5.10 换档策略执行模块
如图5-42所示，换档策略执行模块主要完成的功能有基本模式选择、换档曲线选择、换档曲线调整、特殊因素调整和换档时序调整。
1.基本模式选择
自动变速器的基本模式包括经济模式、运动模式和冬季模式3种，经济换档模式偏向于提高整车的经济性而牺牲一定的动力性，一般是将换档点更靠近发动机的高效运行区；运动换档模式则与经济模式相反，目标是提高整车的动力性而牺牲一部分经济性，换档点更趋近于大功率和大转矩区间；冬季模式是对在气温低的冷天工作的情况设定的换档工作模式，比如低温下变速器油的润滑性变差，黏性变大，效率变低，可以二档起步，或将换档点向发动机低转速区调节，使变速器油在低转速下逐渐升温。选择换档基本模式需要考虑变速器控制系统的一些输入信息，包括换档模式选择按钮信号、汽车结构组成信息（如双轮驱动四轮驱动等）、驾驶人其他输入命令（如自动巡航按钮、手动换档模式等），如图5-43所示。模式选择算法根据这些输入信息生成一个合理的驾驶人意图并兼顾整车动力性、经济性、排放性、舒适性和安全可靠性等。
图5-42 换档策略执行逻辑
图5-43 基本模式决策原理图
TCU的控制逻辑除了对输入信息的全面性进行考虑外，还需要考虑这些信息的相对重要性。比如，加速踏板开度100%的重要性要高于加速踏板的其他输入值；动力总成安全性相关的输入信息要高于其他特性的输出信息，即发动机温度过高要优先于手动换档信息的输入；动力总成其他特性相关的输入信息要优先于动力总成基本特征信息，即自动巡航输入要优先于车型信息；动力总成基本特性信息要优先于原有信息，即原有模式为经济模式，当输入改为运动模式时，运动模式将覆盖经济模式。
2.换档曲线选择
换档曲线的选择要根据模式选择的输出结果及其输入信息，并结合整车的动力性（发动机、主减速器、轮胎、整车等的基本特性）以及车型定位（运动型、商务型、家庭型等）选择基本的换档曲线。基本换档曲线是根据车速、加速踏板开度、发动机转速与转矩区间的信息，设定的变速器档位。基本换档曲线是此变速器与发动机、底盘和车身相匹配的结果。
档位设定后每个档位所对应的发动机转矩和速度区间也就定下来了，如图5-44所示。
加速踏板位置及其变化速度是驾驶人对整车动力性需求的出发点，如果将图5-44中的发动机特性图以加速踏板位置为纵坐标，发动机转速为横坐标，可得图5-45所示的不同踏板开度下的经济型换档曲线与发动机特性的对应关系。
图5-44 不同档位下发动机特性与整车转矩的对应关系
图5-45 经济型换档曲线和发动机万有曲线
图中的换档曲线左上区域为N-1档的工作区间，右下区域为N档的工作区间，N为二、三、四。经济型换档曲线的设定尽量使换档曲线靠近发动机特性中的低油耗区，不同档位下可仅设计一条曲线，如图5-45所示的换档曲线适用于各个档位，即一档升二档、二档升三档、三档升四档以及降档都可以使用这条换档曲线。
假设图中N为3，当前档位为二档，换档曲线如图5-46所示。经济性需求大于动力性需求，发动机的低油耗区如图5-46所示，二档升档到三档时的换档点优先考虑经济性。假设二档的速比2.18，三档速比1.44，当前加速踏板位置为50%，换档点的发动机转速为3000r/min左右，换到三档后，发动机转速变为3000×1.44/2.18=1981（假设锁止离合器TCC已接合）。
图5-46 二档至三档的经济型换档曲线
由于换档前后车速基本不变，所以从整车角度讲，发动机的输出功率下降，需要提升转矩来提高功率，最终输出与换档前相当的功率（图5-47中等功率点A）。所以发动机换档前后功率并不是不变的，而加速踏板实际上也是功率的需求，只不过在不同的转速下，转矩的上升或下降曲线被标定得不同了。
换档曲线还需要根据发动机的转矩控制逻辑来调整，比如发动机的输出转矩和加速踏板匹配，那么档位的曲线也应该有相应的调整。
对于动力性换档，换档点向发动机高速区移动，在追求高功率输出的同时，通过延迟换档来减小换档后新档位下发动机转矩提升所带来的延迟，如图5-48所示。
假设在加速踏板位置为50%的工况下，换档点的发动机转速为3600r/min，换到三档后，发动机转速变为3600×1.44/2.18=2378r/min（假设TCC接合），如图5-49所示。
如果所选择的换档曲线覆盖了所有的档位变化（升档和降档），就可以得到一组完整的加速踏板和车速之间的关系曲线，如图5-50所示。
由图5-50可知，基本换档曲线一般有多个，它们受到许多因素的影响，且各因素的影响程度又有不同。控制系统也可以使用同一个换档曲线，但在计算具体换档点时，综合考虑各个影响因素并对换档点加以修正，使用基本换档曲线能够灵活反应工况变化及时调整。
图5-47 经济型换档曲线中升档后发动机转速降与等功率线关系图
图5-48 动力型换档曲线和发动机万有曲线关系图
3.换档曲线调整
对基本换档曲线的选择结果进行调整，需要考虑的因素包括海拔、气温、急加速、急减速、爬坡、制动等。比如，不同的海拔意味着同样的加速踏板开度下不同的进气量，从而决定不同的输出功率；温度低意味着变速器油黏度大，变速器摩擦力加大，效率下降，离合器的接合变慢。急加速和正常减速对变速器换档及一些部件的工作（如油泵）也有限制；汽车进行急减速时，车速与发动机转速下降很快，油泵转速也随之下降很快，如果变速器没有储能装置，油路压力也会很快下降，直接影响换档品质等。换档曲线的基本调整流程如图5-51所示。
对每个模式要单独进行换档曲线的调整，因为在不同模式下，调节的内容和大小都有可能不同。
图5-49 动力型换档曲线二档换到三档后发动机转速变为2378r/min
图5-50 自动变速器的基本换档曲线
4.特殊因素调整
TCU控制逻辑还应该为换档曲线考虑一些特殊的调整因素，将现有的换档曲线加以修正甚至是根据需要输出完全不同的档位指令。比如自检的纠错行为：假设换入三档时出现离合器打滑或粘连，控制逻辑应该加入限制换入三档的逻辑；在牵引力控制中，如果出现牵引力过大而导致轮胎打滑，就可以提前换档从而降低驱动转矩的输出；如果驾驶人使用手动换档模式，基本换档点就应该被驾驶人人为控制，但到了强迫换档点时还是需要调整回自动换档模式，回到正常换档区域后，再换回到手动模式；另外还有变速器齿轮系的转速限制、发动机保护档位要求等。发动机保护档位为保护发动机而设，假设当前发动机温度过高，将延迟降档，以避免发动机转速增加，使冷却液温度升高。
在TCU控制软件中，基本换档曲线给出的目标档位会根据车辆当前状态来调整，并被调整后新的目标档位所取代。(https://www.daowen.com)
由于多个特殊因素都可以对目标档位进行调整，为避免两个或多个特殊因素同时发生时可能产生的冲突，需要制定这些特殊因素的优先级别，在多个因素同时发生时，优先级别高的因素应该优先响应。
一般变速器特殊因素及其优先级如图5-52所示。
1）工程测试，仪表测试中的档位优先。
2）自检测档位优先。
3）动力总成怠速档位优先。
4）手动模式档位优先。
5）档位范围限制档位优先。
6）全轮驱动能量节省档位优先。
7）高速齿轮系保护档位优先。
8）发动机保护档位优先（如温度保护、转速保护等）。
9）离合器保护档位优先。
10）变速器低温档位限制优先
图5-51 换档曲线的基本调整流程图
图5-52 变速器换档曲线特殊因素及其优先级
11）动力性提升档位优先。
12）档位限制档位优先。
13）换档平顺档位优先。
14）驱动链减噪档位优先等。
具体的内容应根据变速器具体构成、动力总成的匹配和整车特性进行调整，但基本原则应遵循：
工程测量开发>人身安全>自检>部件可靠性>舒适性>节油率和排放。
5.换档时序调整
为了避免换档品质较差或保护变速器部件以提高可靠性，需要对换档时序进行必要的调整。比如，当加速踏板开度有大的变化时，换档应该延后，避免过于频繁的换档，以提高整车舒适性和换档品质，同时保护换档机构；当载重较大时，适当的调整换档时序可以有效减少换档次数，保护换档元件；对于变速器的特殊硬件设计（比如有的变速器应用传统的单向离合器，有的应用Clutch to Clutch多片离合器结构），正确的换档时序可以保护变速器硬件本体，比如在低温的情况下，旧的档位正在换档或刚刚结束，新的档位需求出现，这时可以将新的换档需求延迟一段时间以提高换档品质并保护换档机构的可靠性。
对于不同的变速器，会出现不同的换档时序调整。一般来讲，自动变速器中出现的换档时序调整（或延迟）有以下几种：
1）变速器低温换档延迟。
2）变速器手动换档延迟。
3）降档时序调整。
4）液力变矩器锁止离合器降档延迟。
5）全加速踏板开度换档延迟（最大转矩或功率需求）。
6）升档位时序调整。
7）跳档位时序调整。
8）换档稳定性时序调整。
9）加速踏板繁忙升档延迟等。
前面几节介绍了基本换档模式、换档点的确定、换档点调整和换档时序调节几个部分，对于有液力变矩器锁止离合器的自动变速器，还需要考虑在上述算法基础上，加入锁止离合器的接合和分离控制逻辑。
同样，对于不同的换档模式，锁止离合器的控制也有不同的控制曲线，每个基本换档模式都对应一个锁止离合器工作模式，每个模式同样需要进行调整。调整需要的输入信息包括海拔、发动机特性、变速器温度等，调整目的与前面介绍的换档曲线调整目的一致，都是为了提升整车的动力性、舒适性，降低油耗、排放，同时提高系统和部件的安全可靠性。
每个换档模式下每个档位都有两条锁止离合器的控制曲线，分别是接合和分离控制曲线，如图5-53所示。图中纵坐标是加速踏板位置，横坐标是车速。对于汽车倒拖发动机制动的现象，变速器控制和锁止离合器控制需要特别考虑，如果需要发动机制动，锁止离合器一般需要闭合，但需要考虑发动机、变速器的速度极限和温度等信息（影响摩擦磨损），甚至应用离合器相对滑移控制来平衡可靠性和功能。
图5-53 自动变速器换档曲线及锁止离合器开合曲线