手動擋汽車換擋提示控制邏輯的設計

權香妮（北京汽車研究總院有限公司，北京　101300）

手動擋汽車換擋提示控制邏輯的設計

權香妮（北京汽車研究總院有限公司，北京101300）

從換擋提示電氣原理框架和控制邏輯流程圖的角度，闡述MT汽車換擋提示的控制邏輯，分析論述總傳動比、滾動半徑、當前車速之間的邏輯運算，并對當前車速和各擋位理想車速進行邏輯判斷，實現MT汽車換擋提示設計。

MT汽車；換擋提示；汽車排放；經濟性

抑制和減少汽車有害氣體的排放，是提高汽車使用價值和保護環境的根本舉措。其最主要的方法是通過發動機管理系統和排放系統的設計來控制尾氣排放，以達到國家標準要求。通常，自動擋（AT）汽車在燃油標定時，就結合經濟性策略完成了換擋匹配，而手動擋（MT）汽車的換擋經濟性設計幾乎仍是空白。

當前，市場上大多數MT汽車無換擋提示功能，車速、轉速和擋位的配合都是由駕駛員的駕駛習慣實現，無法保證發動機一直工作在最佳動力性和經濟性結合的狀態下。汽車起步時，易出現低擋位高轉速、過度給油工況，會增大發動機各部件磨損，而導致發動機噪聲大、油耗高的問題。在減速時，易出現高擋位低轉速的工況，雖然比較省油，但長時間運轉會使發動機氣缸內部形成較多的積炭，導致車輛難以起動、發動機功率下降、加速無力等故障，引起安全事故。而對缺乏駕駛經驗的駕駛員來說，更是無法從汽車的顯示系統中獲取最佳換擋時機的幫助信息。

MT汽車的換擋提示功能，能夠第一時間通過邏輯運算判斷出最佳換擋時機，并進行語音提示，不僅解決車輛行駛過程中的各種工況的燃油經濟性和動力性匹配的問題，而且語音提示也更為安全。

設計初期考慮到換擋提示功能需要邏輯運算和語音提示，所以將其集成在汽車的顯示系統組合儀表中予以設計實現。組合儀表接收到來自CAN總線的當前車速和發動機轉速信號后，按照預設的邏輯關系進行運算，得出當前理論擋位。再通過擋位與車速的邏輯關系，計算出該擋位下的理想車速，進而對當前實際車速和理想車速的邏輯判斷，做出加擋或減擋的換擋語音提示。換擋提示信息通過提示駕駛員及時加擋或減擋，使發動機工作在最佳的經濟性和動力性工況下，實現節能減排，保護環境。

換擋提示功能的實現由邏輯控制部分和顯示部分組成，為了便于管理和成本控制，以及品質問題排查定位，將換擋提示功能集成在汽車的組合儀表里。

1　換擋提示功能原理框架

換擋提示功能原理框架圖如圖1所示。組合儀表從CAN總線上獲取發動機轉速和實時車速的總線信號，根據預設邏輯關系進行運算，得出當前理想車速，通過對比理想車速和實際車速，判斷是否進行加減擋提示。

圖1　換擋提示功能原理框架

2　換擋提示功能控制邏輯

換擋提示功能的控制邏輯由3個步驟組成。第1步，通過轉速和傳動比，推算出當前理論擋位；第2步，計算理論擋位下的理想車速；第3步，對比實際車速和理想車速，并判斷是否進行擋位提示。換擋提示的整體控制邏輯流程圖如圖2所示。

圖2　換擋提示功能控制邏輯流程圖

1）計算總傳動比，推算出當前理論擋位。

為了提高精度，應計算出h1′，然后與每擋齒輪比h1進行邏輯差值運算，取差值最小的齒輪比h1對應的擋位為理論擋位。

各擋的齒輪比h1，主減速比h2，滾動半徑r1為整車設計已知參數，當前轉速r，當前車速υ為接收到CAN總線的實時信號，經過邏輯計算得出理論齒輪比h1′，再經過邏輯判斷得出當前車輛工況下的理論擋位。其中假設的整車設計參數如表1所示。

表1　整車參數表

2）計算出該擋位下的理想車速。

表2　理論擋位與理想轉速對應表

3）對比實際車速和理想車速，進行擋位提示判斷。當前車速v和各擋理想車速v1的邏輯判斷關系為：|v1－v|≤15%v1，當前車速、擋位、轉速的匹配為經濟模式，不提示換擋；|v1－v|＞15%υ1，應提示換擋：①當v＞（1+ 15%）v1，此時汽車處于高擋位狀態，換擋提示為“請減擋”；②當v＜（1-15%）v1，此時汽車處于低擋位狀態，換擋提示為“請加擋”。

需要說明的是參數中的15%應根據車輛實際狀態進行匹配而定。

MT汽車換擋提示的邏輯運算和顯示策略見圖2。組合儀表接收到當前的實際車速和發動機轉速信號后，按照第1步（計算總傳動比，推算當前理論擋位）的邏輯公式進行運算，得出理論齒輪比，理論齒輪比再經過與每擋的齒輪比進行差值運算，進行邏輯判斷，取差值最小且惟一的齒輪比對應的擋位為理論擋位；推算出理論擋位后，再根據第2步（計算出該擋位下的理想車速）中的邏輯公式進行邏輯運算，計算出該擋位下的理想車速；計算出理想車速后，與當前車速進行差值絕對值比較，若差值絕對值＞15%v1，則進行語音換擋提示，否則不提示；當邏輯判斷為應進行換擋提示后，還應進一步判斷加擋或是減擋，若當v＞（1+15%）v1，則語音提示為“請減擋”；若v＜（1-15%）v1，則語音提示為“請加擋”。

3　應用舉例

假設滾動半徑r1為390.3mm，當前車速v為30km／h，當前轉速r為3000r／min；根據邏輯公式計算得出理論總傳動比h′＝10.938，推出理論齒輪比′＝2.66，經過判斷，理論齒輪比′與2擋的2.304最為接近，那么此時的理論擋位應為2擋。2擋在3 000 r／min的理想車速v1＝34.65km／h，且15%v1＝5.19，v1－v＝4.65，那么v1－v＜20%v1，所以不提示換擋。

4　結論

在實際應用中，換擋提示功能在整車調試階段進行測試與驗證，根據整車特性調整理想車速和當前車速的匹配關系，使得換擋提示功能在MT汽車上發揮更為重要的作用。

［1］馬肖.基于車載自診斷系統的換擋提示裝置研究［D］.吉林大學，2015.

（編輯心翔）

Control Logic Design of Gear Shift Indicator for MT Vehicle

QUAN Xiang-ni
（BAIC Motor Technology Centre，Beijing 101300，China）

From the perspective electronical principals and control logic diagram，the article elaborates the control logic of gear shift indicators and analyses the logical calculation between the total transmission ratio，rolling radiusandcurrentspeed，throughwhichthelogicaljudgementaboutappropriatespeedundereachgearis conducted；as a result，MT vehicle gear shift indicating is realized.

MT vehicle；gear shift notice；vehicle emission；economic

U472.7

A

1003-8639（2016）07-0037-02

2016-02-18；

2016-03-03

權香妮（1980-），女，工程師，主要工作方向為乘用車電子控制系統設計和整車電磁兼容性總體設計，乘用車電子電器架構研究。