人工操纵起步过程的分析与优化

图2.13所示为熟练驾驶员驾驶装备手动机械变速器的试验车辆在相同挡位起步时的两组试验曲线，离合器当量接合速度由行程传感器检测到的离合器接合行程对时间求一阶导数而得到，当量冲击度是通过对变速器输入轴转速求二阶导数而得到，可以间接地反映车辆的起步冲击状况。

图2.13　人工起步试验曲线1

（a）第一组试验；（b）第二组试验

图2.13 （a）起步过程的第一阶段离合器接合速度平缓，乘员在现场的主观感受评价良好；图2.13 （b）的起步过程的第一阶段离合器接合速度快，乘员在现场的主观感受评价稍差，起步过程的起始阶段有冲击。图2.13 （b）中离合器接合第一阶段（图中圈出的部分）的当量冲击度是图2.13 （a）中的两倍，说明乘员的现场感受和试验数据体现出的结果相吻合。

试验数据同样可以验证上文的分析，第一阶段出现较大冲击的原因是在半接合点前的离合器接合速度过快，离合器主、从动部分以较快的速度接合会造成冲击，如图2.13 （b）中，变速器输入轴的瞬时转速较高，更有甚者，离合器从动部分的瞬间转速与发动机转速相同，此类数据若出现在AMT 起步控制中，会严重干扰起步过程的后续控制。人工操纵车辆起步的试验数据进一步验证了图2.5 中的分析。

图2.14 （a）、（b）中，离合器同步前发动机转速不下降或者下降平缓，即表示离合器传递的扭矩与发动机的输出扭矩相差不大；图2.14 （c）、（d）中离合器同步前发动机转速以较快速度下降，即表示离合器传递的扭矩超出发动机的输出扭矩较多。图2.14 （a）、（b）中的起步过程在离合器同步点处的车辆冲击度较小，而图2.14 （c）、（d）中的起步过程在离合器同步点处的车辆冲击度较大。因此，使离合器的传递扭矩与发动机的输出扭矩相当，是在离合器接合第二阶段抑制起步冲击度的有效方法。

由于越野车辆对动力性要求较高，需要提高离合器在滑摩阶段传递的摩擦扭矩，而为了控制车辆的起步冲击，又需要使得离合器在滑摩阶段传递的摩擦扭矩与发动机的输出扭矩相当。因此，提高发动机的输出扭矩，并且使得离合器在滑摩阶段传递的摩擦扭矩与发动机的输出扭矩差距较小，就可以在控制车辆起步冲击度的前提下，有效缩短车辆的起步时间，提高动力性。

发动机的输出扭矩是一个与发动机转速相关的变化量，以发动机在当前油门开度下可以输出最大扭矩时的转速作为第二阶段离合器接合控制的目标，即可以实现在控制冲击度的前提下提高车辆的动力性。

本书试验车辆采用的是全程调速柴油发动机，其不同油门下的发动机转速控制目标如图2.15所示，当油门开度小于40%时，以各自油门开度下发动机输出最大扭矩的转速作为目标转速；当油门开度超过40%时，均以1 300 r／min作为控制目标，此时发动机可以输出2 000 N·m 的最大扭矩。

图2.14　人工起步试验曲线2 （见彩插）

（a）第一组试验；（b）第二组试验；（c）第三组试验；（d）第四组试验(https://www.xing528.com)

图2.15　发动机转速控制目标

发动机在输出较高扭矩的同时，其转速也相对较低，这也有利于离合器的滑摩控制，如图2.16所示。

图2.16　起步过程中发动机输出功率分配

发动机所输出的功率被分为两部分：一部分通过离合器从动盘，作用在整车上，用于增加车辆的动能，提高车速；另一部分被用于离合器的滑摩功，产生热能。产生磨损的功率是需要尽量减小的，其在整个发动机输出功率中占的比重越大，越不利于快速起步，还会增加离合器的磨损，相较于图2.16中的虚线部分，如果将发动机的转速控制在实线部分，则离合器的滑摩功小，有利于延长离合器的使用寿命。

因此，通过离合器的接合使发动机工作在能够输出较大扭矩的转速点，还可减小离合器的磨损。

下面的内容通过对坡道起步人工控制的分析，研究坡道起步过程中第一阶段的自动控制策略，特别是基于驻车制动的辅助控制策略。

通过对装备手动变速器的试验车辆安装数据采集系统，对人工操纵坡道起步过程的试验数据进行了采集，为坡道起步过程的自动控制提供相应的参考，如图2.17所示。

图2.17　人工操纵坡道起步试验曲线

图2.17 中，在坡道起步前车辆处于驻车制动状态，驾驶员先慢抬离合器踏板，然后根据当前的坡度角给予较大的油门开度，图中所示的坡道起步过程由于起步坡度角较大，油门开度达40%以上，随着离合器的逐渐接合，离合器传递给发动机的负载扭矩逐步增加，当离合器接合到50%时，发动机运转声音沉闷并且车身出现一定程度的抖动，如图中变速器输出轴出现较低的转速，由此驾驶员判断离合器已经输出足够的摩擦扭矩，然后打开手控驻车制动阀，驻车制动解除，车辆转为正常起步，随着离合器的继续接合，其主、从动部分的转速差逐步减小直至差值为零。

根据以上坡道起步过程的分析，其中的关键步骤是驾驶员根据车辆当前的状况，判断离合器是否输出足够的摩擦扭矩，只有离合器输出足够大的扭矩时，驻车制动才能解除。当驾驶员听到发动机运转声音沉闷并且感觉到车身有一定程度的抖动时，就认为离合器已经传递足够大的扭矩了。因此，在坡道起步的自动控制策略中，需要AMT 能够根据其采集到的车辆状态信号，包括发动机的当前工作状态及变速器输入输出轴的转速变化等，判断离合器传递扭矩的情况，然后对驻车制动实施准确控制。