基于CAN总线的汽车智能换挡系统设计[范文]

1绪论

1.1课题研究的背景和意义

汽车作为19世纪改变人类物质生活方面的一项重大发明，现在已经成为各家各户出行的交通方式。随着生活品质的不断提高以及科学技术的不断创新。人们对汽车的形状外观和功能性能都有很严格的要求，不同价位的汽车已经慢慢变成了人们地位的象征，甚至代表着一个国家的科学技术发展水平。

发展至今，自动变速器出现了各种类别，然而不管是哪一种自动变速器，都要依据相当固定的规则来进行换挡，这里所说的规则就是自动变速器换挡规律。换档规律作为自动变速器发展中的机器关键的技术，通过自动变速器升档点速度以及降档点的速度的变化，可以实现汽车动力最佳性和燃油经济最佳性等各种要求，对于减轻驾驶员的长期驾驶的疲劳度、提高发动机寿命和传动硬件系统的使用寿命、改善汽车废弃排放比例及环保都有十分重要的意义。所以，制定一套能实用性强，且经济性和动力性都能得到体现的换档规律是、汽车发展的的一个重要的方向，这也是自动变速器的开发研究的一个非常重要的技术方向。

现如今所生产汽车是基本都拥有一个具有智能化计算的网络平台。一辆相对中等的汽车所拥有的通信单元点数已经有几百个了，采用CAN总线的意义早就不是节约通信线路成本那么简单了，CAN总线已经成为车载智能化网络中，各个通信模块进行数据交流的标准模块。CAN总线网络已经成为整个车身的信息数据传输平台，也就是说车身有CAN总线频台的存在，那么就能够不断的在这个CAN总线上去增加新的汽车数据通信模块或者硬件。所以说总线技术的发展同时带动了汽车车身网络发展。

1.2国内外发展现状

现如今国内外的汽车大部分都已经是自动变速的了。而其完成自动变速所装备的自动变速箱分为四种，分别是：液力自动变速箱（Hydraulic Automated Transmission，AT）、电控机械式自动变速箱（Automatic Mechanical Transmission，AMT）、无级自动变速箱（Continuously Variable Transmission，CVT）、双离合自动变速箱（Dual Clutch Transmission，DCT）。目前，从国内外自动变速箱的发展状况上看，AT、AMT、CVT、DCT四者在内部机械结构和其换挡原理上都有各自独特的优缺点，而且制造成本和综合使用性能等各个方面也具有其独特的优劣。现如今国内外的自动变速箱制造商都在不断地进行开发和研究，为的是提高自己在这个市场中的地位。

2 智能换挡的总体方案设计

2.1 智能换挡策略

换挡策略即换挡规则，就是根据汽车状态、形式路面状况和司机的驾驶意图，按照设定的最佳特性的原则，来确定目前车辆的车辆行驶最适合的挡位，并利用换挡执行机构按照这一换挡规则对挡位进行合适的改变。这就是自动变速器研究开发非常重要的技术核心，换挡规律的好坏会直接影响到汽车的各种性能。换挡策略的发展经历了漫长的发展的过程，渐渐的由简单的换挡，慢慢的变的复杂。按照换挡控制参数的不同，主要有单参数换挡策略、两参数换挡策略、三参数换挡策略以及智能换挡策略等。

2.1.1 单参数换挡策略

单参数换挡规则，大部分选择的是能够在最大程度上体现汽车运行状态的车速来当作换挡操作的所需要的控制参数。单参数的特点是只要行驶速度达到之前预定的速度时才能开始进行换挡，它不管油门开度有什么变化，换挡点的速度、延迟时间的大小二者都不会因此而发生变化，无法实现司机对换挡操作的干预。并且一般为了维持其动力足够，升挡点的参考数据会设置在引擎转速最高的地方，那就会造成一个问题，不管油门的大小都必须达到引擎转速的最高点才能进行换挡操作，所以换挡操作过程中会产生很大的噪音，硬件的消耗也非常大。除此以外，此类单参数的规律也无法通知顾及到机动车动力性和经济性的要求。所以，汽车上使用这种规律的非常之少，只有及少量的公交车、军用越野车上会用到这种参数，而用这种参数的目的是为了消除不必要的换挡操作。单参数换挡规律所指的是只选取一个和汽车运行要求相关的参数进行换挡控制的换挡规律，所使用的控制参数主要有节气门开度、发动机转速和车速。假如选择节气门开度作为换挡控制的主要参数，那么其拥有的特点是档位的大小随节气门开度的变化而变化，汽车将在低档位超车或者爬坡工况下，无法发挥出其最大的牵引力，还有，以为现代路况较为复杂，节气门的开度会不停盖博按，会造成频繁的换挡操作，减少换挡执行机构的使用时长。

单参数换档控制系统的结构非常简单，其控制换挡的参数只有一个，司机无法进行干预，同样也无法很好地兼顾到动力性和经济性的要求，因此，自动变速器单参数换挡规律很少使被现代汽车所使用。

图2.1单参数换挡规律图

2.1.2 双参数换挡策略

双参数换挡规则解决了单参数换挡规则的一部分劣势，现在被大家所使用的是节气门位置、行驶速度两个数据作为控制参数来进行对换挡操作的。只有当行驶速度和油节气门开度到达之前预定的换挡参考点时，才会进行换挡操作，不然的话，就保持原来的挡位继续行驶。双参数换挡规则的特点是:当节气门开度较小时，升降挡参考点的的行驶速度较低，而当节气门开度较大时，换挡参考点的行驶速度也随之变大。换挡策略通过确定最优参考点所挑选的函数的差别，能够分为两种，即最佳动力性和最佳燃油经济性换挡规则。经济性换挡规则，是司机以最少的经济消耗工作状态，来选择挡位的规则。这时汽车的换挡行驶速度参考值较低，使引擎运行在一个该节气门开度下经济消耗最少的转速范围。最佳动力性换挡规则，是使车辆的牵引力能够得到最佳的使用，发动机的功率得到最大发挥来进行换挡操作的规则。

2.1.3 三参数换挡策略

三参数换挡规律是在双参数换挡规律，即将行驶速度和节气门开

作为换挡参数的基础上，再在其中加入了能够反映动态过程的汽车加速度这样一个控制参数而产生的一个新的换挡规律。动态三参数换挡规则和双参数进行比较，这是一个以升降档操作前后两者之间的加速度不变为目标，在发动机的时间模拟的过程中获得的换挡规律，能够更好的地反映不稳定的工作状态下汽车的综合性能，对双参数换挡规则中提到的动力性和燃料经济性由很大的提升。

2.2 换挡规律选择

本次分析将使用较为简单，实用性更强的双参数换挡策略。

双参数换挡规律依据换挡延迟的差距，以行驶速度和节气门位置作为控制换挡的参数，等延迟型、发散型、收敛型和组合型四类。

2.2.1 等延迟型

等延迟型的换挡规则，换挡速度延迟不会随着节气门开度改变而改变，换挡操作的速度延迟△V会保持一个固定的量，如图2.2（1）所示。在其中加入驾驶员干预的换挡参数后，节气门开度较小的情况下，能够提前进行升档操作，延迟进行降档操作，所以能一定程度减小硬件传动产生的噪音，减少燃料的消耗，使之具有更好的燃油经济性。

图2.2 等延迟型

2.2.2 发散型

发散型的换挡规则，其拥有的换挡速度延迟△V 的大小会随着油

门开度的变大而变大，呈现出发散式分布，司机能够通过调整油门开度的大小来改变换档延迟的大小，所以司机可以依据车辆行驶环境来干预换挡操作，如图2.2（2）所示。在油门开度比较大的时候、引擎转速想最大功率靠近时升档，发动机功率会得到更大的利用，汽车的动力性得到提升，而且随着换挡延迟△V慢慢变大，能够降低换挡操作的次数，对换当操作的品质有一定的提升，同样也能使驾驶的过程更加的舒适。然而在节气门开度较大的时候，进行降档的操作，就一定要使发动机转速降低到一定的水平，这样会使发动机功率无法得到利用，无法充分发挥发动机的动力性。发动机在其运转速度较低的时候以及节气门开度较小的时候运行时，可提前进行升档操作，而且随着换挡延迟△V的变大，降低了换挡操作的次数，可以得到更好的的燃油经济性。

图2.3 发散型

2.2.3 收敛型

收敛型换挡规则，其换挡速度延迟△V 会伴着节气门的开度的变大而变小，呈收敛形分布，如图2.2（3）所示。在油门开度相对比较大的时候换挡延迟△V较小，不管是升档操作还是降挡操作都能使发动机功率得到较好的利用，使发动机发挥起最好的的动力性。在油门开度相对较小时，换挡延迟△V较大，能够减少换挡操作的次数，发动机的运转速度较低，汽车的行驶变的更加的安稳，可以得到更好的的燃油经济性能。

图2.4 收敛型

2.2.4 组合型

组合型的换挡规律综合了上述三类型的优点，能够在不一样的节气门开度下获得不一样的换挡规律，从而实现各种的的汽车性能，如图2.2（4）所示。如果想要获得最佳动力性能，就必须有较好的加速性能，这时就需要车辆在较大的节气门开度下工作；如果车辆行驶，同时要保证汽车的最佳燃油经济性和最佳动力性，就应选择中等大小的节气门开度；在小节气门开度时，能保证车辆行驶稳定舒适的要求，因此能够获得最佳燃油经济性的行驶性能。

双参数换挡规律以汽车稳定状态的行驶状况为前提条件，使用自动变速器的换挡规律来进行换挡操作，能够实现经济性或者动力性的汽车运行要求，使司机可以根据汽车行驶的路面环境对自动换挡进行干预。

图2.5 组合型

汽车双参数换挡规则曲线，如图2.5所示，在双参数换挡规律中，车辆在一个时间点的车身运行状况表示为由汽车行驶速度、节气门开度这两个参数所定的一个点P(v，a)。在驾驶员驾驶汽车的过程中，这个状态点会随着汽车速度和节气门开度（即油门开度）的改变，在图中不停的改变其位置，砖胎垫没穿过一条曲线就会使汽车镜像升档操作或者降档操作。也就说明了，状态点的位置能够决定汽车此时是否需要进行升降挡位的操作。

汽车换挡规律曲线

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