汽車帶擋滑行經(jīng)濟(jì)性控制與應(yīng)用技術(shù)研究

陳 彬， 李 波， 王海艷， 張 松， 余 燕， 祖萬(wàn)里， 陳旭東

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司， 安徽 合肥 230601）

帶擋滑行是消費(fèi)者駕駛車輛過(guò)程比較常見(jiàn)的行駛工況之一，車輛滑行過(guò)程動(dòng)能利用可減少燃油的消耗，對(duì)于提升車輛經(jīng)濟(jì)性和排放性能有著重要意義。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)電噴技術(shù)的普及應(yīng)用［1］，以及整車電控系統(tǒng)的不斷完善，可進(jìn)行多參數(shù)的控制模型開發(fā)，實(shí)現(xiàn)滑行過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)停噴的最優(yōu)控制［2］。

當(dāng)前，業(yè)內(nèi)針對(duì)車輛的滑行性能開發(fā)主要集中于阻力優(yōu)化［3］與制動(dòng)能量回收［4］相關(guān)的技術(shù)研究。制動(dòng)能量回收方面，通過(guò)識(shí)別客戶的制動(dòng)需求與車輛行駛狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)最大化的能量利用，以提升車輛的經(jīng)濟(jì)性。但是內(nèi)容主要關(guān)注整車動(dòng)能的利用，沒(méi)有涉及發(fā)動(dòng)機(jī)噴油控制相關(guān)內(nèi)容，經(jīng)濟(jì)性能的開發(fā)較為片面。

本文選擇匹配DCT變速器的自動(dòng)擋車輛，開展相關(guān)控制策略的開發(fā)與應(yīng)用研究，通過(guò)系統(tǒng)分析滑行工況下發(fā)動(dòng)機(jī)停噴控制參數(shù)對(duì)駕駛性能的影響，構(gòu)建帶擋滑行經(jīng)濟(jì)性、平順性、滑行過(guò)程加速響應(yīng)的測(cè)試評(píng)價(jià)方法。為帶擋滑行經(jīng)濟(jì)性能的開發(fā)提供可靠的測(cè)試、評(píng)價(jià)與優(yōu)化技術(shù)手段。

1 帶擋滑行經(jīng)濟(jì)性測(cè)試與評(píng)價(jià)

帶擋滑行試驗(yàn)在轉(zhuǎn)鼓臺(tái)架上開展，以規(guī)避道路品質(zhì)、環(huán)境因素對(duì)試驗(yàn)的影響。轉(zhuǎn)鼓臺(tái)架設(shè)置為道路模擬模式，駕駛員駕駛車輛平緩加速至120km/h，穩(wěn)定車速60s后松開油門踏板開始滑行，車速下降至10km/h后停止試驗(yàn)。

1.1 測(cè)試系統(tǒng)

根據(jù)滑行試驗(yàn)需要構(gòu)建了如圖1所示的測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試系統(tǒng)由信號(hào)傳感器組、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)組成［5］。瞬時(shí)油耗儀采集油耗信息，轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)輸出輪轂輪邊力和車速信息，車身CAN可輸出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩、油門開度、噴油脈寬等信息［6］。數(shù)據(jù)采集器基于美國(guó)NI的虛擬儀器及C模塊構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)對(duì)上述信息的實(shí)時(shí)同步采集，并通過(guò)網(wǎng)線上傳至便攜式計(jì)算機(jī)進(jìn)行保存、實(shí)時(shí)顯示。主要數(shù)采設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 主要數(shù)采設(shè)備性能指標(biāo)

圖1 測(cè)試系統(tǒng)原理圖

1.2 滑行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法

試驗(yàn)車輛的滑行過(guò)程如圖2所示，松開油門后，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入停噴模式，滑行至70km/h （發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速約1400r/min） 觸發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)噴油。截取松開油門踏板至20km/h的過(guò)程數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)過(guò)程的累計(jì)油耗量進(jìn)行滑行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，圖2曲線表征的滑行經(jīng)濟(jì)性能為車輛優(yōu)化前狀態(tài)，滑行過(guò)程的累計(jì)油耗量為20.9mL。

圖2 滑行過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)噴油情況示意圖

1.3 問(wèn)題分析

提取滑行過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速信號(hào)，帶入輪胎滾動(dòng)半徑計(jì)算傳動(dòng)系速比，從圖3可以看出，松開油門后至發(fā)動(dòng)機(jī)觸發(fā)噴油的過(guò)程，變速器一直處于最高擋狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降至1400r/min后觸發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)噴油。問(wèn)題在于降擋點(diǎn)車速較低，導(dǎo)致?lián)Q擋點(diǎn)轉(zhuǎn)速達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)觸發(fā)噴油轉(zhuǎn)速閾值。

圖3 滑行過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器工況示意圖

2 控制邏輯開發(fā)

建立了基于擋位信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)停噴控制，如圖4所示。當(dāng)車輛進(jìn)入滑行模式后，首先判斷變速器擋位，當(dāng)變速器擋位高于目標(biāo)擋位后進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速判斷，否則觸發(fā)噴油。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于停噴轉(zhuǎn)速閾值時(shí)，進(jìn)入停噴控制邏輯，否則觸發(fā)噴油。

圖4 滑行停噴控制邏輯示意圖

根據(jù)圖4所示的滑行停噴控制邏輯，識(shí)別了噴油閾值轉(zhuǎn)速、降擋線對(duì)停噴控制影響較為明顯。

2.1 噴油閾值轉(zhuǎn)速

噴油閾值轉(zhuǎn)速為觸發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)噴油的關(guān)鍵參數(shù)，滑行過(guò)程隨著轉(zhuǎn)速的下降，達(dá)到閾值轉(zhuǎn)速后觸發(fā)噴油，所以該轉(zhuǎn)速值越低則發(fā)動(dòng)機(jī)停噴時(shí)間越長(zhǎng)，滑行經(jīng)濟(jì)性越好。但是較低的轉(zhuǎn)速會(huì)影響加速動(dòng)力響應(yīng)以及滑行平順性［7］，需要開展相關(guān)的測(cè)試評(píng)價(jià)，以確定最低的噴油閾值轉(zhuǎn)速。

2.2 降擋線

對(duì)于自動(dòng)擋車輛，滑行過(guò)程降擋可提升發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于噴油閾值轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)持續(xù)的停噴控制，則在降擋點(diǎn)轉(zhuǎn)速要略高于閾值轉(zhuǎn)速。考慮到最優(yōu)的滑行停噴控制，建議降擋點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速比噴油閾值轉(zhuǎn)速高100r/min，降擋通過(guò)車速信號(hào)控制，降擋車速點(diǎn)計(jì)算方法如下式所示［8］。擋位速比ig、主減速比i0、輪胎滾半徑r、噴油閾值轉(zhuǎn)速為ni，對(duì)應(yīng)的換擋車速為Vi。

3 驗(yàn)證試驗(yàn)

應(yīng)用該滑行停噴控制策略，對(duì)試驗(yàn)車輛的滑行停噴控制效果進(jìn)行優(yōu)化，降低了噴油閾值轉(zhuǎn)速，提升了高擋位的降擋車速點(diǎn)，噴油觸發(fā)目標(biāo)擋位設(shè)置為3擋。現(xiàn)對(duì)比優(yōu)化前的控制效果，進(jìn)行滑行相關(guān)和加速響應(yīng)性能的驗(yàn)證試驗(yàn)。

3.1 滑行驗(yàn)證試驗(yàn)

為測(cè)試滑行過(guò)程停噴控制效果及滑行平順性，需要開展滑行驗(yàn)證試驗(yàn)，具體方法如下：駕駛員控制加速踏板緩慢加速至120km/h，然后穩(wěn)定加速踏板60s，松開油門踏板開始滑行，車速下降至10km/h后停止試驗(yàn)。

3.2 動(dòng)力響應(yīng)驗(yàn)證試驗(yàn)

為測(cè)試噴油閾值轉(zhuǎn)速下調(diào)對(duì)加速性能的影響，在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)架上開展動(dòng)力響應(yīng)測(cè)試。轉(zhuǎn)鼓設(shè)置為道路模擬模式，駕駛員駕駛車輛穩(wěn)定在D4擋、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1200r/min，然后快速踩下加速踏板至30%開度，車速上升20km/h后停止試驗(yàn)，依次完成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1300r/min、1400r/min的測(cè)試內(nèi)容。

4 數(shù)據(jù)處理與評(píng)價(jià)

4.1 滑行經(jīng)濟(jì)性控制策略驗(yàn)證評(píng)價(jià)

滑行經(jīng)濟(jì)性驗(yàn)證試驗(yàn)過(guò)程如圖5、圖6所示，相對(duì)優(yōu)化前的滑行過(guò)程，控制策略應(yīng)用效果明顯，主要優(yōu)化內(nèi)容如下。

圖5 優(yōu)化后的滑行過(guò)程噴油情況示意圖

圖6 優(yōu)化后的滑行過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器工況示意圖

1） 設(shè)定了噴油目標(biāo)擋位為3擋。

2） 提前了高擋位的降擋點(diǎn)車速 （發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速），由表2內(nèi)容所示，其中4擋降3擋為延長(zhǎng)停噴時(shí)間，降低了降擋點(diǎn)的車速。

表2 降擋點(diǎn)車速值統(tǒng)計(jì)列表

3） 噴油閾值轉(zhuǎn)速調(diào)整至1300r/min。

4.2 滑行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比評(píng)價(jià)

統(tǒng)計(jì)滑行驗(yàn)證試驗(yàn)過(guò)程的累計(jì)油耗為7.1mL，噴油量?jī)H為優(yōu)化前的34%，滑行經(jīng)濟(jì)性提升明顯。由圖6可以看出，滑行過(guò)程經(jīng)過(guò)5次降擋，前3次降擋過(guò)程少量的噴油用于提升轉(zhuǎn)速，當(dāng)擋位降至3擋時(shí)，進(jìn)入穩(wěn)定的噴油狀態(tài)。

4.3 滑行平順性對(duì)比評(píng)價(jià)

提取滑行過(guò)程的峰值減速度及滑行沖擊度進(jìn)行滑行平順性評(píng)價(jià)，如表3內(nèi)容所示，優(yōu)化前后的滑行平順性沒(méi)有變化，滑行過(guò)程平順性感受較好。沖擊度為加速度曲線相鄰波峰與波谷的差值，該值越大則頓挫感越明顯。

表3 滑行平順性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

4.4 動(dòng)力響應(yīng)對(duì)比評(píng)價(jià)

提取加速踏板踩下至加速度分別達(dá)到0.15m/s2、峰值加速度的時(shí)間進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)性能評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示，動(dòng)力響應(yīng)時(shí)間較為一致，說(shuō)明閾值轉(zhuǎn)速下調(diào)值1300r/min對(duì)動(dòng)力響應(yīng)性能的影響基本可以忽略。

表4 動(dòng)力響應(yīng)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)論

論文針對(duì)自動(dòng)擋汽車帶擋滑行工況，引入了多參數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)停噴控制邏輯，并構(gòu)建了控制參數(shù)對(duì)駕駛性影響程度的測(cè)試與評(píng)價(jià)方法，該項(xiàng)技術(shù)在實(shí)車上得到應(yīng)用。驗(yàn)證結(jié)果證明，控制邏輯具備可行性，邏輯參數(shù)的駕駛性相關(guān)測(cè)試評(píng)價(jià)方法可實(shí)現(xiàn)滑行工況相關(guān)的駕駛性與經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)開發(fā)。論文成果對(duì)于汽車企業(yè)開展滑行經(jīng)濟(jì)性能開發(fā)有著重要的指導(dǎo)意義。該發(fā)動(dòng)機(jī)停噴控制與參數(shù)開發(fā)方法同樣適用于配置柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的商用車。