(上汽通用五菱汽車股份有限公司,廣西 柳州 545007)
判檔及防抖動功能是車輛駕駛性匹配的基礎(chǔ)。駕駛性是指任何天氣、任何駕駛條件下,汽車的發(fā)動機和動力傳動系統(tǒng)按照駕駛者的意志進行平穩(wěn)運轉(zhuǎn)的能力。整車駕駛性能的評價是以主觀感覺作為評價基準的,本文通過Bosch ME7系統(tǒng),對車輛判檔及防抖動功能的標定策略進行研究,做好判檔及防抖動功能的匹配工作,為后續(xù)進行駕駛性精細調(diào)節(jié)提供必要條件。
對于Bosch ME7系統(tǒng),車速信號來源車速傳感器,此信號為一個電信號,經(jīng)過ECU(發(fā)動機控制模塊)系統(tǒng)濾波整形成一個方波信號,該信號表示每秒鐘信號輪轉(zhuǎn)過的齒數(shù)ZF,ECU將該信號除以車速信號輪每米的齒數(shù)AI即可得到車速,車速的計算原理如下:
對于匹配來說只要將匹配值A(chǔ)I標定準確即可得到車速信號。
一般情況下,車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速之間有如下關(guān)系[1]:
其中:
VS表示車速,km/h;
N表示發(fā)動機轉(zhuǎn)速,r/min;
U表示輪胎周長,m;
Rw表示輪胎半徑,m;
ig表示變速箱系統(tǒng)的速比。
根據(jù)上述理論公式,檔位信號可以用車速VS和發(fā)動機轉(zhuǎn)速N的比值V/N來表征,該值反映了不同檔位下的車輛變速系統(tǒng)速比、驅(qū)動系統(tǒng)以及輪胎直徑等的關(guān)系。
在負荷變化時,車輛沖擊和扭振等因素都會導致發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動,從而使得V/N發(fā)生波動,因此某一檔位對應(yīng)的V/N應(yīng)為某一特定區(qū)間[2],在Bosch ME7系統(tǒng)中的判檔模塊,通過標定最大和最小值來進行。
首先關(guān)閉防抖動功能,分別在每一檔位上,以1 500轉(zhuǎn)低負荷勻速行駛,通過急加速和急減速讓發(fā)動機轉(zhuǎn)速在1 000~2 500轉(zhuǎn)區(qū)間變化,測得每一檔V/N的區(qū)間,即V/N變化的最大和最小值填入,表格1是某微型車的判檔匹配標定數(shù)據(jù)。需要注意的是,通常某檔位的最小值與下一檔的最大值有一定的重疊,該重疊區(qū)間不應(yīng)該太大,否則也會引起檔位的亂跳。如果確實存在較大重疊區(qū)間,說明變速箱某幾檔之間差別相對較小。重疊區(qū)間需要確保在換檔后檔位能被及時正確識別。在該值標定結(jié)束后,可以將駕駛性功能打開,自由駕駛檢查檔位輸出的正確性。
表1某微車型檔位匹配標定值
需要注意的是表格1的V/N的數(shù)值具有單調(diào)性,即從小變大或從大變小,標定的數(shù)值不允許破壞單調(diào)性。這也是系統(tǒng)判檔后輸出正確檔位識別的功能要求
另外,需注意的是對于沒有離合器開關(guān)的系統(tǒng),ECU無法知道換檔過程,當離合器踩下時,此時車速和轉(zhuǎn)速的比值已經(jīng)不能正確反映車速驅(qū)動系統(tǒng)的速比變化,故此時系統(tǒng)計算的檔位值會出現(xiàn)不準確的情況。對于有離合器開關(guān)的系統(tǒng),當離合器踏下時,檔位標識會從當前值變化到0即空檔狀態(tài),當離合器閉合時,檔位標識能準確表征檔位狀態(tài)。
當負荷大幅變化時,動力總成系統(tǒng)就可簡化為單質(zhì)量彈簧系統(tǒng),加上動力總成硬件間隙等因素,會造成不合理的發(fā)動機轉(zhuǎn)速振蕩沖擊,引起車輛前后抖動[3],即駕駛性很差。加速防抖功能就是通過扭矩干預達到減少或弱化這種振蕩,達到駕駛員不能查覺,或者在可接受范圍;而因為轉(zhuǎn)速振蕩頻率很快,要達到控制效果,扭矩干預調(diào)節(jié)必須快速響應(yīng),因此只能通過點火角來進行控制。防抖動功能簡稱AR。
Bosch ME7系統(tǒng)的防抖動功能模塊的總體控制邏輯見圖1。用發(fā)動機模型轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速的差值,通過標定系數(shù)的相乘,得到修正扭矩Dr,該修正扭矩作用在最終的輸出扭矩上,實現(xiàn)防抖功能。
圖1防抖動功能控制邏輯圖
其中:Nr是模型轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速的差值,為測量量;Fr是根據(jù)不同車型進行標定的輸出值,為AR的修正系數(shù),最終的AR修正扭矩Dr=Nr×Fr,其中Fr的標定值跟檔位一一對應(yīng)。表格2為某手動擋微車的標定值。
表2某微車型修正系數(shù)Fr標定值
為避免特殊工況下修正扭矩超限,還需要有兩個上下限的表格來限值Dr:Ko和Ku,同理,上下限表格也跟判檔識別的檔位一一對應(yīng)。
由駕駛員請求扭矩Mi減去發(fā)動機阻力扭矩Md得到離合器處輸出的計算扭矩Mk,減去車輛動量(Fl×Nf)得到離合器處輸出的有效扭矩Me,隨后根據(jù)車輛的車重等系數(shù)表格,利用Ki將扭矩轉(zhuǎn)化成模型轉(zhuǎn)速Nd,Nd減去發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速N,得到模型轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速的差值Nf,經(jīng)過2階低通濾波之后,Nf變成Nl,接著Nl用來和Nf做減法得到用于進行扭矩調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)速差Nr。最后Nr與整車修正系數(shù)Fr相乘,得到Dr(用于實現(xiàn)AR功能的扭矩差)見圖1。
因此手動擋車型有三個標定表格最為重要:Ki(車型系數(shù),將扭矩模型轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)速模型);Fl(負荷系數(shù),與Nf相乘得到車輛動量);Fr(與Nr相乘得到Dr)。
2.2.1 車型系數(shù)Ki和負荷系數(shù)Fl的標定
關(guān)閉AR功能,在每個檔位上油門踩到底進行全負荷加速,測量離合器扭矩Mk和發(fā)動機轉(zhuǎn)速N,選取轉(zhuǎn)速平滑連續(xù)上升段曲線進行如下計算。
然后根據(jù)等式Ki×Fl=(A,B,C),其中A、B、C分別是一檔、二檔、二檔以上的標定值,由此計算出Fl的標定值,根據(jù)某微型車項目的匹配經(jīng)驗,建議1檔A=7,2檔B=10,2檔以上C=15,實際標定中可以根據(jù)車型的實際情況取值。評定依據(jù)是通過比較發(fā)動機模型轉(zhuǎn)速Nd和實際轉(zhuǎn)速N,在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定平滑上升段的誤差在可接受范圍內(nèi)。
2.2.2 修正系數(shù)Fr的標定
Fr決定了扭矩調(diào)節(jié)的強弱,初步計算可以按如下方式:
Fr=0.67×100/Mdn,Mdn為最大計算扭矩,來自發(fā)動機臺架標定,比如:0.67×100/240=0.2。實際標定過程中可以通過加減該系數(shù)來決定調(diào)節(jié)的強弱。
2.2.3Ko和Ku的標定
Ko和Ku是一組對應(yīng)的上下限表格,作用是在正常穩(wěn)態(tài)行駛中,避免出現(xiàn)點火角的跳變(這種跳變會影響失火診斷)。標定方法是:在轉(zhuǎn)鼓上,每一檔下,勻速駕駛,測量Nr和Fr,算得乘積后再乘以1.25~1.5,將值填到相應(yīng)的Mk下。關(guān)于坐標軸Mk選擇以及Ko/Ku數(shù)據(jù)分布趨勢的一點建議是,在較大離合器扭矩時,為了不影響0到100公里加速性能,盡可能填入較大值以關(guān)閉點火角調(diào)節(jié);在離合器扭矩接近0時,填入較小的值,以便小波動也可以得到調(diào)節(jié)。
Bosch ME7系統(tǒng)定義防抖動功能的激活需要全滿足以下開啟條件:
(1)起動結(jié)束,即起動標志位等于1;
(2)非斷油工況,即斷油標志位等于0;
(3)非換擋工況及換擋標志位等于0;
(4)車速不能低于標定閥值;
(5)怠速工況下,發(fā)動機轉(zhuǎn)速不能低于標定閥值;
(6)發(fā)動機轉(zhuǎn)速在標定閥值之間,其中最低轉(zhuǎn)速是一個與檔位相關(guān)的表格,最高轉(zhuǎn)速為一個標定閥值;
(7)水溫高于標定閥值,一般最低水溫閥值標定為 0°.
判檔識別及防抖動功能是車輛駕駛性匹配的基本工作,出色的車輛駕駛性調(diào)教,必須在此打好基礎(chǔ)。標定數(shù)據(jù)的優(yōu)化需要進行多次重復的試驗,包括整車臺架及道路試驗,覆蓋實際駕駛工況。防抖動功能的進一步優(yōu)化還需要同時考慮對發(fā)動機扭矩模型的影響,在整車開發(fā)項目時間和資源允許的情況下,經(jīng)過多次道路試驗檢查防抖動功能及扭矩功能模型的運行情況,或許能得到更優(yōu)的匹配效果。
[1]余志生.汽車理論[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009.
[2]王兆娟.發(fā)動機電控系統(tǒng)優(yōu)化匹配方法的研究[J].小型內(nèi)燃機,1999,28(4):35-36.
[3]德同BOSCH公司.BOSCH汽車工程師手冊[M].顧柏良,唐振聲,等,譯.北京:北京理工大學出版社,1999.