王量，丁蓉蓉

（華晨汽車工程研究院傳動處，遼寧 沈陽 110141）

某車型自動變速器駕駛性問題分析及解決

王量，丁蓉蓉

（華晨汽車工程研究院傳動處，遼寧 沈陽 110141）

文章通過以某車型自動變速器駕駛性問題為研究案例，從變速器控制策略方面進(jìn)行分析，通過對換擋策略功能的研究，制定了優(yōu)化方案，并經(jīng)過車輛的標(biāo)定和測試驗(yàn)證方案的可行性。

自動變速器；駕駛性；換擋策略；標(biāo)定

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.026

CLC NO.: U463.212 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-74-04

前言

隨著自動檔車型在汽車市場的比重和市場份額的逐年增加，顧客對整車動力性和駕駛性的要求也日益提高，而自動變速器的控制策略對整車的動力性、經(jīng)濟(jì)性和駕駛性的影響起著關(guān)鍵性作用。

本文主要針對某車型自動變速器的駕駛性問題，通過對其換擋策略的分析和研究，提出整改對策，對車輛進(jìn)行了標(biāo)定優(yōu)化并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

1、問題描述

某車型A在城市工況中駕駛時，客戶反饋在車流中跟車、加速超車的性能差。車輛問題跟蹤時發(fā)現(xiàn)駕駛員在跟車和加速超車時，會頻繁的收油門再踩油門，由于檔位會在收油門時容易升檔，而在深踩油門時容易降檔，這樣在這個工況下檔位一升一降，車輛這時動力會中斷，動力性差。

2、原因分析

對車輛進(jìn)行測試，記錄發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，車速，變速器檔位等動力系統(tǒng)的信息。測試結(jié)果如圖1所示，駕駛員操作油門踏板開度為80%，車速為75km/h，隨著踏板開度的變化，檔位從3檔升到6檔，又從6檔降到34檔，而車速沒有大的提升，發(fā)動機(jī)扭矩在踩下踏板時是150N.m，矩響應(yīng)沒有問題，扭矩在換擋過程中也響應(yīng)了變速器的降扭請求，所以問題是自動變速器的原因，不是發(fā)動機(jī)的原因。

圖1 駕駛性問題INCA測試結(jié)果

當(dāng)前檔位，發(fā)動機(jī)扭矩，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，輸入軸轉(zhuǎn)速，油門踏板開度，目標(biāo)檔位，車速從變速器液力變矩器鎖止離合器分析，檢查發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和輸入軸轉(zhuǎn)速的曲線，可以確認(rèn)，油門踏板為0%時，液力變矩器鎖止離合器反脫鎖止，油門踏板開度為80%時，液力變矩器鎖止離合器打開，滑摩，到鎖止，換擋過程中也離合器控制也正常，所以液力變矩器的鎖止、滑磨、打開和反脫鎖止都工作正常。

從變速器檔位分析，當(dāng)車速為75km/h，油門踏板為0%時，按照換擋線，完成了3檔升6檔，當(dāng)車速為75 km/h，油門踏板開度為80%時，按照換擋線，完成了6檔降4檔，所以按照基礎(chǔ)換擋線的理論，變速器檔位工作正常。

通過測試分析，發(fā)動機(jī)扭矩及相應(yīng)正常，液力變矩器工作正常，變速器按照基礎(chǔ)換擋線工作正常，但是頻繁的升降檔確認(rèn)影響了車輛的加速能力，因此頻繁升降檔確實(shí)是問題的根本原因。

3、問題解決方案分析

為避免變速器的升降檔過于頻繁，尤其需要急加速急減速、油門變化過快的工況。依靠基礎(chǔ)換擋線優(yōu)化顯然是不能同時滿足普通工況和特定工況的要求，因此特殊功能的開發(fā)和導(dǎo)入是解決問題的根本方法。

首先進(jìn)行競品分析和測試，競品車輛的選擇主要考慮擅長駕駛性的寶馬汽車，根據(jù)現(xiàn)有的資源選擇了BMW X1和MINI進(jìn)行測試。

圖2 競品車輛相同工況測試結(jié)果

如圖2所示，按照競品車輛的狀態(tài)，隨著發(fā)動機(jī)油門的變化，只有100%油門時4檔降2檔，之后檔位就一直保持在2檔，而隨著油門的變化，車輛的加速和減速跟隨性非常好。可見，采用類似功能能夠完美的解決此工況的問題。

隨后對其它競品車輛進(jìn)行評價和測試發(fā)現(xiàn)，歐洲品牌車輛大都采用了類似的方案來提升駕駛性，而日韓系車輛則都沒有采用類似方案，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，日韓和中國大部分客戶習(xí)慣抬油門時升檔，或者說客戶發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速過高檔位太低時會用抬油門來讓檔位升高轉(zhuǎn)速降低。而且日韓和中國客戶沒有像歐洲客戶一樣十分重視駕駛性。

由于駕駛性是此車輛十分重要的指標(biāo)，因此該方案得到確認(rèn)。

4、方案設(shè)計

此方案為在基礎(chǔ)換擋線以外的特殊換擋抑制功能，英文名稱為Fast off，中文解釋為快速收油功能，即快速收油門時進(jìn)行升檔抑制。當(dāng)功能激活時，則軟件駕駛條件判斷模塊FO=1，fast off功能激活，軟件檔位修正模塊則會執(zhí)行快速收油的升檔抑制作用。

當(dāng)軟件中FO_SWI_EXT=0時，退出了快速收油功能，則可能的升檔會立即執(zhí)行，當(dāng)軟件中FO_SWI_EXT=1時，當(dāng)需求連續(xù)的升檔時，首個升檔會立即執(zhí)行，而第二個升檔會按照延遲升檔的標(biāo)定量FO_T_進(jìn)行延遲升檔,FO_T會根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速不同標(biāo)定不能的延遲時間，在延遲時間之內(nèi)可以再進(jìn)入快速收油功能，或者延遲時間完成后，退出功能。

圖3 快速收油功能的狀態(tài)基流程圖

如圖3所示，快速收油門功能由狀態(tài)機(jī)開發(fā)，一共分為7個狀態(tài)，在任何非0狀態(tài)是都可以直接到狀態(tài)0：進(jìn)入狀態(tài)0的條件是，換擋手柄位置發(fā)生變化，或者當(dāng)前的換擋線發(fā)生變化；

狀態(tài)0，fast off passive:狀態(tài)0到狀態(tài)1的條件，當(dāng)油門踏板的變化率是負(fù)值，而且其絕對值大于標(biāo)定閥值+修正值，修正值可以根據(jù)不同道路阻力（道路的坡度）進(jìn)行標(biāo)定。

狀態(tài)1fast off detected，進(jìn)入狀態(tài)1后，則F0=1，執(zhí)行升檔抑制；

狀態(tài)1到狀態(tài)2，當(dāng)發(fā)動機(jī)扭矩小于標(biāo)定閥值時；

狀態(tài)1到狀態(tài)0當(dāng)發(fā)動機(jī)扭矩大于標(biāo)定閥值時而且當(dāng)前的踏板位置大于之前存儲的踏板位置+滯后值，而且FO_SWI_EXT=0；

狀態(tài)1到狀態(tài)6當(dāng)FO_SWI_EXT=1，而且當(dāng)發(fā)動機(jī)扭矩大于標(biāo)定閥值時，當(dāng)前的踏板位置大于之前存儲的踏板位置+滯后值；

狀態(tài)2waiting for Exit，進(jìn)入狀態(tài)2后，則F0=1，執(zhí)行升檔抑制；

狀態(tài)2到狀態(tài)0，當(dāng)車速小于標(biāo)定閥值，而且FO_SWI_ EXT=0；

狀態(tài)2到狀態(tài)3當(dāng)發(fā)動機(jī)扭矩大于標(biāo)定閥值時；

狀態(tài)2到狀態(tài)6當(dāng)FO_SWI_EXT=1時，而且車速小于標(biāo)定閥值時；或者換擋手柄切換模式；

狀態(tài)3prepare Exit，進(jìn)入狀態(tài)3后，則F0=1，執(zhí)行升檔抑制；

狀態(tài)3到狀態(tài)2，當(dāng)發(fā)動機(jī)扭矩小于標(biāo)定閥值時；

狀態(tài)3到狀態(tài)1，當(dāng)油門踏板的變化率是負(fù)值，而且其絕對值大于標(biāo)定閥值+修正值；

狀態(tài)3到狀態(tài)4，當(dāng)油門踏板的變化率是正值，而且其絕對值大于標(biāo)定閥值時；

狀態(tài)3到狀態(tài)0，當(dāng)標(biāo)定的延遲時間之后或當(dāng)期的車輛加速度大于標(biāo)定閥值時，而且FO_SWI_EXT=0；

狀態(tài)3到狀態(tài)6，當(dāng)FO_SWI_EXT=1時而且標(biāo)定的延遲時間之后或者當(dāng)前的車輛加速度大于標(biāo)定的閥值時或者當(dāng)前的換擋手柄切換模式；

狀態(tài)3到狀態(tài)5，當(dāng)油門踏板的變化率是負(fù)值，而且其絕對值大于標(biāo)定閥值；

狀態(tài)4，No Exit on throttle increase，進(jìn)入狀態(tài)4后，則F0=1，執(zhí)行升檔抑制；

狀態(tài)4到狀態(tài)3，當(dāng)油門踏板的變化率是負(fù)值，而且其絕對值大于標(biāo)定閥值；

狀態(tài)5，No Exit on negative throttle gradient，進(jìn)入狀態(tài)5后，則F0=1，執(zhí)行升檔抑制；

狀態(tài)5到狀態(tài)2，當(dāng)發(fā)動機(jī)扭矩小于標(biāo)定閥值時；

狀態(tài)5到狀態(tài)1，當(dāng)油門踏板的變化率是負(fù)值，而且其絕對值大于標(biāo)定閥值+修正值，修正值可以根據(jù)不同道路阻力（道路的坡度）進(jìn)行標(biāo)定；

狀態(tài)5到狀態(tài)0，如果FO_SWI_EXT=0，而且發(fā)動機(jī)扭矩大于標(biāo)定閥值時，而且當(dāng)油門踏板的變化率是負(fù)值，而且其絕對值大于標(biāo)定閥值；

狀態(tài)5到狀態(tài)6，如果FO_SWI_EXT=1，而且發(fā)動機(jī)扭矩大于標(biāo)定閥值時，而且當(dāng)油門踏板的變化率是正值，而且其絕對值大于標(biāo)定閥值，或者當(dāng)前的換擋手柄切換模式；

狀態(tài)6 Check for upshift，進(jìn)入狀態(tài)6后，則F0=0，允許升檔，并開始倒計時；

狀態(tài)6到狀態(tài)0，如果倒計時完成或者沒有升檔的需求或者已經(jīng)在最高檔位；

狀態(tài)6到狀態(tài)1，如果油門踏板的變化率是負(fù)值，而且其絕對值大于標(biāo)定閥值+修正值；或者當(dāng)發(fā)動機(jī)扭矩小于標(biāo)定閥值時；或者當(dāng)前的的踏板位置小于標(biāo)定閥值時；

狀態(tài)6到狀態(tài)7，如果一個升檔正在發(fā)生，倒計時的標(biāo)定根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的不同可以設(shè)定不同的標(biāo)定閥值；

狀態(tài)7 Wait upshift delay time，進(jìn)入狀態(tài)7后，則F0=1，執(zhí)行升檔抑制；

狀態(tài)7進(jìn)入狀態(tài)1，如果油門踏板的變化率是負(fù)值，而且其絕對值大于標(biāo)定閥值+修正值；或者當(dāng)發(fā)動機(jī)扭矩小于標(biāo)定閥值時；或者當(dāng)前的的踏板位置小于標(biāo)定閥值時；

狀態(tài)7進(jìn)度狀態(tài)6，倒計時已經(jīng)完成。

5、標(biāo)定優(yōu)化

如表1所示為標(biāo)定時需要測試需要測試的特殊變量，如表2所示為標(biāo)定時需要標(biāo)定量。

表1 特殊測試變量

表2 標(biāo)定量

此模塊標(biāo)定的首要的重要標(biāo)定參數(shù)就是油門踏板開度變化率進(jìn)入閥值，只有踏板變化率大于一定值時才能激活此功能，因此了解踏板的特性是首要的標(biāo)定任務(wù)，測試踏板開度的變化率，首先測試操作最快的踏板變化率，負(fù)值，負(fù)值是腳側(cè)向彈開后，完成測試最快的負(fù)值踏板變化率之后，在逐漸減慢松開踏板的速度，根據(jù)車輛的定位和客戶需求，設(shè)定好油門踏板開度變化率進(jìn)入閥值，最激進(jìn)的標(biāo)定則是設(shè)定一個最大值，使所有的收油動作都識別為禁止升檔，所以，當(dāng)車輛強(qiáng)度運(yùn)動和動力性時大多數(shù)都按最大值標(biāo)定。

進(jìn)入條件標(biāo)定好之后，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速是第二關(guān)鍵因素，即保持禁止升檔的轉(zhuǎn)速，根據(jù)車輛及發(fā)動機(jī)狀態(tài)的不同，標(biāo)定值也有很大差異，需要關(guān)注的是車內(nèi)的噪音和振動的水平，平衡車輛舒適性、發(fā)動機(jī)是否嘈雜，發(fā)動機(jī)的制動力大小等，根據(jù)檔位的不同，設(shè)定不同的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速閥值。

禁止升檔的時間標(biāo)定，時間的長短，決定了保持穩(wěn)定工況的時間長短，例如，三檔在4500rpm時，快速收油，時間量標(biāo)定為4秒，如果收油后任何動作沒有操作，則車輛會保持三檔反脫狀態(tài)一直4秒，車速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速隨著發(fā)動機(jī)制動都會降低，4秒鐘之內(nèi)的大油門加速再加上快速收油，都有保證檔位穩(wěn)定，如果標(biāo)定時間為2秒，則兩秒之后會立即升為四擋，所以，這個時間相當(dāng)于留給駕駛員的下一個動作的相應(yīng)時間，一般來說，2秒到5秒之間比較合適。

之后，再完善其它的標(biāo)定量。圖4中，綠色的為FO狀態(tài)機(jī)，最下方灰色的是FO的結(jié)果。

圖4 優(yōu)化標(biāo)定后的測試結(jié)果

6、結(jié)論

針對客戶反饋的駕駛性問題，通過對問題的分析，找出了問題的根本原因，并開發(fā)變速器快速收油功能模塊，通過標(biāo)定和試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證了此方案的可行性。

[1] 李騫.Clutchtoclutch自動變速器換擋控制策略及實(shí)驗(yàn)研究[D]北京:北京理工大學(xué),2010:12-14.

[2] 萬國強(qiáng)等.液力自動變速器換擋過程標(biāo)定方法研究[D]北京:北京理工大學(xué),2012:142-148.

[3] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006:7-18.

[4] 周學(xué)建等.車輛自動變速器系統(tǒng)換擋規(guī)律的研究現(xiàn)狀和展望.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報,2003,34（3）:139-141,145.

[5] 夏迎春.動力傳動系統(tǒng)在換擋過程中的整體控制[D].北京:北京理工大學(xué),2002年.

表2 加強(qiáng)梁材料屬性

5.2 優(yōu)化方案的計算驗(yàn)證

按照首次計算的模式，對優(yōu)化方案做有限元計算分析。由于加強(qiáng)前的彎曲工況滿足使用要求，故此不再對優(yōu)化后的車架做彎曲分析，只做扭轉(zhuǎn)分析，優(yōu)化后的扭轉(zhuǎn)工況計算結(jié)果示意圖如下：

圖5 扭轉(zhuǎn)工況應(yīng)力云圖

從圖9看出，加強(qiáng)后的車架總成整體應(yīng)力分布比較均勻，應(yīng)力最大值為374MPa，小于材料的屈服極限。

基于以上計算結(jié)果可知，優(yōu)化方案可以滿足實(shí)際使用要求。

6、總結(jié)

本文介紹了MSN.NASTRAN軟件的基本情況，著重通過載貨車的彎曲和扭轉(zhuǎn)的計算分析，運(yùn)用MSN.NASTRAN進(jìn)行有限元分析，并基于分析的結(jié)果，對原有方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計處理。計算機(jī)有限元法分析能夠預(yù)先得知該車架受力時的應(yīng)力情況，從而針對模擬分析結(jié)果，提出相應(yīng)優(yōu)化方案，這種設(shè)計模式成本低、效率高，能有效降低市場風(fēng)險。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉惟信.《汽車設(shè)計》.清華大學(xué)出版社 p537-605.

[2] 何獻(xiàn)忠.《優(yōu)化技術(shù)及其應(yīng)用》.北京理工大學(xué)出版社 p1-209.

[3] 蔣孝煜.《有限元法基礎(chǔ)》.清華大學(xué)出版社 1984年.

[4] 道克森等.《載貨汽車車架強(qiáng)度分析》.專用汽車 1995(2).

[5] 劉慶庭.《車架強(qiáng)度計算方法研究》.專用汽車 1997(1).

Analysis and Solutionof driving problem of an Automatic Transmission Vehicle

Wang Liang, Ding Rongrong
（Brilliance Auto R&D Center (BARC)Transmission Section, Liaoning Shenyang 110141）

In this paper, based on a vehicle automatic transmission driving problem as a case study, from the transmission control strategy to carry on the analysis, through the research of shift strategy function, the optimization scheme was made, and through the vehicle of the calibration and test the feasibility of the scheme is verified.

Automatic Transmission; Shiftstrategy; Calibration

U463.212

A

1671-7988 (2016)12-74-04

王量，男，中級工程師，就職于華晨汽車工程研究院，主要研究這車變速器碧昂定與匹配。