基于Cruise 的重型卡車換擋策略研究

楊忱，劉淋磊

（陜西汽車集團有限責任公司，陜西 西安 710021）

1 前言

我國的大型貨車運輸區域跨度大，運行時間長等特點，導致了用戶單邊運輸距離較國際上的運輸距離遠，駕駛員工作強度大。隨著我國經濟的快速發展，帶來了環保等方面的制約影響，從國Ⅲ排放迅速進入國Ⅴ排放。而駕駛員群體對于老技術狀態所養成的駕駛習慣無法滿足新技術車型，造成經濟性、動力性差的情況。為解決由于駕駛習慣導致的車輛性能無法滿足用戶使用需求的矛盾，主機廠慢慢推出AMT 車型，能夠有效的提高車輛的燃油經濟性和動力性能，同時能有效的緩解駕駛員的駕駛疲勞，進而避免因駕駛疲勞引起的重大交通事故[1]。隨著新型電子技術的迅猛發展，越來越多的電子控制裝置應用到了重型車輛上，為自動變速器的復雜控制提供了重要保障[2]。

為此，本文利用本企業車輛典型工況數據為基礎，完成了雙參數的換擋策略模擬仿真，為后期的TCU 標定提供基礎參數依據。

2 整車模型的搭建與性能仿真

2.1 重型牽引車模型搭建

AVL Cruise 具有圖形友好的操作界面，設計人員能夠根據所設計的車輛快速完成整車模型的搭建，進而完成車輛的動力性能、經濟性能、排放性能、制動性能仿真。

各個子模型的搭建是根據各個零部件的性能參數進行設定，完成離合器、變速器、主減速器、制動器和車輪、駕駛模塊等模型參數設置，各個子模型通過虛擬機械連接，根據車輛的動力傳輸路徑進行模塊之間的連接。影響軟件運行的另外一個主要因素是信號傳輸的連接，信號連接就需要根據車輛的實際控制進行設定，應該避免造成約束，導致邏輯沖突而出錯。

圖1 整車結構圖

2.2 重型牽引車性能模擬仿真

模型搭建好以后，進行計算任務的設定，在task folder中設定相應參數和計算任務，軟件允許用戶自行設定計算模式。正向仿真模式是對設定工況的跟隨，允許一定的速度誤差，逆向仿真要求工況更加符合實際，并將因路面顛簸導致的速度急劇變化點剔除，形成更加符合實際的工況，然后百分百滿足工況。正向仿真的可靠性和穩定性較高和實際較為契合，而逆向仿真在工況真實的情況下精度更高。

圖2 任務自定義窗口

車輛的動力性能屬于車輛的靜態性能，需要在軟件中單獨設置，并獨立計算。動力性能計算完成后，再進行經濟性能計算任務設定，能夠得到等速百公里燃油消耗和基于設定工況的綜合百公里燃油消耗值。

表1 數據對比

3 雙參數重卡AMT 換擋策略研究

換擋規律指的是相鄰兩擋位之間的切換時機控制，取決于所設定的邊界條件，邊界條件是多維的，根據影響因子而呈現立體交叉的關系。一般采用的換擋參數包括單參數、雙參數以及多參數。單參數換擋控制更適合于特種作業車，設定簡單，符合對NVH 和燃油經濟性要求不高的市場[3]。重卡牽引車駕駛時間長，工作強度大，對舒適性要求較高。普通日用工業品運輸年行駛里程可達15 萬公里，快遞牽引車年行駛里程可達30 萬公里，該車型用戶對燃油經濟性的關注度較高，因此本文主要從雙參數進行研究。

圖3 雙參數換擋規

（1）收斂型換擋規律

收斂型換擋規律隨著油門開度的增大，換擋延遲逐漸減小。充分利用發動機的有效功率，這種類型的換擋曲線使得大油門開度時降擋速差比較小，能夠避免頻繁換擋。減小油門開度時，換擋延遲逐漸增大，發動機可以工作在較低的轉速，整車行駛起來舒適性好。該換擋桿規律，更適合于功率較低的重型貨車。

（2）發散型換擋規律

隨著油門開度的增大，換擋延遲會逐漸增大，但是大油門開度降擋時發動機轉速必須大幅度降低，發動機的功率利用率低。當快松油門踏板時可以盡快換入高擋，減少換擋時間間隔；隨著換擋延遲的增大，換擋次數逐漸減少，從而提高了整車駕駛舒適性保證車輛的平穩性和適當改善燃油經濟性能；當車輛大油門開度時發動機工作在最大功率附近，動力性能好。該換擋規律，更適合于后備功率充足的乘用車。

（3）帶強制降低擋的發散型

在防止發動機超速的前提下，該換擋策略可以改善發散型的缺點，實現提早降擋，滿足整車的大功率加速需求。

（4）組合型換擋規律

能夠根據客戶的駕駛習慣和意圖進行設定參數，保證在不同的油門開度下的動力需求，并能夠保證發動機工作在低油耗區域。該換擋策略主要由兩種或多種不同類型的換擋規律組合而成：小油門幵度以少污染、穩定、舒適為主；中油門開度在保證整車燃油經濟性的基礎上，提高動力性能；大油門開度則主要是為了得到最大的動力性能。

4 GSP 構建換擋策略

軟件根據不同的需求設定了不同的計算方法，設計人員根據所分析的車輛的不同和運行工況的不同能夠快速的完成參數設定，并完成換擋策略仿真。

GSP-Wizard 需要輸入的參數較少，能夠快速生成基于動力性能和經濟性能的換擋規律。GSP-Generation 考慮多驅動模式和坡度優化。GSP MAP 生成的GSP 可以輸入到TCU 用于車輛標定。GSP-Optimization 基于給定工況計算擋位，考慮燃油消耗和排放進行優化（K 因子）和駕駛性能范圍。

本文采用GSP-Optimization，通過靜態任務設定、V1000車速獲取、采樣點設置、路況設定（包含風速、坡度等），采用Fuel Consumption Optimization Only 不考慮排放限值，基于給定的路譜進行優化，優化過程中將時間-速度工況轉化為速度-功率工況，完成換擋策略的模擬仿真。

圖4 雙參數換擋策略

軟件能夠實現模擬生成的MAP 復制到Generation MAP中，選擇換擋曲線，進行手動微調節。將生成的換擋策略，輸入到Gbprogram 中，參與車輛性能仿真任務計算，進而驗證采用換擋策略前后，車輛的經濟性能變化。采用GSP 模擬生成換擋策略后，車輛的經濟性能和動力性能均有提升。

5 結束語

通過Cruise 軟件構建整車模型，并依據企業典型工況作為基礎，進行了雙參數換擋策略研究。通過整車模型模擬仿真與實車測試的加速性能和經濟性能對比分析，通過實例驗證了模型的可靠性。制定換擋策略，針對換擋過程進行優化，實現了燃油經濟性和動力性能的提升，也充分的說明了該研究方法的可行性，為TCU 標定提供基礎參數支撐。