基于Cruise GSP的換擋規律淺析

姚巍，賀子龍，韓震，劉閃閃

(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥230022)

基于Cruise GSP的換擋規律淺析

姚巍，賀子龍，韓震，劉閃閃

(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥230022)

自動變速箱換擋規律與車輛性能息息相關，如何將車輛主要性能體現在換擋規律中則是開發的難點之一。以某款配置DCT的車輛為例，簡單闡述了換擋規律的生成原理，應用Cruise GSP建立模型并生成換擋規律，同時分析了整車所獲得的性能收益。

換擋規律；DCT；燃油經濟性

0 前言

換擋規律主要是研究選擇什么樣的換擋參數、在何時進行換擋等問題，其好壞直接影響車輛的燃油經濟性、動力性和排放性的優劣和乘坐舒適性，故換擋規律是自動控制系統的核心之一[1-2]。

按照控制參數的多少，換擋規律可分為單參數、雙參數和三參數等。單參數換擋規律一般選用車速作為控制參數，其控制結構簡單，但不能實現駕駛員的干預，應用較少。雙參數換擋規律在單參數換擋規律的基礎上引入了駕駛員的干預，主要以節氣門開度、車速兩參數實現控制。三參數換擋規律，則是在兩參數換擋規律的基礎上引入了車輛的加速度，進一步反映

了車輛的實際操縱規律，但以發動機動態試驗數據為基礎，目前的理論研究較多，工程應用較少[3]。目前使用最廣泛的是雙參數換擋規律。文中研究了雙參數換擋規律的求取原理，并借助Cruise及其GSP功能實現換擋規律的求取和車輛的性能分析。

1 整車模型搭建

Cruise是一款用于分析整車動力性、經濟性和排放性等的軟件，其模塊化的設計理念方便用戶靈活地建立系統模型。Cruise內置的換擋規律的生成功能——GSP Generation，可根據用戶自定義的邊界約束條件生成并換擋規律。

以某款配置DCT的車型為例，相比MT車型，只需增加GB Control(單參數換擋控制)、GB Program(雙參數換擋策略)和DCT Controller(DCT控制器)3個部件，即可完成DCT模型的搭建。其中GB Control和GB Program用于實現換擋規律對車輛的控制，DCT Controller用于實現雙離合器分離/接合的控制。搭建好的DCT的整車模型見圖1。

2 基于GSP Generation的換擋規律求解

2.1 雙參數換擋規律簡介

根據換擋延遲，雙參數換擋規律可分為等延遲型、發散型(包括帶強制低擋的發散型)、收斂型和組合型，見圖2。在實際車輛中運用的全是組合型[1]。

按節氣門開度，雙參數換擋規律區域劃分為低負荷區、中負荷區和高負荷區，如圖3所示。

低、中區的界限根據標定工程師的經驗而定，一般為20%～25%，高區一般指80%負荷以上。其中高區急加速為虛擬的110%負荷，指加速踏板長時間踩到底的狀態。滿節氣門為100%負荷，指加速踏板短時間處于踩到底狀態。

2.2 換擋規律求取原理[5]

為生成換擋規律，首先需獲得車輛的加速度(功率)需求，即車輪邊的加速度曲線a：

a=dy/dt=(Ft-Ff-Fw-Fi)/δ·m

(1)

式中：δ為旋轉質量換算系數，m為整車質量，Ft為驅動力，Ff為滾動阻力，Fw為空氣阻力，Fi為坡道阻力[4]。

2.2.1 低區換擋點的求取

低負荷區域車輛性能以舒適、穩定、少污染為主，對加速度無明顯需求，主要考慮NVH轉速的限制，在此基礎上盡量降低發動機降擋轉速以提高燃油經濟性，并根據駕駛性的需求確定升、降擋的延遲，從而獲得升擋車速。低區因不同負荷下的加速度變化不大，換擋規律可采用等延遲形式。

v升擋[i+1]=v降擋[i]+v延遲[i]

(2)

式中：v為車速，i為擋位。

2.2.2 高區換擋點的求取

高負荷區域車輛性能以獲得最佳動力性為前提，即換擋過程中車輛始終保持最大加速強度。據有關資料：在同一負荷下，如果相鄰兩擋加速度特性曲線相交，若交點不為負，以各擋交點為換擋點；如果相鄰兩擋加速度特性曲線不相交，以各擋的最高車速為換擋點[1,5]。實際換擋過程還應考慮響應的過程，即換擋時間的影響(圖4)。同時，保證升擋與降擋之間的延遲即轉速差在合理范圍內。類似于低負荷區域，換擋規律也采用等延遲型。

2.2.3 中區換擋點的求取

中負荷區域車輛根據控制目標的不同，換擋點的求取也不

相同。文中分析最常用的經濟型換擋規律。根據車輪邊處的加速度(功率)曲線a，1擋升、降擋點通過升、降擋點的功率占該擋最大功率的百分比來確定，除1擋外的升、降擋點則從最大功率點分別右移一定車速、轉速來確定。同時，基于換擋連續性和換擋品質的考慮，除1擋升擋線外，同一負荷下，發動機轉速在升擋過程中應盡量保持一致或在一定轉速范圍內，即有

(3)

2.3 GSP Generation關鍵參數設置

根據換擋規律的求解原理，參照標定經驗，在GSP中設置關鍵參數如下,見表1—3。

表1 低負荷區域GSP關鍵參數設置

表2 中負荷區域GSP關鍵參數設置

表3 高負荷區域GSP關鍵參數設置

2.4 換擋規律結果

按上述設置，計算求得的換擋規律尚不能直接使用，須在實車上進行調試和優化。最終獲得的換擋規律見圖5。

3 仿真結果分析

從NEDC循環過程的時間-車速-擋位圖(圖6)來看，不同于MT模式必須按照測試循環規定的擋位工作，DCT模式可根據設計的換擋規律工作在更高的擋位，從而達到節油的效果，見表4。

經濟性指標DCT模式MT模式DCT模式相比MT模式油耗變化/%NEDC綜合油耗/(L·(100km)-1)8.69-4.4

4 結束語

(1)闡述了雙參數換擋規律的求解方法，并以GSP Generation為工具，通過設置約束，并結合實車調試和優化，可獲得商品化的換擋規律。

(2)相比MT模式，DCT能帶來NEDC油耗4.4%的降低。

【1】 葛安林.車輛自動變速器理論與設計[M].北京:機械工業出版社,1993.

【2】 周云山,王楠,蔡源春,等.基于Cruise GSP的DCT整車換擋研究[J].科技導報,2011,29(12):42-47.

【3】 劉治國.基于動態修正的自動變速箱模糊換擋策略研究[D].上海:上海交通大學,2008.

【4】 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業出版社,2007.

【5】 Cruise User’s guide.

【6】 趙璐，鄧陽慶 ，閆濤.基于CRUISE的DCT整車動力傳動系匹配仿真研究[J].汽車工程,2011(1):10-14.

ResearchonShiftingSchedulewithDCTbyCruiseGSP

YAO Wei,HE Zilong,HAN Zhen,LIU ShanShan

(Anhui Jianghuai Automobile Company, Hefei Anhui 230022,China)

The automatic transmission shifting schedule affects vehicle performance. How to join the vehicle main performance into the shifting schedule is one of the most important problems. Based on a vehicle’s DCT model, the generation principle of shifting schedule was simply explained, Cruise GSP was used to generate model and shifting schedule, and the vehicle performance benefits were analyzed.

Shifting schedule；DCT；Fuel consumption

2014-05-21

姚巍(1982—)，碩士研究生，助理工程師，研究方向為汽油發動機開發。E-mail：yaowei1459@126.com。