基于Cruise某商用车16挡AMT换挡控制_刘森.pdf

湖北汽车工业学院学报Journal of Hubei University of Automotive Technology第 37 卷第 1 期2023 年 3 月Vol.37 No.1Mar.2023doi：10.3969/j.issn.1008-5483.2023.01.004基于Cruise某商用车16挡AMT换挡控制刘森，姚胜华，冯瑞东，付玉（湖北汽车工业学院 汽车工程学院，湖北 十堰 442002）摘 要：研究了某商用车的16挡AMT换挡控制策略，分析了GSP生成的换挡策略对动力性和经济性的影响。在AVL Cruise中搭建整车模型，运用GSP模块生成换挡控制策略，构建CHTC-HT循环工况进行仿真计算，并将仿真结果与实车的数据进行对比分析。结果表明文中制定的换挡控制策略对汽车的动力性和经济性有一定的改善作用。关键词：AMT；换挡控制策略；商用车；CHTC-HT中图分类号：U463.212文献标识码：A文章编号：1008-5483（2023）01-0020-04Shift Control of a Commercial Vehicle with16-shift AMT Based on CruiseLiu Sen,Yao Shenghua,Feng Ruidong,Fu Yu（School of Automotive Engineering,Hubei University of Automotive Technology,Shiyan 442002,China）Abstract：The shift control strategy of a commercial vehicle with 16-shift AMT was studied.And theinfluence of the shift strategy generated by GSP on power performance and economy was analyzed.Thevehicle model was built in AVL Cruise.The gear shift control strategy was generated by GSP module.The CHTC-HT cycle was constructed for simulation and calculation.And the simulation results werecompared with the real car data.The result shows that the shifting control strategy can improve the dynamic performance and economy of the vehicle to some extent.Key words：AMT;shiftcontrolstrategy;commercialvehicle;CHTC-HT收稿日期：2022-04-22；修回日期：2023-02-20基金项目：汽车零部件技术湖北省协同创新项目（2015XTZX0422）第一作者：刘森（1997-），男，硕士生，从事汽车电子方面的研究。E-mail：随着现代社会交通运输发展，重型商用车在汽车运输市场的占比不断扩大，驾驶员对重型商用车的性能要求也越来越高，因此自动变速器（automated mechanical transmission，AMT）市场占有率也日益增加。根据GB/T38146.22019，中重型商用车辆燃料消耗量可通过道路试验、转鼓试验和模拟试验测定1。文中将根据道路测试结果不断在软件中优化换挡控制策略使策略更优。为了改善汽车的动力性与经济性，很多学者做了相关的研究。李明清等2采用图解法以稳态行驶工况为基础，改善了纯电动客车爬坡时的动力性能，但是与实际行驶的动态工况不符；赵丁选等3采用4参数换挡策略，通过BP神经网络优化参数，从而提高换挡的精度，但是目前3参数以上的多参数换挡规律仍处于理论研究中，无法实际应用；郑锦汤等4以整车的动力性与经济性为指标在某款电动汽车的基础上将单挡改为2挡传动，发现多挡位在整车性能上更具优越性。文中以某款车型的真实数据搭建了配备16 挡 AMT 的 Cruise 汽车模型，使用软件内置的GSP模块优化生成的换挡策略，并在CHTC-HT循第37卷 第1期1.2 CHTC-HT循环工况GB/T 38146.32021规定的CHTC-HT工况如图2所示。整个工况共1800 s，其中市区342 s、城郊988 s、高速470 s，总里程为19.62 km，最大行驶速度为95.7 kmh-1，最大加速度为1.25 ms-2，整个循环过程中加速所占比例为26.22%，减速所占比例为22.56%，匀速所占比例为33%，怠速所占比例为18.22%。在Cruise中的Project添加Task Folder，并在Task Folder中添加Cycle Run任务，将CHTC-HT工况的数据输入Cycle Run中的Profile，即可建立CHTC-HT循环工况。2AMT换挡规律2.1 AMT方案及换挡策略重型商用车上搭载的AMT换挡控制系统一般分为电控-气动式或电控-液动式。电控-气动式一般用于有气动装置的重型商用车上，通过压缩空气实现自动换挡5。电控-液动式通过机械传动将汽车的行驶速度和节气门开度转变为液压控制环工况中验证生成的策略对整车的动力性和经济性的影响，并与路试数据进行对比分析。1某重型商用车模型及循环工况1.1 整车建模根据某款重型商用车的总体结构，在Cruise中选择 Vehicle 模块、Engine 模块、Clutch 模块、GearBox 模块、Single Ratio Transmission 模块、Differential 模块、Wheel 模块、Brake 模块、Cockpit 模块、AMT Control模块、Gear Box Control模块、Gear BoxProgram模块等，根据动力传输路线进行机械连接，并在data bus中将每个模块输入和输出的信号连接起来，保证信号传输，最后输入整车及各总成的参数，完成整车模型的建立。整车及发动机参数如表1所示，整车模型如图1所示。表1 某重型商用车参数项目前轮距/mm后轮距/mm气缸数总排量/L总质量/kg轮胎数量参数20301820611.62500010项目整备质量/kg轴距/mm驱动形式轮胎规格前桥允许载荷/kg后桥允许载荷/kg参数80003300+13506412R22.5/525690018000项目最大输出功率/kW准拖挂车总质量/kg额定转速/（rmin-1）最大扭矩/（Nm）最高车速/（kmh-1）最大扭矩转速/（rmin-1）参数338400001900220010510001400100806040200速度/（kmh-1）时间/s0300600市区城郊高速900120015001800图2 重型商用车CHTC-HT循环工况图图1 AVL Cruise整车模型图刘森，等：基于Cruise某商用车16挡AMT换挡控制 212023年3月湖北汽车工业学院学报信号，液压控制系统总成根据液压信号的变化，按照设定的换挡规律操纵换挡执行元件实现自动换挡6。电控气动式换挡时间大概是0.3 s，综合考虑，文中选择电控-气动式AMT。换挡规律是指挡位随控制参数变化的规律。换挡规律可以分为单参数换挡规律，两参数换挡规律，三参数换挡规律以及多参数换挡规律7。3种换挡规律特点如表2所示，单参数换挡不能兼顾经济性与动力性，三参数换挡增加了加速度参数，由于该型号商用车没有加速度传感器，不能直接得到加速度参数，而通过速度求得到的加速度需要滤波，因此文中采用两参数换挡规律来制定AMT换挡控制策略。表2 不同换挡规律特点换挡规律单参数双参数三参数优点简单，易实现兼顾动力性与经济性更好的换挡性能，换挡冲击小缺点考虑因素单一；无法兼顾动力性和经济性起步阶段不能精确反映车辆运行状态不易实现，多处于理论研究阶段2.2 换挡控制策略综合考虑挡位、加速踏板开度、路面坡度的状态等一系列参数，同时考虑经济性、动力性，对车辆所有可能运行的工作区域进行分析，根据不同的工况进行变速箱换挡特性的优化。变速箱上有自动/手动模式、经济/动力模式、蠕行/越野模式，根据汽车的行驶环境选择合适的模式，可以减少驾驶员频繁换挡。根据重型商用车的需求，换挡规律生成模块GSP采用GSP Generation的生成方式，可以快速高效的计算出GSP MAP图，考虑多种驱动模式，生成的GSP可直接输出到TCU用于车辆标定。文中将通过GSP Generation方式生成换挡MAP图，并将MAP图换挡规律输入Gear Box Program 模块。在AVL Cruise里的Project中添加GSP Generation任务并进行静态任务参数设置、GSP 设置。1）静态任务参数设置在 Sampling Points 文件夹下设置加速踏板开度采样点参数，AVL根据软件内部的运动学链接库自动生成各个挡位在转速为1000 rmin-1时的车速信息，并存储在V 1000Table文件夹。设置完成后选择计算，得到车速-加速度曲线，换挡点将从该曲线上获取。图3为静态计算得到的不同挡位下的车速-加速度曲线。2）GSP设置GSP设置包含对低加速踏板开度区域、中加速踏板开度区域、高加速踏板开度区域进行设置。低加速踏板开度区域指加速踏板开度小于20%，对于重型商用车而言经济性相比动力性更加重要，所以驱动模式选择 GSP-Economy。中加速踏板开度区域指加速踏板开度大于20%且小于90%，升挡和降挡的车速计算公式为Vdwn i()0%=N()i V1000i+1/1000（1）Vup i()0%=Vdwn i()0%+VHyst i（2）式中：Vdwn i()0%为i挡负荷率为0%时降挡车速；Vup i()0%为i挡 负 荷 率 为 0%时 升 挡 车 速；V1000i+1为()i+1挡时发动机在转速为1000时的车速；VHyst i为i挡时换挡延迟车速；N()i为i挡NVH限制发动机最低转速。高加速踏板开度区域指加速踏板开度大于90%，考虑经济性车辆选择Vehicle Performance 方式。当 Kick 点达到最佳加速性能时，PAF点发动机转速应设计得较小。图4为运行GSP后得到的AMT换挡控制策略图。21 32 43 54 65 7687109 111012111312 14131514161598120100806040200-20加速踏板开度/%122334910566778 891011111212131314 14151516450100806040102030507090110车速/（kmh-1）图4 AMT换挡控制策略43210加速度/（ms-2）车速/（kmh-1）011010080604020123456789101112131415161030507090图3 不同挡位下的车速-加速度曲线 22第37卷 第1期3动力性和经济性分析根据图4对Gear Box Program模块的换挡参数进行标定，在Project中添加计算任务CHTC-HT Cycle Run和Full Load Acceleration，计算得出重型商用车模型在CHTC-HT循环工况中的动力性数据。重型商用车加速度、车速和发动机转速仿真数据及路试数据如表3所示，对比表3数据可知，仿真结果的动力性略优于原车的路试数据。根据GSP生成的换挡策略循环仿真得到的每百公里燃油消耗量为37.63 L，原车路试实验得到的每百公里燃油消耗量为38.92 L，相较原车的油耗降低了3.31%。4结论基于AVL Cruise 搭建了16挡AMT重型商用车模型，通过GSP 模块生成AMT换挡控制策略，根据 GB/T 38146.22019 搭建了 CHTC-HT 循环工况，仿真分析表明装