自动变速器换档规律的图解方法

Abstract: A g raphic m et hod on aut omat ic t ransmission shif t schedules w as presented. Wit h the com bination of vehicle dr iv en f orce curv es and engine charact erist ic curves in one graphic, t he vehicle and eng ine st atus bef ore and af ter gear shift can be co mpar ed and analyzed, the o pt imist ic vehicle dynamic and econom ic shif t schedule can be deduct ed easily and eff icient ly, t he influence o f shif t schedules in diff erent mo des on vehicle perf ormance can also be analy zed co rrespondent ly. T he pro blem, w hich w as dif f icult t o g et precise aut omat ic tr ansm issio n shift schedule t hrough analy sis, w as solv ed by t his research. T his met hod can prov ide signif icant help on t he improv em ent of aut omat ic t ransmissio n perf orm ance and development . Key words: vehicle eng ineering; aut omat ic tr ansm issio n; g ear shif t; economic; shift schedule 自动变速车辆的换档规律直接影响车辆的动 力性、 经济性及排放等, 制定合理的换档规律是开 发车辆自动变速器的核心技术之一 [ 1] 。目前, 国 外自动变速器技术已日趋成熟。我国对有级式自 动变速器 ( AT 、 AMT 和 DCT ) 换档规律的研究已 进行了很久, 并形成了车辆动力性换档规律的有
油耗曲线可以得到发动机的最优经济性工作状态 曲线。无级变速车辆能够连续调整变速器的传动 比, 在车辆运行中, 发动机可以按照如图 1 曲线所 示理想工况运行, 使发动机始终处于最优的经济 性工作状态。但对于有级变速器, 其传动比是有 限的 , 换档前后发动机不可能为连续状态, 即在换 档前后发动机工作状态( 转速与扭矩) 将发生急剧 变化。为保证车辆经济性 , 应选取发动机最优工 作曲线附近的区域 , 作为有级变速车辆的经济工 作区。有级变速车辆的经济性换档规律应当保证 车辆各挡位运行时发动机工作处于图 2 所示的区 域中。
第 39 卷
增刊 1
吉林大学学报( 工学版)
Journal o f Jilin U niv ersity ( Engineering and T echnolo gy Edition)
V ol. 39
Sup. 1
2009 年 3 月
M ar. 2009
自动变速器换档规律的图解方法
郑 磊1, 2 , 郭孔辉1 , 余天明3 , 葛安林3
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吉林大学学报( 工学版)
第 39 卷
济性换档线, 获得了自动变速换档规律 , 解决了当 前经济性换档规律和综合模式换档规律制定难的 问题。
的功率在换档前后保持一致。上述假设和要求不 仅可以体现驾驶员的操纵意图, 而且也可以满足 车辆换档舒适性的要求 , 这同样适用于经济性换 档规律。
1
自动变速换档规律简介
收稿日期 : 2008 08 12. 基金项目 : 863 国家高技术研究发展计划项目 ( 2006A A 110103) . 作者简介 : 郑磊 ( 1976- ) , 男 , 博士研究生 . 研究方向 : 自动变速车辆控制 . E mail: zhenglei@ r dc. faw . co m. cn
4. 3
车辆换档前后发动机工作区域的分析 车辆换档一般在相邻两挡间进行 , 按照制定
的换档原则分析相邻挡位发动机的工作区域。 车辆传动系需要发动机输出功率为 C dA v 3 P e = 1 ( Gf v + Giv + + m v dv ) t 3600 3600 76140 3600 d t ( 1) 根据假设可知 , 换档前后速度 v 、 加速度 dv/ dt 、 摩擦系数 f 和坡度 i 不变 ; 根据制定换档规律 的原则 2, 换档前后发动机输出至传动系的功率 不变。取相邻两 挡位 a 挡和 b 挡 ( 设 定 b = a + 1) ; p ea = p eb 即 T ea n a = T eb n b 故 T eb na = T ea nb v = 0 . 377 rn igi0 换档前后车速度基本不变 , 因此 v = 0. 377 即 rn a rn b = 0. 377 i ga i 0 i gb i 0 n a = i ga nb i gb T eb na iga = = ea b T n i gb 变速器传动比进行相反方向的定比例调整。 以车速为横坐标 , 车辆驱动力为纵坐标 , 将车 ( 3) ( 4) ( 2)
Fig. 2
[ 7]
图 2 有级变速车辆 发动机理想工作区域 Engine ideal working area of automated mechanic transmission vehicle
增刊 1
郑
磊, 等 : 自动变速器换档规律的图解方法
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4
4. 1
自动变速车辆基本换档规律
换档规律的基本原则 ( 1) 采用两参数换档规律 , 参数为车速和油门
效计算方法 。但对于经济性换档规律, 因发动 机特性复杂, 无法用精确的数学公式进行描述, 因 此没有形成有 效的计算 方法。本 文以 AM T 和 DCT 为例研究了自动变速换档规律的制定方法, 利用图形分析车辆工作于不同挡位时发动机与车 辆的运行状态 , 找到了各挡位最佳的动力性和经
[ 1 6]
发动机转速与车速的关系为
图 3 专业软件绘制的 万有特性曲线 Fig. 3 Engine mapping characteristics with special sof tware
作者根据制定自动变速器换档规律的数据要 求, 对发动机进行了详细的试验分析, 获得了必要 的试验数据。根据文献[ 8 9] , 深入研究了发动机 万有特性的编制算法 , 利用 Mat lab 软件编写了发 动机数据处理和万有特性曲线绘制程序 , 绘制的 万有特性曲线如图 4 所示。 显然图 4 绘制的万有特性图和专业软件提供 的万有特性图基本一致 , 可以应用自行绘制发动
Graphic method on automatic transmission shift schedule
ZH ENG L ei1, 2 , GUO Ko ng hui1 , YU T ian ming 3 , GE An lLeabharlann Baidun3
( 1 . State K ey L aborator y of A utomotive D y namic S imulation, J ilin Univ er sity , Changchun 130022, China; 2 . China FA W Gr oup Cor p or ation R& D Center , Changchun 130011 , China; 3 . College of A utomotive Engineer ing , J ilin Univer sity , Changchun 130022, China)
各种模式的换档规律按换档控制参数的不同
3
发动机经济性工作区分析
图 1 是某型号发动机的万有特性曲线。从比
可以分为单参数、 两参数和三参数换档规律等 , 换 档控制参数是指在挡位决策中起决定性作用的参 数。 单参数换档规律往往选用能反映车辆综合状 况的车速作为控制参数。单参数换档规律与车辆 油门开度无关, 无法体现驾驶员的操作意图和挡 位干预, 也无法满足车辆动力性和经济性要求 , 一 般只在某些特定工况下使用。 两参数换档规律通常应用油门开度和车速作 为控制信号。两参数换档规律提供了驾驶员干预 换档的可能性 , 可以反应驾驶员的操作意图。稳 态行驶状态下, 利用制定的经济性和动力性模式 两参数换档规律换档 , 能够满足车辆的动力性和 经济性要求, 是目前自动变速产品中广泛采用的 换档规律。本文研究内容也是基于两参数换档规 律。 三参数换档规律是基于车辆动态运行过程的 换档规律[ 5] , 它利用反映车辆状态的动态参数油 门开度、 车速和车辆加速度作为控制参数, 考虑了 车辆加速、 减速的实际动态过程, 较两参数进一步 提高了车辆的动力性和经济性。但目前尚由于加 速度传感器成本高、 控制系统处理复杂 , 这种类型 的规律还没有得到应用。
图 4 Matlab 绘 制的万有特性曲线 Fig. 4 Engine mapping characteristics with Matlab
对于自动变速策略开发人员 , 需要清楚了解 不同挡位时发动机与车辆的共同工作状态。利用 专业软件绘制的万有特性曲线如图 3 所示。无法 灵活地在一个图上同时分析不同挡位时发动机的 工作状态 , 也无法了解车辆的状态信息。因此专 业软件提供的万有特性图无法满足分析要求。需 要自行绘制万有特性图 , 这是换档规律求解的一 个难点。
机特性图用于较精确的发动机与车辆运行状态的 分析。在万有特性曲线中同时绘制了发动机等油 门负荷特性和等功率特性曲线, 这些曲线对于自 动变速换档规律的获取都是必须的。
开度。车速反应了车辆运行的基本状态 , 油门开 度反映了驾驶员的操纵意图。 ( 2) 车辆的牵引功率在换档前后应保持一致, 即换档前后采取等输入功率原则。 ( 3) 发动机具有最低稳定转速和最高转速 , 车 辆每一挡位有限定的车速范围, 车辆换档必须在 两挡位速度交集内进行。 ( 4) 综合模式换档规律应满足车辆大油门时 的动力性要求, 又要满足中等油门时的经济性要 求。 4. 2 发动机万有特性的绘制
2
动力性换档规律
动力性换档规律要求发挥最大的车辆牵引性
图 1 发动机理 想工作位置曲线 Fig. 1 Engine ideal working curve
能, 充分发挥发动机的功率, 以便获取车辆优异的 加速性能 , 爬坡能力 , 提高车辆平均行驶速度。动 力性换档规律制定规则是 : 首先绘制不同挡位车 辆的行驶加速度曲线图 , 取同一油门开度下相邻 挡位加速度曲线交点 , 就是动力性换档规律的换 档点 , 将加速度的交点连成曲线, 即为两挡间最佳 的动力性换档规律。 在动力性换档规律的制定中 , 由于换档时间 较短 , 因此假设车辆换档前后车速不变 , 整车等 效惯量也保持不变; 为保证换档平顺性 , 要求车辆 换档前后加速度一致 , 车辆驱动力基本一致, 这就 要求车辆换档前后功率一致, 即发动机需要输出
( 1. 吉林大学 汽车动态模拟国家重点实验室 , 长春 130022; 2. 中国第一汽车集团公司 技术中心 , 长春 130011; 3. 吉 林大学 汽车工程学院 , 长春 130022)
摘 要: 提出了一种制定自动变速车辆换档规律的图解方法 , 通过将不同挡位车辆的驱动力曲 线和发动机特性曲线绘制在同一图上 , 对比分析换档前后车辆及发动机的工作状态 , 可以简 便、 有效地获得车辆最佳的动力性和经济性换档规律, 并能够综合分析车辆各模式下换档规律 对车辆性能的影响。 本研究解决了国内难以通过分析方法获得自动变速器经济性换档规律的 问题 , 对提高自动变速器性能及开发水平具有重要意义 。 关键词: 车辆工程; 自动变速; 换档 经济性; 换档规律 中图分类号 : U 463. 2 文献标识码: A 文章编号: 1671 5497( 2009) Sup. 1 0005 05