基于換擋過程轉速控制邏輯的研究

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基于換擋過程轉速控制邏輯的研究

邢志樂，吳瓊，韓俊
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章首先論述了換擋過程轉速的影響因素，確定了換擋過程氣體的容積效應，換擋扭矩濾波系數是影響轉速上飄的主要因素，最終根據影響因素設計了針對轉速上飄的控制邏輯。驗證結果表明，通過此控制邏輯能有效控制換擋時轉速上飄。

換擋過程；容積效應；濾波系數；轉速上飄；控制邏輯

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.038

CLC NO.: U463.4Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-119-03

引言

隨著生活水平的提高，乘用車成為人們生活的常用代步工具，2015年全國乘用車年銷售2058萬輛。乘用車由原來的傳統代步工具，逐漸向舒適性方向發展。整車駕駛性是汽車舒適性的重要指標之一，駕駛性的優劣直接影響客戶的駕駛體驗。而整車駕駛性能的開發包含很多內容，如加速性能，怠速穩定性能，換擋性能等等。換擋性能是指手動擋車型在正常換擋操作過程中的駕駛表現，包括換擋是否頓挫，換擋轉速是否上飄，換擋結束后加速沖擊等。對于手動擋車型，換擋時駕駛員松掉油門同時踩下離合，由于變速箱和發動機分離，發動機飛輪端卸掉驅動負載，此時發動機轉速會繼續上升，此現象稱為換擋轉速上飄。若換擋轉速上飄過大，發動機噪音會加大，儀表轉速指針繼續上升，造成客戶抱怨。本文主要研究駕駛性能中的換擋轉速上飄，論述了換擋轉速的影響因素，并設計控制邏輯來防止換擋過程轉速上飄過大，以此來達到好的駕乘感受，減小客戶抱怨。

1、換擋過程轉速的影響因素

1.1換擋扭矩對轉速的影響

換擋時，為了減弱收油時的駕駛頓挫，ECU會對駕駛員需求扭矩進行濾波。因此，換擋時即使松掉油門踏板，但駕駛員扭矩不會立即為發動機的最大負扭矩，而是由松掉油門時刻的扭矩值向發動機最大負扭矩值進行濾波，如圖1所示。濾波系數的大小，會影響換擋過程的駕駛員扭矩值大小，進而影響進氣量及噴油量，從而影響換擋過程的發動機轉速。

以一款配置 1.6L發動機5MT變速箱，滾動半徑為16寸的車輛為研究對象，研究換擋過程扭矩濾波系數對轉速的影響。設置濾波系數為0.1，0.5， 以同40%油門駕駛車輛，然后進行2檔換3檔操作，并用INCA軟件采集換擋過程濾波系數分別為0.1、0.5時的轉速值、油門信號，如圖2，3所示。

圖2中濾波系數設置為0.1，換擋過程轉速上升270轉，圖3中濾波系數設置為0.5，轉速上升150轉。扭矩濾波系數越大轉速上升越小，轉速上升與濾波系數成反比關系。

1.2進氣歧管容積效應對換擋轉速的影響

外部空氣進入氣缸需要一個過程，需要依此經過進氣口、空氣濾清器、進氣管、節氣門、進氣歧管、進氣門，最后才進入氣缸參與燃燒做功。一般地，當油門變大時，節氣門會開度會變大，經過節氣門的空氣質量會增大；這時如果松掉油門，節氣門會突然關小，經過節氣門的空氣質量會減小。但當駕駛員由大油門到松掉油門進行換擋操作時，節氣門開度會發生由大到小突變。在節氣門開大時，空氣已經通過節氣門進入了到了進氣歧管，即使這是節氣門突然關小，這部分空氣仍會進入氣缸參與燃燒，這種過程稱為歧管容積效應，這種現象通過扭矩濾波無法消除，是客觀物理因素。

以一款配置 1.6L發動機 5MT變速箱，滾動半徑為16寸的車輛為研究對象，研究換擋過程扭矩濾波系數對轉速的影響。設置相同濾波系數為0.5,分別以40%,100%油門開度駕駛車輛，然后進行2檔換3檔操作，并用INCA軟件以采集換擋過程油門開度分別為40%、100%時的轉速值、油門信號，如圖4，5所示。

濾波系數都設置為0.5，圖4中油門開度為40%，進行換擋操作，松油門時，進氣量相對較小，轉速上飄130rpm，圖5中油門開度為100%，進行換擋操作，松油門時，進氣量相對較大，轉速上飄380rpm?？梢缘贸?，換擋前油門開度越大，容積效應越明顯，換擋時因為容積效應導致換擋過程中仍有很多空氣進入氣缸，導致轉速上飄。

2、換擋過程轉速控制邏輯設計

通過上述對換擋過程影響因素的研究，可以得出扭矩濾波系數及容積效應會導致換擋過程轉速上飄。針對換擋過程的影響因素，設計換擋轉速控制邏輯如下：

2.1換擋過程設計濾波系數

由圖2，圖3可知，換擋過程扭矩值越大，轉速換擋轉速上飄越嚴重，因此針對換擋過程設計以轉速為橫軸，油門為縱軸的濾波系數表。當進行換擋操作時，濾波系數通過換擋過程的轉速及油門開度值查表得到。

表1　扭矩濾波系數

2.2換擋過程觸發斷油

由圖4，圖5可知，換擋過程油門開度越大，因為歧管進氣容積效應越大，換擋轉速上飄越嚴重。因此針對容積效應設計觸發斷油邏輯，在駕駛員踩下離合有換擋意圖時，ECU開始計算轉速上升程度，若轉速上升量大于一定值 A，換擋轉速上升速率大于一定值B時，ECU控制發動機切斷噴油，斷油持續C時間后，若轉速上升量小于A，ECU恢復發動機噴油，防止熄火。具體邏輯設計如下：

3、控制邏輯驗證

以某款搭載1.6L發動機5MT變速箱，滾動半徑16英尺的車型為試驗驗證對象，濾波系數設計如表 1所示，斷油轉速上升量A設置為50r/min，斷油轉速上升速率B設置為5r/s2，斷油持續時間C設置為0.5s，然后以30%，50%，70%，100%油門開度行駛并進行換擋操作（本實驗為 2檔換3檔和3擋換4擋），使用上述控制邏輯進行驗證，結果如下圖。

圖6中， 駕駛員以30%，50%油門開度行駛并進行換擋操作時，通過扭矩濾波及斷油換擋轉速上飄值分別為45,55rpm，發動機噪音不明顯，儀表指針無變化，駕乘感受良好。圖7中，駕駛員以70%，100%油門開度行駛并進行換擋操作時，通過扭矩濾波及斷油換擋轉速上飄值分別為70，96rpm，發動機噪音不明顯，，儀表指針無變化，駕乘感受良好。

6、結論

該論文首先論述了換擋過程轉速的影響因素，確定了換擋過程氣體的容積效應，換擋扭矩濾波系數是影響轉速上飄的主要因素，通過設計扭矩濾波系數，觸發斷油等邏輯來減小轉速上飄值。通過實車驗證，此邏輯設計能有效減小轉速上飄值，減小客戶抱怨。

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Algorithm for engine speed control based on shifting process

Xing Zhile,Wu Qiong,Han Jun
（Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Anhui Hefei 230601）

This paper discusses the factors affecting the speed of the shift process.The volume effect of gas in the shifting process and the torque filter coefficient is the main reason for the shift of the shift speed..the control logic of the drift is designed according to the influence factors.The test results showed that this logic can effectively control the rising speed when shifting.

Shifting process; Volume effect; Filter factor; rising speed; control logic

U463.4

A

1671-7988（2016）08-119-03

邢志樂（1990-），男，電控標定工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。主要從事整車電控標定的工作。