越野路况下的车辆换挡策略特殊需求

1.越野路况下车辆的行驶特点

越野车使用环境复杂，除在公路上行驶外，还需在越野路面上有良好的机动性，这里的越野路面主要是指沙石路、起伏路、坑洼路等条件恶劣的路况。一般越野车辆在路况不好的越野路面条件下，会通过降低车速来增加车辆的通过性及乘坐舒适性，但对于高机动性军用越野车辆，即使在越野路面上也需要车辆具备较高的车速，如我国军用标准要求轮式军用越野车辆具有不低于36 km／h 的越野平均车速。

由于重型越野车辆普遍采用全程调速柴油机，它的输出转速较多地取决于油门开度。因此，当车辆在越野路况下行驶时，油门操纵会出现无序的剧烈波动，其原因有两个：一是驾驶员为追求车辆的高机动性，随着道路阻力的急剧变动，人为地频繁调整油门开度；二是车身的剧烈俯仰，导致驾驶员不能十分平稳地踩踏油门踏板，导致被动的油门增减。

不同路面行驶时的油门开度变化对比如图4.11所示。

图4.11　不同路面行驶时的油门开度变化对比

（a）越野路面；（b）公路路面

图4.11 （a）中的油门开度信号短时间内的波动较为剧烈，相对应的车速波动也较大，显示出越野路面上驾驶员对车辆机动性的强烈需求；图4.11 （b）中油门开度信号变化相对平缓，相对应的车速波动较小，只有在特定的路况时，驾驶员才会短时间内大幅度地变化油门开度，以期短时间内对车速进行较大的调整。图4.11 （a）、（b）两组数据中最顶端的曲线为变速器的输出轴转速，可以表示车速的变化，对比两个曲线可知越野路面上的车辆行驶速度与公路路面的基本相当，可见，为达到一个相同的平均车速，车辆在越野路面行驶时，驾驶员操纵油门的动作剧烈而频繁。

综上所述，车辆在越野路面上行驶时，为追求车辆的高机动性，油门开度信号会主动或被动地出现剧烈波动。油门的剧烈变化会使车辆非稳态行驶，导致换挡规律的控制效果下降，最直接的表现是车辆的频繁换挡，使得车辆处于非正常换挡状态，通过试验数据对比，在某些特殊路面条件下，油门的剧烈变化会使得车辆的换挡次数增加到原来的2 倍或3 倍以上。如此频繁的换挡，发动机的功率将得不到充分的发挥，整车动力性反而下降，同时降低车辆的燃油经济性，另外还增加换挡机构的磨损。

2.车辆频繁换挡原因分析(www.xing528.com)

以等延迟型两参数换挡规律为例，油门开度信号剧烈变化导致的意外换挡过程如图4.12所示。

图4.12　油门开度信号剧烈变化导致的意外换挡过程

（a）意外降挡；（b）意外升挡

图4.12 （a）中，车辆在2 挡行驶，当油门开度平缓增加时，随着油门开度增大，车速也相应增大，车辆的状态沿a—c 变化，车辆不会降挡，而当油门开度剧烈增加时，车辆状态沿a—b—c 变化，就会出现降1 挡的干预降挡现象；图4.12 （b）中，车辆在1 挡行驶时，当油门开度平缓减小时，车辆的状态沿a—c 变化，车辆不会升挡，当油门开度剧烈减小时，车辆状态沿a—b—c 变化，就会出现升2 挡的干预升挡现象。

如果上述的降挡和升挡现象并不是驾驶员所预期的，则被称为意外换挡。例如，驾驶员驾驶车辆进入弯道时，为减小车速，驾驶员会减小油门，当驾驶员的减油操作柔和平缓时，车辆的行驶状态将沿着图4.12 （b）中的a—c变化，车辆不会出现升挡或者降挡的现象，但若驾驶员减小油门的动作过于剧烈，则车辆的行驶状态将沿着图4.12 （b）中的a—b—c 变化，此时车辆就会做出升挡的动作，车速反有可能增加，这与驾驶员的预期相悖，所以就是意外换挡。

当车辆在越野路况下高速行驶时，油门按照图4.11 （a）所示，发生剧烈而连续的变化，则会出现连续的意外干预降挡和干预升挡，从而导致车辆的频繁换挡。

分析以上的油门剧烈变化引发的换挡现象，其根本原因是换挡规律不适应于车辆的这种行驶状态。根据换挡规律的设计原理可知，换挡规律设计时，以车辆处于一种稳态行驶状态为前提，而油门开度剧烈变化时，恰恰使得车辆处于非稳态行驶状态，用稳态下的换挡规律去控制非稳态行驶的车辆，必然会导致控制效果的不理想。

因此，越野车辆的换挡策略需要能够适应越野路面条件下由于油门开度的剧烈变化而导致的车辆非稳态行驶状态，才能避免频繁换挡现象，提高换挡规律的控制效果。