手动挡车辆换挡指示器控制策略的研究

刘 宁

（吉利汽车研究院（宁波）有限公司，浙江 宁波 315316）

手动挡车辆换挡指示器控制策略的研究

刘 宁

（吉利汽车研究院（宁波）有限公司，浙江 宁波 315316）

节能环保是汽车未来的发展趋势，欧盟针对匹配手动模式变速器的车辆作出了明确规定，依据715/2007/EC 排放法规型式认证扩展的车辆应匹配满足法规要求的换挡指示器（GSI）。通过大量试验及验证证明，换挡指示器不仅能够提醒驾驶员选择最佳的挡位，驾驶性更加舒适，同时将驾驶工况运行控制在经济区域，较低的燃油消耗。换挡指示器已越来越广泛地应用在汽车上。本文阐述手动模式变速器换挡指示器功能是如何实现控制的。

欧盟；手动模式的变速器；换挡指示器；驾驶性；较低的燃油消耗

汽车日新月异相应的功能也是越来越多，消费者已由最初的会开车发展到品味驾驶感受，随着消费者对汽车驾驶水平的提升，对车辆要求也越来越严格，汽车不仅是交通工具，更是个人品味的象征。消费者在购买汽车的时候往往会被车辆丰富的配置看得眼花缭乱，EBD、EBA、ASR等，具体哪些功能比较实用，并且能够有效地改善我们的驾驶，成为消费者关注的热点。换挡指示器作为一项汽车新兴技术，正在越来越多的车上应用。换挡指示器能够规范驾驶员驾驶，使驾驶充满乐趣，同时相同工况下按换挡指示器的指示驾驶能够节省一定的燃油消耗。下文将从换挡指示器控制策略上进行深入研究。

1 法规解读

1.1 法规要求

欧洲汽车废气排放标准是欧盟国家为限制汽车废气排放污染物对环境造成的危害而共同采用的汽车废气排放标准。欧盟法规规定2014年11月1日起，对匹配手动模式的变速器且基准质量不超过2 610 kg的M1类新车（包括已获得WVTA的老车型），若未安装GSI，整车一致性证书（certificates of conformity）将失效，同时将被禁止在欧盟境内注册、销售。

1.2 换挡指示器术语和定义

换挡指示器通过显示屏能够指示驾驶者何时是换挡的最佳时机，有助于驾驶者保持持续流畅的驾驶风格，并始终维持较低的油耗水平，如图1所示。换挡指示器工作在手动模式变速器，至少2个前进挡之间换挡。GSI的设计应合理预见驾驶条件下更优化的燃油经济型的驾驶风格，以降低油耗。另外，遵从GSI的建议换挡后，不应对冷起动后的污染控制装置比如催化剂的适时功能产生负面影响；不能损害车辆的安全操作，比如需要高功率时，发动机熄火、发动机制动不足或扭矩不足。

图1 换挡显示系统

1.3 认证试验

根据图2所示的速度范围对底盘测功机上的预热车辆进行该试验，按照GSI升挡的建议，将挡位由n挡换为n+1挡，并记录GSI推荐的车辆速度VnGSI和最终曲线工况下的油耗量FCGSI。然后在无GSI建议的情况下，记录由有经验的驾驶员所估计的将挡位由n挡换为n+1挡时的车速Vnstd及最终曲线工况下的油耗量FCstd。计算燃油消耗节省量FCrel.save=（1-FCGSI/FCstd）×100 %。最终换挡建议下的燃油消耗要比标准换挡下的燃油消耗低，排放结果值不能不均衡地增加，才能算作通过法规认证。

图2 换挡认证运行曲线

2 GSI控制策略

2.1 策略简介

换挡指示器主要是根据当前车辆运行工况，将离合开关、挡位、车速及油门踏板信号输入到ECM，ECM通过计算输出升挡或降挡指令给换挡指示器，此时显示屏会采用上、下箭头图标或汉字的形式进行提示，提醒驾驶员是要升挡或降挡，策略关系图见图3。目的是使车辆能够持续运行于较低的燃油消耗工况点。

图3 换挡策略关系图

2.2 控制原理

换挡指示器功能开发通常是在转鼓上进行完成的。首先将车辆控制在1挡，通过INCA软件及油耗仪，从怠速行车工况点开始每隔一定的车速值采集一个稳态下的车速值、油门踏板开度及油耗值，直至达到最高车速。然后依次进行2挡、3挡、4挡……至最高挡位，并记录相应挡位下车速值、油门踏板开度及油耗值，最终通过软件作出燃油消耗量与车速值的关系曲线，如图4所示。

图4 各档燃油消耗量曲线图

可以看出各挡位下的油耗是随着车速的增加而增加的，然后根据各挡相同车速下的油耗值的关系确定各挡的最佳换挡指示车速，将该车速值加权滤波后依次填入ECM对应的挡位和油门踏板开度的标定数据中，得到升挡提示标定数据，如图5所示。当ECM接收到对应挡位车速值大于升挡标定数据时，ECM会发送指令执行升挡请求给指示器，指示器实现升挡提示的功能。

图5 换挡线标定数据

降挡提示标定数据，依据提示升挡后不会立即执行降挡指示的原则，将各挡位下的车速较上一挡位适当减小。当ECM接收到对应挡位车速值小于降挡标定数据时，ECM会发送指令执行降挡请求给指示器，指示器实现降挡提示的功能。

基础标定数据完成后，还需在各个坡度的道路上下对中大负荷的换挡提示功能进行标定，在保证动力性的基础上能够准确指示换挡。最终在转鼓及实际道路上进行多轮严格的测试和验证，判定是否合理，避免频繁升降挡提示。

2.3 失效模式

当ECM识别到车辆存在以下情况时将会不执行换挡提示功能，从而避免车辆在一些运行工况下的误报错报。

1）车速传感器故障，不能正确识别车速时。

2）配备牵引力控制系统的车辆，当该系统起作用时。

3）当前挡位状态不明（如倒挡时）或系统检测到挡位为空挡。

4）当离合器踩下时间过长。

5）当车辆在各挡位下怠速行车。

6）对于配备巡航装置的车辆，当巡航系统起作用时，换挡指示功能将不起作用。

3 结束语

良好的驾驶习惯不仅能够节省油耗，并且能够延长汽车的使用寿命，避免因换挡造成的冲击，对乘坐者来说更加的舒适。尤其对初级入门的驾驶者来说是一种帮助，能够养成良好的驾驶习惯。换挡指示器作为一项节能减排技术，已在欧洲强制执行，相信不久将会应用在每一款车型上。

［1］ Commission regulation （EU） No. 65/2012［S］.

［2］ 张国胜，牛秦玉，方宗德，等.最佳燃油经济性换挡规律理论及其应用研究［J］. 中国机械工程，2005（5）：72-75.

［3］ 何忠波，白鸿柏，杨建春.AMT车辆频繁换挡的消除策略［J］.农业机械学报，2006（7）：9-13，22.

（编辑杨 景）

Control Strategy Analysis on Gear Switch Indicator of Manual Transmission Vehicle

LIU Ning
（Geely Automobile Research Institute， Ningbo 315316， China）

Energy conservation and environment protection is the future development trend of automobile. EU requires all the extended vehicles type listed with manual gearbox installing gear shift indicator（GSI） according to 715/2007/EC. A large number of tests show that the installation of GSI can remind drivers to select the best gear that increase drivability， and keep vehicles running economically with smaller fuel consumption. GSIs are becoming widely used on vehicles. This article focuses on how the GSI achieves the vehicle control.

EU; manual gearbox; gear shift indicator; drivability; smaller fuel consumption

U463.212

A

1003-8639（2017）08-0059-03

2017-03-27

刘宁（1982-），男，河北衡水人，工程师，高级技师，主要从事汽车电控标定工作 。