AMT控制技术：上坡识别与换档技巧

这里要讨论的不是上下坡起步，而是在坡道上行驶时换档的情况。当车辆从平路转为爬坡时，由于行驶阻力增大，在同样的节气门开度下，车辆加速度会下降。如果速度下降并且采用平常的换档线，则AMT会根据换档线自动降档。但当变速器降档后，输出转矩加大，车辆又会加速，这样AMT会根据换档线自动升档。这样就出现前面说到的降档→升档→降档的换档循环。其实这种情况在有大的迎面风和行驶在阻力很大的路面时也会出现。为了避免上坡无力和循环换档的问题，在上坡时，应选用针对该工况设计的“上坡”行驶模式。在“上坡”行驶模式下，车辆会比较“固执”地行驶在低档位而不轻易换档。

如何让TCU知道目前行驶的是平路还是上坡路呢？通常有两种方法来检测：用传感器检测和通过软件计算。利用传感器直接探测坡度大小，通常称为坡度传感器或倾角传感器。用坡度传感器检测路面坡度很直接，但较贵，而且大多数坡度传感器在颠簸抖动的车体上不容易快速输出可靠的坡度信息。通过软件对坡道进行自动识别是另一种方法。

TCU软件通过对汽车发动机输出转矩和行驶加速度的比较可以实现对路面坡度的自动检测。发动机输出转矩可等效到变速器的输出轴，它主要取决于发动机的节气门开度（汽油机）或喷油量（柴油机）、点火角、EGR开度、温度、海拔、电负荷（如空调）、气缸磨损程度、所耦合的档位和离合器的接合程度等。对于发动机控制器开放通信的系统，可通过CAN总线直接得到发动机的输出转矩。对于不能通信的系统，可估算发动机的输出转矩的大小，为了简化运算，计算时忽略所有变量，只留下可容易测量的节气门开度、发动机转速、离合器接合程度和车速。这里有一个假设：对应一个节气门开度有一个固定的发动机输出转矩：T_e=f₁（α）。其中α为节气门开度。另外还假设了离合器可传递的转矩是离合器接合距离的函数

T=f₂ （l）

式中，l为离合器接合位置。这个概念很重要，在以后的章节里还要仔细讨论。这里l大时意味着离合器分离，l小时意味接合，如图3-14所示。

图3-14 离合器位置和离合器传递最大转矩的关系

开始接触滑摩点（简称接触滑摩点）的定义：当离合器慢慢接合到该点时，离合器可以传递足够的转矩带动空档下的变速器输入轴（已脱档）开始旋转。对于一个固定的离合器，这一点是比较固定的。开始分离滑摩点（简称分离滑摩点）的定义：当离合器慢慢分离到该点时，离合器不能传递所有的转矩而开始打滑，即进入滑摩区。接触滑摩点到分离滑摩点之间的区域就是滑摩区。对于一个固定的输入转矩，这点也是比较固定的，但不同的输入转矩可能就有不同的分离滑摩点。转矩越大，滑摩区越大，转矩就越小，那么滑摩区就越小。在小转矩条件下，接触滑摩点和分离滑摩点非常接近。

行驶阻力的大小则取决于更多因素，如车速、路面、轮胎磨损、轮胎压力、迎风面积、风力、传动链阻力、车重和路面坡度等。为了简单起见，可将这些力归集为三种：滚动摩擦阻力（Rolling Resistance）、空气阻力（Aerodynamic Drag）和路面斜坡重力。其中滚动摩擦阻力和车重成正比但和速度关系很小，而空气阻力与车速的平方成正比，斜坡重力的大小取决于车重和路面坡度。

f_R=f_r×W+0.5×ρv²×C_D×A+W×sinθ

式中，f_r为滚动阻力系数；W为车重；ρ为空气密度；v为车速；C_D为空气阻力系数；A为车辆迎风面积；θ为路面与水平线夹角。由上式可见，行驶阻力f_R是坡道角θ的函数，并可简化为

f_R=k₀W+k₁v²+Wsinθ

作用到车体的力F为

式中，f_engine是发动机驱动力；f_R为行驶阻力；a为车辆加速度。发动机的力可以通过发动机控制器得到，加速度可以根据车速信号求出。假设空气阻力不变，则可以估算出行驶阻力的大小，从而可以定量地估算出坡度的大小。(www.xing528.com)

其基本概念就是在平路上（θ=0）和在所有车速下确定k₀和k₁的值（标定），然后计算平路上应有的理想加速度和实际测量出来的加速度之差来确定坡度的大小。如果实际加速度低于理论平路加速度，则可能是在上坡、有迎面大风或路面阻力超常，这都要防止循环换档。图3-15为一组巡航测试时上下坡的真实数据。在t=35s时，巡航开始下坡，为了维持车速，节气门自动减小；在t=25s时上坡，为了维持车速，节气门自动加大。节气门加大与减小的量与坡度的大小成一定比例。

另外，根据车辆行驶时的车速、加速度和驾驶人控制的加速踏板位置进行逻辑推理，也可粗略判断行驶阻力的大小，即模糊控制方法。

根据驾驶人的经验，可得三条推理规则：

图3-15 巡航数据曲线

①如果其他情况不变而只有车速降低，则表明行驶阻力增加。

②如果其他情况不变而节气门开度必须增大来维持车速，则表明行驶阻力增加。

③如果其他情况不变而加速度降低，则表明行驶阻力增加。

通过车速v、节气门开度、加速度也可推算行驶阻力f的大小，如果行驶阻力f高于规定值f₁，则说明在上坡，可起用上坡行驶模式。如图3-16所示，忽略延时，如节气门开度变化率大于等于零，而车速变化率小于零，就很有可能为上坡的开始或下坡后的平路的开始。

图3-16 上坡运动曲线示意图

在上坡换档模式下，应提高低档的使用范围或禁用高档，使发动机工作在转速较高、输出转矩较大的区域，以保证车辆能产生较大的功率来克服较大的行驶阻力，同时通过增大换档延迟避免换档循环。

要减少上坡换档的另一个理由是，防止换档时间过长甚至失败而导致倒溜。