何 博

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

靈活燃料車(chē)型換擋指示標(biāo)定策略研究

何 博

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

為了更好的引導(dǎo)巴西客戶(hù)形成經(jīng)濟(jì)性換擋習(xí)慣，盡可能地降低整車(chē)實(shí)際油耗，設(shè)計(jì)了換擋指示系統(tǒng)。該換擋指示系統(tǒng)采用油門(mén)踏板開(kāi)度和車(chē)速雙參數(shù)輸入，根據(jù)車(chē)輛當(dāng)前工況，基于最佳經(jīng)濟(jì)性兼顧動(dòng)力性的換擋策略，通過(guò)CAN發(fā)送換擋信息到儀表的指示設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)提示駕駛員換擋的目的。通過(guò)整車(chē)轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)標(biāo)定了該換擋指示策略的脈譜，并進(jìn)行了換擋指示系統(tǒng)的油耗、排放驗(yàn)證試驗(yàn)。結(jié)果表明，該換擋指示系統(tǒng)控制策略指示吻合度高，排放結(jié)果滿(mǎn)足法規(guī)要求，并且能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度的節(jié)油效果。

雙參數(shù)；換擋指示；靈活燃料；標(biāo)定策略

Abstract:Brazil is the first country in the world, that large-scale promotion of the use of flexfuel, and the MT vehicle has been the Brazilian automobile market mainstream models. In order to better guide the driver to avoid the bad driving habits,as much as possible to reduce fuel consumption, a gear shift indicator system design. The gear shift indicator system uses the accelerator pedal and vehicle speed dual parameter input, according to the vehicle's current operating conditions, based on the best economic balance of power shift strategy, send the shift information by CAN to indicator panel, to achieve indicating the driver to shift the gear. By vehicle drum dynamometer test, calibrate the gear shift indicator strategy MAP, and done the fuel consumption, emissions validation test. The results show that the gear shift indicator system is credibility and the emission results coincident with target, and to achieve a certain level of fuel efficiency.

Keywords: dual parameter; GSI; flexfuel; calibration strategy

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-38-04

引言

為了引導(dǎo)巴西當(dāng)?shù)仄?chē)駕駛員關(guān)注整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性，關(guān)注駕駛過(guò)程中的能源消耗。本文主要描述了一種采用油門(mén)踏板開(kāi)度和檔位信息作為雙參數(shù)輸入，根據(jù)車(chē)輛當(dāng)前工況，基于最佳經(jīng)濟(jì)性兼顧動(dòng)力性策略的換擋指示系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)CAN發(fā)送換擋指示相關(guān)信息到整車(chē)儀表的指示設(shè)備，對(duì)于靈活燃料車(chē)輛的改動(dòng)不大，能夠較為方便的實(shí)施改動(dòng)移植。同時(shí)，在整車(chē)轉(zhuǎn)轂標(biāo)定了該換擋指示策略的控制脈譜（MAP），并進(jìn)行了整車(chē)節(jié)油的研究。

1 控制策略及標(biāo)定方法

1.1 策略簡(jiǎn)述

換擋策略這個(gè)名詞最早來(lái)源于自動(dòng)檔變速箱的換擋控制,在車(chē)輛駕駛過(guò)程中，自動(dòng)檔變速器的換擋時(shí)刻隨控制參數(shù)變化而變化，其換擋時(shí)刻選擇是否妥當(dāng)，將直接影響整車(chē)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性，也會(huì)影響整車(chē)排放性能，以及整車(chē)駕駛性。公認(rèn)的，換擋策略可以按照輸入?yún)?shù)的數(shù)量不同，分為單參數(shù)、雙參數(shù)、三參數(shù)控制的換擋策略等。

圖1 發(fā)散型雙參數(shù)控制

圖2 收斂型雙參數(shù)控制示意圖

圖3 發(fā)散型雙參數(shù)控制示意圖

圖4 組合型雙參數(shù)控制示意圖

其中，雙參數(shù)控制使用最多，一般是將油門(mén)踏板開(kāi)度和車(chē)速作為輸入?yún)?shù)，其換擋策略可以根據(jù)升降檔車(chē)速線(xiàn)之間的關(guān)系，分成發(fā)散型、收斂型、等延遲型、及組合型。1）發(fā)散型：其換擋車(chē)速的差值大小隨油門(mén)增大而增大。所以，當(dāng)大油門(mén)開(kāi)度升擋時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高，動(dòng)力性好，但大油門(mén)升擋后，換擋車(chē)速差值大，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)掉的很多，輸出功率下降大，如圖1所示。2）收斂型：恰恰相反，其換擋車(chē)速的差值大小隨油門(mén)增大而減小。所以，當(dāng)大油門(mén)開(kāi)度升檔時(shí)，換擋車(chē)速差值小，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速掉的少，輸出功率下降小，功率利用率高；且當(dāng)小油門(mén)降檔時(shí)，其車(chē)速差值較大，使得發(fā)動(dòng)機(jī)可以在較低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，其N(xiāo)VH性能較好，如圖2所示。3）等延遲型：介于兩者之間，其換擋車(chē)速的差值不隨油門(mén)大小變化，兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)。比較適合小油門(mén)開(kāi)度下的升降檔操作。如圖3所示。4）組合型：由兩段或多段不同變化趨勢(shì)的策略組合而成， 其優(yōu)點(diǎn)是便于在不同的油門(mén)開(kāi)度下獲得不同的車(chē)輛性能，小油門(mén)時(shí)舒適、穩(wěn)定、污染少；中油門(mén)時(shí)燃油經(jīng)濟(jì)性好；大油門(mén)時(shí)動(dòng)力性好，如圖4所示。因此，一般情況下，雙參數(shù)控制都選用組合型策略。

而三參數(shù)控制策略較為復(fù)雜，多強(qiáng)調(diào)瞬態(tài)控制，實(shí)現(xiàn)難度較大，本文不做闡述。

因此，基于組合型雙參數(shù)換擋策略，在小油門(mén)時(shí)以減少油耗和污染、提高舒適性為主，大油門(mén)時(shí)則以提高動(dòng)力性能為主，設(shè)計(jì)了一種采用油門(mén)踏板開(kāi)度和車(chē)速作為雙參數(shù)輸入，根據(jù)車(chē)輛當(dāng)前工況，基于最佳經(jīng)濟(jì)性兼顧動(dòng)力性策略的換擋指示系統(tǒng)。該系統(tǒng)由 ECU 根據(jù)輸入?yún)?shù)和給定的換擋策略（需標(biāo)定）計(jì)算出最合理的檔位，通過(guò) CAN發(fā)送換擋指示相關(guān)信息到整車(chē)儀表，在儀表中顯示升降擋及檔位信息，提示駕駛員進(jìn)行換擋操作，避免進(jìn)行不合理?yè)Q擋，并降低整車(chē)油耗，如圖5所示。

圖5 換擋指示系統(tǒng)示意圖

1.2 標(biāo)定測(cè)試循環(huán)

考慮到該車(chē)型是出口巴西市場(chǎng)的一款手動(dòng)擋車(chē)型，使用E22-E100靈活燃料，根據(jù)巴西當(dāng)?shù)啬芎姆ㄒ?guī)要求，靈活燃料車(chē)型油耗測(cè)試必須采用巴西油耗測(cè)試循環(huán)，包括FTP75循環(huán)和HWFET循環(huán)，如下圖6、7所示；必須進(jìn)行E22燃料和E100兩種燃料測(cè)試后，根據(jù)不同循環(huán)權(quán)重計(jì)算得到加權(quán)油耗，再計(jì)算兩種燃料的平均值。由FTP75循環(huán)測(cè)試的油耗記為“CFE”，由 HWFET循環(huán)測(cè)試的油耗記為“HFE”，最終整車(chē)的油耗記為“FE”，其計(jì)算公式為：

圖6 巴西油耗FTP75測(cè)試循環(huán)曲線(xiàn)

圖7 巴西油耗highway測(cè)試循環(huán)曲線(xiàn)

再將E22燃油和E100燃油耗的進(jìn)行算術(shù)平均（即E22油耗加上E100油耗除以2），得到最終的油耗。

1.3 標(biāo)定設(shè)備及方法

本次標(biāo)定及驗(yàn)證試驗(yàn)是在一輛使用 E22-E100乙醇靈活燃料樣車(chē)上進(jìn)行，匹配的一臺(tái)4缸直列發(fā)動(dòng)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣正時(shí)連續(xù)可變，其主要技術(shù)參數(shù)及指標(biāo)如下表1：

表1 樣機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

試驗(yàn)在轉(zhuǎn)轂上進(jìn)行。試驗(yàn)過(guò)程中，INCA5.4通過(guò)ETAS580連接ECU來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)， 燃油消耗量有AVL 735S油耗儀測(cè)量；整車(chē)轉(zhuǎn)轂系統(tǒng)，如下圖8所示：

圖8 整車(chē)轉(zhuǎn)轂搭建示意圖

標(biāo)定過(guò)程可以分二個(gè)階段：

1）轉(zhuǎn)轂穩(wěn)態(tài)油耗采集試驗(yàn)；由于使用E100燃料的油耗量絕對(duì)值較大，其試驗(yàn)誤差相對(duì)較小，因此，選用 E100燃油作為測(cè)試燃油，而不選用E22燃油。標(biāo)定之前需要先完成基礎(chǔ)的整車(chē)轉(zhuǎn)轂標(biāo)定工作，再在轉(zhuǎn)轂采集各檔不同工況下穩(wěn)態(tài)的油耗量，除以發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率，算出各檔的不同油門(mén)開(kāi)度下的油耗率曲線(xiàn)，得到整車(chē)轉(zhuǎn)轂油耗率萬(wàn)有特性數(shù)據(jù)，從中可以發(fā)現(xiàn)同一個(gè)油門(mén)開(kāi)度下的經(jīng)濟(jì)區(qū)，以三檔為例，如表2、圖9所示。

表2 三檔轉(zhuǎn)轂油耗率數(shù)據(jù)

圖9 三檔30%經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)

2）各檔換擋點(diǎn)設(shè)定。在整車(chē)油耗測(cè)試循環(huán)中，其實(shí)際最大油門(mén)開(kāi)度基本在30%附近，基本可以認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)性換擋策略，結(jié)合轉(zhuǎn)轂油耗率萬(wàn)有特性數(shù)據(jù)，同時(shí)考慮到大油門(mén)開(kāi)度的動(dòng)力性駕駛需求，可以基本確定各檔換擋策略，如圖 10所示。其中散點(diǎn)為實(shí)測(cè)分布，曲線(xiàn)為ECU標(biāo)定中換擋策略線(xiàn)，可以看出散點(diǎn)和曲線(xiàn)比較吻合：

圖10 各檔雙參數(shù)組合型換擋策略

2 策略驗(yàn)證及分析

為了驗(yàn)證換擋指示功能是否能夠指導(dǎo)駕駛員進(jìn)行有效的換擋操作，及其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放和油耗的影響。指定巴西油耗測(cè)試循環(huán)為驗(yàn)證工況效果，在轉(zhuǎn)轂測(cè)試整車(chē)油耗和排放進(jìn)行對(duì)比，本文將從二方面進(jìn)行驗(yàn)證：1）換擋指示與測(cè)試循環(huán)換擋提醒的吻合度；2）在測(cè)試循環(huán)中，換擋指示功能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油耗的影響；2）在測(cè)試循環(huán)中，換擋指示功能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放的影響；

2.1 換擋指示吻合度

本驗(yàn)證方案將標(biāo)定樣車(chē)在轉(zhuǎn)轂進(jìn)行FTP75測(cè)試循環(huán)，對(duì)比其換擋指示作動(dòng)與駕駛員實(shí)際按照司機(jī)助進(jìn)行換擋操作的檔位狀態(tài)信息，驗(yàn)證換擋指示功能是否正常，是否能夠有效的引導(dǎo)駕駛員進(jìn)行合理的換擋操作，如下圖11所示。

圖11 換擋指示吻合度

從中可以看出，在大部分工況中，駕駛員的實(shí)際操作與換擋提示的作動(dòng)誤差較小，非常吻合。分析誤差存在的原因，可能是由于試驗(yàn)過(guò)程中，駕駛員一邊要看著司機(jī)助進(jìn)行車(chē)輛和換擋，一邊還要分心觀察儀表的換擋提示，駕駛員很難把車(chē)開(kāi)好，使得換擋點(diǎn)吻合度存在瑕疵，但是總體來(lái)說(shuō)，吻合度還是非常高的。

2.2 測(cè)試循環(huán)中油耗對(duì)比

本驗(yàn)證方案分別就換擋指示功能打開(kāi)與關(guān)閉的油耗對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證換擋功能是否能夠?qū)档驼?chē)油耗有一定貢獻(xiàn)，如表3所示：

表3 換擋指示功能對(duì)油耗的影響

當(dāng)換擋指示功能打開(kāi)后，駕駛員將不再按照測(cè)試循環(huán)默認(rèn)的換擋點(diǎn)進(jìn)行換擋操作，從表3中能夠看出，不管是FTP75循環(huán)還是Highway循環(huán)，其整車(chē)實(shí)際的油耗均有一定程度的降低。同時(shí)，使用E22燃油和使用E100燃油的下降幅度比較接近，這個(gè)也說(shuō)明在換擋指示標(biāo)定時(shí)，可以使用 E100燃油作為測(cè)試燃油，對(duì)于標(biāo)定的結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生較大的影響，標(biāo)定結(jié)果是可信的。

2.3 測(cè)試循環(huán)中排放對(duì)比

本驗(yàn)證方案分別就換擋指示功能打開(kāi)與關(guān)閉的油耗對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證換擋功能是否對(duì)降低整車(chē)排放有一定影響，如下表4所示：

表4 換擋指示對(duì)排放的影響

從表4中能夠看出，當(dāng)換擋指示功能打開(kāi)后，對(duì)于整車(chē)幾項(xiàng)主要污染物排放沒(méi)有太大的影響，甚至個(gè)別污染物有一定程度的改善，而CO2的排放則有明顯下降。根據(jù)碳平衡法，也能夠側(cè)面說(shuō)明換擋指示功能打開(kāi)有利于整車(chē)油耗的降低。

3 結(jié)論

本文根據(jù)油門(mén)踏板開(kāi)度和車(chē)速雙參數(shù)換擋策略，在中小油門(mén)的情況下主要考慮經(jīng)濟(jì)性，兼顧大油門(mén)開(kāi)度追求動(dòng)力性的要求，設(shè)計(jì)了一種換擋指示系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)良好的標(biāo)定，該系統(tǒng)能夠根據(jù)油門(mén)踏板開(kāi)度和車(chē)速作為輸入，計(jì)算出合理的檔位信息，結(jié)合當(dāng)前檔位狀態(tài)，做出升檔、降檔等提示，通過(guò)CAN通訊，將換擋指示提示信息發(fā)送到整車(chē)儀表?yè)Q擋指示面板。引導(dǎo)駕駛員進(jìn)行合理的換擋操作，關(guān)注整車(chē)經(jīng)濟(jì)性，改掉不恰當(dāng)?shù)鸟{駛習(xí)慣。通過(guò)驗(yàn)證，在測(cè)試循環(huán)中，該換擋指示系統(tǒng)能夠降低靈活燃料車(chē)型的整車(chē)油耗，且對(duì)于污染物排放沒(méi)有明顯影響。

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Study of GSI system calibration strategy within flexfuel vehicle

He Bo
( Anhui jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

U467.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)18-38-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.014

何博，就職于安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司。