AMT車輛彎道行駛換擋策略

叢曉妍, 王增才, 程 軍

(1.山東大學(xué) 機械工程學(xué)院,山東 濟南 250061； 2.山東大學(xué) 高效潔凈機械制造教育部重點實驗室,山東 濟南 250061；3.濟南捷特汽車電子研究所,山東 濟南 250001)

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AMT車輛彎道行駛換擋策略

叢曉妍1,2, 王增才1,2, 程 軍3

(1.山東大學(xué) 機械工程學(xué)院,山東 濟南 250061； 2.山東大學(xué) 高效潔凈機械制造教育部重點實驗室,山東 濟南 250061；3.濟南捷特汽車電子研究所,山東 濟南 250001)

針對使用普通換擋規(guī)律車輛在過彎道時易出現(xiàn)降速時升擋、不能及時降擋等問題,研究利用預(yù)知彎道半徑、車輛距彎道距離信息的彎道換擋策略.該策略根據(jù)彎道行駛目標(biāo),提出2個彎道換擋指標(biāo)：保證車輛操縱穩(wěn)定性的側(cè)向加速度安全閾值ays和人體可容忍側(cè)向加速度閥值aypot.通過車輛行駛動力學(xué)分析及過彎觀測實驗發(fā)現(xiàn),ays、aypot不是常數(shù)而是隨車輛速度、彎道半徑而變化.利用車輛過彎觀測實驗數(shù)據(jù)建立ays、aypot與車輛速度、彎道半徑間的數(shù)學(xué)關(guān)系.使用降擋提前系數(shù)kj將ays、aypot指標(biāo)應(yīng)用到換擋策略中對過彎降擋速度進(jìn)行修正.采用Matlab/Simulink建模針對3種初始速度的過彎工況對上述彎道換擋策略進(jìn)行仿真驗證,并在試驗場利用實車進(jìn)行過彎實驗,結(jié)果證明所提出的彎道策略能夠消除彎道意外換擋并能根據(jù)行駛工況及時換擋.

汽車工程；彎道換擋；速度觀測；側(cè)向加速度；AMT自動變速器

使用普通換擋規(guī)律的AMT車輛在過彎道時,駕駛員松開油門降速,由于車速下降滯后于油門,此時容易出現(xiàn)非駕駛意圖的升擋現(xiàn)象[1-2].降速時升擋首先違背了換擋邏輯；其次,對于動力中斷的AMT換擋,無意義的換擋操作會損耗車輛動能,而換擋次數(shù)的增加也會加速離合器摩擦片磨損,不利于變速器使用壽命.AMT車輛過彎的另一個問題是,如果駕駛員對彎道預(yù)估不當(dāng)或駕駛不熟練時,本應(yīng)置于入彎前的降速行為被延續(xù)進(jìn)入彎道,這會增加車輛的不穩(wěn)定性.此時需要自動換擋系統(tǒng)能夠根據(jù)當(dāng)前車速判斷出合適的入彎速度從而適時降入低擋,幫助降低車速.這種適時降擋也適用于高速行駛車輛突然遇見彎道而需要迅速降速的情況.此外,手動駕駛車輛過彎道時,根據(jù)行駛情況可以連續(xù)降擋操作,能夠迅速進(jìn)入低擋區(qū)行駛并減少換擋步驟；而自動駕駛車輛如果依據(jù)平路換擋規(guī)律,只能按降擋速度逐級降擋,對行駛路況不能做出靈活反應(yīng).因此,自動變速車輛過彎時的換擋策略需要與平路上使用的換擋規(guī)律做出區(qū)別研究.

換擋本質(zhì)是汽車縱向的速度控制,而彎道換擋還涉及車輛的橫向控制問題.如何利用縱向速度控制保證橫向通過的安全性與舒適性,是彎道換擋策略制定的關(guān)鍵.以往彎道換擋策略研究以避免意外換擋為主要目標(biāo).Oliver[3]認(rèn)為合理的彎道行駛策略應(yīng)根據(jù)彎道的緩急程度決定是否換擋,但沒有對緩急的界定做出闡述.劉洪波[2]基于彎道緩急程度設(shè)置門限值,在區(qū)間內(nèi)禁止換擋,退出區(qū)間則進(jìn)入正常行駛狀態(tài),能夠解決意外升擋狀況.王玉海[4]將彎道行駛環(huán)境等效識別為減速或停車意圖.對于換擋點的修正,劉振軍[5]將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊邏輯相結(jié)合,來加快規(guī)則的建立并縮短擋位調(diào)整時間.本文首先從安全角度出發(fā),以車輛彎道動力學(xué)為基礎(chǔ),通過建立車輛過彎數(shù)學(xué)模型,得出保證車輛過彎穩(wěn)定性的換擋閾值條件；然后從駕駛者生理學(xué)角度出發(fā),以可容忍側(cè)向加速度為彎道換擋閾值條件,通過車輛彎道速度觀測實驗推斷可容忍側(cè)向加速度值；以安全側(cè)向加速度和可容忍側(cè)向加速度為判別依據(jù),使用降擋提前系數(shù)調(diào)整降擋時刻.

1 彎道動力學(xué)分析

當(dāng)彎道行駛時,汽車的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性是車輛安全的首要保障.汽車轉(zhuǎn)向操作特性可以用不足轉(zhuǎn)向、中性轉(zhuǎn)向和過度轉(zhuǎn)向進(jìn)行有效評價,而不足轉(zhuǎn)向梯度(Understeer Gradient)是這3種轉(zhuǎn)向特性的重要定義手段.根據(jù)如圖1所示線性單軌車輛模型能夠推導(dǎo)汽車過彎時平面轉(zhuǎn)向運動的基本特性[6].

圖1 單軌車輛模型Fig.1 Monorail vehicle model

圖中:δf為前輪轉(zhuǎn)向角；u為縱向速度；β為質(zhì)心側(cè)偏角；γ為橫擺角速度；αf、αr分別為前后輪胎側(cè)偏角；l為汽車前后軸間距,lf、lr分別為質(zhì)心到前后軸的距離；Fy1、Fy2為汽車前、后軸側(cè)向力，R為轉(zhuǎn)向半徑.

汽車在車速為u,前輪轉(zhuǎn)向角為δf工況下穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向時,其前后輪胎側(cè)偏角可近似表示為

(1)

(2)

聯(lián)立式(1)、(2)得

(3)

(4)

式中:m為汽車質(zhì)量；Kf、Kr分別為前、后輪胎的側(cè)偏剛度；Ff、Fr別為前、后軸上的載荷；g為重力加速度常數(shù).

由式(3)、(4)可得

(5)

式中：ay為穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向時的側(cè)向加速度,

(6)

根據(jù)不足轉(zhuǎn)向梯度定義[7]：

(7)

式中：K為不足轉(zhuǎn)向梯度.

等圓周操作時,d(l/R)/day=0,結(jié)合式(5)得

(8)

不足轉(zhuǎn)向梯度K又稱為穩(wěn)定性因數(shù),是表征汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的一個重要參數(shù).根據(jù)K的數(shù)值,汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)分為3類[8]：K=0,汽車具有中性轉(zhuǎn)向特性,即做等圓周轉(zhuǎn)向時,前輪轉(zhuǎn)向角不受車速變化的影響；K>0,汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性,即做等圓周轉(zhuǎn)向時,隨著車速的增加,需要增加前輪轉(zhuǎn)向角才能使轉(zhuǎn)向半徑保持不變；K<0,汽車具有過度轉(zhuǎn)向特性,即做等圓周轉(zhuǎn)向時,隨著車速的增加,需要減小前輪轉(zhuǎn)向角才能使轉(zhuǎn)向半徑保持不變.

目前一般汽車都具有適當(dāng)?shù)牟蛔戕D(zhuǎn)向特性,K值由車輛結(jié)構(gòu)特性決定.但以上推導(dǎo)是在一定車速下進(jìn)行的,當(dāng)側(cè)向加速度增大,輪胎側(cè)偏特性進(jìn)入非線性區(qū)域時,汽車轉(zhuǎn)向特性將發(fā)生改變[9].Pacejka[10]提出基于線性單軌車輛模型的操縱圖分析方法,給出了輪胎轉(zhuǎn)向角、汽車的轉(zhuǎn)向半徑、車速和側(cè)向加速度ay相互間的關(guān)系如圖2所示.

圖2 不同車速和不同轉(zhuǎn)向半徑對應(yīng)的操縱曲線Fig.2 Handling curve corresponding to different speeds and steering radiuses

將圖2中不同的定車速或定轉(zhuǎn)向半徑對應(yīng)的中性轉(zhuǎn)向工作點連接在一起組成中性轉(zhuǎn)向操縱線(如圖中Pl-P4虛線所示),該曲線把(δf-l/R)-ay平面區(qū)域分為不足轉(zhuǎn)向與過度轉(zhuǎn)向2部分.對于正常行駛狀態(tài)的車輛,超過虛線的過度轉(zhuǎn)向即是危險狀態(tài).在彎道半徑既定時,根據(jù)圖2中轉(zhuǎn)向特性的區(qū)分,能夠求出車輛安全過彎臨界側(cè)向加速度ays.本文將ays作為彎道換擋的安全閾值,當(dāng)車輛由中性轉(zhuǎn)向進(jìn)入過度轉(zhuǎn)向區(qū)域時,側(cè)向加速度瀕臨ays,自動換擋系統(tǒng)應(yīng)該結(jié)合駕駛者的減速操作迅速降擋,以維持車輛安全狀態(tài).

2 駕駛者因素分析

駕駛?cè)藦澋浪俣冗x擇行為的本質(zhì)是：在保證行駛方向不失控的前提下,通過降低車速來獲得彎道行駛時的安全感,即讓側(cè)向力、側(cè)身傾斜控制在自身的可耐受程度之下.這3個方面可用偏航角β、側(cè)向加速度ay、車身側(cè)傾角δ來描述[11].但實際上,駕駛?cè)烁惺茏蠲黠@的是ay,同時δ和β均與ay正相關(guān),所以可用ay來描述駕駛?cè)嗽趶澋郎系陌踩惺?

對于ay的取值,文獻(xiàn)[12]推薦以4 m/s2作為駕駛員可容忍側(cè)向加速度閥限.因為駕駛員習(xí)慣適應(yīng)的側(cè)向加速度服從以 3 m/s2為中心的正態(tài)分布,4 m/s2是駕駛員習(xí)慣適應(yīng)的側(cè)向加速度的90%分位點.但文獻(xiàn)[11]通過在二級公路上的觀測實驗表明,駕駛?cè)怂艹惺艿目扇萑虃?cè)向加速度不是一個常數(shù)值,而是隨彎道半徑R變化而變化的.由于側(cè)向加速度不易直接測量,但是根據(jù)彎道時汽車的速度、彎道曲率與側(cè)向加速度之間的關(guān)系(式(6),忽略道路超高),當(dāng)彎道曲率確定時,可以通過觀測車輛彎道行駛速度得到車輛側(cè)向加速度.

本文在高速公路、國道、省道上針對不同曲率的彎道,通過車輛行駛速度觀測,得到該類路況下的車輛側(cè)向加速度.

2.1 觀測實驗

實驗路段：威青高速公路、國道G309、省道S303、S204.

實驗儀器：博士能手持雷達(dá)測速儀.測速精度：+/-2 km/h；測速范圍：車類,16-322 km/h(457 m以內(nèi)測量有效).

選取彎道中部位置,為不干擾被觀測車輛,離開道路一定距離(測速儀有效觀測范圍內(nèi))測速,測量數(shù)據(jù)如圖3所示.

圖3 觀測所得車輛側(cè)向加速度散點圖與最小二乘擬合曲線Fig.3 Scatter diagram of observed vehicle lateral acceleration and fitting curve by least square

使用最小二乘法對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,得到彎道半徑與側(cè)向加速度之間的關(guān)系見式(9).

ay=-4.585×10-8R3+5.623 5×10-5R2-

0.023 8R+4.594 7 .

(9)

通過觀察發(fā)現(xiàn),在車速較高的高速公路上,即使彎道半徑很大、側(cè)向加速度很小的情況下,駕駛員也常有剎車動作；而普通國道或省道彎道半徑較小時,駕駛員則能夠忍受較大的側(cè)向加速度.因此文獻(xiàn)11對于可容忍側(cè)向加速度隨彎道半徑變化而變化的結(jié)論是正確的.

2.2 可容忍側(cè)向加速度計算

當(dāng)正常過彎行駛時,駕駛者總會將車輛實際側(cè)向加速度控制在可容忍側(cè)向加速度aypot之內(nèi).其生理解釋是：當(dāng)側(cè)向加速度過高時,駕駛?cè)藭撘庾R的覺察到車輛處于不安全狀態(tài)有失控可能,為避免發(fā)生危險,駕駛?cè)藭谏肀灸軄斫档蛙囁賉11].因此觀測到的ay值與aypot存在如下關(guān)系：

ay=kaypot.(0

(10)

k值大小取決于駕駛?cè)说鸟{駛風(fēng)格：一些運動型駕駛者會以幾近生理極限的速度過彎(較大k值),謹(jǐn)慎型駕駛者則會容留較大的安全余量從而以較低車速行駛過彎(較小k值).

3 彎道AMT換擋策略

3.1 過彎行駛過程與動力學(xué)建模

駕駛員操縱汽車過彎大約分為以下幾個過程：

1) 直線路段 該階段是過彎前的銜接過程,車輛保持直道行駛模式.

u1=umfact.

(11)

式中：u1為直線路段車速，um為該路段所經(jīng)過車輛的平均車速；fact為駕駛員因數(shù),表示駕駛員速度選擇特性.其值位于umin/um～umax/um范圍內(nèi)(umin、umax分別是該路段內(nèi)過往車輛的最低車速和最高車速),是駕駛員駕駛風(fēng)格的反映,追求動力性能的駕駛員所對應(yīng)的該值要高于謹(jǐn)慎型駕駛員.

2) 接近彎道 此階段仍在直線行駛,但駕駛員已看到前方彎道.此時,駕駛員對彎道緩急進(jìn)行判斷,急彎時進(jìn)行減速(減油門或制動)、緩彎維持原速等操作,調(diào)整車速準(zhǔn)備過彎.此階段速度調(diào)整目標(biāo)是：從開始制動到近入彎道這段距離內(nèi),將直線速度降至過彎速度.速度調(diào)整過程用制動時間表示：

(12)

式中：Δu為直道行駛車速與入彎車速之差；uG為車輛質(zhì)心的速度；Δs為開始制動至入彎停止制動的距離；a為汽車加速度.

3) 彎道行駛 進(jìn)入彎道,在階段2判斷與操作基礎(chǔ)上,以適合的彎道速度過彎.

(13)

式中：u3為彎道路段車速，在正常情況下,ay≤aypot.

4) 駛出彎道 預(yù)見前方直道,加速出彎或維持原速至出彎.

5) 直線路段 恢復(fù)直道行駛模式

對于以上5個階段組成的過彎過程,對于手動擋車輛一般有以下?lián)Q擋操作：階段2降擋——階段3維持低擋過彎——階段4升擋出彎.

3.2 彎道換擋策略

彎道換擋策略的指導(dǎo)原則為

1)禁止升擋.給出彎道指令后禁止升擋,以排除常態(tài)換擋規(guī)律因松油門而車速降低較慢導(dǎo)致的升擋；對于不需降速的大半徑緩彎,不以彎道情況計.

2)降擋提前.在彎道行駛情況下,較平路行駛換擋規(guī)律降擋提前,且允許越級降擋.

3.3 降擋提前系數(shù)的確定

對于一定油門下的換擋時刻,不同手動駕駛者之間存在差異,即降擋時刻是一個區(qū)間范圍[13].如圖4所示為最佳動力性降擋規(guī)律與極限降擋線，根據(jù)車輛動力傳動關(guān)系能夠計算出換入低擋的最高車速,而實際中自動換擋車輛一般使用最佳動力性降擋規(guī)律以保證車輛動力性能.由于彎道降擋有別于平路降擋,本文以降擋提前系數(shù)kj進(jìn)行調(diào)節(jié).以油門開度T=60為例,按照最佳動力性降擋規(guī)律應(yīng)在a點處(車速約為47 km/h)降擋,而車輛允許換入低擋的理論最高車速位于b點(車速約為53 km/h),a～b之間的速度范圍即為kj的調(diào)節(jié)區(qū)域.假設(shè)a點車速為ua,b點車速為umax,則

(14)

圖4 最佳動力性降擋規(guī)律與極限降擋線Fig.4 Optimal power down shift schedule and ultimate down shift schedule

圖5 ay與kj的關(guān)系示意圖Fig.5 Schematic diagram of relation between ay and kj

通過車輛當(dāng)前行駛的ay值可以查找出對應(yīng)的kj.以車速為ua的a點為例,經(jīng)過kj修正后,彎道換擋速度u′為

u′=ua+kjua.

(15)

即在彎道工況下,換入低擋的車速比平路時高kjua,這樣在車速較高時即可換入低擋.

3.4 建模

使用Simulink軟件,首先建立包含發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、換擋邏輯、車體模塊在內(nèi)的基本車輛動力模型.變速箱5個擋位的傳動比分別為:一擋4.47,二擋2.19,三擋1.51,四擋0.91,五擋0.79,汽車總質(zhì)量2 124 kg,驅(qū)動輪半徑0.46 m.然后根據(jù)第3節(jié)中所分析的車輛過彎數(shù)學(xué)模型,通過控制油門、制動信號來模擬駕駛員過彎操作,使汽車動力模型能夠模擬汽車過彎行為,整車模型如圖6所示.該模塊中包含側(cè)向加速度判斷子模塊,由保證車輛操縱穩(wěn)定性的安全閾值ays和人體可容忍側(cè)向加速度閾值aypot建立判斷準(zhǔn)則.

3.5 工況分析

如圖7所示為u=80 km/h時車輛轉(zhuǎn)彎行駛仿真圖，圖中，Mb為制力矩，ig為擋位.

從圖7中可看出,車速提至u=80 km/h 時給出彎道信號并開始制動.此時車輛側(cè)向加速度超出安全閾值,在降擋范圍內(nèi)使用最大的降擋提前系數(shù)(灰色線代表平路換擋點,下同).由擋位圖看到,擋位跟隨制動信號,迅速降擋,并在整個過彎過程中維持低擋.

如圖8所示為u=65 km/h車輛轉(zhuǎn)彎行駛仿真圖，從圖8中可看出,當(dāng)車速提至u=65 km/h時給出彎道信號并開始制動，此時側(cè)向加速度小于安全如圖9所示為u=48 km/h車輛轉(zhuǎn)彎行駛仿真圖，從圖9中可看出,車速提至u=48 km/h時給出彎道信號.此時側(cè)向加速度在可容忍閥限內(nèi),降擋系數(shù)可以為零(與普通路況相同).但因為給出彎道信號,整個過彎過程中禁止升擋.

圖6 彎道行駛整車模型Fig.6 Whole vehicle model in curve driving

圖7 車輛轉(zhuǎn)彎行駛工況仿真圖(u=80 km/h)Fig.7 Simulation diagram of vehicle driving in curve(u=80 km/h)

圖8 車輛轉(zhuǎn)彎行駛工況仿真圖(u=65 km/h)Fig.8 Simulation diagram of vehicle driving in curve(u=65 km/h)

閾值,但大于可容忍閾值,使用較大的降擋提前系數(shù).由擋位圖看到,擋位跟隨制動信號,較快降擋,并在整個過彎過程中維持低擋.

圖9 車輛轉(zhuǎn)彎行駛工況仿真圖(u=48 km/h)Fig.9 Simulation diagram of vehicle driving in curve(u=48 km/h)

4 實車實驗

彎道半徑以及車輛入彎前的預(yù)判對模型建立和換擋策略制定有關(guān)鍵作用,使用車輛自身參數(shù)的識別方法顯然無法滿足要求,而一些車輛智能輔助裝置則能夠提供車輛自身配置所無法檢測的參數(shù).其中車載視覺識別系統(tǒng)[14]能夠通過預(yù)瞄點處道路識別得到道路曲率,實現(xiàn)入彎預(yù)判和彎道半徑估算；基于全球定位系統(tǒng)/地理信息系統(tǒng)(global positioning system/ geographical information system, GPS/GIS)技術(shù)的識別系統(tǒng)[15],以GPS實現(xiàn)車輛定位,GIS提供行駛車輛前方視線消失點處的地理信息,能夠準(zhǔn)確提供車輛距前方彎道的距離以及彎道半徑信息.

目前,GPS/GIS技術(shù)雖然在汽車上得到廣泛應(yīng)用[16],但其與變速器控制系統(tǒng)(transmission control unit, TCU)的信息聯(lián)接則是一項正在進(jìn)行的研究[17].地理信息預(yù)知對換擋策略越為有利,則越是能夠促進(jìn)該技術(shù)的發(fā)展.本文實車實驗在無法通過GPS/GIS與變速器TCU通訊將地理信息傳送給變速器的前提下,設(shè)置了試驗場既定路線實驗：已知彎道半徑和各路段長度,通過確定地點起步利用車速計算能夠得到車輛行駛實時位置.實驗車為一款5擋商務(wù)自動變速器車輛,如圖10、11所示分別為使用車輛自帶換擋規(guī)律(沒有考慮彎道路況)及本文提出的換擋策略的實驗數(shù)據(jù)，圖中，Br為當(dāng)前制動強度占最大制動強度的百分比.

圖10 車輛使用普通換擋規(guī)律的試車場地彎道行駛數(shù)據(jù)Fig10 Proving ground test data in curving driving of vehicle with normal gear shift

對于使用普通換擋規(guī)律的彎道行駛實驗,從圖10中可看出,a段,駕駛員行駛于直線路段；b段,駕駛員看見前方彎道,開始松油門并剎車,目的是將車速降低至合適的入彎速度；c段,以b段獲取的速度入彎、行駛,然后加速出彎.通過駕駛員在完整的過彎過程中的駕駛行為分析認(rèn)為：

1)b段即入彎前的直線段是彎道換擋策略發(fā)揮作用的階段,而非進(jìn)入彎道的c段.c段中,車輛側(cè)向加速度出現(xiàn)波動,既往研究以側(cè)向加速度為判斷依據(jù)能夠識別出車輛是否正行駛于彎道中,但對于彎道換擋策略的實施則存在識別滯后問題.

2)駕駛者在看見彎道后的降速過程中,松油門到踩下制動踏板,由于有人體反應(yīng)時間和執(zhí)行機構(gòu)動作時間,在松開油門約2 s后油門踏板降為0,而此時車速未有明顯下降,擋位由4擋升入5擋.由于在降速過程中出現(xiàn)升擋,違背駕駛員的駕駛意圖,即出現(xiàn)了所謂的入彎“意外”換擋現(xiàn)象.

圖11 使用本文換擋規(guī)律車輛試車場地彎道行駛數(shù)據(jù)Fig11 Proving ground test data in curving driving of vehicle with gear shift considering curve

對于使用本文彎道換擋策略的彎道行駛實驗,從圖11中可看出,當(dāng)車輛行駛至a、b段銜接處時,將彎道信息給予換擋系統(tǒng)；進(jìn)入b段速度約為53 km/h時駕駛員看見彎道并松開油門,此時車速有上升趨勢,但彎道信息抑制升擋沒有造成擋位上升；假設(shè)以53 km/h過彎并計算側(cè)向加速度,對應(yīng)選取降擋提前系數(shù)kj,車輛本應(yīng)在灰色線處(約24 km/h)由4擋降入3擋,目前在約27 km/h時降擋；3降2擋速度則由15 km/h提前至約13 km/h.

5 結(jié) 語

通過對車輛過彎動力學(xué)分析和實際車輛過彎行駛觀測,提出2個彎道換擋指標(biāo)：一個是安全性指標(biāo),以車輛側(cè)向穩(wěn)定性發(fā)生改變的臨界側(cè)向加速度為閾值；另一個是人體可容忍指標(biāo),以彎道人體可容忍側(cè)向加速度為閾值.根據(jù)這2個指標(biāo),使用降擋系數(shù)調(diào)節(jié)彎道降擋時刻,能夠杜絕彎道升擋現(xiàn)象,并且能夠?qū)崟r調(diào)整降擋點,輔助車輛安全、舒適過彎.通過車輛過彎行為分析得出：

(1)駕駛員在入彎前就開始降速,進(jìn)入彎道時已將速度調(diào)整至適宜的過彎速度.目前大部分彎道識別研究以車輛彎道行駛時參數(shù)進(jìn)行識別,存在識別滯后,即只能在過彎過程中做出判斷,不能滿足彎道自動換擋要求.

(2)彎道半徑值非常重要(并不要求精確值)：駕駛員需要根據(jù)不同彎道半徑做出不同的減速操作；自動降擋系數(shù)的計算需要使用彎道半徑值.因此滿足彎道自動換擋要求的彎道識別目標(biāo)是：首先需要在駕駛員降速前或降速開始時即能識別出過彎行為；其次是能夠識別出彎道半徑值.

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Self-adaptive curve gear-shifting strategy for automatic transmission vehicles

CONG Xiao-yan1,2, WANG Zeng-cai1,2, CHENG-Jun3

(1.SchoolofMechanicalEngineering,ShandongUniversity,Jinan250061,China; 2.KeyLaboratoryofHighEfficiencyandCleanMechanicalManufacture,ShandongUniversity,Jinan250061,China;3.JieTeAutomotiveElectronicsTechnologyResearchInstitute,Jinan250001,China)

A gear shifting strategy using information of bend radius and distance of the vehicle to the curve was proposed in order to solve the problems of unexpected shift and untimely downshift for automatic transmission vehicles in cornering driving. Based on the requirements of security and physiology, two gear shifting indexes were built: the lateral acceleration safety threshold, which ensured vehicle operation stability, and the lateral acceleration threshold that driver could tolerate. The vehicle dynamics analysis and the observation of vehicle cornering experiment indicated that the lateral acceleration safety threshold and the lateral acceleration threshold were not constant but varied with vehicle speed and turning radius.The mathematical relation between vehicle speed, turning radius and gear shifting indexes was established, according to the observation data of vehicle cornering experiment. The two indexes were applied to gear shifting strategy by downshift time coefficient which corrected the cornering downshift speed. The gear shifting strategy was analyzed with Matlab/Simulink simulation model at three different initial velocities, and the effect of the strategy was verified with vehicle cornering experiment in proving ground. Results showed that the unexpected gear shifting and untimely gear shifting were eliminated with the application of the strategy.

automotive engineering; curve shift strategy; velocity observation; lateral acceleration; automatic mechanical transmission

2015-05-20.

國家自然科學(xué)基金資助項目(51174126) .

叢曉妍(1979—)，女，博士生，從事自動變速器換擋策略、車輛人機工程學(xué)等研究.ORCID：0000-0003-3940-3336 E-mail:congzixiao@163.com

王增才，男，教授，博導(dǎo). E-mail:wangzc@sdu.edu.cn

10.3785/j.issn.1008-973X.2016.08.020

U 467

A

1008-973X(2016)08-1570-08

浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)網(wǎng)址： www.journals.zju.edu.cn/eng