论文部分内容阅读
摘要：本文简要分析了EMS系统关于换挡指示器功能的控制策略及匹配原则。
关键词：换挡指示器；匹配原则
1前言
欧洲议会于2009年3月10日立法决议，在有关汽车安全性的型式认证中规定：2012年11月1日以后M1类车基准质量不超过2610kg并匹配手动变速器的，必须装配换挡指示器（GSI）；要求2014年11月1日所有在产车辆进行装配。
因此，推进换挡指示器功能（GSI）的普及，对我国汽车节能减排具有重要意义。
2换挡指示器简介
研究表明在正确的时间换挡可带来燃油经济性的显著提高。换挡指示器功能（GSI）是从EMS的角度推荐最佳燃油经济性挡位，通过在仪表上显示升降挡提示或目标挡位等方式提示驾驶员进行经济性换挡操作，以实现车辆的最佳的节油、环保状态。
换挡指示器功能是由ECU接收车速信号、加速踏板位置信号等并确定出最佳的挡位、最佳的换挡时机，最后通过CAN信号给仪表进行显示，如图1所示。
3换挡指示器控制策略
换挡指示器控制策略包括加速踏板位置信号计算、实际挡位、目标挡位、挡位状态和安全校正。如图2所示：
3.1加速踏板位置信号
原始加速踏板位置信号通过低通滤波后输出信号。以滤波后的加速踏板位置信号作为目标换挡曲线的输入信号，减少干扰。
加速踏板位置信号作为驾驶员操作的动态信号，当加速踏板位置信号超过阀值时表示驾驶员操作踏板，其标志位信号的上升沿触发时为踩下加速踏板，信号的下降沿触发时为释放加速踏板。
3.2车速信号
ECU可以选择ESP发出的车速信号输入值作为目标换挡曲线的输入信号。
3.3实际挡位计算
ECU根据发动机转速和车速的比值来判断当前挡位。当离合器为释放状态，当前啮合挡位不等于上一挡位，换挡计数加1。当换挡计数大于阀值时认为行车挡位无效检测。
3.4目标挡位计算
目标挡位的计算基于补偿及修正后的换挡曲线。
3.4.1目标挡住计算条件
（1）GSI禁用后解除；（2）GSI未禁用并且基于离合和加速踏板状态更新目标挡位条件。
3.4.2升挡线计算
当车速大于各挡升挡限值且不在倒挡时，输出基本目标挡位信号。当车速小于各挡升挡限值但大于下限阀值时，保持目标挡位。当车速小于下限阀值时不再将目标挡输入目标挡位信号。
3.4.3降挡线计算
当车速小于各挡降挡限值时，输出基本目标挡位信号。当车速大于各挡降挡限值但小于上限阀值时，保持目标挡位。当车速大于上限阀值时不再将目标挡输入目标挡位信号。某车型基本升挡曲线如图3所示：
3.5升降挡提示状态计算
升降挡提示状态计算基本逻辑为目标挡位大于当前挡位则提示升挡，目标挡位小于当前挡位则提示降挡。某车型基本降挡曲线如图4所示：
3.5.1升挡提示状态置位
升挡提示状态置位需同时满足以下条件：
（1）车辆加速度大于阀值超过设置时间；（2）当前挡位不为空挡；（3）当前挡位不为倒挡超过设置时间；（4）踩下加速踏板或加速踏板踩下后释放，离合器踏板为自由状态，目标挡位信号大于当前挡位信号超过一定时间。
3.5.2升挡提示状态复位
升挡提示状态复位只需满足以下任一条件：
（1）达到目标挡位大于实际挡位条件，且离合踏板信号释放时间超过阀值；（2）加速踏板释放时间超过阀值；（3）达到目标挡位大于实际挡位条件，但踩下离合踏板时间超过阀值；（4）踩下刹车并延时一定时间后复位；（5）达到目标挡位小于实际挡位条件并延时一定时间后，即降挡提示时复位升挡信号；（6）未踩下离合踏板，目标挡位大于实际挡位条件延时一定时间后复位。
3.5.3降挡提示状态置位
降挡提示状态置位需同时满足以下条件：
（1）车辆加速度低于阀值超过设置时间；（2）当前挡位不为空挡；（3）当前挡位不为倒挡并超过设置时间；（4）踩下加速踏板，离合器踏板为自由状态，目标挡位信号小于当前挡位信号超过设置时间，基于离合和加速踏板状态更新目标挡位条件。
3.5.3降挡提示状态复位
降挡提示状态复位只需满足以下任一条件：
（1）达到目标挡位小于实际挡位条件，且离合踏板信号释放时间超过设置时间；（2）达到目标挡位小于实际挡位条件，且踩下离合踏板时间超过设置时间；（3）踩下刹车并延时设置时间后复位；（4）达到目标挡位大于实际挡位并延时一定时间，即升挡提示时复位降挡信号；（5）未踩下离合踏板或降挡状态满足，且目标挡位小于实际挡位条件延时一定时间后并复位。
3.6安全校验
GSI禁用时，目标挡位信号直接取当前挡位信号，升降挡状态不提示。安全校验满足后，升降挡状态可正常运行。满足以下任一条件GSI禁用：
（1）通过软件可打开或关闭GSI功能；（2）检测到影响GSI功能的故障（如车速、转速、离合顶开关、刹车开关、CAN总线、节气门等）；（3）跛行回家模式激活或安全断油；（4）ABS/ESP扭矩干预激活；（5）巡航工作；（6）车速超限（过低或过高）；（7）空挡车辆运行；（8）关闭钥匙。
3.7CAN信号发送
当达到目标挡位大于实际挡位条件和升挡状态激活，或者达到目标挡位小于实际挡位条件和降挡状态激活时将目标挡位信号输入并发送到总线。
3.8禁用换挡指示器的故障
当系统存在以下任一故障，GSI功能关闭：
（1）车速故障；（2）转速故障；（3）离合顶开关故障；（4）刹车开关故障；（5）节气门故障；（6）加速踏板故障；（7）加速踏板传感器1故障；（8）加速踏板传感器2故障；（9）总线故障。
4换挡指示器的应用
在采用换挡指示器换挡策略后，排放需在法规限值之内，因此在NEDC循环中的标定注意事项如图5所示，其中基础换挡曲线的标定应遵循以下原则：
（1）由于1挡升2挡会使得转速下降，因此在标定时需考虑升擋后对排放的影响，建议在NEDC的城市工况第一个小循环不提示升挡，以保证排放性能；（2）在NEDC每一稳态工况，尽可能比标准循环的挡位提升1挡，以达到节油目的；（3）在NEDC城郊工况701an/h的稳态工况，应保证诊断性能，此时不应提示升挡改变负荷转速，影响诊断性能；（4）车速从70km/h提升到120km/h应考虑速比对加速性能的影响，避免升挡太快导致全油门加速都无法提速，导致全负荷开环反而影响排放和油耗；（5）避免升降挡曲线交叉，导致驾驶员按提示升挡后系统又提示降挡。
5结语
研究数据表明，驾驶习惯对实际油耗有较大影响，换挡指示器功能作为一项在实际使用中节油效果明显的技术，其实现成本较低，对我国汽车节能减排具有重要意义，应该得到鼓励。
关键词：换挡指示器；匹配原则
1前言
欧洲议会于2009年3月10日立法决议，在有关汽车安全性的型式认证中规定：2012年11月1日以后M1类车基准质量不超过2610kg并匹配手动变速器的，必须装配换挡指示器（GSI）；要求2014年11月1日所有在产车辆进行装配。
因此，推进换挡指示器功能（GSI）的普及，对我国汽车节能减排具有重要意义。
2换挡指示器简介
研究表明在正确的时间换挡可带来燃油经济性的显著提高。换挡指示器功能（GSI）是从EMS的角度推荐最佳燃油经济性挡位，通过在仪表上显示升降挡提示或目标挡位等方式提示驾驶员进行经济性换挡操作，以实现车辆的最佳的节油、环保状态。
换挡指示器功能是由ECU接收车速信号、加速踏板位置信号等并确定出最佳的挡位、最佳的换挡时机，最后通过CAN信号给仪表进行显示，如图1所示。
3换挡指示器控制策略
换挡指示器控制策略包括加速踏板位置信号计算、实际挡位、目标挡位、挡位状态和安全校正。如图2所示：
3.1加速踏板位置信号
原始加速踏板位置信号通过低通滤波后输出信号。以滤波后的加速踏板位置信号作为目标换挡曲线的输入信号，减少干扰。
加速踏板位置信号作为驾驶员操作的动态信号，当加速踏板位置信号超过阀值时表示驾驶员操作踏板，其标志位信号的上升沿触发时为踩下加速踏板，信号的下降沿触发时为释放加速踏板。
3.2车速信号
ECU可以选择ESP发出的车速信号输入值作为目标换挡曲线的输入信号。
3.3实际挡位计算
ECU根据发动机转速和车速的比值来判断当前挡位。当离合器为释放状态，当前啮合挡位不等于上一挡位，换挡计数加1。当换挡计数大于阀值时认为行车挡位无效检测。
3.4目标挡位计算
目标挡位的计算基于补偿及修正后的换挡曲线。
3.4.1目标挡住计算条件
（1）GSI禁用后解除；（2）GSI未禁用并且基于离合和加速踏板状态更新目标挡位条件。
3.4.2升挡线计算
当车速大于各挡升挡限值且不在倒挡时，输出基本目标挡位信号。当车速小于各挡升挡限值但大于下限阀值时，保持目标挡位。当车速小于下限阀值时不再将目标挡输入目标挡位信号。
3.4.3降挡线计算
当车速小于各挡降挡限值时，输出基本目标挡位信号。当车速大于各挡降挡限值但小于上限阀值时，保持目标挡位。当车速大于上限阀值时不再将目标挡输入目标挡位信号。某车型基本升挡曲线如图3所示：
3.5升降挡提示状态计算
升降挡提示状态计算基本逻辑为目标挡位大于当前挡位则提示升挡，目标挡位小于当前挡位则提示降挡。某车型基本降挡曲线如图4所示：
3.5.1升挡提示状态置位
升挡提示状态置位需同时满足以下条件：
（1）车辆加速度大于阀值超过设置时间；（2）当前挡位不为空挡；（3）当前挡位不为倒挡超过设置时间；（4）踩下加速踏板或加速踏板踩下后释放，离合器踏板为自由状态，目标挡位信号大于当前挡位信号超过一定时间。
3.5.2升挡提示状态复位
升挡提示状态复位只需满足以下任一条件：
（1）达到目标挡位大于实际挡位条件，且离合踏板信号释放时间超过阀值；（2）加速踏板释放时间超过阀值；（3）达到目标挡位大于实际挡位条件，但踩下离合踏板时间超过阀值；（4）踩下刹车并延时一定时间后复位；（5）达到目标挡位小于实际挡位条件并延时一定时间后，即降挡提示时复位升挡信号；（6）未踩下离合踏板，目标挡位大于实际挡位条件延时一定时间后复位。
3.5.3降挡提示状态置位
降挡提示状态置位需同时满足以下条件：
（1）车辆加速度低于阀值超过设置时间；（2）当前挡位不为空挡；（3）当前挡位不为倒挡并超过设置时间；（4）踩下加速踏板，离合器踏板为自由状态，目标挡位信号小于当前挡位信号超过设置时间，基于离合和加速踏板状态更新目标挡位条件。
3.5.3降挡提示状态复位
降挡提示状态复位只需满足以下任一条件：
（1）达到目标挡位小于实际挡位条件，且离合踏板信号释放时间超过设置时间；（2）达到目标挡位小于实际挡位条件，且踩下离合踏板时间超过设置时间；（3）踩下刹车并延时设置时间后复位；（4）达到目标挡位大于实际挡位并延时一定时间，即升挡提示时复位降挡信号；（5）未踩下离合踏板或降挡状态满足，且目标挡位小于实际挡位条件延时一定时间后并复位。
3.6安全校验
GSI禁用时，目标挡位信号直接取当前挡位信号，升降挡状态不提示。安全校验满足后，升降挡状态可正常运行。满足以下任一条件GSI禁用：
（1）通过软件可打开或关闭GSI功能；（2）检测到影响GSI功能的故障（如车速、转速、离合顶开关、刹车开关、CAN总线、节气门等）；（3）跛行回家模式激活或安全断油；（4）ABS/ESP扭矩干预激活；（5）巡航工作；（6）车速超限（过低或过高）；（7）空挡车辆运行；（8）关闭钥匙。
3.7CAN信号发送
当达到目标挡位大于实际挡位条件和升挡状态激活，或者达到目标挡位小于实际挡位条件和降挡状态激活时将目标挡位信号输入并发送到总线。
3.8禁用换挡指示器的故障
当系统存在以下任一故障，GSI功能关闭：
（1）车速故障；（2）转速故障；（3）离合顶开关故障；（4）刹车开关故障；（5）节气门故障；（6）加速踏板故障；（7）加速踏板传感器1故障；（8）加速踏板传感器2故障；（9）总线故障。
4换挡指示器的应用
在采用换挡指示器换挡策略后，排放需在法规限值之内，因此在NEDC循环中的标定注意事项如图5所示，其中基础换挡曲线的标定应遵循以下原则：
（1）由于1挡升2挡会使得转速下降，因此在标定时需考虑升擋后对排放的影响，建议在NEDC的城市工况第一个小循环不提示升挡，以保证排放性能；（2）在NEDC每一稳态工况，尽可能比标准循环的挡位提升1挡，以达到节油目的；（3）在NEDC城郊工况701an/h的稳态工况，应保证诊断性能，此时不应提示升挡改变负荷转速，影响诊断性能；（4）车速从70km/h提升到120km/h应考虑速比对加速性能的影响，避免升挡太快导致全油门加速都无法提速，导致全负荷开环反而影响排放和油耗；（5）避免升降挡曲线交叉，导致驾驶员按提示升挡后系统又提示降挡。
5结语
研究数据表明，驾驶习惯对实际油耗有较大影响，换挡指示器功能作为一项在实际使用中节油效果明显的技术，其实现成本较低，对我国汽车节能减排具有重要意义，应该得到鼓励。