

式中：U_a为车速，n_min为最低稳定转速，r为车轮半径，i_gi+1为变速器i+1挡的速比，i₀为主减速器的速比；

(2)当油门开度大于25％且小于80％时，以车速和油门开度作为两个联合控制参数设定车速的升挡预设值，包括

根据发动机转速增量x设定升挡车速预设值，其中：发动机转速增量

$x=n_b\frac{i_{\mathrm{gi}}-i_{\mathrm{gi}+1}}{i_{\mathrm{gi}}+i_{\mathrm{gi}+1}}$

式中：n_b为该油门开度下发动机的经济转速，i_gi为变速器i挡的速比；

(3)当油门开度不小于80％时，根据该油门开度下发动机最大功率所对应的转速设定车速的升挡预设值。

作为本发明的一种改进，将车速的降挡预设值加上一个由于换挡延迟产生的迟滞车速得到升挡车速预设值；将车速的升挡预设值减去一个由于换挡延迟产生的迟滞车速得到降挡车速预设值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明结合各种换挡方法的优点：在小油门开度时，以舒适、稳定、污染少为主，采用单参数换挡规律；而在中油门开度时，以保证最佳燃油经济性为主，兼顾动力性，采用双参数经济性换挡规律；当大油门开度时，以获得最佳动力性为主，采用用双参数动力性换挡规律。

附图说明

图1为本发明中单参数换挡规律；

图2为本发明中双参数经济性换挡规律；

图3为本发明中双参数动力性换挡规律；

图4为本发明中降挡速差解决频繁换挡以及实现干预换挡原理图。

具体实施方式

本发明基于双参数的组合型换挡方法，结合各种换挡方法的优点：在小油门开度时，以舒适、稳定、污染少为主，采用单参数换挡规律(如附图1所示)；而在中油门开度时，以保证最佳燃油经济性为主，兼顾动力性，采用双参数经济性换挡规律(如附图2所示)；当大油门开度时，以获得最佳动力性为主，采用用双参数动力性换挡规律(如附图3所示)。

小油门是指油门不大于25％的工况。小油门时，首先应确定降挡车速。假设汽车在运行中须降挡行驶，由于换挡时间很短，可以认为换挡过程中汽车的速度保持不变。

根据 $U_a=2\mathrm{\π}\frac{n_{1}r}{i_{\mathrm{gi}}{i}_0}=2\mathrm{\π}\frac{n_{2}r}{i_{\mathrm{gi}+1}{i}_0}$

式中：U_a——车速；

      n₁——高挡所对应的发动机转速；

      n₂——低挡所对应的发动机转速；

      i_gi——变速器i挡的速比；

      i_gi+1——变速器i+1挡的速比；

      i₀——主减速器的速比；

      r——车轮半径。

当汽车在某一车速从高挡降到低挡时，n₂不得低于发动机的最低稳定转速n_min。

由 $U_a=2\mathrm{\π}\frac{n_{\min }r}{i_{\mathrm{gi}+1}{i}_0}$ 可算出此时车速，该车速为降挡的极限车速。

当升挡时，按经济性换挡原则，即在发动机MAP图上，选择最低油耗点处换入高挡，由此计算出升挡车速，按换挡过程中车速不变，由i挡换入i+1挡时，发动机转速会由n₂降至n₁，若n₁低于最低稳定转速n_min，则需将换挡点的转速提高。按最小燃油消耗的原则，尽早换入高挡，考虑到换挡迟滞，升挡车速为降挡车速加上迟滞车速。

中等油门是指油门大于25％而小于80％的工况。由于发动机油门开度在25％～80％区间任意变化，从发动机MAP图可知，随着油门开度的变化，最低燃油消耗点在变化。油门加大，最低燃油消耗点的转速增加。由于机械式变速器的挡位是阶跃变化的，若在最低油耗点升挡，升挡后发动机的转速降低较多，会进入高油耗区工作。为使汽车获得良好的经济性，应将发动机的转速限定在低油耗区工作。低油耗区确定方法如下：n_b为某一油门下发动机的经济转速，令经济转速范围为n₁～n₂，则n₁＝n_b-x；n₂＝n_b+x，n₁和n₂意义同上，x为转速增量。

由于： $\frac{n_2}{n_1}=\frac{i_{\mathrm{gi}}}{i_{\mathrm{gi}+1}}$

则： $\frac{n_b+x}{n_b-x}=\frac{i_{\mathrm{gi}}}{i_{\mathrm{gi}+1}}$

得： $x=n_b\frac{i_{\mathrm{gi}}-i_{\mathrm{gi}+1}}{i_{\mathrm{gi}}+i_{\mathrm{gi}+1}}$

由x可计算出升挡时，低挡(或高挡)所对应的发动机转速，并得到该油门开度下升挡时的车速，按等换挡延迟，求得降挡时的车速。

大油门是指油门大于80％的工况。此时驾驶员希望获得较好的动力性，换挡点取在发动机发出最大功率处。为了保证汽车获得最大的动力性，发动机应工作在高功率区，换挡点的转速应在最大功率处的转速之后，考虑发动机的转速过高会使发动机的摩擦阻力增加，运转噪音大，故换挡点一般选在最大功率所对应的转速处。然后，由车速公式求得在不同油门开度下升挡的车速。

另外本发明采用降挡速差解决了频繁换挡问题同时实现干预换挡。第一，可消除不必要的频繁换档。若无降挡速差，即升挡曲线与降挡曲线合为一条换挡曲线，那么当速度参数接近曲线时，一旦车速随着行驶阻力的变化稍有增减，即会产生换挡操作，甚至会发生由于牵引力总是不能与行驶阻力相适应而出现循环换挡的情况。正是降挡速差的作用，使上述现象得以避免。第二，可实现干预换档。干预换档就是司机通过对油门的控制而使档位变换，其过程也可通过图4进行说明。假设变速箱在3档工作，车速为v2，油门开度为a2，变速控制系统的工作点为降档速差中的a点。这时司机急速踏下油门踏板，使油门开度为a3，由于惯性的原因车速尚未发生变化。于是工作点落在AA’曲线左侧的b点，变速箱的档位由3档降为2档。这时司机松抬油门踏板，恢复油门开度为a2，变速箱的档位将保持在2档。同样，若变速箱以低档位在降档速差内工作，司机通过急速松抬油门，可使档位升为高档。若没有降档速差，想实现司机干预换档也是不可能的。

下面结合具体实施例基于HCS12主控芯片的电控机械式自动变速箱控制盒中得到应用和验证对本发明作进一步介绍。

在本实施例中，采用了QR512变速箱作为受控端，控制端为基于HCS12主控芯片的电控机械式自动变速箱控制盒。QR512变速箱的主减速器速比i₀＝4.412，共分1~5挡和倒挡，其中i_g1＝3.818，i_g2＝2.158，i_g3＝1.400，i_g4＝1.029，i_g5＝0.838，i_gR＝3.583。电控盒与此相关的电路有油门位置传感器，车速传感器以及转速传感器调理电路以及主控芯片及其外围电源电路见图5，如图6所示，转速车速传感器信号为最大电压值12V的方波，因此通过光藕隔离将12V电压降低到5V，如图7所示，由于油门位置传感器为不大于5V的电压信号，因此经过RC滤波即可。现假设发动机怠速n_min＝800转/分钟。这种基于双参数的组合型换挡算法方法，实现步骤如下：

1、如图5所示，主控芯片油门位置传感器采集油门开度a，转速和车速传感器分别采集发动机转速n，车速U。

2、当a不大于25％时，采用单参数换挡规律。首先必须确定降挡车速。假设汽车在运行中由于换挡时间很短，可以认为换挡过程中汽车的速度保持不变。当汽车工作在i+1挡时，由于发动机转速不得低于发动机的怠速n_min，因此 $U_a=2\mathrm{\π}\frac{n_{\min }r}{i_{\mathrm{gi}+1}{i}_0}$ 可算出此时车速，该车速为i+1挡降挡的极限车速例如在3挡根据上述公式可知降挡极限车速为813.8r。再确定升挡车速，汽车工作在i挡时，根据经济换挡原则，即在发动机MAP图上，选择该挡位的最低油耗点处换入高挡，由此计算出升挡车速。但同时由 $U_a=2\mathrm{\π}\frac{n_{\min }r}{i_{\mathrm{gi}+1}{i}_0}$ 公式知，当挡位升高时，在假设车速不变的情况下，发动机转速下降，因此从i挡升到i+1挡时必须使得目标转速大于怠速。

3、当a大于25％而小于80％时，采用经济性换挡规律。在油门开度为a情况下，根据发动机MAP图得到最低燃油消耗点对应的发动机转速为n_b，根据车速公式 $x=n_b\frac{i_{\mathrm{gi}}-i_{\mathrm{gi}+1}}{i_{\mathrm{gi}}+i_{\mathrm{gi}+1}}$ 得到该油门开度下升挡时的车速。

4、当a不小于80％时，采用动力性换挡规律。为了保证汽车获得最大的动力性，发动机应工作在高功率区，换挡点的转速应在最大功率处的转速之后，考虑发动机的转速过高会使发动机的摩擦阻力增加，运转噪音大，故换挡点一般选在最大功率所对应的转速处。然后，由车速公式求得在不同油门开度下升挡的车速。

5、在步骤2，3，4中，得到了升挡车速，为了解决频繁换挡问题同时实现干预换挡，采用降挡速差的方式，即将升挡车速减去一个由于换挡延迟产生的迟滞车速得到降挡车速。

Claims (2)

1、一种基于双参数的组合型自动变速箱换挡方法，包括：

(1)当油门开度不大于25％时，以车速为单一的控制参数，根据下列公式设定车速的降挡预设值：

$U_a=2\mathrm{\π}\frac{n_{\min }r}{i_{\mathrm{gi}+1}{i}_0}$

式中：U_a为车速，n_min为最低稳定转速，r为车轮半径，i_gi+1为变速器i+1挡的速比，i₀为主减速器的速比；

(2)当油门开度大于25％且小于80％时，以车速和油门开度作为两个联合控制参数设定车速的升挡预设值，包括

根据发动机转速增量x设定升挡车速预设值，其中：发动机转速增量

$x=n_b\frac{i_{\mathrm{gi}}-i_{\mathrm{gi}+1}}{i_{\mathrm{gi}}+i_{\mathrm{gi}+1}}$

式中：n_b为该油门开度下发动机的经济转速，i_gi为变速器i挡的速比；

(3)当油门开度不小于80％时，根据该油门开度下发动机最大功率所对应的转速设定车速的升挡预设值。

2、根据权利要求1所述的基于双参数的组合型自动变速箱换挡方法，其特征在于：将车速的降挡预设值加上一个由于换挡延迟产生的迟滞车速得到升挡车速预设值；将车速的升挡预设值减去一个由于换挡延迟产生的迟滞车速得到降挡车速预设值。

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