基于Cruise 的重型卡车换挡策略研究

杨忱，刘淋磊

（陕西汽车集团有限责任公司，陕西 西安 710021）

1 前言

我国的大型货车运输区域跨度大，运行时间长等特点，导致了用户单边运输距离较国际上的运输距离远，驾驶员工作强度大。随着我国经济的快速发展，带来了环保等方面的制约影响，从国Ⅲ排放迅速进入国Ⅴ排放。而驾驶员群体对于老技术状态所养成的驾驶习惯无法满足新技术车型，造成经济性、动力性差的情况。为解决由于驾驶习惯导致的车辆性能无法满足用户使用需求的矛盾，主机厂慢慢推出AMT 车型，能够有效的提高车辆的燃油经济性和动力性能，同时能有效的缓解驾驶员的驾驶疲劳，进而避免因驾驶疲劳引起的重大交通事故[1]。随着新型电子技术的迅猛发展，越来越多的电子控制装置应用到了重型车辆上，为自动变速器的复杂控制提供了重要保障[2]。

为此，本文利用本企业车辆典型工况数据为基础，完成了双参数的换挡策略模拟仿真，为后期的TCU 标定提供基础参数依据。

2 整车模型的搭建与性能仿真

2.1 重型牵引车模型搭建

AVL Cruise 具有图形友好的操作界面，设计人员能够根据所设计的车辆快速完成整车模型的搭建，进而完成车辆的动力性能、经济性能、排放性能、制动性能仿真。

各个子模型的搭建是根据各个零部件的性能参数进行设定，完成离合器、变速器、主减速器、制动器和车轮、驾驶模块等模型参数设置，各个子模型通过虚拟机械连接，根据车辆的动力传输路径进行模块之间的连接。影响软件运行的另外一个主要因素是信号传输的连接，信号连接就需要根据车辆的实际控制进行设定，应该避免造成约束，导致逻辑冲突而出错。

图1 整车结构图

2.2 重型牵引车性能模拟仿真

模型搭建好以后，进行计算任务的设定，在task folder中设定相应参数和计算任务，软件允许用户自行设定计算模式。正向仿真模式是对设定工况的跟随，允许一定的速度误差，逆向仿真要求工况更加符合实际，并将因路面颠簸导致的速度急剧变化点剔除，形成更加符合实际的工况，然后百分百满足工况。正向仿真的可靠性和稳定性较高和实际较为契合，而逆向仿真在工况真实的情况下精度更高。

图2 任务自定义窗口

车辆的动力性能属于车辆的静态性能，需要在软件中单独设置，并独立计算。动力性能计算完成后，再进行经济性能计算任务设定，能够得到等速百公里燃油消耗和基于设定工况的综合百公里燃油消耗值。

表1 数据对比

3 双参数重卡AMT 换挡策略研究

换挡规律指的是相邻两挡位之间的切换时机控制，取决于所设定的边界条件，边界条件是多维的，根据影响因子而呈现立体交叉的关系。一般采用的换挡参数包括单参数、双参数以及多参数。单参数换挡控制更适合于特种作业车，设定简单，符合对NVH 和燃油经济性要求不高的市场[3]。重卡牵引车驾驶时间长，工作强度大，对舒适性要求较高。普通日用工业品运输年行驶里程可达15 万公里，快递牵引车年行驶里程可达30 万公里，该车型用户对燃油经济性的关注度较高，因此本文主要从双参数进行研究。

图3 双参数换挡规

（1）收敛型换挡规律

收敛型换挡规律随着油门开度的增大，换挡延迟逐渐减小。充分利用发动机的有效功率，这种类型的换挡曲线使得大油门开度时降挡速差比较小，能够避免频繁换挡。减小油门开度时，换挡延迟逐渐增大，发动机可以工作在较低的转速，整车行驶起来舒适性好。该换挡杆规律，更适合于功率较低的重型货车。

（2）发散型换挡规律

随着油门开度的增大，换挡延迟会逐渐增大，但是大油门开度降挡时发动机转速必须大幅度降低，发动机的功率利用率低。当快松油门踏板时可以尽快换入高挡，减少换挡时间间隔；随着换挡延迟的增大，换挡次数逐渐减少，从而提高了整车驾驶舒适性保证车辆的平稳性和适当改善燃油经济性能；当车辆大油门开度时发动机工作在最大功率附近，动力性能好。该换挡规律，更适合于后备功率充足的乘用车。

（3）带强制降低挡的发散型

在防止发动机超速的前提下，该换挡策略可以改善发散型的缺点，实现提早降挡，满足整车的大功率加速需求。

（4）组合型换挡规律

能够根据客户的驾驶习惯和意图进行设定参数，保证在不同的油门开度下的动力需求，并能够保证发动机工作在低油耗区域。该换挡策略主要由两种或多种不同类型的换挡规律组合而成：小油门幵度以少污染、稳定、舒适为主；中油门开度在保证整车燃油经济性的基础上，提高动力性能；大油门开度则主要是为了得到最大的动力性能。

4 GSP 构建换挡策略

软件根据不同的需求设定了不同的计算方法，设计人员根据所分析的车辆的不同和运行工况的不同能够快速的完成参数设定，并完成换挡策略仿真。

GSP-Wizard 需要输入的参数较少，能够快速生成基于动力性能和经济性能的换挡规律。GSP-Generation 考虑多驱动模式和坡度优化。GSP MAP 生成的GSP 可以输入到TCU 用于车辆标定。GSP-Optimization 基于给定工况计算挡位，考虑燃油消耗和排放进行优化（K 因子）和驾驶性能范围。

本文采用GSP-Optimization，通过静态任务设定、V1000车速获取、采样点设置、路况设定（包含风速、坡度等），采用Fuel Consumption Optimization Only 不考虑排放限值，基于给定的路谱进行优化，优化过程中将时间-速度工况转化为速度-功率工况，完成换挡策略的模拟仿真。

图4 双参数换挡策略

软件能够实现模拟生成的MAP 复制到Generation MAP中，选择换挡曲线，进行手动微调节。将生成的换挡策略，输入到Gbprogram 中，参与车辆性能仿真任务计算，进而验证采用换挡策略前后，车辆的经济性能变化。采用GSP 模拟生成换挡策略后，车辆的经济性能和动力性能均有提升。

5 结束语

通过Cruise 软件构建整车模型，并依据企业典型工况作为基础，进行了双参数换挡策略研究。通过整车模型模拟仿真与实车测试的加速性能和经济性能对比分析，通过实例验证了模型的可靠性。制定换挡策略，针对换挡过程进行优化，实现了燃油经济性和动力性能的提升，也充分的说明了该研究方法的可行性，为TCU 标定提供基础参数支撑。