基于城市客車機(jī)械自動變速器起步控制策略研究

馬海斌

摘要：以城市客車為研究對象，基于離合器傳遞扭矩的非線性特性，提出以駕駛員駕駛意圖為基礎(chǔ)的起步控制策略，該控制策略算法簡單。仿真結(jié)果表明，該策略在評價指標(biāo)內(nèi)，能有效地實現(xiàn)起步。

Abstract： Taking city bus as the research object， proposed a starting control strategy based on the non-linear characteristics of clutch torque and the driver's intention. The control strategy strategy is simple and The simulation results show that it can effectively get the object started within the evaluation index.

關(guān)鍵詞：機(jī)械式自動變速器;起步控制策略;城市客車

1? 概述

起步控制是AMT應(yīng)用的難點(diǎn)之一[1]。本文針對其起步控制難點(diǎn)，以城市實物圖為對象，根據(jù)離合器傳遞扭矩的非線性特性和駕駛員的駕駛意圖，制定起步控制策略。通過Simulink軟件搭建仿真模型，驗證控制策略的有效性。

2? 基于城市客車的AMT系統(tǒng)原理

2.1 起步評價指標(biāo)

AMT汽車起步評價指標(biāo)主要是：沖擊度和滑磨功[2]。本文主要以沖擊度控制目標(biāo)來制定控制策略。

2.2 傳動系統(tǒng)模型

2.3 城市客車離合器傳遞扭矩特性

離合器在接合過程，膜片彈簧提供壓力作用于壓盤，壓盤再壓縮摩擦片，發(fā)動機(jī)扭矩通過摩擦片與壓盤之間的摩擦作用傳遞給汽車傳動系統(tǒng)。本文研究的城市客車離合器傳遞扭矩特性如圖1所示。經(jīng)離合器傳遞扭矩特性曲線經(jīng)一次求導(dǎo)，可得傳遞扭矩變化率如圖2所示。

3? 城市客車起步控制策略研究

3.1 離合器接合控制

離合器控制直接的控制量便是離合器接合速度。一般在起步過程，發(fā)動機(jī)與離合器轉(zhuǎn)速變化如圖3所示。

在t1之前，離合器消除空行程，之后離合器開始產(chǎn)生滑磨，t2時間之后汽車開始運(yùn)動，t2時刻稱為半接合點(diǎn)。t2-t4為離合器同步過程，在t3為發(fā)動機(jī)達(dá)到最大轉(zhuǎn)速。t4開始離合器閉合，輸入輸出轉(zhuǎn)速相等。

考慮到在t2半接合點(diǎn)處，汽車較容易產(chǎn)生沖擊振動，結(jié)合半結(jié)合點(diǎn)處汽車的舒適性確定接合速度，此時離合器傳遞扭矩剛好等于汽車行駛阻力，假設(shè)汽車在平路上起步，此時克服的阻力主要是道路阻力，此時離合器輸出端的阻力矩：

通過式（7）、圖4、圖5可以計算得到不同汽車質(zhì)量，不同加速踏板開度要求下的半接合點(diǎn)前接合速度如圖6所示。

在t2-t4階段，由于離合器傳遞扭矩的非線性，接合速度應(yīng)該相對第一階段要慢。為了使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速波動不至于太大，離合器的接合位置應(yīng)該使得離合器傳動的扭矩與發(fā)動機(jī)扭矩相等，在這階段，根據(jù)發(fā)動機(jī)實時的扭矩，獲得離合器需要接合的位置，并考慮以駕駛員的駕駛意圖確定離合器接合速度。此階段根據(jù)離合器需要接合的位置變化率要求，確定離合器大端的接合速度。

通過式（7）、圖2、圖5可以計算得到離合器接合速度。接合速度由三個決定因素：①發(fā)動機(jī)當(dāng)前扭矩;②汽車質(zhì)量;③駕駛員的行駛意圖。計算結(jié)果為一組三維Map圖。圖7為氣門開度10%時的接合速度map圖。

3.2 發(fā)動機(jī)起步控制

在起步階段，發(fā)動機(jī)控制原則為恒轉(zhuǎn)速控制。設(shè)定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為850轉(zhuǎn)。在起步過程中通過PID控制器調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速保持在這一轉(zhuǎn)速。

4? 仿真分析

4.1 仿真模型

仿真模型如圖8所示。模型輸入為發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速、加速踏板輸入、車輛負(fù)載。由控制策略得到離合器接合速度，進(jìn)而得到離合器接合位置，最后將發(fā)動機(jī)扭矩、離合器傳遞扭矩和車輛負(fù)載輸入車輛模型。發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開度則由PID控制器自動調(diào)節(jié)。

4.2 仿真結(jié)果分析

針對某11米長城市客車進(jìn)行仿真。在空車情況下，駕駛員腳踏板輸入80%開度。仿真結(jié)果如圖9-圖11所示。

從仿真結(jié)果看出，同步時間在0.75s左右，起步過程由于離合器傳遞扭矩的非線性，沖擊不可避免，但是沖擊度在設(shè)計范圍內(nèi)。

5? 結(jié)論

基于城市客車傳動系統(tǒng)特性，提出了基于駕駛員行駛意圖的起步控制策略。針對某城市客車的仿真結(jié)果表明，能在目標(biāo)沖擊度的約束下有效地實現(xiàn)客車的起步。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃建明.機(jī)械式自動變速器的控制策略研究[D].重慶大學(xué)博士學(xué)位論文，2004.

[2]雷雨龍，葛安林，李永軍.離合器起步過程的控制策略[J].汽車工程，2000（04）：266-281.

[3]騫大闖.汽車AMT自動離合器起步模糊控制研究[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2010.