摘要：汽车运动质量参数条件下的汽车动态三参数换挡规律，指出自动变速系统换挡规律应能自动适应汽车使用条件的变化，提出将质量参数作为换挡控制参数，开发和研究具有自适应特性的换挡规律对于自动变速系统的发展具有重要意义，研究成果为此提供了理论基础。本文以动态三参数换挡理论为基础，研究表明汽车质量参数对最佳换挡点存在相当大的影响，因而换挡规律的制订应考虑汽车质量参数的影响，同时采用质量参数为换挡控制参数，使汽车的换挡规律能够适应各种工况，选择最佳的换挡点，从而保证汽车的性能。
关键词：汽车质量；参数；换挡规律
汽车自动变速系统的功能是根据汽车运行状态、道路状况及驾驶员意图确定变速器最佳挡位，并通过对换挡执行机构的自动控制，完成换挡过程的控制.换挡规律是自动变速系统研究的基本问题，它研究选择什么样的换挡控制参数，在何时进行换挡操作，即确定最佳换挡点等问题.换挡规律的制定以汽车动力学研究为基础，以保证汽车换挡前后输出性能为目的。换挡规律的优劣直接影响汽车的性能，最佳换挡点的确定一直以来是自动变速系统研究的核心问题之一。传统的换挡规律有单参数换挡规律、两参数换挡规律、三参数换挡规律等.动态三参数换挡规律考虑了发动机的动态特性，能更准确地描述汽车的行驶状态，使用三参数换挡规律可以取得明显优于两参数换挡规律的汽车性能。汽车行驶过程中，运动质量一般不发生变化.传统的换挡特性研究中，隐含了这一基本假设。而在不同的工作循环中，由于载重量及乘客数量的变化，汽车的运动质量并不完全相同。
1汽车换挡规律原理
换挡规律指的是根据汽车行驶状况来决定变速器所处的挡位，即升挡、降挡或保持当前挡位，也就是挡位随控制参数变化的规律。根据控制参数的不同可分为单参数、两参数及三参数换挡规律。单参数换挡规律的控制参数一般为车速，由于不能实现驾驶员干预换挡，难以兼顾动力性和经济性的要求，所以目前汽车上很少采用。三参数换挡规律是在两参数基础上增加了加速度这一控制参数，能更好地反映车辆的行驶状况，但由于参数较多，系统的实时性以及产品化的成本都会受到影响，目前还处于理论阶段。实际应用中以车速和油门开度为控制参数的两参数换挡规律为主。
2汽车动力学模型
建立了一轻型货车动力传动系统的模型，并在不同质量参数条件下，使用动态三参数换挡点的确定方法，计算求解了该车型的动力性最佳换挡点.汽车模型参数及发动机的特性，发动机模型某轻型货车采用的Q492 发动机在不同油门下的发动机特性曲线，横坐标为发动机的转速ne，纵坐标为输出转矩Me，曲线一侧的百分数为发动机油门开度。发动机的动态输出转矩可以根据稳态转矩，由公式求得：
将不同油门开度α下，相邻两挡的加速度曲线的交点连成曲线即为动力性换挡特性曲线.将该曲线转换到α-v 坐标上，即为汽车的最佳动力性换挡规律.考虑加速度a 对换挡规律的影响，可以生成三维空间内的换挡规律，在实际换挡控制中可以采用油门、车速和汽车加速度作为状态观测值来确定换挡时刻，控制自动变速系统的换挡过程。
计算汽车在不同质量参数条件下的动态三参数最佳动力性换挡规律，图a 中汽车加速度为0，图b中汽车加速度为1 ms-2.空载、满载换挡规律的差异明显。
由图可以看出，在车速较小的低挡换挡时的差异比在高挡时的换挡点差异稍大，并且随着加速度的增大，换挡点车速的差异有增大的趋势。与相同的质量参数下加速度对换挡点的影响相比，具有相同的重要性.空载、满载的换挡点车速差异在1.6-2.9km•h-1之间，折算成发动机转速的变化，在低挡时换挡点相差达744 r•min-1，在高挡时相差也在100 r•min-1以上.由于汽车加速度不同，引起的换挡点的车速差异在1.6-4.2 km•h-1之间.而在相同的行驶条件下，汽车加速度却相差极大，在空载时汽车可以有0-8 ms-2的加速度，而在满载时只有0-4.3 ms-2，也就是说，对于质量参数不同的汽车，在相同阻力、相同油门的条件下行驶，汽车加速度存在很大差异.而在相同质量参数时，不同的道路条件，同样也可以产生不同的加速度。
3结果分析
汽车质量参数和汽车行驶阻力对汽车加速度存在不同的影响，是不可互相替代的.在换挡过程的控制中应该区别对待。由汽车运动微分方程可以知道，质量参数的改变和汽车行驶阻力的改变，对于汽车性能的影响不同，质量参数的改变使汽车性能包括汽车的动力性、经济性等运动特性都会发生变化。而汽车行驶阻力的改变，只能改变汽车的运动状态，不能改变汽车的运动特性。对于给定的油门和车速条件下，不同的道路阻力，汽车运动描述为（α，v，ψ1）与（α，v，ψ2），此时对应不同的汽车加速度a1，a2，亦即不同的汽车加速度反映不同的道路阻力状态，而当给定油门和车速条件下，相同的道路阻力，具有不同的汽车质量参数，汽车运动描述为（α，v，ψ，m1）与（α，v，ψ，m2），此时也对应不同的汽车加速度a1，a2，不同的汽车加速度反映了不同的汽车质量参数.汽车在不同条件（α，ψ1，m1）与（α，ψ2，m2）下，能够出现相同的加速度，见公式
在状态下汽车的油门、车速、加速度完全相同，如果汽车自动变速系统仅仅按照固定三参数换挡规律判断汽车的最佳换挡，将不能正确区分汽车质量参数对汽车性能的影响，造成汽车性能的不同，汽车质量参数对最佳动力性换挡点的影响是不容忽视的，应该采用汽车质量参数为换挡控制参数。
结论
汽车系统动力学是一个由人-车-环境构成的统一的闭环系统，其性能受到驾驶员、汽车使用参数及汽车使用环境的共同影响.汽车的最佳换挡点应根据驾驶员的意图、汽车的技术参数及汽车的运动环境条件等多种因素来确定.本文研究了汽车质量参数变化对汽车动力性最佳换挡规律的影响，指出汽车质量参数对最佳换挡点的影响是不容忽视的，建议采用汽车质量参数作为自动变速系统的换挡控制参数，为开发自动变速系统自适应换挡规律，进行了开创性研究.质量参数同样对车辆的最佳经济性换挡规律存在很大的影响，研究成果将在后续文章中发表.在自动变速控制系统中实时反映质量参数的变化，是研究成果的应用关键，利用车辆传动系各个部件的模型以及车辆在加速过程中的响应特性，可以进行质量参数的在线辨识，目前作者正在进行相关研究。
参考文献：
[1] 葛安林.汽车自动变速理论与设计[M].北京：机械工业出版社，2013.
[2] 刘文光．商用汽车电控机械自动变速器智能控制技术研[M].人民交通出版社，2013.
论文作者:姜振
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/12
标签：换挡论文; 汽车论文; 参数论文; 规律论文; 加速度论文; 质量论文; 车速论文; 《基层建设》2018年第35期论文;