李曉亮,李嘉星
陜西法士特齒輪有限責任公司 陜西西安 710119
目前在歐美,已有超過9 0%的重型貨車配備AMT,而國內AMT市場仍處于起步階段。隨著汽車新“四化”的發(fā)展以及重型貨車AMT產(chǎn)品的日趨成熟,憑借繼承性好、成本低及經(jīng)濟性好等特點,AMT必將成為未來的發(fā)展趨勢[1]。
重型商用車AMT控制中最重要的環(huán)節(jié)是換擋規(guī)律的制定。換擋規(guī)律主要指的是排擋間自動換擋時刻隨控制參數(shù)(車速、節(jié)氣門開度、加速度等)變化的規(guī)律,它的好壞將直接影響車輛的動力性、燃油經(jīng)濟性、排放性等性能的優(yōu)劣[2]。
AMT的換擋規(guī)律可以根據(jù)控制參數(shù)分為單參數(shù)、雙參數(shù)和多參數(shù)。單參數(shù)的換擋規(guī)律僅以車速為控制參數(shù),駕駛人無法實時控制換擋操作,車輛性能較差。雙參數(shù)的換擋規(guī)律應用最為廣泛,以節(jié)氣門開度和車速為控制參數(shù),駕駛人可實時干預控制。通常多參數(shù)的換擋規(guī)律是在雙參數(shù)的基礎上引入車輛加速度,進一步反映了車輛的實際操縱規(guī)律,但真實的動態(tài)三參數(shù)控制規(guī)律非常復雜。因此,本文借助Cruise及其GSP(Gear Shift Progrsm)功能實現(xiàn)雙參數(shù)換擋規(guī)律的制定,并以某款12擋AMT變速器為例,進行車輛的性能分析。
以某款配置12擋AMT變速器的車型為例,搭建車輛模型,如圖1所示。其中,GB Control(單參數(shù)換擋控制)和GB Program(雙參數(shù)換擋策略)用于實現(xiàn)換擋規(guī)律對車輛的控制,AMT Control用于換擋時驅動離合器。
圖1 車輛模型
雙參數(shù)換擋規(guī)律按照換擋延遲隨節(jié)氣門開度的變化可分為等延遲型、收斂型、發(fā)散型(包括帶強制低擋的發(fā)散型)和組合型,如圖2所示[3]。
Cruise內置換擋規(guī)律生成工具——GSP Wizard,可基于車輛動力性能和燃油消耗,快速生成換擋規(guī)律。Wizard設置包括的內容有從BSFC曲線獲得的參數(shù)、換擋延遲、NVH限制轉速和Upper區(qū)域駕駛性能設置四部分。
從BSFC(比燃油消耗圖)獲得最佳燃油消耗率區(qū)域對應的參數(shù),包括負荷、發(fā)動機轉速和轉矩,Hysteresis Minimum指的是升擋線和降擋線的最小速度間隔(即最小換擋延遲),并設置Wizard[4]如圖3所示。
按節(jié)氣門開度的大小,雙參數(shù)換擋規(guī)律區(qū)域劃分為上、中、下三段,如圖4所示。
圖4 換擋區(qū)域劃分
各區(qū)域升降擋設置原理:最佳BSFC負荷對應的換擋點(低負荷區(qū)域和高負荷區(qū)域的分界點)的縱坐標為設置的最佳BSFC對應的負荷,橫坐標為最佳BSFC對應的發(fā)動機轉速和各擋速比按式(1)計算得到的轉速。
節(jié)氣門開度為0%時對應的換擋點為設置的最小發(fā)動機轉速;其他換擋點由以上兩個點連成的直線上獲取。
在低負荷區(qū)域考慮了各擋速比和給定的發(fā)動機轉速用于計算兩個換擋點,進而獲得低負荷區(qū)域的升擋線。
換擋點1和換擋點2連一條直線用于獲取其他低負荷區(qū)域的GSP升擋點。
高負荷區(qū)域的換擋點由i擋高負荷區(qū)域的變速器輸出轉矩曲線與i+1擋100%負荷變速器輸出轉矩曲線的交點獲得。
Overlap指的是相鄰擋位升擋點的縮減量。在設置Overlap參數(shù)時,為了避免換擋時出現(xiàn)振蕩,Overlap需設置為正值(即升擋線要低于下一擋位全負荷輸出曲線);Overlap<3%為經(jīng)濟性駕駛,Overlap >5%為動力性駕駛或者坡道上駕駛。
Downshift 2→:Kickdown/Full Load指的是2→1的Kickdown點對應的降擋車速與2→1的Full Load對應的降擋車速之比。
Offset Time [Upshifting(i→i+1)-Kickdown(i+1→i)]指的是i→i+1的Full Load升擋點與i+1→i的Kick降擋點的時間差。
Offset Velocity [Downshifting(i+1→i)-Kickdown(i→i-1)]指的是i+1→i的Full Load降擋點與(i→i-1)的Kick降擋點的速度差。
通過設置Downshift 2→1:Kickdown/Full Load、時間間隔[Upshifting(i→i+1)-Kickdown(i+1-)]、速度間隔[Downshifting(i+1→i)-Kickdown(i→i+1)]來確定高負荷區(qū)域的升降擋。
根據(jù)換擋規(guī)律的求解原理,參照標定經(jīng)驗并結合實際任務,在GSP-Wizard中設置關鍵參數(shù),如圖5所示。
圖5 GSP Wizard關鍵參數(shù)設置
按照上述設置,獲得如圖6所示的換擋規(guī)律。
搭建好車輛模型,并對每個計算任務進行設置,根據(jù)所獲得的換擋規(guī)律,對所搭建的車輛進行動力性和經(jīng)濟性的計算,并對結果進行分析。
整車參數(shù)見表1,AMT變速器速比見表2。
表2 變速器速比
(1)循環(huán)油耗計算 國家標準GB/T27840-2011中使用的是C-WTVC循環(huán),該循環(huán)是以世界重型商用車輛瞬態(tài)循環(huán)(World Transient Vehicle Cycle,WTVC)為基礎,調整加速度和減速度形成的駕駛循環(huán)。C-WTVC循環(huán)由市區(qū)、公路和高速工況3部分組成,如圖7所示[5]。
圖7 中重型商用車C-WTVC循環(huán)曲線
根據(jù)C-WTVC循環(huán)工況路譜計算得到表3所示的結果,該牽引車循環(huán)油耗為39.78L/100km,這段工況運行的發(fā)動機工況點的分布情況如圖8所示,發(fā)動機工況點分布在1100r/min,800~1200Nm的頻率最高,仿真結果符合實際。
表3 循環(huán)工況油耗計算
圖8 發(fā)動機工況點分布
本文基于12擋AMT變速器,以某重型牽引車作為研究對象,利用AVL Cruise軟件,建立整車仿真模型,使用Cruise GSP模塊的GSP Wizard生成一種雙參數(shù)的換擋規(guī)律,并在該換擋規(guī)律下,對車輛的動力性和經(jīng)濟性進行了仿真分析,且結果符合實際。