手动挡汽车换挡提示控制逻辑的设计

权香妮（北京汽车研究总院有限公司，北京　101300）

手动挡汽车换挡提示控制逻辑的设计

权香妮（北京汽车研究总院有限公司，北京101300）

从换挡提示电气原理框架和控制逻辑流程图的角度，阐述MT汽车换挡提示的控制逻辑，分析论述总传动比、滚动半径、当前车速之间的逻辑运算，并对当前车速和各挡位理想车速进行逻辑判断，实现MT汽车换挡提示设计。

MT汽车；换挡提示；汽车排放；经济性

抑制和减少汽车有害气体的排放，是提高汽车使用价值和保护环境的根本举措。其最主要的方法是通过发动机管理系统和排放系统的设计来控制尾气排放，以达到国家标准要求。通常，自动挡（AT）汽车在燃油标定时，就结合经济性策略完成了换挡匹配，而手动挡（MT）汽车的换挡经济性设计几乎仍是空白。

当前，市场上大多数MT汽车无换挡提示功能，车速、转速和挡位的配合都是由驾驶员的驾驶习惯实现，无法保证发动机一直工作在最佳动力性和经济性结合的状态下。汽车起步时，易出现低挡位高转速、过度给油工况，会增大发动机各部件磨损，而导致发动机噪声大、油耗高的问题。在减速时，易出现高挡位低转速的工况，虽然比较省油，但长时间运转会使发动机气缸内部形成较多的积炭，导致车辆难以起动、发动机功率下降、加速无力等故障，引起安全事故。而对缺乏驾驶经验的驾驶员来说，更是无法从汽车的显示系统中获取最佳换挡时机的帮助信息。

MT汽车的换挡提示功能，能够第一时间通过逻辑运算判断出最佳换挡时机，并进行语音提示，不仅解决车辆行驶过程中的各种工况的燃油经济性和动力性匹配的问题，而且语音提示也更为安全。

设计初期考虑到换挡提示功能需要逻辑运算和语音提示，所以将其集成在汽车的显示系统组合仪表中予以设计实现。组合仪表接收到来自CAN总线的当前车速和发动机转速信号后，按照预设的逻辑关系进行运算，得出当前理论挡位。再通过挡位与车速的逻辑关系，计算出该挡位下的理想车速，进而对当前实际车速和理想车速的逻辑判断，做出加挡或减挡的换挡语音提示。换挡提示信息通过提示驾驶员及时加挡或减挡，使发动机工作在最佳的经济性和动力性工况下，实现节能减排，保护环境。

换挡提示功能的实现由逻辑控制部分和显示部分组成，为了便于管理和成本控制，以及品质问题排查定位，将换挡提示功能集成在汽车的组合仪表里。

1　换挡提示功能原理框架

换挡提示功能原理框架图如图1所示。组合仪表从CAN总线上获取发动机转速和实时车速的总线信号，根据预设逻辑关系进行运算，得出当前理想车速，通过对比理想车速和实际车速，判断是否进行加减挡提示。

图1　换挡提示功能原理框架

2　换挡提示功能控制逻辑

换挡提示功能的控制逻辑由3个步骤组成。第1步，通过转速和传动比，推算出当前理论挡位；第2步，计算理论挡位下的理想车速；第3步，对比实际车速和理想车速，并判断是否进行挡位提示。换挡提示的整体控制逻辑流程图如图2所示。

图2　换挡提示功能控制逻辑流程图

1）计算总传动比，推算出当前理论挡位。

为了提高精度，应计算出h1′，然后与每挡齿轮比h1进行逻辑差值运算，取差值最小的齿轮比h1对应的挡位为理论挡位。

各挡的齿轮比h1，主减速比h2，滚动半径r1为整车设计已知参数，当前转速r，当前车速υ为接收到CAN总线的实时信号，经过逻辑计算得出理论齿轮比h1′，再经过逻辑判断得出当前车辆工况下的理论挡位。其中假设的整车设计参数如表1所示。

表1　整车参数表

2）计算出该挡位下的理想车速。

表2　理论挡位与理想转速对应表

3）对比实际车速和理想车速，进行挡位提示判断。当前车速v和各挡理想车速v1的逻辑判断关系为：|v1－v|≤15%v1，当前车速、挡位、转速的匹配为经济模式，不提示换挡；|v1－v|＞15%υ1，应提示换挡：①当v＞（1+ 15%）v1，此时汽车处于高挡位状态，换挡提示为“请减挡”；②当v＜（1-15%）v1，此时汽车处于低挡位状态，换挡提示为“请加挡”。

需要说明的是参数中的15%应根据车辆实际状态进行匹配而定。

MT汽车换挡提示的逻辑运算和显示策略见图2。组合仪表接收到当前的实际车速和发动机转速信号后，按照第1步（计算总传动比，推算当前理论挡位）的逻辑公式进行运算，得出理论齿轮比，理论齿轮比再经过与每挡的齿轮比进行差值运算，进行逻辑判断，取差值最小且惟一的齿轮比对应的挡位为理论挡位；推算出理论挡位后，再根据第2步（计算出该挡位下的理想车速）中的逻辑公式进行逻辑运算，计算出该挡位下的理想车速；计算出理想车速后，与当前车速进行差值绝对值比较，若差值绝对值＞15%v1，则进行语音换挡提示，否则不提示；当逻辑判断为应进行换挡提示后，还应进一步判断加挡或是减挡，若当v＞（1+15%）v1，则语音提示为“请减挡”；若v＜（1-15%）v1，则语音提示为“请加挡”。

3　应用举例

假设滚动半径r1为390.3mm，当前车速v为30km／h，当前转速r为3000r／min；根据逻辑公式计算得出理论总传动比h′＝10.938，推出理论齿轮比′＝2.66，经过判断，理论齿轮比′与2挡的2.304最为接近，那么此时的理论挡位应为2挡。2挡在3 000 r／min的理想车速v1＝34.65km／h，且15%v1＝5.19，v1－v＝4.65，那么v1－v＜20%v1，所以不提示换挡。

4　结论

在实际应用中，换挡提示功能在整车调试阶段进行测试与验证，根据整车特性调整理想车速和当前车速的匹配关系，使得换挡提示功能在MT汽车上发挥更为重要的作用。

［1］马肖.基于车载自诊断系统的换挡提示装置研究［D］.吉林大学，2015.

（编辑心翔）

Control Logic Design of Gear Shift Indicator for MT Vehicle

QUAN Xiang-ni
（BAIC Motor Technology Centre，Beijing 101300，China）

From the perspective electronical principals and control logic diagram，the article elaborates the control logic of gear shift indicators and analyses the logical calculation between the total transmission ratio，rolling radiusandcurrentspeed，throughwhichthelogicaljudgementaboutappropriatespeedundereachgearis conducted；as a result，MT vehicle gear shift indicating is realized.

MT vehicle；gear shift notice；vehicle emission；economic

U472.7

A

1003-8639（2016）07-0037-02

2016-02-18；

2016-03-03

权香妮（1980-），女，工程师，主要工作方向为乘用车电子控制系统设计和整车电磁兼容性总体设计，乘用车电子电器架构研究。