汽車起步過程的離合器控制

胡樂友

摘 要：在車輛起步過程中，離合器控制問題具有非線性、時變、強耦合與難于建模的特征，給傳統的控制理論和控制方法的應用帶來了一定的局限性。由于車輛起步時存在駕駛員的意圖、車況、路況的多變性以及對乘員舒適性、離合器磨損、發動機不能熄火等要求，因此如何控制離合器的接合過程是AMT的核心和難點。

關鍵詞：汽車起步過程；離合器控制

1 前言

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

2 車輛起步過程的分析

下圖中就將汽車在起步過程劃分三個階段進行闡述：

從起步到t1期間，離合器開始運行，其中的主動部分與從動部分在到達t1時開始接觸，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部分和從動部分在執行機構的推動下開始相互靠近，以此來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部分與從動部分之間并未發生真正的碰觸，所在發動機相當于空載運行，發動機的運轉速度會不斷提高，并且離合器的輸出軸轉速為0，也正是由于離合器主從動部分之間不存在接觸的情況，那么在此階段就不會出現摩擦與沖擊，在控制這一階段時，需要縮短時間，加快起步之后車輛離合器的結合時間。

t1～t2階段：離合器的主從部分兩者開始逐漸接觸，兩者的運轉速度也達到相同，這一階段稱為“滑摩階段”。在這一階段中，離合器在這段時間運行時，主從部分相互摩擦，而且在摩擦的過程中發動機會產生力矩，那么汽車就可以通過力矩來抵擋汽車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部分運轉速度遠遠高于從動部分運轉速度，所以出現摩擦情況之后，發動機就不會在處于空載運行。其狀態始終保持在負載扭矩，導致發動機的運轉速度提升緩慢，知道轉速達到最大值之后，其速度會逐漸減緩，而離合器的輸出軸運轉速度在此期間會持續上升。

在這一階段如果接合的過快，那么將導致很大得起步沖擊，也就是我們常說的“慫車”，影響駕乘人員的乘坐舒適程度，同時自動變速器的內部元件也會受到損傷。如果結合的過程較為緩慢，那么在此期間摩擦會產生大量的熱量，讓離合器溫度升高，減少元件的使用時間，因此這個階段是整個起步過程控制的重點和難點。

t2到t3這個階段中離合器中的從動盤與主動盤裝束相同，這一階段過程為“同步過程”。在離合器主動件和從動件之間已停止滑動摩擦，并形成了關節運動作為一個整體，旋轉速度是一致的，在離合器產生的轉矩形成車輛的操作阻力，確保發動機產生的扭矩可以完全得到應用。由于離合器的主動部分與從動部分保持吻合狀態，也就不會再有滑摩功的產生，并且也不會有沖擊的產生。對于該階段的控制，只要保證有較大的力防止離合器的摩擦盤不會因為起步過程中某些震動脫開即可。

3 控制汽車起步時離合器的接合方式

（1）在汽車起步階段，駕駛員期望發動保持在穩定的運轉狀態，而且車身在移動時要保持平穩，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，但是這兩項數據是處于相互對立的局面，所以需要妥善控制，其離合器的接合對于控制的數據情況也有關系。通過研究發現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盤的運轉速度、斜坡的傾斜程度、油門的開度等。

（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，它是一種前饋作用。為了避免發動機轉速過高造成的發動機噪聲大、阻力矩增加、滑磨功增加以及接合時間長等不利影響，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。如果發動機轉速變化率越大，則說明發動機的輸出扭矩與離合器的傳遞扭矩之差越大，ne就會迅速上升。這樣，ne也作為確定接合速度輔助分量vcd的輸入量，用來反映發動機轉速變化對接合速度的影響。考慮離合器的摩擦傳遞扭矩與離合器接合位置的非線性關系，將由、ne和ne確定的接合速度乘以離合器非線性修正系數kc得到離合器的接合速度。

（3）系統輸入的參數來源于油門開度、離合器的主從動盤運轉速度、離合器的結合行程三項，模糊控制系統進行分析。首先，需要判斷起步的分析圖，主要依照油門開度與油門開度的變化情況來繪制，如果油門開度偏大同時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流程時，利用離合器中從動盤與主從動盤兩者的運轉速度差值來斷定接合流程中不同階段的臨界點，而且離合器的接合速度也受到這兩個轉速影響。所有選用了兩者之間的運轉速度差值來輸入模糊控制器中，可以將控制系統的復雜性有效減少，而且筆者將兩者之間的差值改變為轉速比，有利于確定模糊理論與比例因子，下列公式即用來計算轉速比：rec=（ωe-ωc）/ωe

而且，系統的控制規律僅通過油門的開合情況與主從動盤的轉動速度來反應的話，參數不夠全面，所以筆者將接合離合器的行程數據也加入其中，其可以保證將離合器劃分為不同的階段進行更加詳細準確的分析，可以提高系統的控制精度。

4 道路試驗

汽車起步過程的離合器控制試驗是在裝用AMT的桑塔納2000型轎車上進行的。確定離合器允許接合位置xcp和接合速度vc的參數根據試驗效果進行整定。起步過程的典型例子是車輛在坡道上靜止起步。應用筆者研究的控制策略，在12%坡道上靜止起步的道路試驗結果如圖2所示。

在圖2中，駕駛員踩下的加速踏板位移從開始階段的13%緩慢變化到48%。離合器接合位置開始處于空行程階段，變化快速。在滑磨階段根據上節提出的控制策略進行控制，離合器接合位置緩慢變化。當發動機轉速等于一軸轉速nv時離合器進入同步接合階段，快速接合離合器。發動機轉速最高值1420r/min，轉速波動較小。車速（在圖2中已換算成一軸轉速nv）增加平穩。起步時間為1.7s。

5 結語

考慮到發動機的承載能力和離合器的非線性特性，提出了一種汽車起步過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。該控制策略既實現了車輛從靜止狀態順利起步，又能滿足滑磨功和沖擊度的起步性能指標。該控制策略在筆者研制的裝用AMT的桑塔納轎車上獲得了成功應用。試驗表明，發動機轉速波動小，車輛起步平穩。

參考文獻

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