匹配自动变速器的乘用车换挡图谱优化.pdf

54汽车工业研究季刊2023年第2 期.研发R&d驾驶性目标达成DOl:10.3969/j.issn.1009-847X.2023.02.012匹配自动变速器的乘用车换挡图谱优化汪禄刚李洋侯成伟王龙摘要：在某款匹配8 速自动变速器的乘用车的开发过程中，通过理论分析、实车测试验证和主观评价的方法，完成了换挡图谱标定优化，从而解决了高速行驶工况的驾驶性相关问题，确保整车驾驶性目标达成。本技术方法为后续新开发车型的换挡图谱标定工作提供了一条新的思路，具有一定参考价值和指导意义。关键词：乘用车 自动变速器 换挡图谱标定 驾驶性随着国内汽车市场的日益成熟，用户对车辆各方面性能的要求也越来越高，其中驾驶性就是用户极为关注的一项。对于匹配自动变速器的乘用车来说，用户往往会用换挡是否“聪明”来评价自动变速器在车辆驾驶性中表现的优劣，用工程语言解读即为车辆在行驶过程中自动变速器是否能够根据驾驶员的主观驾驶意图适时进行升挡或者降挡，从而使驾驶员能够随心所欲地通过油门踏板和刹车踏板来精准控制车辆不同程度的加速和减速，而这正是换挡图谱标定的使命。由此可见，换挡图谱的标定成果对整车驾驶性有着极为重要的影响。本文通过理论分析、实车测试验证以及主观驾驶评价的方法，对某匹配8 速自动变速器的乘用车的换挡图谱进行了标定优化调整，从而解决了部分高速行驶工况的加速性问题，确保整车前言驾驶性评价指标驾驶性是车辆在X轴方向的动态性能表现，其中一项重要的评价指标为车辆加速性，即车辆加速度的变化。装用有级别式固定传动比的变速器汽车的行驶方程为：T.ai.iomTC,AdvGf+Gi+Om+r21.15dt(1)式中：T.为发动机扭矩（Nm)；i.为变速器挡位速比；i。为变速器主减速比；mr为传动系的传动效率；r为轮胎滚动半径（m）；G 为汽车重力（N)；f为滚动阻力系数；i为道路坡度；C为空气阻力系数；A为迎风面积（m）；v为车速（km/h）；8 为汽车旋转质量换算系数；m为汽车质量（kg）；为整车加速度，即a（m/s)。故由式（1）可得：T-Gf-GiCA221.15a=（2）则由式（2）可知，一台确定规格的车辆在无坡道路上（i=0）行驶，如果想使a变大，则需要将T、i 和i。三者的乘积变大，即提升轮边驱动扭矩（假设nr=1)。2驾驶性问题2.1问题描述在某款匹配8 速自动变速器的车辆高速行驶工况的驾驶性评价过程中，出现车辆加速性不满足驾驶员主观预期的问题。具体工况为以一定油门踏板开度维持车速10 0 km/h匀速行驶时，踩下油门踏板至中等开度开始加速，结合驾驶员对油门踏板踩下开度的主观感知，此时的驾驶意图并非急加速超车，但仍对加速性有一定需求，而此时的车辆加速性并未满足驾研发R&d驶员预期，导致驾驶员中途继续追加踩下油门踏板，以获取期望的车辆加速性。这种需要二次调整油门踏板开度才能满足初始加速需求的情况，即为驾驶性表现欠佳，故此工况驾驶性评分为6 分，未达到6.5分，不满足整车驾驶性开发目标2.2测试分析问题分析之前我们先要确定一项指标，就是驾驶员对踩下中等油门踏板开度的主观感知与所对应的实际油门踏板开度数值的一致程度，其对问题工况的准确性和代表性有直接影响。因此对问题工况进行了50 次的驾驶采样，并将结果整理如图1所示。1009080(%）70605040302010001020304050采样次数（次）图1中等油门踏板开度数值由图1可见，驾驶员主观踩下油门踏板至中等开度时，实际油门踏板开度基本集中在50%-6 0%区间。为便于分析，我们选取50%油门踏板开度为例，并选取车速10 0 km/h-120km/h区间为典型加速段，对问题工况测试数据进行分析如图2 所示。由图2 可见，在车速10 0 km/h时，驾驶员踩下油门踏板至50%开度开始加速，此时变速器挡位表现为8 挡降至7 挡，由于发动机转速相对较低，起初并未进人发动机涡轮增压器的最佳工作转速区间，且涡轮增压器响应存在一定程度的迟滞，导致虽然加速度a有所增大（由0 增大至0.7 5m/s），但车辆加速性仍不满足预期，从而导致驾驶员中途继续追加踩下油门踏板，以获取期望的车辆加速性。（%）1000246810时间（s）109876540246810时间（s）3000250020001500100050000246810时间（s）400()3503002502001501005000246810时间（$）1.510.50-0.5-1-1.50246810时间（s）图2 问题工况测试数据解决方案3.1理论计算上面提到由式（2）可知，提升轮边驱动扭矩即可使加速度a变大。在原方案换挡图谱中，如图3所示，车速10 0 km/h时，油门踏板踩至45%-60%区间，均会发生8 挡降7挡，完全涵盖上述问题工况。从换挡图谱标定的角度考虑，当车速为10 0 km/h，油门踏板踩至中等开度时，变速器挡位由现在的8 挡降7 挡改为8 挡直接降至6 挡，仍以50%油门踏板开度为例，分析这两种方案的轮边驱动扭矩区别。自动变速器的液力变矩器在闭锁状态下，发动机转速与车速的关系为：nrV=0.377(3)go1式中n为发动机转速（r/min）。7挡速比i,=0.801，6 挡速比i=1,主减速比i。=2.8 51，轮胎滚动半径r=0.355m，且出于高速行驶工况燃油经济性考虑，车速9 0 km/h以上6 挡、7挡和8 挡的液力变矩器均为闭锁状态，因此由式3可知，7 挡车速100km/h-120km/h范围对应的发动机转速区间为17 0 6 r/min-2047r/min；6 挡车速10 0 km/h-120km/h范围对应的发动机转速区间为2 130 r/min-2556r/min。结合以上情况，将发动机踏板曲线中50%油门踏板开度下7 挡和6 挡对应车速10 0 km/h-120km/h区间的发动机扭矩表现提取整理，如下页图4所示进一步结合速比信息，计算出50%油门踏板开度下车速10 0 km/h-120km/h区间7 挡和6 挡的轮边驱动扭矩（T.i。），如下页图5所示。由图5可见，在问题工况车速100km/h-120km/h范围内，均有：TT,(4)式中T.为6 挡轮边驱动扭矩（Nm)；T，为7 挡轮边驱动扭矩(Nm)100-7挡降6 挡90一8 挡降7 挡8070605040302010050.0100.0150.0200.0车速（km/h）图3原方案换挡图谱汽车工业研究季刊2023年第2 期5556汽车工业研究季刊2023年第2 期研发R&d4007挡发动机扭矩一6 挡发动机扭矩(uN)350300250200100105110115120车速（km/h）图4发动机扭矩-50%油门踏板开度12007挡轮边驱动扭矩1100(UN）6挡轮边驱动扭矩1000900800700600500100105110115120车速（km/h）图5轮边驱动扭矩-50%油门踏板开度结合式（2）和式（4）可得，在上述问题工况车速10 0 km/h-120km/h范围内：a.a7(5)式中a.为6 挡车辆加速度；a,为7 挡车辆加速度。以上理论分析可以说明，上述问题可以通过换挡图谱的标定优化来解决，即将车速10 0 km/h、油门踏板踩至中等开度时的挡位表现由8 挡降7 挡调整为8 挡降6 挡。具体方案为：结合图1的中等油门踏板开度范围区间，将50%油门踏板开度下的7挡降6 挡降档点车速改为10 5km/h，以确保在车速10 0 km/h、油门踏板开度踩至50%时能够实现8 挡降6 挡，并且对其它油门踏板开度下的7 挡降6挡降档曲线做适应性调整；同时，为避免8 挡降7 挡与7 挡降6 挡降档曲线之间的间隙过小而导致频繁换档，在保证8 挡在挡匀速行驶稳定性的前提下，将8 挡降7 挡降档曲线也进行适当调整。优化后的换挡图谱与原方案对比如图6 所示。3.2实车测试验证和主观评价应用优化后的换挡图谱，对问题工况进行了实车测试验证，测试数据如图7。由图7 可见，在车速10 0 km/h时，踩下油门踏板至50%开度，此时变速器由8 挡降至6 挡，发动机转速较原方案明显提升，迅速进人涡轮增压器最佳工作区域，发动机扭矩响应速度较原方案也有所改善，虽然后段的发动机扭矩与原方案相比略有下降，但结合速比切换，实际轮边驱动扭矩仍大于原方案表现，整车加速度a由0 增大至1.35m/s，车辆加速性大幅提升。经过主观评价，未出现中途再次追加踩下油门踏板的情况，车辆加速表现满足驾驶员主观预期，此工况驾驶性评分提升至7 分，超过6.5分，驾驶性目标达成。结论变速器作为发动机动力的分配者，在整车驾驶性中扮演着至关重要的角色。本文通过换挡图谱的标定优化，有效解决了某匹配8 速自动变速器的乘用车部分高速行驶工况的加速性问题，为整车驾驶性目标达成做出了贡献；同时印证了换挡图谱标定成果的优劣，即换挡是否“聪明”对整车驾驶性的重要影响。本文的论述内容为后续项目新开发车型的换挡图谱标定工作提供了一条新的思路，具有一定的参考价值和指导意义。同时，文中涉及的问题分析、实车测试验证等方法虽然是基于传统自动变速器，但是对于其它类型有极自动变速器（D CT、A M T 等）的标定工作同样具有借鉴意义。参考文献：1余志生汽车理论 M.北京：机械工业出版社,2 0 0 9.作者工作单位：一汽奔腾轿车有限公司原方案7 挡降6 档一原方案8 挡降7 挡优化后7 档降6 挡一优化后8 挡降7 挡1009080(%）70605040302010050.0100.0150.0200.0车速（km/h）图6 优化前后换挡图谱对比100原方案(%）优化后00246810时间（s）10原方案9优化后876540246810时间（s）3000原方案优化后25002000150010000246810时间（s）400()350300250200150100原方案50优化后00246810时间（s）1.510.50-0.5原方案-1优化后-1.50246810时间（s）图7 优化前后测试数据对比