针对自动变速器开发的需要，对换档规律的静态档位计算部分进行了研究。首先，通过换档线计算出了目标档位；最后，根据强制线和约束线的工作原理，建立了强制换档和屏蔽升降档的条件。档位计算的实例证实了本文研究的有效性。
换档规律关系到动力传动系统各总成潜力的挖掘与整体最优性能的发挥，直接影响车辆的动力性、燃油经济性、通过性和对环境的适应能力，是自动变速器的核心技术。换档规律是指自动变速器在换档时档位随控制参数变化而变化的规律，是确定最佳换档点的依据。依据控制参数的不同，可分为单参数、两参数和三参数换档规律，其中使用最多的是两参数（车速和油门开度）换档规律。
静态档位计算根据当前车辆状态和驾驶员意图计算出车辆行驶的目标档位，是换档规律的基础和关键环节。针对自动变速器开发的需要，本文对两参数换档规律中的静态档位计算进行了研究，首先，通过换档线计算出了目标档位；然后，根据强制线和约束线的工作原理，建立了强制换档和屏蔽升降档的条件；最后，给出了静态档位计算的应用实例。本文的研究对于换档规律的理论学习和应用开发都具有一定的借鉴和参考价值。
1 静态档位计算流程
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图1 静态档位计算流程
静态档位计算的流程如图1所示，具体来说如下：
（1）预选驾驶模式
通过换档杆手柄和模式开关可以进行驾驶模式的预选，如图2所示：
图2 预选驾驶模式
预选驾驶模式结果pr_pre_sel_map的含义如下：
0 — 选择了“自动模式”或者“手动模式”
1 — 选择了“动力模式”
2 — 选择了“冬季模式”
3 — 选择了“经济模式”
4 — 未用
（2）选择驾驶模式
利用预选驾驶模式结果pr_pre_sel_map和变速器油温状态可以选择驾驶模式，如图3所示：
图3 选择驾驶模式
驾驶模式选择结果的含义如下：
0 — PR_drive，自动模式
1 — PR_PROTECTION，保护模式
2 — PR_WARM_UP_1，暖机模式1
3 — PR_winter，冬季模式
4 — PR_SPECIAL_ECO，超经济模式
5 — PR_WARM_UP_2，暖机模式2
（3）查找换档线编号
在上述的6个驾驶模式中，每个模式都有相应的升档map和降档map，这样升降档就总共具有12个map。当车辆在上述任意一个驾驶模式下升降档时，只需查找相应的map就可以得到需要的换档线编号。例如，在PR_drive模式下升降档时，此时的map如图4所示：
（a）PR_DRIVE驾驶模式时降档map
（b）PR_DRIVE驾驶模式时降档map
图4 PR_DRIVE驾驶模式的升降档map
在图4中，“自动换档模式”时，查找到的是“经济”、“动力”或“负载”换档特性时的换档线编号；“手动换档模式”时，查找到的是约束线编号，此时只有对角线的值有效。
（4）定位换档线地址表
有了换档线或者约束线编号之后，就可以定位到换档线和约束线地址表中的相应位置，此时就可以了解到比较详细的信息，如图5所示：
图5 换档线和约束线地址表
（5）换档线表
此时，根据换档线的编号和名称就可以找到对应的换档线map，如图6所示：
图6 换档线map
（6）插值处理
图7 升降档参考速度
有了换档线以后，根据油门开度就可以找到一个对应的参考速度，如图7所示。从理论上来说，通过这个参考速度与输出轴速度的比较，就可以决定是否进行升降档。但是，在实际使用中，往往利用插值算法得到的平均参考速度进行比较。例如，首先，“经济”换档特性的参考速度与“动力”换档特性的参考速度进行插值得到midRefSpeed参考速度，然后midRefSpeed参考速度与“负载”换档特性的参考速度进行插值得到最终的平均参考速度。
（7）换档逻辑
经过换档逻辑之后得到计算档位，如图8所示：
图8 换档逻辑
（8）目标档位
计算档位经过合理性检查等处理之后，即可作为目标档位输出。
2 强制换档
图9 强制线和约束线
在手动模式下，当系统检测到当前发动机转速超过了强制线时，在没有接到驾驶员请求的前提下就会自动的升降档，这称之为强制换档[5]。强制线分为强制升档线和强制降档线（如图9所示），相应地，强制换档也就分为强制升档和强制降档。
（1）强制升档
如果发动机转速太高，落在了强制升档线的右边区域，就会触发强制升档。强制升档的条件如式（1）所示：
（1）其中，nab_f是输出轴速度，gp_nxt是当前档位，c_nab_frc_up_sft [gp_nxt]是升档参考速度。
（2）强制降档 如果发动机转速太低，落在了强制降档线的左边区域，就会触发强制降档。强制降档的条件如式（2）所示：
（2）其中，nab_f是输出轴速度，gp_nxt是当前档位，c_nab_frc_dwn_sft [gp_nxt]是降档参考速度。
3 屏蔽升降档
在手动模式下，如果发动机转速相对于当前档位过低或者过高，换档规律就会屏蔽驾驶员的升降档请求，这称之为屏蔽升降档。屏蔽升降档是利用约束线来实现的，约束线分为升档约束线和降档约束线（如图9所示），相应地，也就有了屏蔽升档和屏蔽降档之分。
如果发动机转速太低，落在了升档约束线的左边，即在强制降档线和升档约束线之间的区域时，就会屏蔽掉驾驶员的升档请求，也就是“升档不可能”。
如果发动机转速太高，落在了降档约束线的右边，即在降档约束线和强制升档线之间的区域时，就会屏蔽掉驾驶员的降档请求，也就是“降档不可能”。
为了确保系统功能正确，约束线与强制换档线之间必须满足式（3）所示的关系：
（3）
4 应用实例
某自动变速器静态档位计算部分的功能需求如下：
（1）空档识别计算
（2）倒档识别计算
（3）自动换档模式下的升降档计算
（4）手动换档模式下的升降档计算
Standstill时升档计算
起步时升档计算
车速不为零时升档计算
强制升档计算
Standstill时降档计算
起步时降档计算
车速不为零时降档计算
强制降档计算
手动冬季模式2档起步计算
（5）请求错误时的计算
本文的研究对象被广泛应用于自动变速器项目，经受住了实践的考验和验证，实现了自动变速器产品和相匹配汽车产品的产业化和商品化。通过本文的研究得出以下结论：
（1）静态档位计算能够求出自动档汽车的目标档位；
(2)强制换档和屏蔽升降档极大地提高了汽车的驾驶性能；
（3）为以后的自动变速器开发提供了借鉴和参考价值。
END
