汽车换档智能辅助决策系统的设计

    关键词：换档规律 燃料经济性 单片机 智能决策

在不降低汽车动力性的条件下改善燃料经济性是汽车研究的一个主要方面，最佳经济性换档规律能够保证发动机工作在最佳经济性工作区，减少汽车的燃油消耗量，提高整车的燃油经济性?１～２?。对于手动换档的汽车，如果在其行驶过程中实时地将发动机的最佳工作线和换档时的发动机工作点清晰地显示出来，同时根据该车的最佳换档规律给出换档提示，就可以使驾驶员了解车辆行驶中发动机的工作状况从而进行正确操作，也有利于驾驶员改正不良的操作习惯并纠正错误操作，以充分发挥汽车的经济性和动力性。本文根据汽车的发动机特性、换档特性及车载电子设备的设计要求，利用单片机实现了嵌入式汽车智能换档辅助决策系统。
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１ 系统设计原理

１．１ 发动机最佳工作线计算

发动机最佳工作线包括发动机最佳动力性工作线和最佳经济性工作线。

１．１．１ 发动机最佳动力性工作线的计算

发动机最佳动力性工作点为发动机的等功率曲线与发动机扭矩曲线的切点，也就是扭矩曲线上功率最大的点。

发动机功率为：Ｐｅ＝Ｍｅｎｅ／９５４９

发动机扭矩为：Ｍ＝ａ＋ｂｎ＋ｃｎ＋ｄｎ，其中系数ａ、ｂ、ｃ、ｄ可以由实验数据拟合得到。

根据发动机最佳动力性工作点的定义，构造目标函数：

Ｐｅ＝Ｍｅｎｅ／９５４９＝?ａｎ＋ｂｎ＋ｃｎ＋ｄｎ?／９５４９

发动机转速范围为：ｎ≤ｎ≤ｎ

图2 油耗特性曲线 图3 Fcon1下的经济性换档点

    此为条件极值问题，即在给定的发动机转速范围内求目标函数的极大值点，然后根据发动机功率公式计算出发动机扭矩，这样就可以求出发动机最佳动力性工作点（ｎｅ，Ｍｅ）。

依次可以求出一系列油门开度下发动机最佳动力性工作点，将这些最佳工作点用曲线连接起来即得到发动机最佳动力性工作线。

１．１．２ 发动机最佳经济性工作线的计算

发动机的扭矩曲线为Ｍｅ＝ｆ（ｎｅ）

发动机的油耗曲线为Ｑｔ＝ｇ（ｎｅ）

根据发动机的扭矩曲线和油耗曲线可以得到发动机负荷特性曲线。由发动机的负荷特性曲线可以得到发动机的等油耗曲线。发动机最佳经济性工作点即为等油耗曲线与等功率曲线的切点。用求解发动机最佳动力性工作点的方法可以求得发动机最佳经济性工作点，从而得到发动机最佳经济性工作线。

１．２ 汽车最佳换档规律的计算

汽车换档规律分为最佳动力性换档规律和最佳经济性换档规律。

    １．２．１ 汽车最佳动力性换档规律的计算

在汽车驱动力图上，动力性换档点为同一油门开度下相邻两档的驱动力曲线的交点。图１所示为相邻两档的动力性换档点。求出这些换档点后，将其转换到油门开度ａ和车速ｖａ坐标图上，并把这些点连成曲线，就得到该相邻两档的动力性换档规律升档曲线。给出一定的降档速差，就可求出动力性换档规律的降档曲线，这样就求出了动力性换档规律。

１．２．２ 汽车最佳经济性换档规律的计算

在相邻两档不同节气门开度下的牵引力特性图上，按等牵