自动变速器换挡规律研究_李莹

修改后的综合升挡规律与 HPT 初版升挡 MAP 对比如图 8 所示，黑色线条为 HPT 的升挡 MAP。二者比较接近，差别主要 在中间段。具体差别在于： 1 挡升 2 挡时，HPT 的换挡 MAP 中 间段更注重动力性，升挡线偏右； 2 挡升 3 挡和 3 挡升 4 挡时， HPT 的换挡 MAP 中间段更注重经济性，升挡线偏左。可根据 此原则修改 MAP，后续标定工作只需根据经验和实际驾驶感觉 继续微调即可。
形状［3］。 由以上原则可制定具体降挡规定如下： （ 1） 2 挡降 1 挡时，88% 油门开度及以下降挡线与 1 挡升
2 挡小油门时升挡线间隔 3 km / h，90% 油门开度及以上固定 2 000 r / min 降挡，中间部分直线相连。
（ 2） 3 挡降 2 挡时，40% 油门开度及以下降挡线同 2 挡降 1 挡降挡线，50% 油门开度时固定 1 250 r / min 降挡，88% 油门 开度时固定 2 250 r / min 降挡，90% 油门开度及以上固定 3 000 r / min 降挡，其余部分直线相连。
自动变速器换挡规律研究
李莹1 ，王晓娟2 ，冯挽强2 ，张楠1
（ 1. 辽宁营口职业技术学院 ，辽宁营口 115000； 2. 华晨汽车工程研究院，辽宁沈阳 110141）
摘要： 介绍了某 AT 轿车常规模式下换挡规律制定的基本方法； 在动力学分析的基础上建立整车的数学模型，根据发动机万 有特性曲线与设计目标得到基本的动力性和经济性换挡规律，结合经验修改，最后通过实车试验依据驾驶感觉完善之。换挡规律 研究不仅为 AT 轿车提供了换挡规律制定的理论依据，对自动变速车辆的匹配研究也有借鉴意义。
（ 1） 1 挡升 2 挡时，20% 油门开度及以下发动机转速 1 500 r / min 时升挡，70% 油门开度及以上发动机转速 5 000 r / min 时 升挡，中间部分用直线连接。
（ 2） 2 挡升 3 挡时，因为车速和挡位较 1 挡升 2 挡时更高， 综合考虑动力经济性后，调整为 15% 油门开度及以下 1 600 r / min 升挡，75% 油门开度及以上 5 400 r / min 升挡，中间部分用 直线连接。
实际计算过程中为简化起见，用
Fj
=
δm
du dt
来计算加速阻
图 3 动力性升挡规律
2. 2 经济性升挡规律 制定经济性升挡规律，也要用到 Pedal Map。此外，还需
要发动机燃油经济性曲线，如图 4 所示。
图 4 4A92 发动机燃油经济性曲线
建立坐标系，划分网格以及确定网格对应的发动机工况的 过程与动力性升挡规律相同［2］。由发动机转速和转矩，对照图 4，可求得每个格子对应的燃油消耗率。在 5 个挡位下，分别 计算出每个格子对应的燃油消耗率，取最小值对应的挡位，根 据挡位将格子涂成不同颜色，可得到经济性升挡规律，如图 5 所示，颜色从暖到冷代表从 1 挡到 5 挡。不同颜色的区域代表 了经济性最好的挡位选择，显然，不同颜色的交界线即为经济 性升挡线。
由上面的 AT 车动力学模型，可计算基本升挡规律，包括 动力性升挡规律和经济性升挡规律。
在这个过程中还需要用到如表 1 所示参数。
2. 1 动力性升挡规律 以车速为横坐标轴，踏板油门开度为纵坐标轴，建立坐标
系。横坐标方向，单位为 km / h，每隔 1 km / h 作一条竖线； 纵 坐标方向，单位为踏板油门开度，取 0 到 100，每隔 1 开度作 一条横线。这样，坐标系分为 200 × 100 的 20 000 个格子。由 车速可求得发动机转速，由油门开度和发动机转速查发动机部 分负荷特性 （ Pedal Map） 可求得发动机转矩，得到每个网格 对应的发动机工况。在 5 个挡位下，分别计算出每个格子对应 的车辆加速度，取最大值对应的挡位，根据挡位将格子涂成不 同颜色，可得到动力性升挡规律，如图 3 所示。颜色从暖到冷 代表从 1 挡到 5 挡。不同颜色的区域代表了动力性最好的挡位 选择，显然，不同颜色的交界线即为动力性升挡线。
图 7 综合升挡规律
图 5 经济性升挡规律曲线
3 升挡规律
3. 1 升挡规律的前处理 升挡规律通 过 修 改 动 力 性 升 挡 规 律 和 经 济 性 升 挡 规 律 得
到，这是一条表达油门与车速关系的曲线，该曲线不能有向横 坐标轴负方向移动的趋势，因此前文得到的动力性升挡规律和 经济性升挡规律需要前处理一下。具体原则为： 每当颜色交线 有向横坐标轴负方向移动的趋势时，将交线向纵坐标轴正方向 延伸，直至与原交线相交或延伸至顶，并根据新交线确定网格 颜色。
（ 3） 3 挡升 4 挡时，车速和挡位继续升高，综合考虑动力 经济性 后，调 整 为 15% 油 门 开 度 及 以 下 1 600 r / min 升 挡， 75% 油门开度及以上 5 600 r / min 升挡，中间部分用直线连接。
（ 4） 4 挡升 5 挡时，车速和挡位已经很高，综合考虑动力 经济性 后，调 整 为 20% 油 门 开 度 及 以 下 1 600 r / min 升 挡， 60% 油门开度及以上 4 000 r / min （ 外特性最大扭矩点） 升挡， 70% 油门开度及以上 7 800 r / min 升挡 （ 约最高车速的 125% ， 在 4 挡 4 000 r / min 时车速已经 130 km / h 以上，此时还大油门 表明驾驶员只考虑动力性，因此在此设置一个不可能达到的车 速，保证 60% 油门开度及以上基本不升挡） ，各点中间部分用 直线连接。
根据此原则，动力性升挡规律无需更改，更改后的经济性 换挡规律如图 6 所示。
图 6 更改后的经济性换挡规律
3. 3 升挡规律的修改 观察图 7 的升挡规律，可发现存在两个问题： 小油门升挡
时发动机转速过低，大油门升挡时发动机转速过高。由理论分 析和驾驶经验可知： 若升挡时发动机转速过低，发动机扭矩输 出不足，车辆抖动感明显，小油门时尤其明显； 若升挡时发动 机转速过高，发动机噪声较大，对发动机寿命和油耗也有不利 影响，低挡位时尤其明显。因此，出于设计目标的考虑，需要 将图 7 的 升 挡 规 律 小 油 门 段 右 移，大 油 门 段 左 移，具 体 规 定为：
原则。 （ 2） 升挡线与降挡线最小间隔 3 km / h，防止循环换挡。 （ 3） 随着油门与车速升高，升挡线与降挡线间隔应逐渐加
大，尽量在高挡位行驶，保证经济性。 （ 4） 在大油门时，升挡线与降挡线间隔应较中油门时小，
保证与 Kick Down 工况下降挡超车原则一致。 （ 5） 降挡线与升挡线之间的区域应为上下窄，中间宽的
由此得到的降挡线与 HPT 的降挡线对比如图 9 所示。
图8 综合升挡规律与 HPT 的升挡 MAP 对比
4 降挡规律和锁止规律
降挡规律和锁止规律在升挡规律基础上作出，相关文献提 及时往往没讲清楚，但仍可总结出如下基本原则。
4. 1 降挡规律 （ 1） 基本降挡线根据升挡线向左平移得到，称为等延迟
发动机部 分 负 荷 特 性 曲 线 （ Pedal Map ） 如 图 2 所 示， 利 用 5F16 液力变矩器的无因次特性及 AT 车动力学模型为下面计算 和修改换挡 MAP，确定换挡规律提供了必要的理论依据。
1 AT 车动力学模型
某 AT 轿车采用自动变速器的型号为 5F16，其结构简图如 图 1 所示，该车动力传动系统由发动机、变矩器、变速机构、 传动轴、主减速器、车轮等组成。该车采用 4A92 发动机，其
表 1 AT 车基本参数
1挡 2挡 传动比 3. 939 2. 093 传动效率 0. 95 0. 96 质量换
1. 35 1. 25 算系数
3挡 1. 349 0. 965
1. 2
4挡 0. 962 0. 97
1. 17
5挡 0. 713 0. 97
1. 15
主减 3. 692 0. 96
—
整车 整备 / kg 1 336 迎风面积 / m2 2. 36 轮胎阻力系数 0. 013 参数 满载 / kg 1 726 风阻系数 0. 38 轮胎半径 / m 0. 308
关键词： 自动变速器； 换挡规律； 匹配
Research on the Shift Map of Automatic Transmission
LI Ying1 ，WANG Xiaojuan2 ，FENG Wanqiang2 ，ZHANG Nan1 （ 1. Liaoning Yingkou Vocational Technology Institute，Yingkou Liaoning 115000，China； 2. Brilliance Automobile Engineering Research Institute，Shenyang Liaoning 110141，China）
收稿日期： 2012 － 09 － 17 作者简介： 李莹 （ 1974—） ，女，辽宁营口人，讲师，研究方向为 机电技术应用。E-mail： 2646589144@ qq. com。
图 1 5F16 变速器结构简图
力［1］。表 1 的质量换算系数为各挡位时的 δ 值。
图 2 发动机部分负荷特性
2 基本升挡规律
Abstract： The basic method for making a shift map in normal mode of certain AT saloon car was described． The mathematical models of whole set of vehicle were established based on dynamic analysis． The basic power and economic shift map were drawn up according to the curve of universal characteristics of engine and the design goals． The map was modified with experience，and made perfect finally through practical driving feeling of the vehicle． The process of shift map research not only will provide theoretical basis for making of the shift map in AT vehicle，but also there is helpful reference for the research on matching of automatic transmission vehicle．