手动档车型节能换档提示技术探讨

李 兵，冯立魁，田桂星

（中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆 401122）

2008年5月23日，欧洲联盟议会及理事会发布法规草案 “关于机动车一般安全性的型式批准要求”，该草案在2009年3月10日通过了欧盟议会的审议，修改和增加了 “M1类车辆装用换档指示器（GSI）的要求”的规定，该规定的实施日期为：对于新定型的车辆为2012年11月1日，对所有在产新车为2014年11月1日。目前虽然国内未见相关的规定，只在国内的合资进口高档车中有所见，但是作为车辆的节能性功能是比较值得推广的。

在过去的几十年中为达到节能减排，前沿技术不断地运用在汽车上以提高燃油经济性，但是基于驾驶者驾驶习惯以提高节能性的研究比较少。节能换档提示是指建议或者提示驾驶员在行车过程中换档的指示器。在恰当的时机换档意味着更低的油耗，可确保更高效地利用燃油，同时减少排放，有助驾驶初学者尽快掌握合适的换档时机，提高驾驶乐趣。

1 换档提示信息的显示

换档提示显示的信息应包括当前的驾驶状况和换档提示信息，除了传统的车速和发动机转速有显示外，还要增加档位信息的显示和升档、降档提示。在自动档车型中一般有P、R、N、D或者档位数值的信息显示，但是在国产或者合资车型中，手动档车型的档位数显示基本没有。在进口车型中如宝马X系列手动档车型、标致207进口版等车型，一般换档提示信息都显示在驾驶员能够容易观察到的位置或车辆状况信息综合显示的组合仪表中。图1为宝马车型组合仪表液晶屏左上侧的换档提示信息。图1中所示目前档位为3档，升档提示信息 提示驾驶员进行升档操作。图2为某在研车型的换档提示，该换档提示设置4种显示状态，升档、降档、无提示、系统自检；其中系统自检是指上电后系统若无故障则显示3s后熄灭，不显示或者一直显示则表示系统存在故障。

2 档位信息的获取

在换档提示中首先要解决的是档位信息的获取，根据项目已有的经验，可以直接获取和间接获取。直接获取是通过在变速器换档机构上安装相应的传感器机构检测，间接获取是通过相关的参数计算获得变速器实时的档位信息。

2.1 直接获取

国内目前生产的手动变速器机构中一般设置有倒车开关，有的变速器机构还设置有空档开关，但是乘用车变速器设置档位开关的很少。不管是传感器还是开关，目的是将换档器上的档位信息用电压、电流信号识别出来，然后传递给相关控制单元。位移传感器是一种比较理想的选择。

图3为安装在商用车变速器选、换档拨叉转轴上的绝对角位置传感器。该机构上设置了2个角位移传感器采集选档轴和换档轴的旋转位移量，从而检测出变速器的档位状态。

传感器参数：非接触霍尔式360°、分辨率高、精度高、反应灵敏；工作电压5V±10%；工作温度－25～85℃。

另一种是采用安装换档机构上的档位开关来进行检测，开关传感器是合适的选择，而且有空档开关、倒车开关等传感器在变速器上的成熟运用经验。档位开关安装在变速器换档叉轴端部，检测其状态，如图4所示。档位开关为三态输出 （高阻态，0V，5V），标称工作电压5V。

直接换取档位信息的方案在车辆停止时也能获取变速器的档位信息，该方法需要对变速器的换档机构进行调整，需要加装传感器或者开关装置，涉及整个换档机构外围件结构特征的修改，以适应传感器的安装，传感器与机构的匹配需要一定的开发周期，所以国内主机厂很少采用该方案。

2.2 间接获取

另一种方案是间接获得档位信息，国内某主机厂的出口车型项目的开发中就是使用这种方案。使用变速器的输入轴转速和输出轴的转速计算出速比，对比变速器速比值就可得出档位信息。输出轴的转速可以由ABS或者ESP模块的轮速传感器提供，传统手动变速器都有检测输出轴转速的蜗轮蜗杆机构 （安装车速传感器），输出轴转速也可以由该传感器测得。输入轴转速可以选取发动机转速，通过某ECU模块 （仪表、BCM、发动机ECU）计算、对比分析，就可得出目前变速器所处的档位信息以及离合器的离合状态。该方法已经在车型项目实践中验证，通过专业的软件分析可以得到实时的变速器档位状态和离合器接合状态信息。图5为实车测得的发动机转速与变速器输出轴转速的比值图。通过专业软件可以很容易地分析出变速器所处的档位信息。

该种方案变速器机构不需要做任何调整，实现成本低。虽然该方案满足换档提示功能的需要，但是车辆在静止时无法对档位信息进行直观显示。

3 换档提醒决策

手动档车型的最佳换档时机的确定可以参考成熟的AMT技术。在AMT车型中对于变速器最佳的换档决策方法一直在不断发展，有许多学者进行了此方面的研究。一种是基于理论求解的方法，即在选定一定的换档控制参数后，按照某种指标 （经济性、动力性）最优求出换档规律。另一种是基于专家系统的换档规律，使用模糊控制规则，利用已有丰富的数据库和其他专家的知识进行档位决策。图6为植入控制单元的基本换档规律曲线。

对于不同的车型，不同的工况下最佳的换档时机是不同的。车辆的运行状态包括离合器踏板状态，制动开关，节气门开度，发动机的转速、转矩，汽车的行驶路况信息 （坡度、弯道）等信息密切相关。其主要相关的参数为节气门的开度，发动机的输出转矩信息。图7为智能换档提示系统的结构图。

为了提高换档提示的可靠性，提高节能效果，ECU软件模块对整车工况信息进行模糊化处理分析，可以基于驾驶者的驾驶习惯进行学习，不断地修正和调整预先植入的基础换档点，得到最佳的换档点。智能型的换档提醒系统发出的提醒信息可以得到很大的提高。

4 换档提醒技术分析

基于上述分析，我们可以有不同的方式实现换档提示功能，见表1。对于换档策略的实现，可以单独设置ECU模块，也可以由发动机的ECU模块进行处理，然后将换档提示信息发送给组合仪表。

表1 换档提醒方案

上述方案有各自的优缺点。方案3对于目前的手动型车辆容易实现。档位直接获取的方案，涉及变速器机构的变更，更改周期长。

5 总结

通过帮助驾驶者正确地掌握换档时刻，节能换档指示功能可以显著地降低油耗，确保完整和平稳的动力输出，该功能有着很积极的推广前景。

［1］ C.Vagg.CJ.Brace， D.Hari， S.Akehurst， L.Ash.A driver advisory tool to reduce fuelconsumption［OL］.SAE International， 2012-01-2087， doi： 10.4271 ／2012-01-2087，2012.

［2］朱毅.欧盟新增汽车安全法规及所产生的影响［J］.汽车与配件，2009 （36）：30-32.

［3］葛安林.车辆自动变速理论与设计［M］.北京：机械工业出版社，1993.