AMT半挂牵引车坡道起步辅助系统的试验研究

赵振和 邢红岩 张红星

（东风商用车技术中心）

1 前言

半挂牵引车作为主要的公路运输工具，其行驶工况复杂多变，如坡道起步就是其中的一种典型行驶工况。由于半挂牵引车载质量大，所以坡道起步相对较困难。对于装配传统手动变速器的车辆，技术熟练的驾驶员可以通过对驻车制动、离合器踏板和油门踏板三者的精确配合操作实现坡道起步，而装配AMT的车辆取消了离合器踏板，离合器的功能操作由电控单元控制执行机构完成，驾驶员无法控制离合器的工作状态，这就给AMT车辆的坡道起步增加了控制难度，容易出现坡道起步时发动机熄火和车辆溜坡的情况。为防止这种情况出现,一般采用增加辅助制动的方法来实现车辆的坡道起步,即在离合器尚不能传递足够转矩时,由辅助制动来抑制车辆的后溜[1]，由此使得坡道起步辅助系统在AMT半挂牵引车上得到应用。

本文针对国外某款成熟的AMT坡道起步辅助产品的工作原理和控制策略进行了试验分析，并对其坡道起步品质进行了主观评价和客观测量，得到了影响AMT坡道起步品质的评价指标。

2 坡道起步辅助系统

坡道起步辅助系统（Hill Assistant Start，HAS）可以调整汽车在上坡起步时发动机的扭矩，通过干预性制动、延迟解除车轮制动等控制手段来阻止汽车下滑，有效避免坡道起步时发动机熄火和溜坡的情况，使上坡驾驶更为简单舒适[2]。

我国对于重型半挂牵引车HAS的研究较少，为此对国外某款半挂牵引车HAS进行了试验研究，图1为该款AMT半挂牵引车HAS结构图。由图1可以看出，该车加装了坡道起步ECU控制单元，由其控制前制动管路的快放阀和后制动管路的感载阀，从而达到延迟解除前、后车轮制动，完成坡道起步的目的。

3 AMT半挂牵引车HAS控制策略测试分析

3.1 试验设备

为获取精确的试验数据，采用DEWETRON多功能数据采集仪以实现各类信号的同步采集。其它试验设备包括3个气压传感器、1条CAN数据传输线和1个驻车制动触发装置。

3.2 试验数据采集通道

采集信号通道分配情况见表1。

表1 采集信号通道

3.3 试验车辆配置

试验用车辆配置参数见表2。

表2 试验用车辆配置参数

3.4 HAS控制策略测试分析

3.4.1 HAS功能开启控制策略测试分析

3.4.1.1 驻车制动与HAS关系

在10%坡道上用驻车制动进行驻车，使车辆保持静止状态 （此时不踩制动踏板），按下HAS开关按钮至ON状态。图2为使用驻车制动时HAS不工作时的情况。由图2可看出，在松开驻车制动阀后（图2中驻车制动开关信号为“0”时表示拉起驻车制动手柄，信号为“1”时表示松开驻车制动手柄），前桥制动气室放气解除前桥制动，同时后桥弹簧气室充气解除后桥制动，车辆出现“溜坡”现象（图2中车速为负值）。由此可知，在使用驻车制动时HAS不工作。这种控制策略可避免在坡道起步时驻车制动和HAS同时对车轮施加制动力，影响车辆在坡道上的平稳起步。

3.4.1.2 脚制动与HAS关系

在10%坡道上踩下制动踏板，使车辆保持静止状态（此时不使用驻车制动），按下 HAS开关按钮至ON状态。图3为使用脚制动时HAS工作情况，由图3可看出，在松开脚制动踏板（脚制动踏板开关信号从0变为1）1.98 s后，前、后制动气室才放气解除制动，由此可知，只有在脚制动时HAS才工作。HAS的这种设计理念非常适用于在坡道拥堵路面频繁起步及停车再起步的工况。

由上述分析可知，在打开HAS系统控制开关、踩住制动踏板、车辆处于停止状态及未使用驻车制动等条件均成立的情况下，HAS系统控制前、后制动管路保持原有制动气压，延迟释放制动力，HAS系统功能开启。

3.4.2 HAS系统功能关闭控制策略测试分析

3.4.2.1 制动力延迟释放测试

在车辆静止状态下，开启HAS系统功能后，松开制动踏板且不踩下油门踏板。由图4可看出，松开制动踏板后，制动系统气压保持1.98s后才释放，由此可知，制动力释放延迟最长时间为1.98s，即在HAS系统功能开启后前、后车轮制动力保持时间为1.98s，此后制动力解除，HAS系统功能关闭。图4中信号为“0”时表示未踩下制动踏板，信号为“1”时表示踩下制动踏板。

3.4.2.2 HAS系统对发动机状态的响应

a. 在10%坡道上开启HAS系统功能，缓慢踩下油门踏板进行坡道起步。由图5可看出，当松开制动踏板1.89 s后，后桥气室开始解除制动，HAS系统功能自动关闭，此时发动机扭矩占百分比为13%。

b. 在10%坡道上开启HAS功能，快速踩下油门踏板进行坡道起步。由图6可看出，当松开制动踏板0.77 s后，后桥气室开始解除制动，HAS功能自动关闭，此时发动机扭矩占百分比为13%。

c. 在16%坡道上开启HAS功能，缓慢踩下油门踏板进行坡道起步。由图7可看出，在松开制动踏板1.88 s后，后桥气室开始解除制动，HAS功能自动关闭，此时发动机扭矩占百分比达到17%，坡道起步成功。

d. 在16%坡道上开启HAS功能，缓慢踩下油门踏板进行坡道起步。由图8可看出，在松开制动踏板1.98s后，后桥气室开始解除制动，此时发动机扭矩百分比达到14%。需要注意的是，此时出现“溜坡”现象。这是由于在松开制动踏板1.98s时，发动机输出扭矩尚不能克服坡道阻力，而HAS功能开启时间已达到最大值，于是HAS功能关闭，解除前、后轮压力。

e 在16%坡道上开启HAS功能，快速踩油门踏板进行坡道起步。由图9可看出，在松开制动踏板0.75 s后，后桥气室开始解除制动，HAS功能自动关闭，此时发动机扭矩占百分比为17%。

从上述分析可知，HAS功能关闭的条件为:HAS工作时间达到功能自动关闭的时间门限值 （约1.98 s）；发动机扭矩达到HAS控制策略设定值，能够克服坡道阻力，满足平稳起步要求。当上述条件之一成立时，HAS功能关闭，解除前、后制动气室的制动气压，释放车轮制动力。

4 AMT半挂牵引车坡道起步品质评价

4.1 坡道起步品质评价方法

使用奥地利李斯特内燃机及测试设备公司（AVL LIST Gmbh）开发的AVL-DRIVE汽车驾驶性能客观评价系统对AMT坡道起步品质进行评价。

AVL-DRIVE系统的评分计算程序如图10所示。该系统的核心单元DMU将各种传感器信号数据传送到计算机数据库并计算每个指标的评价因数，每个评价因数都有一个对应的主观评价分值；然后将各指标评分乘以相应的权重系数，得到次级模式的指标分数，以此推算，最终得到测试车辆的总评分[3]。

4.2 坡道起步品质评价指标

目前对于AMT换挡品质评价的研究较多,也形成了成熟的评价指标[4]，但对于起步品质的评价指标有待进一步完善。起步品质是指车辆能够平稳地从静止过渡到最小稳定车速的程度[5]。由分析可知,在AMT半挂牵引车坡道起步过程中，起步响应、起步初始冲击度、离合器接合平稳性、离合器接合冲击、离合器接合冲击度、发动机转速降幅是影响其起步品质的6个关键参数。为此，将6个参数作为坡道起步品质的评价指标。

起步响应是指从驾驶员踩下油门踏板开始，到车辆运动到某状态的过程 （本文指车辆纵向加速度达到1 m/s2时），该指标的评价参数为时间；起步初始冲击度是指车辆从静止过渡到运动状态过程中，纵向加速度的变化率；离合器接合平稳性是指从离合器开始结合到完全结合的过程中，对传动系统造成的冲击，用此过程中车辆纵向加速度的均方根值来表示；离合器接合冲击是指在离合器完全接合点位置车辆纵向加速度的变化幅值；离合器接合冲击度是指此刻车辆纵向加速度变化率；发动机转速降幅是指在起步过程中，发动机转速最高点与最低点的差值。

4.3 坡道起步品质评价结果

AMT半挂牵引车在16%坡道上起步品质评价结果见表3。

表3 16%坡道起步评价结果

从表3可知，HAS坡道起步品质综合评价结果优于驻车制动坡道起步品质。6个评价指标中，HAS坡道起步评价结果中只有起步初始冲击度一项比驻车制动时差。这是因为驾驶员使用驻车制动进行坡道起步时，为了保证顺利起步，往往先踩下油门使发动机转速上升，然后再慢慢松开离合器，当车辆有明显的向前行驶的运动趋势时才释放驻车制动，完成起步。如果驻车制动释放延迟时间长，起步初始冲击度就小，评分就高，但这样会造成起步响应变慢，且会带来离合器的过度磨损。起步初始冲击度与起步响应2个评价指标是相对的，起步响应评分高，起步初始冲击度评分相对就低，而HAS功能可以很好地兼顾这两个评价指标的平衡。

5 结束语

利用多功能数据采集仪对国外某款AMT半挂牵引车HAS的控制策略进行了测试，分析了HAS开启及停止工作的条件，以及在不同坡道、不同油门开度下，HAS工作时发动机输出扭矩与AMT离合器的工作状态。在测试HAS控制策略的基础上，对采用驻车制动进行坡道起步和HAS进行坡道起步的性能进行了对比评价。结果表明，采用HAS坡道起步品质综合评价结果优于驾驶员采用驻车制动时的坡道起步品质。

1 王洪亮.装用AMT的重型越野车起步与换挡自动控制研究:[学位论文].北京:北京理工大学，2010.

2 崔海峰，刘昭度，王国业，等.基于扭矩传感器的汽车坡道起步辅助系统.仪器仪表学报，2006（10）.

3 张明凯.AVL CRUISE和AVL DRIVE联合仿真.AVL先进模拟技术中国用户大会，成都，2009.

4 葛安林，沈波.AMT换挡品质的研究.汽车技术，2003（2）.

5 刘保林.AMT起步与换挡品质研究:[学位论文].长春:吉林大学，2003.