5.6 自动变速器控制策略架构
自动变速器控制软件整体架构包括3个部分，如图5-31所示。
1）功能架构：描述控制系统所能实现的不同功能以及实现相关功能所需的输入信息，包含功能定义、系统输入等信息。
2）物理架构：决定采用什么资源来承载并实现相关的功能。对变速器控制系统来说，主要是控制器和执行器（包括传感器、线束、系统测试、EMC/EMI、外形、包装、通信等）。
3）逻辑架构：主要决定哪些资源承载哪些功能，以便最合理、最精简、最低成本地完成控制系统的需求。
驾驶人驾驶汽车时，控制系统控制动力总成提供驱动力使整车加速、克服行驶阻力以达到驾驶人的目标速度。整个动力总成、驾驶人和整车其他系统所构成的控制系统如图5-32所示。
图5-31 控制系统基本架构
图5-32 整车控制系统示意图
对于动力总成系统，转矩传递流程如图5-33所示。发动机控制系统将驾驶人`踏板输入转化为转矩需求，并将转矩需求转换成对进气量或喷油量的控制。混合气燃烧产生指示转矩，减去内部摩擦转矩、制动转矩及附件转矩后输出的净转矩作用于变速器输入轴上，经变速器、主减速器、差速器的转矩、速度传递最终作用于车轮，对整车产生驱动力。
图5-33 动力总成转矩传递流程
对于传统的汽油机，驾驶人踩加速踏板控制的是进气量。而对于一款特定的汽油机，特定工况下的空燃比是个定值。因此，这种控制可以看做是进气量控制。后来，随着控制系统的升级，采用了转矩控制方法，驾驶人的加速踏板输入信号被动力系统根据自身的结构和整车的特性（速度、惯量等），解释成整车的加速度需求，根据整车及动力传动系统的惯量特征、变速特征和载荷特征，反推出发动机的输出转矩。这种转矩控制系统较传统控制复杂得多，也需要整个动力系统的更多信息。
对于柴油机，由于应用的是压燃方式并普遍使用增压器，所以没有节气门控制进气，进气量总是控制在最大（发动机速度低时和Super Charge的系统会有些不同）状态。柴油机的加速踏板输入可以通过Pedal Map转化为转矩需求，进而通过控制喷油量来直接控制输出转矩。对于采用直接转矩控制的柴油机，原理上类似，但略有不同，这里不详细描述。发动机的喷油和燃烧过程，以一定的效率输出转矩。
汽油机的效率一般在30%多，柴油机效率在理论上高一些，如果采用HCCI等均值燃烧技术效率在理论上可达到50%以上，但目前这种技术大规模应用还有困难。燃烧过程产生的转矩称为指示转矩（Indicated Torque）。指示转矩克服发动机内部的摩擦推动系统运转，克服摩擦后输出的转矩称为曲轴转矩（Crank Torque）。内燃机的标定工程师需要搞清楚这两个转矩的差别，如果标定工程师的转矩指令是设置给指示转矩，发动机的实际输出转矩要小很多。发动机输出端一般连接着一个齿轮系，用来驱动发电机、转向泵、空气压缩机等附件系统。克服附件负载之后，发动机的输出转矩称为净转矩（Net Torque）。净转矩是发动机系统最终输出的转矩。
发动机输出的净转矩作为变速器系统的输入，首先与液力变矩器（有的变速器没有，比如AMT、DCT等）输入端相连，经液力变矩器输出后再通过齿轮系统将转矩放大或缩小。最终通过传动轴、主减速器作用于车轮上。
对于变速器系统，驾驶人通过加速踏板、转向盘、制动踏板、变速杆和模式按钮等发出行驶指令，并输入到不同的控制系统中，比如，发动机控制系统一般要接收加速踏板、制动踏板变速器档位、模式按钮和一些特殊信号（如转向盘信号、自动巡航按钮等）。变速器也需要这些信号，及其相关信号，如Tap信号（手动换档信号等）。变速器控制系统根据当前车辆状态和驾驶人的输入信息，对即将换入的档位进行规划、优化，制定具体执行策略。变速器控制系统在整个上电运行过程中通过通信总线与发动机控制系统以及其他控制系统保持信息沟通。自动变速器主要通过换档执行元件来控制机械件式行星齿轮系，实现档位的变换。不同变速器对换档执行元件的控制方式是不同的，常用的主要是通过电磁阀、电动机等来进行。
图5-34为一款4速变速器的升档示意图，假设各档速比为3.95、2.3、1.4和1.0。发动机起动后，在某些条件下（如寒冷的天气中），汽车可以二档起步，所以，上图中忽略一档的挂档过程。
图5-34 4速变速器升档示意图(https://www.daowen.com)
假设汽车处于加速行驶状态，当车速达到一定值时，当前加速踏板开度下的速度已经到达了升入二档的数值时，变速器开始进行升档。
升档过程中，发动机输出转速被拉低，如图5-34所示发动机转速曲线。由于发动机的动态响应问题，这个过程中发动机并不会输出不变的功率，而是转矩也会下降，等换档完成后，发动机根据输入条件进行转矩调整，使之尽快提升至与换档前相同的输出功率对应的转矩值。整个换档过程要受动力总成标定的影响，许多标定值是标定工程师根据主观的驾驶感受以及对汽车动力性、舒适性等的理解来进行的，所以这个转矩调整过程不是一定的。许多系统匹配相差不大的动力系统，会由于标定理念的不同使标定后的整车性能有较大的不同。二档升三档、三档升四档的过程及转矩调整过程与一档升二档类似。
对于变速器的降档过程也可以用上面的方法表示，发动机转速曲线如图5-35所示。对比图5-34中的变速器升档，由于升档过程中速比减小而车速无法瞬间变化，发动机转速就会下降；而降档时，速比增加，发动机速度上升。
图5-35 4速变速器降档示意图
假设变速器当前档位为四档，当前工况下加速踏板开度增加，或车速下降，或两者都有（上坡的时候），变速器会进行4～3的降档操作。由于三档速比大，所以发动机转速是一个上升曲线。当发动机转速调整到与三档速比对应的转速时，汽车就处于三档工作状态。需要注意的是，变速器升档和降档速度点一般是不一样的。比如，在某加速踏板开度下，三档升四档的速度是40km/h，而四档降三档的速度会比这个值小，比如34km/h。如果升档和降档的速度一样，比如都是40km/h，当汽车在40km/h左右的速度行驶时，变速器就会不停地换档。这显然是不合理的，需要在控制系统中加上迟滞缓冲区，即将降档速度点降低。同理可知其余档位的速度变化原理。
不同的电控自动变速器，其控制系统的功能架构基本一致，只不过有一些细微的个性化差异，比如，DCT除了离合器控制外，还有换档拨叉的控制。功能架构的每个功能模块的具体内容也可能有差异，比如，AT与DCT的换档时序就存在较大差别。功能模块要结合具体的机械和电气特征，才能开发出适合的控制逻辑与算法。
自动变速器控制逻辑如图5-36所示。可以分成如下几个模块：
1）系统输入模块。采集变速器控制系统所需的驾驶人输入信号、整车状态、环境信息、变速器自身状态信息、整车其他控制器发送来的信号等，并对所有信号进行预处理，确保采集的信息的正确性和准确性。
2）当前档位确定模块。根据系统输入模块采集的信息确定变速器当前状态下所处的档位。
3）驾驶人档位命令解读模块。根据系统输入模块采集的信息判断驾驶员的意图是否合理，能否作出响应，以避免驾驶人误操作并对变速器系统及整车系统进行保护。
4）换档策略执行模块。根据输入信息确定基本换档曲线并根据多种因素对换档曲线进行调整。
5）换档安排模块。根据驾驶人意图确定目标档位。
6）换档时序模块。根据当前档位和目标档位设计换档时序。
7）离合器控制模块。对将要退出和将要进入工作状态的离合器进行配合控制，顺利完成转矩和转速的切换。
8）离合器执行模块。输出离合器执行机构的控制指令。
除了上述8个基本的控制模块，还应该有通信模块（主要是CAN总线通信）—负责变速器控制系统与其余控制系统的通信，自检模块—负责对硬件、软件和系统级的失效现象进行检验并采取相应的应对措施，保证驾驶员和行人安全以及汽车和部件的使用寿命等。
图5-36 自动变速器控制逻辑总图