汽車(chē)起步過(guò)程的離合器控制

胡樂(lè)友

摘 要：在車(chē)輛起步過(guò)程中，離合器控制問(wèn)題具有非線性、時(shí)變、強(qiáng)耦合與難于建模的特征，給傳統(tǒng)的控制理論和控制方法的應(yīng)用帶來(lái)了一定的局限性。由于車(chē)輛起步時(shí)存在駕駛員的意圖、車(chē)況、路況的多變性以及對(duì)乘員舒適性、離合器磨損、發(fā)動(dòng)機(jī)不能熄火等要求，因此如何控制離合器的接合過(guò)程是AMT的核心和難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)起步過(guò)程；離合器控制

1 前言

汽車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中的離合器起到的作用非常顯著，尤其是在其接合過(guò)程中影響著乘客的舒適程度與離合器的使用時(shí)間。但是離合器在操作控制過(guò)程中受到各類(lèi)參數(shù)的影響，所以在研究分析時(shí)存在一定的難度。

2 車(chē)輛起步過(guò)程的分析

下圖中就將汽車(chē)在起步過(guò)程劃分三個(gè)階段進(jìn)行闡述：

從起步到t1期間，離合器開(kāi)始運(yùn)行，其中的主動(dòng)部分與從動(dòng)部分在到達(dá)t1時(shí)開(kāi)始接觸，這之前的階段為空行程階段。顧名思義，在這一階段離合器的主動(dòng)部分和從動(dòng)部分在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推動(dòng)下開(kāi)始相互靠近，以此來(lái)消除離合器主從部分相互的間距，可是在此期間離合器的主動(dòng)部分與從動(dòng)部分之間并未發(fā)生真正的碰觸，所在發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)于空載運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度會(huì)不斷提高，并且離合器的輸出軸轉(zhuǎn)速為0，也正是由于離合器主從動(dòng)部分之間不存在接觸的情況，那么在此階段就不會(huì)出現(xiàn)摩擦與沖擊，在控制這一階段時(shí)，需要縮短時(shí)間，加快起步之后車(chē)輛離合器的結(jié)合時(shí)間。

t1～t2階段：離合器的主從部分兩者開(kāi)始逐漸接觸，兩者的運(yùn)轉(zhuǎn)速度也達(dá)到相同，這一階段稱(chēng)為“滑摩階段”。在這一階段中，離合器在這段時(shí)間運(yùn)行時(shí)，主從部分相互摩擦，而且在摩擦的過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生力矩，那么汽車(chē)就可以通過(guò)力矩來(lái)抵擋汽車(chē)起步階段遇到的路面摩擦阻力，確保完成起步操作。在此期間離合器中的主動(dòng)部分運(yùn)轉(zhuǎn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于從動(dòng)部分運(yùn)轉(zhuǎn)速度，所以出現(xiàn)摩擦情況之后，發(fā)動(dòng)機(jī)就不會(huì)在處于空載運(yùn)行。其狀態(tài)始終保持在負(fù)載扭矩，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度提升緩慢，知道轉(zhuǎn)速達(dá)到最大值之后，其速度會(huì)逐漸減緩，而離合器的輸出軸運(yùn)轉(zhuǎn)速度在此期間會(huì)持續(xù)上升。

在這一階段如果接合的過(guò)快，那么將導(dǎo)致很大得起步?jīng)_擊，也就是我們常說(shuō)的“慫車(chē)”，影響駕乘人員的乘坐舒適程度，同時(shí)自動(dòng)變速器的內(nèi)部元件也會(huì)受到損傷。如果結(jié)合的過(guò)程較為緩慢，那么在此期間摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱量，讓離合器溫度升高，減少元件的使用時(shí)間，因此這個(gè)階段是整個(gè)起步過(guò)程控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

t2到t3這個(gè)階段中離合器中的從動(dòng)盤(pán)與主動(dòng)盤(pán)裝束相同，這一階段過(guò)程為“同步過(guò)程”。在離合器主動(dòng)件和從動(dòng)件之間已停止滑動(dòng)摩擦，并形成了關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)作為一個(gè)整體，旋轉(zhuǎn)速度是一致的，在離合器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩形成車(chē)輛的操作阻力，確保發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的扭矩可以完全得到應(yīng)用。由于離合器的主動(dòng)部分與從動(dòng)部分保持吻合狀態(tài)，也就不會(huì)再有滑摩功的產(chǎn)生，并且也不會(huì)有沖擊的產(chǎn)生。對(duì)于該階段的控制，只要保證有較大的力防止離合器的摩擦盤(pán)不會(huì)因?yàn)槠鸩竭^(guò)程中某些震動(dòng)脫開(kāi)即可。

3 控制汽車(chē)起步時(shí)離合器的接合方式

（1）在汽車(chē)起步階段，駕駛員期望發(fā)動(dòng)保持在穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，而且車(chē)身在移動(dòng)時(shí)要保持平穩(wěn)，將離合器的磨損度控制到最低。那么就需要合理控制沖擊度與滑磨功，但是這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)是處于相互對(duì)立的局面，所以需要妥善控制，其離合器的接合對(duì)于控制的數(shù)據(jù)情況也有關(guān)系。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)離合器的接合情況一般控制為“快慢快”或“慢快慢”。除此以外，影響離合器接合情況的因素還有從轉(zhuǎn)盤(pán)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度、斜坡的傾斜程度、油門(mén)的開(kāi)度等。

（2）離合器的接合速度大小反映離合器的傳遞扭矩增加快慢以及離合器的滑磨時(shí)間，影響沖擊度和滑磨功。

離合器的接合速度vc的主要分量vc由反映駕駛員起步快慢意圖的加速踏板位移確定，它是一種前饋?zhàn)饔谩榱吮苊獍l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高造成的發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲大、阻力矩增加、滑磨功增加以及接合時(shí)間長(zhǎng)等不利影響，ne不宜太高，故將ne作為確定接合速度輔助分量vce的輸入量。如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化率越大，則說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩與離合器的傳遞扭矩之差越大，ne就會(huì)迅速上升。這樣，ne也作為確定接合速度輔助分量vcd的輸入量，用來(lái)反映發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化對(duì)接合速度的影響?？紤]離合器的摩擦傳遞扭矩與離合器接合位置的非線性關(guān)系，將由、ne和ne確定的接合速度乘以離合器非線性修正系數(shù)kc得到離合器的接合速度。

（3）系統(tǒng)輸入的參數(shù)來(lái)源于油門(mén)開(kāi)度、離合器的主從動(dòng)盤(pán)運(yùn)轉(zhuǎn)速度、離合器的結(jié)合行程三項(xiàng)，模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。首先，需要判斷起步的分析圖，主要依照油門(mén)開(kāi)度與油門(mén)開(kāi)度的變化情況來(lái)繪制，如果油門(mén)開(kāi)度偏大同時(shí)變化迅速可將此判斷為快起步，相反的情況成為慢起步。在分析離合器接合的整個(gè)流程時(shí)，利用離合器中從動(dòng)盤(pán)與主從動(dòng)盤(pán)兩者的運(yùn)轉(zhuǎn)速度差值來(lái)斷定接合流程中不同階段的臨界點(diǎn)，而且離合器的接合速度也受到這兩個(gè)轉(zhuǎn)速影響。所有選用了兩者之間的運(yùn)轉(zhuǎn)速度差值來(lái)輸入模糊控制器中，可以將控制系統(tǒng)的復(fù)雜性有效減少，而且筆者將兩者之間的差值改變?yōu)檗D(zhuǎn)速比，有利于確定模糊理論與比例因子，下列公式即用來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)速比：rec=（ωe-ωc）/ωe

而且，系統(tǒng)的控制規(guī)律僅通過(guò)油門(mén)的開(kāi)合情況與主從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度來(lái)反應(yīng)的話，參數(shù)不夠全面，所以筆者將接合離合器的行程數(shù)據(jù)也加入其中，其可以保證將離合器劃分為不同的階段進(jìn)行更加詳細(xì)準(zhǔn)確的分析，可以提高系統(tǒng)的控制精度。

4 道路試驗(yàn)

汽車(chē)起步過(guò)程的離合器控制試驗(yàn)是在裝用AMT的桑塔納2000型轎車(chē)上進(jìn)行的。確定離合器允許接合位置xcp和接合速度vc的參數(shù)根據(jù)試驗(yàn)效果進(jìn)行整定。起步過(guò)程的典型例子是車(chē)輛在坡道上靜止起步。應(yīng)用筆者研究的控制策略，在12%坡道上靜止起步的道路試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

在圖2中，駕駛員踩下的加速踏板位移從開(kāi)始階段的13%緩慢變化到48%。離合器接合位置開(kāi)始處于空行程階段，變化快速。在滑磨階段根據(jù)上節(jié)提出的控制策略進(jìn)行控制，離合器接合位置緩慢變化。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等于一軸轉(zhuǎn)速nv時(shí)離合器進(jìn)入同步接合階段，快速接合離合器。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速最高值1420r/min，轉(zhuǎn)速波動(dòng)較小。車(chē)速（在圖2中已換算成一軸轉(zhuǎn)速nv）增加平穩(wěn)。起步時(shí)間為1.7s。

5 結(jié)語(yǔ)

考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)的承載能力和離合器的非線性特性，提出了一種汽車(chē)起步過(guò)程的離合器控制策略。離合器接合控制不僅要控制接合位置，還要控制其接合速度。接合位置反映離合器傳遞扭矩的大小，接合速度反映離合器傳遞扭矩的變化快慢。該控制策略既實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛從靜止?fàn)顟B(tài)順利起步，又能滿(mǎn)足滑磨功和沖擊度的起步性能指標(biāo)。該控制策略在筆者研制的裝用AMT的桑塔納轎車(chē)上獲得了成功應(yīng)用。試驗(yàn)表明，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)小，車(chē)輛起步平穩(wěn)。

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