CN106364478A - 一种提高车辆紧急制动性能的自动变速器换挡修正控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高车辆紧急制动性能的自动变速器换挡修正控制方法，其特征在于：在装备自动变速器的车辆进行紧急制动时，通过自动变速器的档位修正和发动机的转速调整，利用发动机的制动力矩特性，缩短车辆紧急制动时的制动距离、减小制动系统的磨损。

Description

一种提高车辆紧急制动性能的自动变速器换挡修正控制方法

技术领域

本发明涉及一种车辆自动变速换挡控制方法，具体地说是一种提高车辆紧急制动性能的自动变速器换挡修正控制方法。

背景技术

自动变速换挡控制技术是车辆变速控制的关键技术，自动变速换挡控制主要包括单参数、二参数、三参数，甚至四参数的基本换挡控制方法，以提高燃油经济性和改善换挡平顺性。

驾驶员在驾驶车辆过程中有不同的操纵意图，当遇到紧急情况需要紧急制动时，自动变速基本换挡控制方法按照整车匀速行驶意图设定，无法根据紧急制动驾驶意图采取相应的换挡控制策略和换挡执行方法来满足当前所需的档位和换挡执行操作，导致车辆行驶安全性降低。

车辆在紧急制动时需要很大的制动力矩，仅仅依靠车辆的制度系统提供制动力，则需要的对制动系统进行高制动力矩设计，且制动系统磨损和热衰退现象明显，增加了制动系统的使用成本，降低了车辆的安全性。

发明内容

本发明为避免上述现有技术所存在的不足之处，提出一种提高车辆紧急制动性能的自动变速器换挡修正控制方法，以期利用发动机的制动力矩特性，通过自动变速器的档位修正和发动机的转速调整，缩短车辆紧急制动时的制动距离、减小制动系统的磨损，从而提高车辆进行紧急制动时的制动安全性。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种提高车辆紧急制动性能的自动变速器换挡修正控制方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、确定车辆紧急制动时发动机有效工作的最小转速n_min和最大转速n_max；

步骤2、确定车辆紧急制动时发动机最佳工作的转速下限n_down和转速上限n_up；

步骤3、当所述发动机转速n小于n_down且大于或等于n_min，所述变速器档位d大于1且小于或等于最高档位数m时，变速器档位降一档，并在降挡完成后使发动机转速提升至n_up，

步骤4、当所述发动机转速n小于n_min，且所述变速器档位d等于1时，变速器档位变为空挡。

本发明所述自动变速器换挡修正控制方法的特点也在于：

所述发动机有效工作的最小转速n_min为车辆变速器处于各传动比时，发动机不熄火所对应最小转速的最大值；所述发动机有效工作的最大转速n_max为车辆发动机正常工作的最高转速。

所述发动机最佳工作的转速下限n_down为车辆变速器处于各传动比时，换挡执行机构可实现安全换挡所对应发动机最大转速的最小值，且n_down≥n_min；定义变速器相邻档位传动比比值的最大值为q_max，所述发动机最佳工作的转速上限n_up＝n_down×q_max。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明通过对自动变速器的档位修正和发动机的转速调整，缩短了车辆紧急制动时的制动距离，提高了车辆紧急制动时的制动安全性。

2、本发明利用发动机的制动力矩特性，通过发挥发动机的泵气阻力及机械摩擦特性，提高了紧急制动时的制动性能，减小了制动系统的磨损和制动系统的热衰退现象，延长了制动系统的使用寿命。

3、本发明通过自动变速器的档位修正和发动机的转速调整，实现了提高车辆紧急制动性能，无需更改车辆硬件系统，也无需增加制动盘和制动蹄片等制动系统硬件成本，仅需要在自动变速器电子控制单元中增加本控制方法对应的软件程序，可操作性强，且可适用于装备不同类型自动变速器的车辆，适用范围广。

4、本发明通过自动变速器的档位修正和发动机的转速调整，实现了提高车辆紧急制动性能，设计制动系统设计时，考虑发动机制动力矩特性所能提高的制动强度，在确保总体制动性能满足国家标准的前提下，适当降低制动系统性能参数，从而降低了制动系统的硬件成本，工程应用性更强。

附图说明

图1为本发明的自动变速器换挡修正示意图；

图2为本发明实施例的发动机稳态转矩特性曲线图；

图3为本发明实施例的变速器基本动力型换挡曲线图；

图4为本发明实施例的发动机制动力矩特性曲线图。

具体实施方式

本实施例中，一种提高车辆紧急制动性能的自动变速器换挡修正控制方法，是在装备自动变速器的车辆进行紧急制动时，通过自动变速器的档位修正和发动机的转速调整，利用发动机的制动力矩特性，缩短车辆紧急制动时的制动距离、减小制动系统的磨损，并提高紧急制动性能。参阅图1，V为车速，n为发动机转速，具体的说，是按如下步骤进行：

步骤1、确定车辆紧急制动时发动机有效工作的最小转速n_min和最大转速n_max；其中，发动机有效工作的最小转速n_min为车辆变速器处于各传动比时，发动机不熄火所对应最小转速的最大值；

当变速器档位d＝{m,m-1,...,2,1}时，确保车辆正常行驶，发动机不熄火所对应最小转速可根据发动机的万有特性曲线，变速器参数以及整车参数计算得到，即变速器档位d＝{m,m-1,...,2,1}时，克服整车行驶阻力，维持车辆正常运行需要发动机提供驱动力的最小值，称之为档位d＝{m,m-1,...,2,1}时的最小维持驱动力，则发动机提供档位d＝{m,m-1,...,2,1}时的最小维持驱动力所对应的转速即为变速器档位d＝{m,m-1,...,2,1}时的最小转速。发动机有效工作的最小转速n_min为车辆变速器处于档位d＝{m,m-1,...,2,1}时，发动机不熄火所对应最小转速的最大值，即：

发动机的制动力矩T_be＝T₀+kn，其中，T₀是与发动机转速n无关的常量，k是由发动机的特性参数确定的常数，由发动机的制动力矩公式可知，发动机的制动力矩与发动机转速之间是正比的伪线性关系，即：发动机转速越高，制动力矩越大，产生的制动效果越大，则发动机有效工作的最大转速n_max为车辆发动机正常工作的最高转速。

步骤2、确定车辆紧急制动时发动机最佳工作的转速下限n_down和转速上限n_up；其中，发动机最佳工作的转速下限n_down为车辆变速器处于各传动比时，换挡执行机构可实现安全换挡所对应发动机最大转速的最小值，且n_down≥n_min；

车辆自动变速器的换挡执行机构一般为换挡离合器，通过液压系统或者电机模块驱动控制相应换挡离合器的分离与接合，完成换挡过程，实现档位切换。

换挡离合器的主动盘与发动机输出轴连接，换挡离合器的从动盘与变速器输出轴连接，变速器的输出轴通过主减速器连接至车辆驱动轮，换挡离合器的主动盘与从动盘的转速差越小，换挡离合器承受的负载转矩越小，换挡离合器接合越平顺；在紧急制动工况下，发动机被倒拖，是一个被动的耗能机器，车辆的惯性经离合器的从动盘带动主动盘，当发动机处于有效工作的最小转速状态，由于车速较高，驱动轮反传到发动机，以致发动机转速高于有效工作的最小转速n_min而产生制动力矩，根据发动机的制动力矩特性，此时发动机的转速越高，产生的制动力矩越大。

当发动机转速较低时，可以通过降低挡位以提高发动机转速，在实施降挡时，当前档位的离合器分离，则离合器从动盘转速上升，然后换入档位的离合器滑摩接合，带动离合器主动盘转速上升，使发动机工作转速上升；值得一提的是，在降挡前一时刻，离合器主从动盘处于接合状态，从动盘转速与发动机转速相等，当离合器分离时，发动机转速会迅速下降，离合器从动盘由于突然失去负载以致转速会上升，从动盘转速与发动机转速存在转速差，转速差越大，换挡离合器承受的负载转矩越大，且换挡离合器接合越顿挫，离合器磨损越严重，甚至可能出现由于换挡离合器的从动盘与主动盘的转速差太大而产生的负载转矩超过换的离合器所能承受的转矩极限，导致换挡离合器无法接合，因此，紧急制动时发动机最佳工作的转速下限n_down的确定需要考虑车辆变速器换挡离合器的接合安全性和使用寿命。

当变速器档位d＝{m,m-1,...,2,1}时，确保车辆变速器的换挡离合器可安全换挡所对应发动机的最大转速可根据车辆变速器换挡离合器的设计参数计算得到，即变速器档位d＝{m,m-1,...,2,1}时，在确保变速器换挡执行机构安全性和合理使用寿命的前提下，进行变速器换挡离合器安全接合与分离时，换挡离合器主、从动盘所能承受负载力矩的最大值，称之为档位d＝{m,m-1,...,2,1}时的最大承受负载力矩，则发动机提供的制动力矩等于档位d＝{m,m-1,...,2,1}时的最大承受负载力矩所对应的转速即为变速器档位d＝{m,m-1,...,2,1}时的最大转速。发动机最佳工作的转速下限n_down为车辆变速器处于档位d＝{m,m-1,...,2,1}时，确保车辆变速器的换挡离合器在各档位均可实现安全换挡所对应发动机最大转速的最小值，即：为了保证车辆正常运转，必须保证n_down≥n_min。

定义变速器档位d＝{m,m-1,...,2,1}时相邻低挡与高挡传动比的比值为q，即：q＝{q_m-1,q_m-2,...,q₂,q₁}，则当变速器档位d＝m-2时，档位d＝m-2与d＝m-3传动比比值为q＝q_m-3，发动机最佳工作的转速下限为n_down，按照变速器动力性换挡曲线计算方法，当发动机转速升高至n＝n_down×q_m-3时即达到了变速器的换挡点，变速器的档位d需要从m-2变为m-3；当变速器档位d从m-2变为m-3后，由于变速器传动比扩大了q_m-3倍，则维持当前车速所需的发动机转速上升，为了最大限度地利用发动机的制动力矩特性，则当变速器档位d＝m-2，档位d＝m-2与d＝m-3传动比比值为q＝q_m-3，发动机最佳工作的转速下限为n_down时，发动机最佳工作的转速上限

定义变速器相邻档位传动比比值的最大值为q_max，考虑发动机制动力矩特性利用的最大化原则，发动机最佳工作的转速上限n_up＝n_down×q_max。

步骤3、车辆紧急制动时，当发动机转速n小于发动机最佳工作的转速下限n_down时，偏离了发动机制动力矩的最佳转速范围，需要调整发动机的转速至发动机制动力矩最佳的转速区间；考虑发动机不能熄火，发动机转速n必须大于或等于n_min；考虑调整发动机转速需要通过降低变速器的档位来实现，则变速器档位d大于1且小于或等于最高档位数m时，变速器档位降一档，并在降挡完成后使发动机转速提升至n_up，以确保发动机转速始终处于制动力矩最佳的转速区间范围，最大限度地利用发动机的制动特性，提高车辆制动系统的紧急制动性能，缩短制动距离；同时减少制动系统的磨损，延长制动系统的使用寿命。

步骤4、当发动机转速n小于n_min时，发动机无法维持正常运转直至熄火，由于现代绝大部分车辆的制动系统的制动压力均依靠真空助力器产生，如果不借助真空助力器，驾驶操作人员很难通过脚踏制动踏板产生制动压力，而真空助力器工作是在发动机运转时，进气歧管进气抽取真空助力器真空的前提下，因此为保证制动系统正常工作，紧急制动时发动机不能熄火，当变速器档位d等于1时，需要通过将变速器档位变为空挡，断开发动机的传动负载，以保证发动机不熄火，因此，当发动机转速n小于n_min且变速器档位d等于1时，变速器档位变为空挡。

实施例：本实施例使用本发明的控制方法对某型号汽车进行紧急制动的自动变速器换挡修正控制，该型号汽车的整车参数如下：

整备质量：1600kg；变速器类型：5速双离合器变速器；风阻系数：0.4；滚动阻力系数：0.018；迎风面积：2m2；传动效率：0.9；主减：3.842；车轮半径：0.317m；档位1-5对应的传动比：3.615、2.053、1.370、1.031、0.837；档位1-5对应的旋转质量换算系数：1.34、1.14、1.08、1.05、1.04。

发动机试验数据得到的稳态转矩特性曲线如图2所示，其中engine speed为发动机转速，throttle为节气门开度，engine torque为发动机转矩，根据整车参数以及发动机的特性曲线数据计算变速器基本动力型换挡曲线如图3所示；发动机的制动力矩特性曲线如图4所示，发动机的制动力矩与转速大致成线性关系，根据发动机的制动力矩特性，在车辆紧急制动时发动机转速越高，提供的制动力矩越大。

假定该型号汽车在正常路面行驶，遇到紧急状况，需要进行紧急制动，当前车速为100km/h，变速器档位为5，节气门开度为15，发动机转速为2500r/min，下面对该型号汽车紧急制动时的进行变速器换挡修正控制以提高紧急制动性能，具体控制过程如下：

(1)确定该型号汽车紧急制动时发动机有效工作的最小转速n_min和最大转速n_max；

根据图2所示发动机的稳态转矩特性曲线以及图3所示的变速器基本动力型换挡曲线可知，该发动机正常工作的转速范围为800r/min～6000r/min，因此可以确定该型号汽车紧急制动时发动机有效工作的最小转速n_max＝800r/min和最大转速n_max＝6000r/min；

(2)确定该型号汽车紧急制动时发动机最佳工作的转速下限n_down和转速上限n_up；

通过仿真计算，当变速器档位d＝{5,4,3,2,1}时，确保该型号汽车变速器的换挡离合器可安全换挡所对应发动机的最大转速n＝{3100r/min,3200r/min,3240r/min,3510r/min,3800r/min}，则发动机最佳工作的转速下限n_down为车辆变速器处于档位d＝{5,4,3,2,1}时，确保该型号汽车变速器的换挡离合器在各档位均可实现安全换挡所对应发动机最大转速n＝{3100r/min,3200r/min,3240r/min,3510r/min,3800r/min}的最小值，即：n_down＝min{3100r/min,3200r/min,3240r/min,3510r/min,3800r/min}＝3100r/min，且n_down＞n_min，保证了汽车正常运转。

该型号汽车变速器档位d＝{5,4,3,2,1}时相邻档位的传动比比值为变速器相邻档位传动比比值的最大值为q_max＝1.499，则发动机最佳工作的转速上限n_up＝n_down×q_max＝3100r/min×1.499＝4647r/min。

(3)该型号汽车进行紧急制动时，当前发动机转速n＝2500r/min，小于发动机最佳工作的转速下限n_down＝3100r/min，且大于有效工作的最小转速n_min＝800r/min，发动机转速不在制动力矩最佳的转速范围，需要调整发动机的转速至发动机制动力矩最佳的转速区间，将变速器的当前档位d＝5降至d＝4，并在降挡完成后使发动机转速提升至n_up＝4647r/min，使发动机转速处于制动力矩最佳的转速区间范围，最大限度地利用发动机的制动特性，提高车辆制动系统的紧急制动性能。

(4)按照(3)进行变速器的档位修正控制和发动机的转速调整，满足换挡修正条件时进行换挡修正，并调整发动机转速至发动机制动力矩最佳的转速区间范围，当发动机转速n小于n_min＝800r/min，且变速器档位d＝1时，发动机将无法维持正常运转直至熄火，为保证制动系统正常工作，紧急制动时发动机不能熄火，需要通过将变速器档位变为空挡，断开发动机的传动负载，以保证发动机不熄火，上述变速器换挡修正过程至该型号汽车制动停止为止。至此，完成了某型号汽车紧急制动时变速器换挡修正控制过程。

通过仿真计算可知，该型号汽车在当前车速为100km/h，变速器档位为5，节气门开度为15，发动机转速为2500r/min进行紧急制动，采用本发明的变速器换挡修正控制方法，该型号汽车连续十次制动平均距离为39.2m，制动盘平均温度为240摄氏度，不采用本发明的变速器换挡修正控制方法，仅仅依靠制动系统进行制动，连续十次制动平均距离为41.1m，制动盘平均温度为300摄氏度，缩短了紧急制动距离和制动系统制动盘温度。

因此，车辆进行紧急制动时，采用本发明变速器换挡修正控制方法可最大限度地利用发动机的制动特性，提高车辆制动系统的紧急制动性能，缩短制动距离；同时降低连续制动产生的制动盘温度，减少制动系统的磨损，延长制动系统的使用寿命。

Claims (3)

1.一种提高车辆紧急制动性能的自动变速器换挡修正控制方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、确定车辆紧急制动时发动机有效工作的最小转速n_min和最大转速n_max；

步骤2、确定车辆紧急制动时发动机最佳工作的转速下限n_down和转速上限n_up；

步骤3、当所述发动机转速n小于n_down且大于或等于n_min，所述变速器档位d大于1且小于或等于最高档位数m时，变速器档位降一档，并在降挡完成后使发动机转速提升至n_up，

步骤4、当所述发动机转速n小于n_min，且所述变速器档位d等于1时，变速器档位变为空挡。

2.根据权利要求1所述自动变速器换挡修正控制方法，其特征在于：所述发动机有效工作的最小转速n_min为车辆变速器处于各传动比时，发动机不熄火所对应最小转速的最大值；所述发动机有效工作的最大转速n_max为车辆发动机正常工作的最高转速。

3.根据权利要求1所述自动变速器换挡修正控制方法，其特征在于：所述发动机最佳工作的转速下限n_down为车辆变速器处于各传动比时，换挡执行机构可实现安全换挡所对应发动机最大转速的最小值，且n_down≥n_min；定义变速器相邻档位传动比比值的最大值为q_max，所述发动机最佳工作的转速上限n_up＝n_down×q_max。