汽车起步过程的离合器控制

胡乐友

摘 要：在车辆起步过程中，离合器控制问题具有非线性、时变、强耦合与难于建模的特征，给传统的控制理论和控制方法的应用带来了一定的局限性。由于车辆起步时存在驾驶员的意图、车况、路況的多变性以及对乘员舒适性、离合器磨损、发动机不能熄火等要求，因此如何控制离合器的接合过程是AMT的核心和难点。

关键词：汽车起步过程；离合器控制

1 前言

汽车在运行过程中的离合器起到的作用非常显著，尤其是在其接合过程中影响着乘客的舒适程度与离合器的使用时间。但是离合器在操作控制过程中受到各类参数的影响，所以在研究分析时存在一定的难度。

2 车辆起步过程的分析

下图中就将汽车在起步过程划分三个阶段进行阐述：

从起步到t1期间，离合器开始运行，其中的主动部分与从动部分在到达t1时开始接触，这之前的阶段为空行程阶段。顾名思义，在这一阶段离合器的主动部分和从动部分在执行机构的推动下开始相互靠近，以此来消除离合器主从部分相互的间距，可是在此期间离合器的主动部分与从动部分之间并未发生真正的碰触，所在发动机相当于空载运行，发动机的运转速度会不断提高，并且离合器的输出轴转速为0，也正是由于离合器主从动部分之间不存在接触的情况，那么在此阶段就不会出现摩擦与冲击，在控制这一阶段时，需要缩短时间，加快起步之后车辆离合器的结合时间。

t1～t2阶段：离合器的主从部分两者开始逐渐接触，两者的运转速度也达到相同，这一阶段称为“滑摩阶段”。在这一阶段中，离合器在这段时间运行时，主从部分相互摩擦，而且在摩擦的过程中发动机会产生力矩，那么汽车就可以通过力矩来抵挡汽车起步阶段遇到的路面摩擦阻力，确保完成起步操作。在此期间离合器中的主动部分运转速度远远高于从动部分运转速度，所以出现摩擦情况之后，发动机就不会在处于空载运行。其状态始终保持在负载扭矩，导致发动机的运转速度提升缓慢，知道转速达到最大值之后，其速度会逐渐减缓，而离合器的输出轴运转速度在此期间会持续上升。

在这一阶段如果接合的过快，那么将导致很大得起步冲击，也就是我们常说的“怂车”，影响驾乘人员的乘坐舒适程度，同时自动变速器的内部元件也会受到损伤。如果结合的过程较为缓慢，那么在此期间摩擦会产生大量的热量，让离合器温度升高，减少元件的使用时间，因此这个阶段是整个起步过程控制的重点和难点。

t2到t3这个阶段中离合器中的从动盘与主动盘装束相同，这一阶段过程为“同步过程”。在离合器主动件和从动件之间已停止滑动摩擦，并形成了关节运动作为一个整体，旋转速度是一致的，在离合器产生的转矩形成车辆的操作阻力，确保发动机产生的扭矩可以完全得到应用。由于离合器的主动部分与从动部分保持吻合状态，也就不会再有滑摩功的产生，并且也不会有冲击的产生。对于该阶段的控制，只要保证有较大的力防止离合器的摩擦盘不会因为起步过程中某些震动脱开即可。

3 控制汽车起步时离合器的接合方式

（1）在汽车起步阶段，驾驶员期望发动保持在稳定的运转状态，而且车身在移动时要保持平稳，将离合器的磨损度控制到最低。那么就需要合理控制冲击度与滑磨功，但是这两项数据是处于相互对立的局面，所以需要妥善控制，其离合器的接合对于控制的数据情况也有关系。通过研究发现离合器的接合情况一般控制为“快慢快”或“慢快慢”。除此以外，影响离合器接合情况的因素还有从转盘的运转速度、斜坡的倾斜程度、油门的开度等。

（2）离合器的接合速度大小反映离合器的传递扭矩增加快慢以及离合器的滑磨时间，影响冲击度和滑磨功。

离合器的接合速度vc的主要分量vc由反映驾驶员起步快慢意图的加速踏板位移确定，它是一种前馈作用。为了避免发动机转速过高造成的发动机噪声大、阻力矩增加、滑磨功增加以及接合时间长等不利影响，ne不宜太高，故将ne作为确定接合速度辅助分量vce的输入量。如果发动机转速变化率越大，则说明发动机的输出扭矩与离合器的传递扭矩之差越大，ne就会迅速上升。这样，ne也作为确定接合速度辅助分量vcd的输入量，用来反映发动机转速变化对接合速度的影响。考虑离合器的摩擦传递扭矩与离合器接合位置的非线性关系，将由、ne和ne确定的接合速度乘以离合器非线性修正系数kc得到离合器的接合速度。

（3）系统输入的参数来源于油门开度、离合器的主从动盘运转速度、离合器的结合行程三项，模糊控制系统进行分析。首先，需要判断起步的分析图，主要依照油门开度与油门开度的变化情况来绘制，如果油门开度偏大同时变化迅速可将此判断为快起步，相反的情况成为慢起步。在分析离合器接合的整个流程时，利用离合器中从动盘与主从动盘两者的运转速度差值来断定接合流程中不同阶段的临界点，而且离合器的接合速度也受到这两个转速影响。所有选用了两者之间的运转速度差值来输入模糊控制器中，可以将控制系统的复杂性有效减少，而且笔者将两者之间的差值改变为转速比，有利于确定模糊理论与比例因子，下列公式即用来计算转速比：rec=（ωe-ωc）/ωe

而且，系统的控制规律仅通过油门的开合情况与主从动盘的转动速度来反应的话，参数不够全面，所以笔者将接合离合器的行程数据也加入其中，其可以保证将离合器划分为不同的阶段进行更加详细准确的分析，可以提高系统的控制精度。

4 道路试验

汽车起步过程的离合器控制试验是在装用AMT的桑塔纳2000型轿车上进行的。确定离合器允许接合位置xcp和接合速度vc的参数根据试验效果进行整定。起步过程的典型例子是车辆在坡道上静止起步。应用笔者研究的控制策略，在12%坡道上静止起步的道路试验结果如图2所示。

在图2中，驾驶员踩下的加速踏板位移从开始阶段的13%缓慢变化到48%。离合器接合位置开始处于空行程阶段，变化快速。在滑磨阶段根据上节提出的控制策略进行控制，离合器接合位置缓慢变化。当发动机转速等于一轴转速nv时离合器进入同步接合阶段，快速接合离合器。发动机转速最高值1420r/min，转速波动较小。车速（在图2中已换算成一轴转速nv）增加平稳。起步时间为1.7s。

5 结语

考虑到发动机的承载能力和离合器的非线性特性，提出了一种汽车起步过程的离合器控制策略。离合器接合控制不仅要控制接合位置，还要控制其接合速度。接合位置反映离合器传递扭矩的大小，接合速度反映离合器传递扭矩的变化快慢。该控制策略既实现了车辆从静止状态顺利起步，又能满足滑磨功和冲击度的起步性能指标。该控制策略在笔者研制的装用AMT的桑塔纳轿车上获得了成功应用。试验表明，发动机转速波动小，车辆起步平稳。

参考文献

[1]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，2015，（04）：266.

[2]赵克刚，姚伟浩等.一种纯电动汽车动力换挡式机械变速器[J].中国机械工程，2015（12）：44-45.

[3]陈世江，吴晓金.基于DCTF理化性能分析的双离合自动变速器可靠性试验研究[J].公路与汽运，2015（04）：11-14.