基于Cruise的AMT换挡规律仿真研究

李晓亮，李嘉星

陕西法士特齿轮有限责任公司 陕西西安 710119

目前在欧美，已有超过9 0%的重型货车配备AMT，而国内AMT市场仍处于起步阶段。随着汽车新“四化”的发展以及重型货车AMT产品的日趋成熟，凭借继承性好、成本低及经济性好等特点，AMT必将成为未来的发展趋势[1]。

重型商用车AMT控制中最重要的环节是换挡规律的制定。换挡规律主要指的是排挡间自动换挡时刻随控制参数（车速、节气门开度、加速度等）变化的规律，它的好坏将直接影响车辆的动力性、燃油经济性、排放性等性能的优劣[2]。

AMT的换挡规律可以根据控制参数分为单参数、双参数和多参数。单参数的换挡规律仅以车速为控制参数，驾驶人无法实时控制换挡操作，车辆性能较差。双参数的换挡规律应用最为广泛，以节气门开度和车速为控制参数，驾驶人可实时干预控制。通常多参数的换挡规律是在双参数的基础上引入车辆加速度，进一步反映了车辆的实际操纵规律，但真实的动态三参数控制规律非常复杂。因此，本文借助Cruise及其GSP（Gear Shift Progrsm）功能实现双参数换挡规律的制定，并以某款12挡AMT变速器为例，进行车辆的性能分析。

整车模型搭建

以某款配置12挡AMT变速器的车型为例，搭建车辆模型，如图1所示。其中，GB Control（单参数换挡控制）和GB Program（双参数换挡策略）用于实现换挡规律对车辆的控制，AMT Control用于换挡时驱动离合器。

图1 车辆模型

基于GSP Wizard的换挡规律求解

1.双参数换挡规律

双参数换挡规律按照换挡延迟随节气门开度的变化可分为等延迟型、收敛型、发散型（包括带强制低挡的发散型）和组合型，如图2所示[3]。

2.换挡规律求取原理

Cruise内置换挡规律生成工具——GSP Wizard，可基于车辆动力性能和燃油消耗，快速生成换挡规律。Wizard设置包括的内容有从BSFC曲线获得的参数、换挡延迟、NVH限制转速和Upper区域驾驶性能设置四部分。

从BSFC（比燃油消耗图）获得最佳燃油消耗率区域对应的参数，包括负荷、发动机转速和转矩，Hysteresis Minimum指的是升挡线和降挡线的最小速度间隔（即最小换挡延迟），并设置Wizard[4]如图3所示。

按节气门开度的大小，双参数换挡规律区域划分为上、中、下三段，如图4所示。

图4 换挡区域划分

各区域升降挡设置原理：最佳BSFC负荷对应的换挡点（低负荷区域和高负荷区域的分界点）的纵坐标为设置的最佳BSFC对应的负荷，横坐标为最佳BSFC对应的发动机转速和各挡速比按式（1）计算得到的转速。

节气门开度为0%时对应的换挡点为设置的最小发动机转速；其他换挡点由以上两个点连成的直线上获取。

在低负荷区域考虑了各挡速比和给定的发动机转速用于计算两个换挡点，进而获得低负荷区域的升挡线。

换挡点1和换挡点2连一条直线用于获取其他低负荷区域的GSP升挡点。

高负荷区域的换挡点由i挡高负荷区域的变速器输出转矩曲线与i+1挡100%负荷变速器输出转矩曲线的交点获得。

Overlap指的是相邻挡位升挡点的缩减量。在设置Overlap参数时，为了避免换挡时出现振荡，Overlap需设置为正值（即升挡线要低于下一挡位全负荷输出曲线）；Overlap<3%为经济性驾驶，Overlap >5%为动力性驾驶或者坡道上驾驶。

Downshift 2→：Kickdown/Full Load指的是2→1的Kickdown点对应的降挡车速与2→1的Full Load对应的降挡车速之比。

Offset Time [Upshifting（i→i+1）-Kickdown（i+1→i）]指的是i→i+1的Full Load升挡点与i+1→i的Kick降挡点的时间差。

Offset Velocity [Downshifting（i+1→i）-Kickdown（i→i-1）]指的是i+1→i的Full Load降挡点与（i→i-1）的Kick降挡点的速度差。

通过设置Downshift 2→1：Kickdown/Full Load、时间间隔[Upshifting（i→i+1）-Kickdown（i+1-）]、速度间隔[Downshifting（i+1→i）-Kickdown（i→i+1）]来确定高负荷区域的升降挡。

3.GSP Wizard关键参数设置

根据换挡规律的求解原理，参照标定经验并结合实际任务，在GSP-Wizard中设置关键参数，如图5所示。

图5 GSP Wizard关键参数设置

4.换挡规律结果

按照上述设置，获得如图6所示的换挡规律。

仿真结果分析

搭建好车辆模型，并对每个计算任务进行设置，根据所获得的换挡规律，对所搭建的车辆进行动力性和经济性的计算，并对结果进行分析。

1.整车及传动系相关参数

整车参数见表1，AMT变速器速比见表2。

表2 变速器速比

4.2 仿真结果与分析

（1）循环油耗计算 国家标准GB/T27840-2011中使用的是C-WTVC循环，该循环是以世界重型商用车辆瞬态循环（World Transient Vehicle Cycle，WTVC）为基础，调整加速度和减速度形成的驾驶循环。C-WTVC循环由市区、公路和高速工况3部分组成，如图7所示[5]。

图7 中重型商用车C-WTVC循环曲线

根据C-WTVC循环工况路谱计算得到表3所示的结果，该牵引车循环油耗为39.78L/100km，这段工况运行的发动机工况点的分布情况如图8所示，发动机工况点分布在1100r/min，800～1200Nm的频率最高，仿真结果符合实际。

表3 循环工况油耗计算

图8 发动机工况点分布

结语

本文基于12挡AMT变速器，以某重型牵引车作为研究对象，利用AVL Cruise软件，建立整车仿真模型，使用Cruise GSP模块的GSP Wizard生成一种双参数的换挡规律，并在该换挡规律下，对车辆的动力性和经济性进行了仿真分析，且结果符合实际。