基于Cruise的AMT換擋規(guī)律仿真研究

李曉亮，李嘉星

陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司 陜西西安 710119

目前在歐美，已有超過9 0%的重型貨車配備AMT，而國內(nèi)AMT市場(chǎng)仍處于起步階段。隨著汽車新“四化”的發(fā)展以及重型貨車AMT產(chǎn)品的日趨成熟，憑借繼承性好、成本低及經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，AMT必將成為未來的發(fā)展趨勢(shì)[1]。

重型商用車AMT控制中最重要的環(huán)節(jié)是換擋規(guī)律的制定。換擋規(guī)律主要指的是排擋間自動(dòng)換擋時(shí)刻隨控制參數(shù)（車速、節(jié)氣門開度、加速度等）變化的規(guī)律，它的好壞將直接影響車輛的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放性等性能的優(yōu)劣[2]。

AMT的換擋規(guī)律可以根據(jù)控制參數(shù)分為單參數(shù)、雙參數(shù)和多參數(shù)。單參數(shù)的換擋規(guī)律僅以車速為控制參數(shù)，駕駛?cè)藷o法實(shí)時(shí)控制換擋操作，車輛性能較差。雙參數(shù)的換擋規(guī)律應(yīng)用最為廣泛，以節(jié)氣門開度和車速為控制參數(shù)，駕駛?cè)丝蓪?shí)時(shí)干預(yù)控制。通常多參數(shù)的換擋規(guī)律是在雙參數(shù)的基礎(chǔ)上引入車輛加速度，進(jìn)一步反映了車輛的實(shí)際操縱規(guī)律，但真實(shí)的動(dòng)態(tài)三參數(shù)控制規(guī)律非常復(fù)雜。因此，本文借助Cruise及其GSP（Gear Shift Progrsm）功能實(shí)現(xiàn)雙參數(shù)換擋規(guī)律的制定，并以某款12擋AMT變速器為例，進(jìn)行車輛的性能分析。

整車模型搭建

以某款配置12擋AMT變速器的車型為例，搭建車輛模型，如圖1所示。其中，GB Control（單參數(shù)換擋控制）和GB Program（雙參數(shù)換擋策略）用于實(shí)現(xiàn)換擋規(guī)律對(duì)車輛的控制，AMT Control用于換擋時(shí)驅(qū)動(dòng)離合器。

圖1 車輛模型

基于GSP Wizard的換擋規(guī)律求解

1.雙參數(shù)換擋規(guī)律

雙參數(shù)換擋規(guī)律按照換擋延遲隨節(jié)氣門開度的變化可分為等延遲型、收斂型、發(fā)散型（包括帶強(qiáng)制低擋的發(fā)散型）和組合型，如圖2所示[3]。

2.換擋規(guī)律求取原理

Cruise內(nèi)置換擋規(guī)律生成工具——GSP Wizard，可基于車輛動(dòng)力性能和燃油消耗，快速生成換擋規(guī)律。Wizard設(shè)置包括的內(nèi)容有從BSFC曲線獲得的參數(shù)、換擋延遲、NVH限制轉(zhuǎn)速和Upper區(qū)域駕駛性能設(shè)置四部分。

從BSFC（比燃油消耗圖）獲得最佳燃油消耗率區(qū)域?qū)?yīng)的參數(shù)，包括負(fù)荷、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，Hysteresis Minimum指的是升擋線和降擋線的最小速度間隔（即最小換擋延遲），并設(shè)置Wizard[4]如圖3所示。

按節(jié)氣門開度的大小，雙參數(shù)換擋規(guī)律區(qū)域劃分為上、中、下三段，如圖4所示。

圖4 換擋區(qū)域劃分

各區(qū)域升降擋設(shè)置原理：最佳BSFC負(fù)荷對(duì)應(yīng)的換擋點(diǎn)（低負(fù)荷區(qū)域和高負(fù)荷區(qū)域的分界點(diǎn)）的縱坐標(biāo)為設(shè)置的最佳BSFC對(duì)應(yīng)的負(fù)荷，橫坐標(biāo)為最佳BSFC對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和各擋速比按式（1）計(jì)算得到的轉(zhuǎn)速。

節(jié)氣門開度為0%時(shí)對(duì)應(yīng)的換擋點(diǎn)為設(shè)置的最小發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；其他換擋點(diǎn)由以上兩個(gè)點(diǎn)連成的直線上獲取。

在低負(fù)荷區(qū)域考慮了各擋速比和給定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速用于計(jì)算兩個(gè)換擋點(diǎn)，進(jìn)而獲得低負(fù)荷區(qū)域的升擋線。

換擋點(diǎn)1和換擋點(diǎn)2連一條直線用于獲取其他低負(fù)荷區(qū)域的GSP升擋點(diǎn)。

高負(fù)荷區(qū)域的換擋點(diǎn)由i擋高負(fù)荷區(qū)域的變速器輸出轉(zhuǎn)矩曲線與i+1擋100%負(fù)荷變速器輸出轉(zhuǎn)矩曲線的交點(diǎn)獲得。

Overlap指的是相鄰擋位升擋點(diǎn)的縮減量。在設(shè)置Overlap參數(shù)時(shí)，為了避免換擋時(shí)出現(xiàn)振蕩，Overlap需設(shè)置為正值（即升擋線要低于下一擋位全負(fù)荷輸出曲線）；Overlap<3%為經(jīng)濟(jì)性駕駛，Overlap >5%為動(dòng)力性駕駛或者坡道上駕駛。

Downshift 2→：Kickdown/Full Load指的是2→1的Kickdown點(diǎn)對(duì)應(yīng)的降擋車速與2→1的Full Load對(duì)應(yīng)的降擋車速之比。

Offset Time [Upshifting（i→i+1）-Kickdown（i+1→i）]指的是i→i+1的Full Load升擋點(diǎn)與i+1→i的Kick降擋點(diǎn)的時(shí)間差。

Offset Velocity [Downshifting（i+1→i）-Kickdown（i→i-1）]指的是i+1→i的Full Load降擋點(diǎn)與（i→i-1）的Kick降擋點(diǎn)的速度差。

通過設(shè)置Downshift 2→1：Kickdown/Full Load、時(shí)間間隔[Upshifting（i→i+1）-Kickdown（i+1-）]、速度間隔[Downshifting（i+1→i）-Kickdown（i→i+1）]來確定高負(fù)荷區(qū)域的升降擋。

3.GSP Wizard關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置

根據(jù)換擋規(guī)律的求解原理，參照標(biāo)定經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合實(shí)際任務(wù)，在GSP-Wizard中設(shè)置關(guān)鍵參數(shù)，如圖5所示。

圖5 GSP Wizard關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置

4.換擋規(guī)律結(jié)果

按照上述設(shè)置，獲得如圖6所示的換擋規(guī)律。

仿真結(jié)果分析

搭建好車輛模型，并對(duì)每個(gè)計(jì)算任務(wù)進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)所獲得的換擋規(guī)律，對(duì)所搭建的車輛進(jìn)行動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。

1.整車及傳動(dòng)系相關(guān)參數(shù)

整車參數(shù)見表1，AMT變速器速比見表2。

表2 變速器速比

4.2 仿真結(jié)果與分析

（1）循環(huán)油耗計(jì)算 國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T27840-2011中使用的是C-WTVC循環(huán)，該循環(huán)是以世界重型商用車輛瞬態(tài)循環(huán)（World Transient Vehicle Cycle，WTVC）為基礎(chǔ)，調(diào)整加速度和減速度形成的駕駛循環(huán)。C-WTVC循環(huán)由市區(qū)、公路和高速工況3部分組成，如圖7所示[5]。

圖7 中重型商用車C-WTVC循環(huán)曲線

根據(jù)C-WTVC循環(huán)工況路譜計(jì)算得到表3所示的結(jié)果，該牽引車循環(huán)油耗為39.78L/100km，這段工況運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)工況點(diǎn)的分布情況如圖8所示，發(fā)動(dòng)機(jī)工況點(diǎn)分布在1100r/min，800～1200Nm的頻率最高，仿真結(jié)果符合實(shí)際。

表3 循環(huán)工況油耗計(jì)算

圖8 發(fā)動(dòng)機(jī)工況點(diǎn)分布

結(jié)語

本文基于12擋AMT變速器，以某重型牽引車作為研究對(duì)象，利用AVL Cruise軟件，建立整車仿真模型，使用Cruise GSP模塊的GSP Wizard生成一種雙參數(shù)的換擋規(guī)律，并在該換擋規(guī)律下，對(duì)車輛的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了仿真分析，且結(jié)果符合實(shí)際。