基于换挡过程转速控制逻辑的研究

邢志乐，吴琼，韩俊（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）



基于换挡过程转速控制逻辑的研究

邢志乐，吴琼，韩俊
（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章首先论述了换挡过程转速的影响因素，确定了换挡过程气体的容积效应，换挡扭矩滤波系数是影响转速上飘的主要因素，最终根据影响因素设计了针对转速上飘的控制逻辑。验证结果表明，通过此控制逻辑能有效控制换挡时转速上飘。

换挡过程；容积效应；滤波系数；转速上飘；控制逻辑

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.038

CLC NO.: U463.4Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-119-03

引言

随着生活水平的提高，乘用车成为人们生活的常用代步工具，2015年全国乘用车年销售2058万辆。乘用车由原来的传统代步工具，逐渐向舒适性方向发展。整车驾驶性是汽车舒适性的重要指标之一，驾驶性的优劣直接影响客户的驾驶体验。而整车驾驶性能的开发包含很多内容，如加速性能，怠速稳定性能，换挡性能等等。换挡性能是指手动挡车型在正常换挡操作过程中的驾驶表现，包括换挡是否顿挫，换挡转速是否上飘，换挡结束后加速冲击等。对于手动挡车型，换挡时驾驶员松掉油门同时踩下离合，由于变速箱和发动机分离，发动机飞轮端卸掉驱动负载，此时发动机转速会继续上升，此现象称为换挡转速上飘。若换挡转速上飘过大，发动机噪音会加大，仪表转速指针继续上升，造成客户抱怨。本文主要研究驾驶性能中的换挡转速上飘，论述了换挡转速的影响因素，并设计控制逻辑来防止换挡过程转速上飘过大，以此来达到好的驾乘感受，减小客户抱怨。

1、换挡过程转速的影响因素

1.1换挡扭矩对转速的影响

换挡时，为了减弱收油时的驾驶顿挫，ECU会对驾驶员需求扭矩进行滤波。因此，换挡时即使松掉油门踏板，但驾驶员扭矩不会立即为发动机的最大负扭矩，而是由松掉油门时刻的扭矩值向发动机最大负扭矩值进行滤波，如图1所示。滤波系数的大小，会影响换挡过程的驾驶员扭矩值大小，进而影响进气量及喷油量，从而影响换挡过程的发动机转速。

以一款配置 1.6L发动机5MT变速箱，滚动半径为16寸的车辆为研究对象，研究换挡过程扭矩滤波系数对转速的影响。设置滤波系数为0.1，0.5， 以同40%油门驾驶车辆，然后进行2档换3档操作，并用INCA软件采集换挡过程滤波系数分别为0.1、0.5时的转速值、油门信号，如图2，3所示。

图2中滤波系数设置为0.1，换挡过程转速上升270转，图3中滤波系数设置为0.5，转速上升150转。扭矩滤波系数越大转速上升越小，转速上升与滤波系数成反比关系。

1.2进气歧管容积效应对换挡转速的影响

外部空气进入气缸需要一个过程，需要依此经过进气口、空气滤清器、进气管、节气门、进气歧管、进气门，最后才进入气缸参与燃烧做功。一般地，当油门变大时，节气门会开度会变大，经过节气门的空气质量会增大；这时如果松掉油门，节气门会突然关小，经过节气门的空气质量会减小。但当驾驶员由大油门到松掉油门进行换挡操作时，节气门开度会发生由大到小突变。在节气门开大时，空气已经通过节气门进入了到了进气歧管，即使这是节气门突然关小，这部分空气仍会进入气缸参与燃烧，这种过程称为歧管容积效应，这种现象通过扭矩滤波无法消除，是客观物理因素。

以一款配置 1.6L发动机 5MT变速箱，滚动半径为16寸的车辆为研究对象，研究换挡过程扭矩滤波系数对转速的影响。设置相同滤波系数为0.5,分别以40%,100%油门开度驾驶车辆，然后进行2档换3档操作，并用INCA软件以采集换挡过程油门开度分别为40%、100%时的转速值、油门信号，如图4，5所示。

滤波系数都设置为0.5，图4中油门开度为40%，进行换挡操作，松油门时，进气量相对较小，转速上飘130rpm，图5中油门开度为100%，进行换挡操作，松油门时，进气量相对较大，转速上飘380rpm。可以得出，换挡前油门开度越大，容积效应越明显，换挡时因为容积效应导致换挡过程中仍有很多空气进入气缸，导致转速上飘。

2、换挡过程转速控制逻辑设计

通过上述对换挡过程影响因素的研究，可以得出扭矩滤波系数及容积效应会导致换挡过程转速上飘。针对换挡过程的影响因素，设计换挡转速控制逻辑如下：

2.1换挡过程设计滤波系数

由图2，图3可知，换挡过程扭矩值越大，转速换挡转速上飘越严重，因此针对换挡过程设计以转速为横轴，油门为纵轴的滤波系数表。当进行换挡操作时，滤波系数通过换挡过程的转速及油门开度值查表得到。

表1　扭矩滤波系数

2.2换挡过程触发断油

由图4，图5可知，换挡过程油门开度越大，因为歧管进气容积效应越大，换挡转速上飘越严重。因此针对容积效应设计触发断油逻辑，在驾驶员踩下离合有换挡意图时，ECU开始计算转速上升程度，若转速上升量大于一定值 A，换挡转速上升速率大于一定值B时，ECU控制发动机切断喷油，断油持续C时间后，若转速上升量小于A，ECU恢复发动机喷油，防止熄火。具体逻辑设计如下：

3、控制逻辑验证

以某款搭载1.6L发动机5MT变速箱，滚动半径16英尺的车型为试验验证对象，滤波系数设计如表 1所示，断油转速上升量A设置为50r/min，断油转速上升速率B设置为5r/s2，断油持续时间C设置为0.5s，然后以30%，50%，70%，100%油门开度行驶并进行换挡操作（本实验为 2档换3档和3挡换4挡），使用上述控制逻辑进行验证，结果如下图。

图6中， 驾驶员以30%，50%油门开度行驶并进行换挡操作时，通过扭矩滤波及断油换挡转速上飘值分别为45,55rpm，发动机噪音不明显，仪表指针无变化，驾乘感受良好。图7中，驾驶员以70%，100%油门开度行驶并进行换挡操作时，通过扭矩滤波及断油换挡转速上飘值分别为70，96rpm，发动机噪音不明显，，仪表指针无变化，驾乘感受良好。

6、结论

该论文首先论述了换挡过程转速的影响因素，确定了换挡过程气体的容积效应，换挡扭矩滤波系数是影响转速上飘的主要因素，通过设计扭矩滤波系数，触发断油等逻辑来减小转速上飘值。通过实车验证，此逻辑设计能有效减小转速上飘值，减小客户抱怨。

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Algorithm for engine speed control based on shifting process

Xing Zhile,Wu Qiong,Han Jun
（Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Anhui Hefei 230601）

This paper discusses the factors affecting the speed of the shift process.The volume effect of gas in the shifting process and the torque filter coefficient is the main reason for the shift of the shift speed..the control logic of the drift is designed according to the influence factors.The test results showed that this logic can effectively control the rising speed when shifting.

Shifting process; Volume effect; Filter factor; rising speed; control logic

U463.4

A

1671-7988（2016）08-119-03

邢志乐（1990-），男，电控标定工程师，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。主要从事整车电控标定的工作。