基于专利申请的车辆换挡策略技术研究

刘腾达 薛明军

摘 要：文章介绍了当前车辆换挡策略技术分类，分析了当前专利申请中车辆换挡策略的研究热点，从专利申请角度了解换挡策略技术问题的解决办法。

关键词：换挡策略;车辆;专利

中图分类号：U462.1  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）13-269-02

The Research of Vehicle Shifting Technology Based On Patent Application

Liu Tengda， Xue Mingjun*

（Tianjin Center for patent examination and cooperation of Patent Office of State

Intellectual Property Office， Tianjin 300000）

Abstract： Introduced the classification of current vehicle shifting technology. Analyzed the research hotspots of shifting technology on patent application. From the view of patent application to know the ways to solve the problem of shifting strategy.

Keywords： Shifting; Vehicle; Patent Application

CLC NO.： U462.1  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）13-269-02

1 引言

汽车换挡策略就是车辆根据运行情況、行驶道路情况和驾驶员的驾驶意图，按照不同的目标如经济性、动力性的最佳原则，确定当前车辆的最佳挡位，并通过换挡执行机构按照设定挡位变换策略进行换挡操作。换挡策略实质属于车辆的动态规划问题，需要同时兼顾动力性、燃油经济性以及档位切换过程中的平顺性。

2 换挡策略类型

换挡策略是换挡技术的核心，其直接影响车辆驾驶的平顺性以及乘坐的舒适性。换挡策略发展经历了一个简单到复杂的过程，目前车辆常见的换挡策略主要有：单参数换挡策略、两参数换挡策略、三参数换挡策略以及智能换挡策略。

单参数换挡策略一般选择车速作为控制参数，其特点是不论油门踏板开度如何变化，换挡点和换挡延迟都不变。现今单参数换挡策略只在少数军用越野车上运用。

两参数换挡策略广泛采用的参数是油门开度和车速。档位切换只发生在油门开度和车速同时到达预设的值时，否则保持当前挡位，但是两参数换挡策略通常具有换挡延迟的缺点。

三参数换挡策略是将车辆加速度加入到两参数换挡策略中得到的一种换挡方式，但是三参数换策略需要大量的发动机动态工况数据，其过程十分复杂。同时在实际运用时需要对实际的车辆进行标定，发动机动态工况使标定工作变得有难度，因此目前理论研究较多，实际应用较少。

智能换挡策略将道路信息考虑到换挡策略中，结合计算机控制和算法模型实现车辆的智能换挡。综合考虑驾驶员驾驶特性例如驾驶年龄、开车风格、违章概率，以及路面特性例如长距离的上下坡道、车辆弯道转向等，以及负载、周边驾驶环境等多种因素，选择控制档位变换时机，充分发挥车辆操控性、降低油耗、确保行车安全。

3 专利申请中换挡策略的研究热点

车辆换挡是一个复杂的过程，在目前专利申请中车企除了对换挡结构进行部分改进外，大部分专利集中在换挡策略的研究，其中一个重要原因是变速器与换挡关系紧密。当前变速器的物理结构基本处于一种稳定状态，对变速器的改进更集中在方法，这就导致换挡技术需要紧密配合变速器的发展方向来改进。目前车辆换挡策略主要集中在对不同道路的判定对档位点变换的影响，以及车辆参数变换和驾驶员意图对档位点变换时机的影响。

车辆道路判定是目前自动变速器车辆中影响换挡时机的重要参数之一，在不同的驾驶路面上路面的具体情况例如附着力大小、上下坡、平路、拥堵、畅通、颠簸等路段，需要不同的档位来行驶。道路判定就是能对当前行驶的路面状态进行反馈，准确地判定出当前的路况。随着无人驾驶技术以及物联网技术的发展，路面中车辆密集度、人流情况以及红绿灯等因素也属于道路判定参数。车辆道路判定多通过传感器的检测并结合已知车辆参数来获取道路的具体情况。

重庆长安汽车CN102654194A专利采用弯道检测换挡控制方法对换挡规律控制，其考虑的是在通过弯道时油门的变化会导致车辆根据换挡map自动换挡，从而导致整车动力不足，出现溜车的情况。通过轮速即转弯时车辆左右两侧车速不一致的情况判断出车辆处于转弯路径，并结合换挡杆位置延长TCU进入弯道换挡控制以避免误判或频繁进入弯道检测换挡控制。

合肥工业大学专利CN107100993A根据车辆在平顺路面的已知校准的车辆质量、滚动阻力以及空气阻力系数为标准，对行驶道路的坡度进行识别，判断出是上坡还是下坡，从而修正换挡点。同时由于道路地图的广泛普及，越来越多的车辆将道路信息提前输入到车辆系统中，或通过云端系统，结合车辆定位系统，判定车辆当前行驶路段的道路情况，降低了车辆自身程序控制的复杂性。如通用汽车专利CN103129 -466A中利用传感器检测车辆运行和道路信息，结合GPS和3D地图信息将当前驾驶路况投影到驾驶员屏幕中，并结合车辆数据来改变换挡点。

车辆参数是对换挡策略有直接影响的参数之一。发动机和变速器是车辆的两大主要部件，在换挡策略研究中不可避免地涉及两部件的工作参数。在国外的专利申请中，特别是丰田汽车大量的专利集中在车辆运行参数对换挡点变换的研究中。其研究较多集中在变速器内部液压油路以及离合器压力变化对换挡点变化的影响，在自动变速器中换挡的实质是传动比的改变，传动比的改变是通过离合器以及致动器摩擦元件传递动力，但摩擦元件的结合和分离过程是一个动态的过程，这就需要对压力的动态监测和控制。发动机作为动力输出部件，其转速以及转速变速率在换挡策略的研究中始终不可缺少。尽管上述参数对换挡策略的影响已经很明确，但是当前车辆在实际运行中依然存在顿挫、延迟、噪音等问题。在专利申请中依然需要集中解决上述问题，通过对零部件的工作参数的检测来对执行部件进行逻辑操控。

驾驶员是独立于车辆之外的因素，具有主观性。尽管车辆本身已经设置了相应的智能程序来完成换挡，但是在实际操作中预先设置的换挡策略并不足以涵盖驾驶员对车辆操控的所有情况。驾驶员对车辆自动变速器换挡变换的影响主要集中体现在换挡杆位置、油门踏板位置以及刹车踏板位置。换挡杆位置体现的是驾驶员对操控中对档位的需求，油门位置体现的是对动力性的需求，而刹车则体现驾驶员对速度的控制。上述三者的操控会反馈到发动机以及变速器对应的参数中，因此，也可将其考虑到车辆参数中。

除以上三操控因素，目前专利申请还集中在对驾驶员本身的研究中。驾驶员本身也具有一定的多样性，包括性别、年龄、驾龄、违章情况等。大部分专利申请会根据驾驶员的综合因素构件数学计算模型，通过对驾驶员的驾驶特性进行样本输入并训练，从而得出駕驶员的特性模型，并将其融入换挡策略中，实现换挡点的修正。这也是智能换挡策略研究的方向之一。

4 总结

换挡策略是车辆自动变速器的关键技术之一，通过专利申请内容可以发现换车辆换挡策略是一个最优化多个方面的技术问题，不仅考虑车辆本身的参数，还需结合路况以及驾驶员等多种因素。凭借人工智能与智能控制技术的发展，融入道路信息、驾驶员因素以及车辆参数的综合换挡策略是解决当前车辆换挡问题的发展方向。但是由此而来的是复杂的逻辑程序控制以及可靠性的问题。

参考文献

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