灵活燃料车型换挡指示标定策略研究

何 博

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

灵活燃料车型换挡指示标定策略研究

何 博

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

为了更好的引导巴西客户形成经济性换挡习惯，尽可能地降低整车实际油耗，设计了换挡指示系统。该换挡指示系统采用油门踏板开度和车速双参数输入，根据车辆当前工况，基于最佳经济性兼顾动力性的换挡策略，通过CAN发送换挡信息到仪表的指示设备，以实现提示驾驶员换挡的目的。通过整车转毂试验标定了该换挡指示策略的脉谱，并进行了换挡指示系统的油耗、排放验证试验。结果表明，该换挡指示系统控制策略指示吻合度高，排放结果满足法规要求，并且能够实现一定程度的节油效果。

双参数；换挡指示；灵活燃料；标定策略

Abstract:Brazil is the first country in the world, that large-scale promotion of the use of flexfuel, and the MT vehicle has been the Brazilian automobile market mainstream models. In order to better guide the driver to avoid the bad driving habits,as much as possible to reduce fuel consumption, a gear shift indicator system design. The gear shift indicator system uses the accelerator pedal and vehicle speed dual parameter input, according to the vehicle's current operating conditions, based on the best economic balance of power shift strategy, send the shift information by CAN to indicator panel, to achieve indicating the driver to shift the gear. By vehicle drum dynamometer test, calibrate the gear shift indicator strategy MAP, and done the fuel consumption, emissions validation test. The results show that the gear shift indicator system is credibility and the emission results coincident with target, and to achieve a certain level of fuel efficiency.

Keywords: dual parameter; GSI; flexfuel; calibration strategy

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-38-04

引言

为了引导巴西当地汽车驾驶员关注整车燃油经济性，关注驾驶过程中的能源消耗。本文主要描述了一种采用油门踏板开度和档位信息作为双参数输入，根据车辆当前工况，基于最佳经济性兼顾动力性策略的换挡指示系统。该系统通过CAN发送换挡指示相关信息到整车仪表的指示设备，对于灵活燃料车辆的改动不大，能够较为方便的实施改动移植。同时，在整车转毂标定了该换挡指示策略的控制脉谱（MAP），并进行了整车节油的研究。

1 控制策略及标定方法

1.1 策略简述

换挡策略这个名词最早来源于自动档变速箱的换挡控制,在车辆驾驶过程中，自动档变速器的换挡时刻随控制参数变化而变化，其换挡时刻选择是否妥当，将直接影响整车动力性、经济性，也会影响整车排放性能，以及整车驾驶性。公认的，换挡策略可以按照输入参数的数量不同，分为单参数、双参数、三参数控制的换挡策略等。

图1 发散型双参数控制

图2 收敛型双参数控制示意图

图3 发散型双参数控制示意图

图4 组合型双参数控制示意图

其中，双参数控制使用最多，一般是将油门踏板开度和车速作为输入参数，其换挡策略可以根据升降档车速线之间的关系，分成发散型、收敛型、等延迟型、及组合型。1）发散型：其换挡车速的差值大小随油门增大而增大。所以，当大油门开度升挡时，发动机转速高，动力性好，但大油门升挡后，换挡车速差值大，发动机转速会掉的很多，输出功率下降大，如图1所示。2）收敛型：恰恰相反，其换挡车速的差值大小随油门增大而减小。所以，当大油门开度升档时，换挡车速差值小，发动机转速掉的少，输出功率下降小，功率利用率高；且当小油门降档时，其车速差值较大，使得发动机可以在较低转速运行，其NVH性能较好，如图2所示。3）等延迟型：介于两者之间，其换挡车速的差值不随油门大小变化，兼具两者的优点缺点。比较适合小油门开度下的升降档操作。如图3所示。4）组合型：由两段或多段不同变化趋势的策略组合而成， 其优点是便于在不同的油门开度下获得不同的车辆性能，小油门时舒适、稳定、污染少；中油门时燃油经济性好；大油门时动力性好，如图4所示。因此，一般情况下，双参数控制都选用组合型策略。

而三参数控制策略较为复杂，多强调瞬态控制，实现难度较大，本文不做阐述。

因此，基于组合型双参数换挡策略，在小油门时以减少油耗和污染、提高舒适性为主，大油门时则以提高动力性能为主，设计了一种采用油门踏板开度和车速作为双参数输入，根据车辆当前工况，基于最佳经济性兼顾动力性策略的换挡指示系统。该系统由 ECU 根据输入参数和给定的换挡策略（需标定）计算出最合理的档位，通过 CAN发送换挡指示相关信息到整车仪表，在仪表中显示升降挡及档位信息，提示驾驶员进行换挡操作，避免进行不合理换挡，并降低整车油耗，如图5所示。

图5 换挡指示系统示意图

1.2 标定测试循环

考虑到该车型是出口巴西市场的一款手动挡车型，使用E22-E100灵活燃料，根据巴西当地能耗法规要求，灵活燃料车型油耗测试必须采用巴西油耗测试循环，包括FTP75循环和HWFET循环，如下图6、7所示；必须进行E22燃料和E100两种燃料测试后，根据不同循环权重计算得到加权油耗，再计算两种燃料的平均值。由FTP75循环测试的油耗记为“CFE”，由 HWFET循环测试的油耗记为“HFE”，最终整车的油耗记为“FE”，其计算公式为：

图6 巴西油耗FTP75测试循环曲线

图7 巴西油耗highway测试循环曲线

再将E22燃油和E100燃油耗的进行算术平均（即E22油耗加上E100油耗除以2），得到最终的油耗。

1.3 标定设备及方法

本次标定及验证试验是在一辆使用 E22-E100乙醇灵活燃料样车上进行，匹配的一台4缸直列发动机，可实现进气正时连续可变，其主要技术参数及指标如下表1：

表1 样机主要技术参数

试验在转毂上进行。试验过程中，INCA5.4通过ETAS580连接ECU来调节发动机参数， 燃油消耗量有AVL 735S油耗仪测量；整车转毂系统，如下图8所示：

图8 整车转毂搭建示意图

标定过程可以分二个阶段：

1）转毂稳态油耗采集试验；由于使用E100燃料的油耗量绝对值较大，其试验误差相对较小，因此，选用 E100燃油作为测试燃油，而不选用E22燃油。标定之前需要先完成基础的整车转毂标定工作，再在转毂采集各档不同工况下稳态的油耗量，除以发动机输出功率，算出各档的不同油门开度下的油耗率曲线，得到整车转毂油耗率万有特性数据，从中可以发现同一个油门开度下的经济区，以三档为例，如表2、图9所示。

表2 三档转毂油耗率数据

图9 三档30%经济转速区

2）各档换挡点设定。在整车油耗测试循环中，其实际最大油门开度基本在30%附近，基本可以认为是经济性换挡策略，结合转毂油耗率万有特性数据，同时考虑到大油门开度的动力性驾驶需求，可以基本确定各档换挡策略，如图 10所示。其中散点为实测分布，曲线为ECU标定中换挡策略线，可以看出散点和曲线比较吻合：

图10 各档双参数组合型换挡策略

2 策略验证及分析

为了验证换挡指示功能是否能够指导驾驶员进行有效的换挡操作，及其对发动机排放和油耗的影响。指定巴西油耗测试循环为验证工况效果，在转毂测试整车油耗和排放进行对比，本文将从二方面进行验证：1）换挡指示与测试循环换挡提醒的吻合度；2）在测试循环中，换挡指示功能对发动机油耗的影响；2）在测试循环中，换挡指示功能对发动机排放的影响；

2.1 换挡指示吻合度

本验证方案将标定样车在转毂进行FTP75测试循环，对比其换挡指示作动与驾驶员实际按照司机助进行换挡操作的档位状态信息，验证换挡指示功能是否正常，是否能够有效的引导驾驶员进行合理的换挡操作，如下图11所示。

图11 换挡指示吻合度

从中可以看出，在大部分工况中，驾驶员的实际操作与换挡提示的作动误差较小，非常吻合。分析误差存在的原因，可能是由于试验过程中，驾驶员一边要看着司机助进行车辆和换挡，一边还要分心观察仪表的换挡提示，驾驶员很难把车开好，使得换挡点吻合度存在瑕疵，但是总体来说，吻合度还是非常高的。

2.2 测试循环中油耗对比

本验证方案分别就换挡指示功能打开与关闭的油耗对比试验，验证换挡功能是否能够对降低整车油耗有一定贡献，如表3所示：

表3 换挡指示功能对油耗的影响

当换挡指示功能打开后，驾驶员将不再按照测试循环默认的换挡点进行换挡操作，从表3中能够看出，不管是FTP75循环还是Highway循环，其整车实际的油耗均有一定程度的降低。同时，使用E22燃油和使用E100燃油的下降幅度比较接近，这个也说明在换挡指示标定时，可以使用 E100燃油作为测试燃油，对于标定的结果不会产生较大的影响，标定结果是可信的。

2.3 测试循环中排放对比

本验证方案分别就换挡指示功能打开与关闭的油耗对比试验，验证换挡功能是否对降低整车排放有一定影响，如下表4所示：

表4 换挡指示对排放的影响

从表4中能够看出，当换挡指示功能打开后，对于整车几项主要污染物排放没有太大的影响，甚至个别污染物有一定程度的改善，而CO2的排放则有明显下降。根据碳平衡法，也能够侧面说明换挡指示功能打开有利于整车油耗的降低。

3 结论

本文根据油门踏板开度和车速双参数换挡策略，在中小油门的情况下主要考虑经济性，兼顾大油门开度追求动力性的要求，设计了一种换挡指示系统。经过良好的标定，该系统能够根据油门踏板开度和车速作为输入，计算出合理的档位信息，结合当前档位状态，做出升档、降档等提示，通过CAN通讯，将换挡指示提示信息发送到整车仪表换挡指示面板。引导驾驶员进行合理的换挡操作，关注整车经济性，改掉不恰当的驾驶习惯。通过验证，在测试循环中，该换挡指示系统能够降低灵活燃料车型的整车油耗，且对于污染物排放没有明显影响。

[1] 吕彩琴.汽车发动机电控技术.[M]国防工业出版社.

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[3] 王丰元.电喷发动机[M]人民交通出版社.

[4] 林学东.发动机原理[M]机械工业出版社.

[5] 张国胜.最佳燃油经济性换挡规律理论及其应用研究.[M]中国机械工程.

[6] 蔡学文.基于最佳燃油经济性的换挡指导系统.[M]计算机系统应用.

[7] 巴西标准.ABNT NBR 6601油耗检测法规.

Study of GSI system calibration strategy within flexfuel vehicle

He Bo
( Anhui jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

U467.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)18-38-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.014

何博，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。