基于Cruise GSP的换挡规律浅析

姚巍，贺子龙，韩震，刘闪闪

(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥230022)

基于Cruise GSP的换挡规律浅析

姚巍，贺子龙，韩震，刘闪闪

(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥230022)

自动变速箱换挡规律与车辆性能息息相关，如何将车辆主要性能体现在换挡规律中则是开发的难点之一。以某款配置DCT的车辆为例，简单阐述了换挡规律的生成原理，应用Cruise GSP建立模型并生成换挡规律，同时分析了整车所获得的性能收益。

换挡规律；DCT；燃油经济性

0 前言

换挡规律主要是研究选择什么样的换挡参数、在何时进行换挡等问题，其好坏直接影响车辆的燃油经济性、动力性和排放性的优劣和乘坐舒适性，故换挡规律是自动控制系统的核心之一[1-2]。

按照控制参数的多少，换挡规律可分为单参数、双参数和三参数等。单参数换挡规律一般选用车速作为控制参数，其控制结构简单，但不能实现驾驶员的干预，应用较少。双参数换挡规律在单参数换挡规律的基础上引入了驾驶员的干预，主要以节气门开度、车速两参数实现控制。三参数换挡规律，则是在两参数换挡规律的基础上引入了车辆的加速度，进一步反映

了车辆的实际操纵规律，但以发动机动态试验数据为基础，目前的理论研究较多，工程应用较少[3]。目前使用最广泛的是双参数换挡规律。文中研究了双参数换挡规律的求取原理，并借助Cruise及其GSP功能实现换挡规律的求取和车辆的性能分析。

1 整车模型搭建

Cruise是一款用于分析整车动力性、经济性和排放性等的软件，其模块化的设计理念方便用户灵活地建立系统模型。Cruise内置的换挡规律的生成功能——GSP Generation，可根据用户自定义的边界约束条件生成并换挡规律。

以某款配置DCT的车型为例，相比MT车型，只需增加GB Control(单参数换挡控制)、GB Program(双参数换挡策略)和DCT Controller(DCT控制器)3个部件，即可完成DCT模型的搭建。其中GB Control和GB Program用于实现换挡规律对车辆的控制，DCT Controller用于实现双离合器分离/接合的控制。搭建好的DCT的整车模型见图1。

2 基于GSP Generation的换挡规律求解

2.1 双参数换挡规律简介

根据换挡延迟，双参数换挡规律可分为等延迟型、发散型(包括带强制低挡的发散型)、收敛型和组合型，见图2。在实际车辆中运用的全是组合型[1]。

按节气门开度，双参数换挡规律区域划分为低负荷区、中负荷区和高负荷区，如图3所示。

低、中区的界限根据标定工程师的经验而定，一般为20%～25%，高区一般指80%负荷以上。其中高区急加速为虚拟的110%负荷，指加速踏板长时间踩到底的状态。满节气门为100%负荷，指加速踏板短时间处于踩到底状态。

2.2 换挡规律求取原理[5]

为生成换挡规律，首先需获得车辆的加速度(功率)需求，即车轮边的加速度曲线a：

a=dy/dt=(Ft-Ff-Fw-Fi)/δ·m

(1)

式中：δ为旋转质量换算系数，m为整车质量，Ft为驱动力，Ff为滚动阻力，Fw为空气阻力，Fi为坡道阻力[4]。

2.2.1 低区换挡点的求取

低负荷区域车辆性能以舒适、稳定、少污染为主，对加速度无明显需求，主要考虑NVH转速的限制，在此基础上尽量降低发动机降挡转速以提高燃油经济性，并根据驾驶性的需求确定升、降挡的延迟，从而获得升挡车速。低区因不同负荷下的加速度变化不大，换挡规律可采用等延迟形式。

v升挡[i+1]=v降挡[i]+v延迟[i]

(2)

式中：v为车速，i为挡位。

2.2.2 高区换挡点的求取

高负荷区域车辆性能以获得最佳动力性为前提，即换挡过程中车辆始终保持最大加速强度。据有关资料：在同一负荷下，如果相邻两挡加速度特性曲线相交，若交点不为负，以各挡交点为换挡点；如果相邻两挡加速度特性曲线不相交，以各挡的最高车速为换挡点[1,5]。实际换挡过程还应考虑响应的过程，即换挡时间的影响(图4)。同时，保证升挡与降挡之间的延迟即转速差在合理范围内。类似于低负荷区域，换挡规律也采用等延迟型。

2.2.3 中区换挡点的求取

中负荷区域车辆根据控制目标的不同，换挡点的求取也不

相同。文中分析最常用的经济型换挡规律。根据车轮边处的加速度(功率)曲线a，1挡升、降挡点通过升、降挡点的功率占该挡最大功率的百分比来确定，除1挡外的升、降挡点则从最大功率点分别右移一定车速、转速来确定。同时，基于换挡连续性和换挡品质的考虑，除1挡升挡线外，同一负荷下，发动机转速在升挡过程中应尽量保持一致或在一定转速范围内，即有

(3)

2.3 GSP Generation关键参数设置

根据换挡规律的求解原理，参照标定经验，在GSP中设置关键参数如下,见表1—3。

表1 低负荷区域GSP关键参数设置

表2 中负荷区域GSP关键参数设置

表3 高负荷区域GSP关键参数设置

2.4 换挡规律结果

按上述设置，计算求得的换挡规律尚不能直接使用，须在实车上进行调试和优化。最终获得的换挡规律见图5。

3 仿真结果分析

从NEDC循环过程的时间-车速-挡位图(图6)来看，不同于MT模式必须按照测试循环规定的挡位工作，DCT模式可根据设计的换挡规律工作在更高的挡位，从而达到节油的效果，见表4。

经济性指标DCT模式MT模式DCT模式相比MT模式油耗变化/%NEDC综合油耗/(L·(100km)-1)8.69-4.4

4 结束语

(1)阐述了双参数换挡规律的求解方法，并以GSP Generation为工具，通过设置约束，并结合实车调试和优化，可获得商品化的换挡规律。

(2)相比MT模式，DCT能带来NEDC油耗4.4%的降低。

【1】 葛安林.车辆自动变速器理论与设计[M].北京:机械工业出版社,1993.

【2】 周云山,王楠,蔡源春,等.基于Cruise GSP的DCT整车换挡研究[J].科技导报,2011,29(12):42-47.

【3】 刘治国.基于动态修正的自动变速箱模糊换挡策略研究[D].上海:上海交通大学,2008.

【4】 余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2007.

【5】 Cruise User’s guide.

【6】 赵璐，邓阳庆 ，闫涛.基于CRUISE的DCT整车动力传动系匹配仿真研究[J].汽车工程,2011(1):10-14.

ResearchonShiftingSchedulewithDCTbyCruiseGSP

YAO Wei,HE Zilong,HAN Zhen,LIU ShanShan

(Anhui Jianghuai Automobile Company, Hefei Anhui 230022,China)

The automatic transmission shifting schedule affects vehicle performance. How to join the vehicle main performance into the shifting schedule is one of the most important problems. Based on a vehicle’s DCT model, the generation principle of shifting schedule was simply explained, Cruise GSP was used to generate model and shifting schedule, and the vehicle performance benefits were analyzed.

Shifting schedule；DCT；Fuel consumption

2014-05-21

姚巍(1982—)，硕士研究生，助理工程师，研究方向为汽油发动机开发。E-mail：yaowei1459@126.com。