趙振和 邢紅巖 張紅星

（東風(fēng)商用車技術(shù)中心）

1 前言

半掛牽引車作為主要的公路運(yùn)輸工具，其行駛工況復(fù)雜多變，如坡道起步就是其中的一種典型行駛工況。由于半掛牽引車載質(zhì)量大，所以坡道起步相對(duì)較困難。對(duì)于裝配傳統(tǒng)手動(dòng)變速器的車輛，技術(shù)熟練的駕駛員可以通過對(duì)駐車制動(dòng)、離合器踏板和油門踏板三者的精確配合操作實(shí)現(xiàn)坡道起步，而裝配AMT的車輛取消了離合器踏板，離合器的功能操作由電控單元控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成，駕駛員無法控制離合器的工作狀態(tài)，這就給AMT車輛的坡道起步增加了控制難度，容易出現(xiàn)坡道起步時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火和車輛溜坡的情況。為防止這種情況出現(xiàn),一般采用增加輔助制動(dòng)的方法來實(shí)現(xiàn)車輛的坡道起步,即在離合器尚不能傳遞足夠轉(zhuǎn)矩時(shí),由輔助制動(dòng)來抑制車輛的后溜[1]，由此使得坡道起步輔助系統(tǒng)在AMT半掛牽引車上得到應(yīng)用。

本文針對(duì)國外某款成熟的AMT坡道起步輔助產(chǎn)品的工作原理和控制策略進(jìn)行了試驗(yàn)分析，并對(duì)其坡道起步品質(zhì)進(jìn)行了主觀評(píng)價(jià)和客觀測(cè)量，得到了影響AMT坡道起步品質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2 坡道起步輔助系統(tǒng)

坡道起步輔助系統(tǒng)（Hill Assistant Start，HAS）可以調(diào)整汽車在上坡起步時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩，通過干預(yù)性制動(dòng)、延遲解除車輪制動(dòng)等控制手段來阻止汽車下滑，有效避免坡道起步時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火和溜坡的情況，使上坡駕駛更為簡單舒適[2]。

我國對(duì)于重型半掛牽引車HAS的研究較少，為此對(duì)國外某款半掛牽引車HAS進(jìn)行了試驗(yàn)研究，圖1為該款A(yù)MT半掛牽引車HAS結(jié)構(gòu)圖。由圖1可以看出，該車加裝了坡道起步ECU控制單元，由其控制前制動(dòng)管路的快放閥和后制動(dòng)管路的感載閥，從而達(dá)到延遲解除前、后車輪制動(dòng)，完成坡道起步的目的。

3 AMT半掛牽引車HAS控制策略測(cè)試分析

3.1 試驗(yàn)設(shè)備

為獲取精確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用DEWETRON多功能數(shù)據(jù)采集儀以實(shí)現(xiàn)各類信號(hào)的同步采集。其它試驗(yàn)設(shè)備包括3個(gè)氣壓傳感器、1條CAN數(shù)據(jù)傳輸線和1個(gè)駐車制動(dòng)觸發(fā)裝置。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集通道

采集信號(hào)通道分配情況見表1。

表1 采集信號(hào)通道

3.3 試驗(yàn)車輛配置

試驗(yàn)用車輛配置參數(shù)見表2。

表2 試驗(yàn)用車輛配置參數(shù)

3.4 HAS控制策略測(cè)試分析

3.4.1 HAS功能開啟控制策略測(cè)試分析

3.4.1.1 駐車制動(dòng)與HAS關(guān)系

在10%坡道上用駐車制動(dòng)進(jìn)行駐車，使車輛保持靜止?fàn)顟B(tài) （此時(shí)不踩制動(dòng)踏板），按下HAS開關(guān)按鈕至ON狀態(tài)。圖2為使用駐車制動(dòng)時(shí)HAS不工作時(shí)的情況。由圖2可看出，在松開駐車制動(dòng)閥后（圖2中駐車制動(dòng)開關(guān)信號(hào)為“0”時(shí)表示拉起駐車制動(dòng)手柄，信號(hào)為“1”時(shí)表示松開駐車制動(dòng)手柄），前橋制動(dòng)氣室放氣解除前橋制動(dòng)，同時(shí)后橋彈簧氣室充氣解除后橋制動(dòng)，車輛出現(xiàn)“溜坡”現(xiàn)象（圖2中車速為負(fù)值）。由此可知，在使用駐車制動(dòng)時(shí)HAS不工作。這種控制策略可避免在坡道起步時(shí)駐車制動(dòng)和HAS同時(shí)對(duì)車輪施加制動(dòng)力，影響車輛在坡道上的平穩(wěn)起步。

3.4.1.2 腳制動(dòng)與HAS關(guān)系

在10%坡道上踩下制動(dòng)踏板，使車輛保持靜止?fàn)顟B(tài)（此時(shí)不使用駐車制動(dòng)），按下 HAS開關(guān)按鈕至ON狀態(tài)。圖3為使用腳制動(dòng)時(shí)HAS工作情況，由圖3可看出，在松開腳制動(dòng)踏板（腳制動(dòng)踏板開關(guān)信號(hào)從0變?yōu)?）1.98 s后，前、后制動(dòng)氣室才放氣解除制動(dòng)，由此可知，只有在腳制動(dòng)時(shí)HAS才工作。HAS的這種設(shè)計(jì)理念非常適用于在坡道擁堵路面頻繁起步及停車再起步的工況。

由上述分析可知，在打開HAS系統(tǒng)控制開關(guān)、踩住制動(dòng)踏板、車輛處于停止?fàn)顟B(tài)及未使用駐車制動(dòng)等條件均成立的情況下，HAS系統(tǒng)控制前、后制動(dòng)管路保持原有制動(dòng)氣壓，延遲釋放制動(dòng)力，HAS系統(tǒng)功能開啟。

3.4.2 HAS系統(tǒng)功能關(guān)閉控制策略測(cè)試分析

3.4.2.1 制動(dòng)力延遲釋放測(cè)試

在車輛靜止?fàn)顟B(tài)下，開啟HAS系統(tǒng)功能后，松開制動(dòng)踏板且不踩下油門踏板。由圖4可看出，松開制動(dòng)踏板后，制動(dòng)系統(tǒng)氣壓保持1.98s后才釋放，由此可知，制動(dòng)力釋放延遲最長時(shí)間為1.98s，即在HAS系統(tǒng)功能開啟后前、后車輪制動(dòng)力保持時(shí)間為1.98s，此后制動(dòng)力解除，HAS系統(tǒng)功能關(guān)閉。圖4中信號(hào)為“0”時(shí)表示未踩下制動(dòng)踏板，信號(hào)為“1”時(shí)表示踩下制動(dòng)踏板。

3.4.2.2 HAS系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)的響應(yīng)

a. 在10%坡道上開啟HAS系統(tǒng)功能，緩慢踩下油門踏板進(jìn)行坡道起步。由圖5可看出，當(dāng)松開制動(dòng)踏板1.89 s后，后橋氣室開始解除制動(dòng)，HAS系統(tǒng)功能自動(dòng)關(guān)閉，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩占百分比為13%。

b. 在10%坡道上開啟HAS功能，快速踩下油門踏板進(jìn)行坡道起步。由圖6可看出，當(dāng)松開制動(dòng)踏板0.77 s后，后橋氣室開始解除制動(dòng)，HAS功能自動(dòng)關(guān)閉，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩占百分比為13%。

c. 在16%坡道上開啟HAS功能，緩慢踩下油門踏板進(jìn)行坡道起步。由圖7可看出，在松開制動(dòng)踏板1.88 s后，后橋氣室開始解除制動(dòng)，HAS功能自動(dòng)關(guān)閉，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩占百分比達(dá)到17%，坡道起步成功。

d. 在16%坡道上開啟HAS功能，緩慢踩下油門踏板進(jìn)行坡道起步。由圖8可看出，在松開制動(dòng)踏板1.98s后，后橋氣室開始解除制動(dòng)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩百分比達(dá)到14%。需要注意的是，此時(shí)出現(xiàn)“溜坡”現(xiàn)象。這是由于在松開制動(dòng)踏板1.98s時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩尚不能克服坡道阻力，而HAS功能開啟時(shí)間已達(dá)到最大值，于是HAS功能關(guān)閉，解除前、后輪壓力。

e 在16%坡道上開啟HAS功能，快速踩油門踏板進(jìn)行坡道起步。由圖9可看出，在松開制動(dòng)踏板0.75 s后，后橋氣室開始解除制動(dòng)，HAS功能自動(dòng)關(guān)閉，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩占百分比為17%。

從上述分析可知，HAS功能關(guān)閉的條件為:HAS工作時(shí)間達(dá)到功能自動(dòng)關(guān)閉的時(shí)間門限值 （約1.98 s）；發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩達(dá)到HAS控制策略設(shè)定值，能夠克服坡道阻力，滿足平穩(wěn)起步要求。當(dāng)上述條件之一成立時(shí)，HAS功能關(guān)閉，解除前、后制動(dòng)氣室的制動(dòng)氣壓，釋放車輪制動(dòng)力。

4 AMT半掛牽引車坡道起步品質(zhì)評(píng)價(jià)

4.1 坡道起步品質(zhì)評(píng)價(jià)方法

使用奧地利李斯特內(nèi)燃機(jī)及測(cè)試設(shè)備公司（AVL LIST Gmbh）開發(fā)的AVL-DRIVE汽車駕駛性能客觀評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)AMT坡道起步品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

AVL-DRIVE系統(tǒng)的評(píng)分計(jì)算程序如圖10所示。該系統(tǒng)的核心單元DMU將各種傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫并計(jì)算每個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)因數(shù)，每個(gè)評(píng)價(jià)因數(shù)都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的主觀評(píng)價(jià)分值；然后將各指標(biāo)評(píng)分乘以相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，得到次級(jí)模式的指標(biāo)分?jǐn)?shù)，以此推算，最終得到測(cè)試車輛的總評(píng)分[3]。

4.2 坡道起步品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)

目前對(duì)于AMT換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)的研究較多,也形成了成熟的評(píng)價(jià)指標(biāo)[4]，但對(duì)于起步品質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)有待進(jìn)一步完善。起步品質(zhì)是指車輛能夠平穩(wěn)地從靜止過渡到最小穩(wěn)定車速的程度[5]。由分析可知,在AMT半掛牽引車坡道起步過程中，起步響應(yīng)、起步初始沖擊度、離合器接合平穩(wěn)性、離合器接合沖擊、離合器接合沖擊度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降幅是影響其起步品質(zhì)的6個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。為此，將6個(gè)參數(shù)作為坡道起步品質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

起步響應(yīng)是指從駕駛員踩下油門踏板開始，到車輛運(yùn)動(dòng)到某狀態(tài)的過程 （本文指車輛縱向加速度達(dá)到1 m/s2時(shí)），該指標(biāo)的評(píng)價(jià)參數(shù)為時(shí)間；起步初始沖擊度是指車輛從靜止過渡到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)過程中，縱向加速度的變化率；離合器接合平穩(wěn)性是指從離合器開始結(jié)合到完全結(jié)合的過程中，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)造成的沖擊，用此過程中車輛縱向加速度的均方根值來表示；離合器接合沖擊是指在離合器完全接合點(diǎn)位置車輛縱向加速度的變化幅值；離合器接合沖擊度是指此刻車輛縱向加速度變化率；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降幅是指在起步過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的差值。

4.3 坡道起步品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

AMT半掛牽引車在16%坡道上起步品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。

表3 16%坡道起步評(píng)價(jià)結(jié)果

從表3可知，HAS坡道起步品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果優(yōu)于駐車制動(dòng)坡道起步品質(zhì)。6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)中，HAS坡道起步評(píng)價(jià)結(jié)果中只有起步初始沖擊度一項(xiàng)比駐車制動(dòng)時(shí)差。這是因?yàn)轳{駛員使用駐車制動(dòng)進(jìn)行坡道起步時(shí)，為了保證順利起步，往往先踩下油門使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升，然后再慢慢松開離合器，當(dāng)車輛有明顯的向前行駛的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)才釋放駐車制動(dòng)，完成起步。如果駐車制動(dòng)釋放延遲時(shí)間長，起步初始沖擊度就小，評(píng)分就高，但這樣會(huì)造成起步響應(yīng)變慢，且會(huì)帶來離合器的過度磨損。起步初始沖擊度與起步響應(yīng)2個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)是相對(duì)的，起步響應(yīng)評(píng)分高，起步初始沖擊度評(píng)分相對(duì)就低，而HAS功能可以很好地兼顧這兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的平衡。

5 結(jié)束語

利用多功能數(shù)據(jù)采集儀對(duì)國外某款A(yù)MT半掛牽引車HAS的控制策略進(jìn)行了測(cè)試，分析了HAS開啟及停止工作的條件，以及在不同坡道、不同油門開度下，HAS工作時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩與AMT離合器的工作狀態(tài)。在測(cè)試HAS控制策略的基礎(chǔ)上，對(duì)采用駐車制動(dòng)進(jìn)行坡道起步和HAS進(jìn)行坡道起步的性能進(jìn)行了對(duì)比評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，采用HAS坡道起步品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果優(yōu)于駕駛員采用駐車制動(dòng)時(shí)的坡道起步品質(zhì)。

1 王洪亮.裝用AMT的重型越野車起步與換擋自動(dòng)控制研究:[學(xué)位論文].北京:北京理工大學(xué)，2010.

2 崔海峰，劉昭度，王國業(yè)，等.基于扭矩傳感器的汽車坡道起步輔助系統(tǒng).儀器儀表學(xué)報(bào)，2006（10）.

3 張明凱.AVL CRUISE和AVL DRIVE聯(lián)合仿真.AVL先進(jìn)模擬技術(shù)中國用戶大會(huì)，成都，2009.

4 葛安林，沈波.AMT換擋品質(zhì)的研究.汽車技術(shù)，2003（2）.

5 劉保林.AMT起步與換擋品質(zhì)研究:[學(xué)位論文].長春:吉林大學(xué)，2003.