基于城市客车机械自动变速器起步控制策略研究

马海斌

摘要：以城市客车为研究对象，基于离合器传递扭矩的非线性特性，提出以驾驶员驾驶意图为基础的起步控制策略，该控制策略算法简单。仿真结果表明，该策略在评价指标内，能有效地实现起步。

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.

关键词：机械式自动变速器;起步控制策略;城市客车

1  概述

起步控制是AMT应用的难点之一[1]。本文针对其起步控制难点，以城市实物图为对象，根据离合器传递扭矩的非线性特性和驾驶员的驾驶意图，制定起步控制策略。通过Simulink软件搭建仿真模型，验证控制策略的有效性。

2  基于城市客车的AMT系统原理

2.1 起步评价指标

AMT汽车起步评价指标主要是：冲击度和滑磨功[2]。本文主要以冲击度控制目标来制定控制策略。

2.2 传动系统模型

2.3 城市客车离合器传递扭矩特性

离合器在接合过程，膜片弹簧提供压力作用于压盘，压盘再压缩摩擦片，发动机扭矩通过摩擦片与压盘之间的摩擦作用传递给汽车传动系统。本文研究的城市客车离合器传递扭矩特性如图1所示。经离合器传递扭矩特性曲线经一次求导，可得传递扭矩变化率如图2所示。

3  城市客车起步控制策略研究

3.1 离合器接合控制

离合器控制直接的控制量便是离合器接合速度。一般在起步过程，发动机与离合器转速变化如图3所示。

在t1之前，離合器消除空行程，之后离合器开始产生滑磨，t2时间之后汽车开始运动，t2时刻称为半接合点。t2-t4为离合器同步过程，在t3为发动机达到最大转速。t4开始离合器闭合，输入输出转速相等。

考虑到在t2半接合点处，汽车较容易产生冲击振动，结合半结合点处汽车的舒适性确定接合速度，此时离合器传递扭矩刚好等于汽车行驶阻力，假设汽车在平路上起步，此时克服的阻力主要是道路阻力，此时离合器输出端的阻力矩：

通过式（7）、图4、图5可以计算得到不同汽车质量，不同加速踏板开度要求下的半接合点前接合速度如图6所示。

在t2-t4阶段，由于离合器传递扭矩的非线性，接合速度应该相对第一阶段要慢。为了使发动机转速波动不至于太大，离合器的接合位置应该使得离合器传动的扭矩与发动机扭矩相等，在这阶段，根据发动机实时的扭矩，获得离合器需要接合的位置，并考虑以驾驶员的驾驶意图确定离合器接合速度。此阶段根据离合器需要接合的位置变化率要求，确定离合器大端的接合速度。

通过式（7）、图2、图5可以计算得到离合器接合速度。接合速度由三个决定因素：①发动机当前扭矩;②汽车质量;③驾驶员的行驶意图。计算结果为一组三维Map图。图7为气门开度10%时的接合速度map图。

3.2 发动机起步控制

在起步阶段，发动机控制原则为恒转速控制。设定发动机转速为850转。在起步过程中通过PID控制器调节节气门开度使发动机转速保持在这一转速。

4  仿真分析

4.1 仿真模型

仿真模型如图8所示。模型输入为发动机目标转速、加速踏板输入、车辆负载。由控制策略得到离合器接合速度，进而得到离合器接合位置，最后将发动机扭矩、离合器传递扭矩和车辆负载输入车辆模型。发动机节气门开度则由PID控制器自动调节。

4.2 仿真结果分析

针对某11米长城市客车进行仿真。在空车情况下，驾驶员脚踏板输入80%开度。仿真结果如图9-图11所示。

从仿真结果看出，同步时间在0.75s左右，起步过程由于离合器传递扭矩的非线性，冲击不可避免，但是冲击度在设计范围内。

5  结论

基于城市客车传动系统特性，提出了基于驾驶员行驶意图的起步控制策略。针对某城市客车的仿真结果表明，能在目标冲击度的约束下有效地实现客车的起步。

参考文献：

[1]黄建明.机械式自动变速器的控制策略研究[D].重庆大学博士学位论文，2004.

[2]雷雨龙，葛安林，李永军.离合器起步过程的控制策略[J].汽车工程，2000（04）：266-281.

[3]骞大闯.汽车AMT自动离合器起步模糊控制研究[D].北京：北京工业大学，2010.