基于CRUISE的一种换挡优化仿真分析

孙邦江，业德明

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于CRUISE的一种换挡优化仿真分析

孙邦江，业德明

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章从整车油耗测试的基础数据中，运用匹配分析的方法，对经济性换挡提示算法进行分析。设计出一款最优的换挡策略，可为整车标定提供支持，并通过CRUISE软件对节油效果进行预估分析。

经济性；换挡优化；cruise

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-150-03

前言

当车辆设计与发动机设计确定下来后，车辆行驶的阻力就已经确定了。车辆在相同的工况下行驶，车辆的阻力是确定的，所以影响车辆的燃油消耗主要因素是燃油消耗率。在发动机发出相等的功率情况驱动汽车等速行驶，不同的发动机转速有不同的燃油消耗率。

所以，车辆在相同车速情况下，可以通过选择不同的变速箱档位使发动机的燃油消耗率最低，从而达到节油的目的。

1 整车基础油耗数据测试

整车燃油经济性换挡曲线是基于整车上测量发动机的燃油消耗率的万有特性曲线，在整车上，发动机燃油消耗率难以测量，一般通过测量整车等速油耗进行理论分析计算得出。与整车速比计算出来的换挡曲线。具体计算方法如下：

通过在整车台架试验室转鼓上进行反拖，并同步进行发动机ECU相关数据的采集，整车转鼓上可以测量得出车速、驱动力，ECU上可以采集到车速、发动机转速、档位、预估扭矩、节气门开度，油门踏板开度，油耗仪采集整车等速油耗等信息。

表1 发动机不同转速不同负荷下的燃油消耗率

一般以直接档或者Ⅲ档进行采集，因整车转鼓反拖工况驱动力较大，在高转速高负荷下愈加增高，为确保安全一般在整车上进行发动机常用工作区域燃油消耗的采集，运用汽车理论经典公式计算发动机燃油消耗率[1]，经处理结果如下表所示。

图1 发动机万有特性

2 升档曲线制定

动力性换挡规律的设计原则是要求车辆按照某一油门开度从某一车速加速到另一车速所用时间最短，这就要求车辆在换挡过程中始终按照最大加速度行驶。经济性换挡规律的设计原则是要求车辆尽量行驶在发动机燃油消耗率较低的区域，即单位时间内的燃油消耗量最小[2]。

换挡优化服务与换挡指示，需配合仪表进行操作，这一项功能作为选择项，可在行驶中选择或者关闭该功能，因此不影响车辆的正常行驶，在选择该项功能后，换挡规律趋于经济性，因此在中低负荷下可按照经济性行驶为主，高负荷下不需要完全按照动力性换挡规律设定。

低油门踏板开度下，主要考虑升挡后的最低稳定车速特性，防止升挡后由于转速过低而产生发动机抖动的问题；

以某款车型为例，通过实车测试最低稳定车速后分析转速，依据以上各挡最低稳定转速，设定升挡后发动机转速不得低于最低稳定转速+200rpm并进行圆整，以保证一定的驾驶性，依据转速与车速的换算关系，可以得到各挡初始油门开度下的升挡车速：

表2 升档后最低稳定车速制定

中高负荷区域，依据图1测试的发动机不同转速不同负荷下的油耗率曲线，将横坐标转速转换成对应的档位车速，如图2所示。

设定原则，在升挡前尽可能多走过较长的经济性区域，同时升挡后仍有很长的经济区域可走；对于升挡前和升挡后均有很长经济区域的，优先考虑升挡后的，即尽量提前升挡，保证动力性的同时尽可能多的考虑燃油经济性。

图2 不同档位下车速对应的万有特性曲线

以1档升2档为例，25%负荷下，1档在车速为16km/h下经济性最优，则选择16km/h进行升档，升档后，可以用2档在较低的经济性区域进行16～26km/h的行驶。依据图2，依次确定各个档位下25%、45%和60%负荷下的换挡点。一般情况下，在超过50%的油门开度下，负荷即达到100%，高转速高负荷下发动机负荷并不随着油门踏板开度的变化而变化。依据此，设定升档点车速如下图所示。

图3 升档曲线

3 降档曲线制定

为了避免频繁提示升挡和降挡，低踏板开度区域，降挡车速应该比对应的升挡车速低3～10km/h，一般的，随档位增加，车速差增加；为了避免发动机熄火，n挡的降挡车速必须大于如表2所示的各档最低稳定车速；高区降挡后转速不得超过发动机额定功率转速，如超过，则以额定功率转速对应车速为降挡车速；

图4 降档曲线

4 换挡优化节油分析

利用上述换挡策略进行NEDC工况油耗计算，得到车速、负荷与换挡特性图如图5所示。

图5 NEDC工况下档位负荷曲线

图6 局部放大图

从图6中可知，在等速35km/h，负荷为17%时，档位升至4档，后出现动力性不足降到3档；等速50km/h，负荷为27%时，档位升至5档，后动力性不足降到4档等状况；以上出现的过早升档后由于动力性不足降档情况应在分析阶段避免，根据需求设定35km/h行驶在3档，50km/h行驶在4档，重新调整升档和降档曲线后如图7所示，新状态下车速档位负荷曲线如图8所示。

图7 最终版换挡优化曲线

图8 优化后NEDC工况下档位负荷曲线

经Cruise分析计算，依据换挡提示进行NEDC工况油耗试验，可实现综合油耗节油3.4%。

表3 换挡优化节油效果

需要说明的是，以上均基于理论分析，实际换挡曲线需要经整车标定实际驾驶特性进行优化，最终节油效果需在完成整车标定后经实车验证。

5 小结

本文仅针对NEDC工况进行了研究，其它工况下结论可能会发生变化，因为工况不同，车辆需求驱动功率不同，其换挡控制策略根据动力性与经济性的平衡点考虑也不同。本文通过在实车上测试发动机油耗，相比纯理论分析可获得一种接近实际效果的换挡优化分析方法，经CRUISE仿真分析，可对换挡策略进行更加细致的优化，从而为整车标定提供参考，能够有效缩短产品研发周期，提高工作效率。

[1] 余志生.汽车理论.[M]机械工业出版社,2006.

[2] 解国强,张毅.基于CRUISE的自动档车辆换挡规律制定与仿真分析[J].2010 .

Gear Shifting Simulation Based on Cruise Analysis

Sun Bangjiang, Ye Deming
(AnHui JiangHuai Automobile Co., LTD., Anhui Hefei 230601)

This article make a analysis about the economical shift tip algorithm based on the data base of the vehicle fuel consumption test with the matching analysis method. Design a optimal shift strategy that can provide support for the vehicle calibration and estimate analyze the fuel efficiency by CRUISE software.

economical; shift Optimization; cruise

U462.1

A

1671-7988 (2017)15-150-03

孙邦江，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.055