手動(dòng)擋汽車(chē)換擋提示控制邏輯的設(shè)計(jì)

權(quán)香妮（北京汽車(chē)研究總院有限公司，北京　101300）

手動(dòng)擋汽車(chē)換擋提示控制邏輯的設(shè)計(jì)

權(quán)香妮（北京汽車(chē)研究總院有限公司，北京101300）

從換擋提示電氣原理框架和控制邏輯流程圖的角度，闡述MT汽車(chē)換擋提示的控制邏輯，分析論述總傳動(dòng)比、滾動(dòng)半徑、當(dāng)前車(chē)速之間的邏輯運(yùn)算，并對(duì)當(dāng)前車(chē)速和各擋位理想車(chē)速進(jìn)行邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)MT汽車(chē)換擋提示設(shè)計(jì)。

MT汽車(chē)；換擋提示；汽車(chē)排放；經(jīng)濟(jì)性

抑制和減少汽車(chē)有害氣體的排放，是提高汽車(chē)使用價(jià)值和保護(hù)環(huán)境的根本舉措。其最主要的方法是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)和排放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)控制尾氣排放，以達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。通常，自動(dòng)擋（AT）汽車(chē)在燃油標(biāo)定時(shí)，就結(jié)合經(jīng)濟(jì)性策略完成了換擋匹配，而手動(dòng)擋（MT）汽車(chē)的換擋經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)幾乎仍是空白。

當(dāng)前，市場(chǎng)上大多數(shù)MT汽車(chē)無(wú)換擋提示功能，車(chē)速、轉(zhuǎn)速和擋位的配合都是由駕駛員的駕駛習(xí)慣實(shí)現(xiàn)，無(wú)法保證發(fā)動(dòng)機(jī)一直工作在最佳動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性結(jié)合的狀態(tài)下。汽車(chē)起步時(shí)，易出現(xiàn)低擋位高轉(zhuǎn)速、過(guò)度給油工況，會(huì)增大發(fā)動(dòng)機(jī)各部件磨損，而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲大、油耗高的問(wèn)題。在減速時(shí)，易出現(xiàn)高擋位低轉(zhuǎn)速的工況，雖然比較省油，但長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)部形成較多的積炭，導(dǎo)致車(chē)輛難以起動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降、加速無(wú)力等故障，引起安全事故。而對(duì)缺乏駕駛經(jīng)驗(yàn)的駕駛員來(lái)說(shuō)，更是無(wú)法從汽車(chē)的顯示系統(tǒng)中獲取最佳換擋時(shí)機(jī)的幫助信息。

MT汽車(chē)的換擋提示功能，能夠第一時(shí)間通過(guò)邏輯運(yùn)算判斷出最佳換擋時(shí)機(jī)，并進(jìn)行語(yǔ)音提示，不僅解決車(chē)輛行駛過(guò)程中的各種工況的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性匹配的問(wèn)題，而且語(yǔ)音提示也更為安全。

設(shè)計(jì)初期考慮到換擋提示功能需要邏輯運(yùn)算和語(yǔ)音提示，所以將其集成在汽車(chē)的顯示系統(tǒng)組合儀表中予以設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。組合儀表接收到來(lái)自CAN總線的當(dāng)前車(chē)速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)后，按照預(yù)設(shè)的邏輯關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，得出當(dāng)前理論擋位。再通過(guò)擋位與車(chē)速的邏輯關(guān)系，計(jì)算出該擋位下的理想車(chē)速，進(jìn)而對(duì)當(dāng)前實(shí)際車(chē)速和理想車(chē)速的邏輯判斷，做出加擋或減擋的換擋語(yǔ)音提示。換擋提示信息通過(guò)提示駕駛員及時(shí)加擋或減擋，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性工況下，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境。

換擋提示功能的實(shí)現(xiàn)由邏輯控制部分和顯示部分組成，為了便于管理和成本控制，以及品質(zhì)問(wèn)題排查定位，將換擋提示功能集成在汽車(chē)的組合儀表里。

1　換擋提示功能原理框架

換擋提示功能原理框架圖如圖1所示。組合儀表從CAN總線上獲取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和實(shí)時(shí)車(chē)速的總線信號(hào)，根據(jù)預(yù)設(shè)邏輯關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，得出當(dāng)前理想車(chē)速，通過(guò)對(duì)比理想車(chē)速和實(shí)際車(chē)速，判斷是否進(jìn)行加減擋提示。

圖1　換擋提示功能原理框架

2　換擋提示功能控制邏輯

換擋提示功能的控制邏輯由3個(gè)步驟組成。第1步，通過(guò)轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)比，推算出當(dāng)前理論擋位；第2步，計(jì)算理論擋位下的理想車(chē)速；第3步，對(duì)比實(shí)際車(chē)速和理想車(chē)速，并判斷是否進(jìn)行擋位提示。換擋提示的整體控制邏輯流程圖如圖2所示。

圖2　換擋提示功能控制邏輯流程圖

1）計(jì)算總傳動(dòng)比，推算出當(dāng)前理論擋位。

為了提高精度，應(yīng)計(jì)算出h1′，然后與每擋齒輪比h1進(jìn)行邏輯差值運(yùn)算，取差值最小的齒輪比h1對(duì)應(yīng)的擋位為理論擋位。

各擋的齒輪比h1，主減速比h2，滾動(dòng)半徑r1為整車(chē)設(shè)計(jì)已知參數(shù)，當(dāng)前轉(zhuǎn)速r，當(dāng)前車(chē)速υ為接收到CAN總線的實(shí)時(shí)信號(hào)，經(jīng)過(guò)邏輯計(jì)算得出理論齒輪比h1′，再經(jīng)過(guò)邏輯判斷得出當(dāng)前車(chē)輛工況下的理論擋位。其中假設(shè)的整車(chē)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1　整車(chē)參數(shù)表

2）計(jì)算出該擋位下的理想車(chē)速。

表2　理論擋位與理想轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)表

3）對(duì)比實(shí)際車(chē)速和理想車(chē)速，進(jìn)行擋位提示判斷。當(dāng)前車(chē)速v和各擋理想車(chē)速v1的邏輯判斷關(guān)系為：|v1－v|≤15%v1，當(dāng)前車(chē)速、擋位、轉(zhuǎn)速的匹配為經(jīng)濟(jì)模式，不提示換擋；|v1－v|＞15%υ1，應(yīng)提示換擋：①當(dāng)v＞（1+ 15%）v1，此時(shí)汽車(chē)處于高擋位狀態(tài)，換擋提示為“請(qǐng)減擋”；②當(dāng)v＜（1-15%）v1，此時(shí)汽車(chē)處于低擋位狀態(tài)，換擋提示為“請(qǐng)加擋”。

需要說(shuō)明的是參數(shù)中的15%應(yīng)根據(jù)車(chē)輛實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行匹配而定。

MT汽車(chē)換擋提示的邏輯運(yùn)算和顯示策略見(jiàn)圖2。組合儀表接收到當(dāng)前的實(shí)際車(chē)速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)后，按照第1步（計(jì)算總傳動(dòng)比，推算當(dāng)前理論擋位）的邏輯公式進(jìn)行運(yùn)算，得出理論齒輪比，理論齒輪比再經(jīng)過(guò)與每擋的齒輪比進(jìn)行差值運(yùn)算，進(jìn)行邏輯判斷，取差值最小且惟一的齒輪比對(duì)應(yīng)的擋位為理論擋位；推算出理論擋位后，再根據(jù)第2步（計(jì)算出該擋位下的理想車(chē)速）中的邏輯公式進(jìn)行邏輯運(yùn)算，計(jì)算出該擋位下的理想車(chē)速；計(jì)算出理想車(chē)速后，與當(dāng)前車(chē)速進(jìn)行差值絕對(duì)值比較，若差值絕對(duì)值＞15%v1，則進(jìn)行語(yǔ)音換擋提示，否則不提示；當(dāng)邏輯判斷為應(yīng)進(jìn)行換擋提示后，還應(yīng)進(jìn)一步判斷加擋或是減擋，若當(dāng)v＞（1+15%）v1，則語(yǔ)音提示為“請(qǐng)減擋”；若v＜（1-15%）v1，則語(yǔ)音提示為“請(qǐng)加擋”。

3　應(yīng)用舉例

假設(shè)滾動(dòng)半徑r1為390.3mm，當(dāng)前車(chē)速v為30km／h，當(dāng)前轉(zhuǎn)速r為3000r／min；根據(jù)邏輯公式計(jì)算得出理論總傳動(dòng)比h′＝10.938，推出理論齒輪比′＝2.66，經(jīng)過(guò)判斷，理論齒輪比′與2擋的2.304最為接近，那么此時(shí)的理論擋位應(yīng)為2擋。2擋在3 000 r／min的理想車(chē)速v1＝34.65km／h，且15%v1＝5.19，v1－v＝4.65，那么v1－v＜20%v1，所以不提示換擋。

4　結(jié)論

在實(shí)際應(yīng)用中，換擋提示功能在整車(chē)調(diào)試階段進(jìn)行測(cè)試與驗(yàn)證，根據(jù)整車(chē)特性調(diào)整理想車(chē)速和當(dāng)前車(chē)速的匹配關(guān)系，使得換擋提示功能在MT汽車(chē)上發(fā)揮更為重要的作用。

［1］馬肖.基于車(chē)載自診斷系統(tǒng)的換擋提示裝置研究［D］.吉林大學(xué)，2015.

（編輯心翔）

Control Logic Design of Gear Shift Indicator for MT Vehicle

QUAN Xiang-ni
（BAIC Motor Technology Centre，Beijing 101300，China）

From the perspective electronical principals and control logic diagram，the article elaborates the control logic of gear shift indicators and analyses the logical calculation between the total transmission ratio，rolling radiusandcurrentspeed，throughwhichthelogicaljudgementaboutappropriatespeedundereachgearis conducted；as a result，MT vehicle gear shift indicating is realized.

MT vehicle；gear shift notice；vehicle emission；economic

U472.7

A

1003-8639（2016）07-0037-02

2016-02-18；

2016-03-03

權(quán)香妮（1980-），女，工程師，主要工作方向?yàn)槌擞密?chē)電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和整車(chē)電磁兼容性總體設(shè)計(jì)，乘用車(chē)電子電器架構(gòu)研究。