莫舒玥

（廣西交通職業(yè)技術學院）

目前市場上汽車用變速器有2種，一種是手動變速器，價格較低，但駕駛的舒適性和安全性不夠好；另一種是自動變速器，舒適性好但價格較高。文章在手動變速器的基礎上對離合器部分進行改裝，成為自動離合器（ACS）[1]。ACS的優(yōu)勢在于：改變全手動換擋的模式，對傳統(tǒng)離合器加裝一套自動控制系統(tǒng)，讓駕駛操控更為簡單也更安全；提高了變速器的相應速度與駕駛舒適性；價格低廉，1 000～2 000元即可實現，維修經濟且省油。如果自動離合器控制系統(tǒng)出現故障，離合器還是保留人為控制（腳踩）的方式來接合或分離。

1 研究內容和方法

目前國外采用自動離合器的手動變速器已經在一些品牌的車型上運用[2]，如奔馳A190和C230；該技術在國內一些小型車或微型車上運用的較多。ACS具有廣闊的市場，但其接合過程的沖擊度控制還不完善，一定程度上影響乘坐的舒適性。

文章主要研究自動離合器的控制方面，且主要針對汽車起步時自動離合器的控制，實現能夠根據駕駛員意圖平穩(wěn)快捷地起步，且該過程的沖擊度和摩擦都盡量小，如何制定有效的控制策略是離合器起步控制的一個難點[3]。文章重點研究的方法是采用一種科學的多?？刂品椒▉韺崿F自動離合器的控制。

自動離合器性能是否優(yōu)良是通過沖擊度和滑摩功2個指標來進行評價。一方面，離合器接合過程中主從動盤接合瞬間由于轉速不一樣會產生一定的沖擊，使得乘坐人員產生不舒適的感受。而且沖擊度過大，使得零部件之間的撞擊力增大，加速零部件的損壞，并可能引起汽車起步熄火。另一方面，離合器接合過程實際上就是主從動盤之間摩擦力矩傳遞的過程，有摩擦必然產生熱量，熱量在此過程中就會被損耗掉，同時摩擦產生了磨損，摩擦時間越久，轉速差越大，摩擦損耗就越大[3]。

從以上分析得知，自動離合器接合控制的理想目標是沖擊度和滑摩功均越小越好[4]。減少摩擦損耗（滑摩功），則必須讓離合器接合速度縮短，但接合過快將導致沖擊度增加，頓挫感增強，影響起步時的乘坐舒適性，而且沖擊度的增加也會使得零部件受到沖擊的影響而縮短壽命，同時汽車還容易熄火。因此，尋求一個合適的平衡點，制定一個科學合理的控制策略來解決沖擊度和滑摩功的矛盾是離合器控制的關鍵[4]。

目前，對自動離合器結合點的大部分研究都是在保證汽車起步和換擋要求的前提下，根據離合器接合過程的一般特點采用“快—慢—快”的接合規(guī)律和模糊控制技術來實現的[5]。文章基于多?？刂评碚?，對自動離合器接合規(guī)律進行多?？刂撇呗匝芯考霸囼灐?/p>

2 自動離合器起步控制方法及試驗

2.1 起步多?？刂品椒?/h3>

由于起步過程中離合器的工作狀態(tài)同時受到駕駛員起步意圖、路面狀況及汽車負載情況等因素的共同影響，設計出多模控制系統(tǒng)，其設計原理，如圖1所示。知識庫代表駕駛員起步意圖、路面狀況及汽車負載情況等因素獲得的精確數據，進行模糊化，實現對控制目標離合器的控制。

針對控制目標（沖擊度和滑摩功最小的平衡點）以及離合器接合過程的特點，采用“快—慢—快”接合原則。離合器的接合過程分為3個階段：1）轉矩傳到離合器的主動盤，此時離合器的從動盤還未與主動盤接觸，未轉動，無沖擊度和滑摩功，可以加快接合速度；2）主從動盤接觸，但是轉速不一致，兩者之間產生滑摩，此時應減緩接合速度以減少沖擊度，提高乘坐舒適性[5]；3）主從動盤轉速一致，汽車實現起步，此過程可以適當加快接合速度，以減少滑摩功，同時提高起步速度。

由離合器起步接合過程分析可以把離合器工作的第1階段看成空行程控制階段，此時，離合器主動盤沒有摩擦力矩；第2階段看成滑摩控制階段；第3階段看成同步控制階段。根據3個階段的特點，選擇“比例—模糊—PID”多模控制方式。多模控制系統(tǒng)圖，如圖2所示。

因此，自動離合器的控制實際上就是通過計算機軟件設計一個多?？刂瞥绦?，再通過自動離合器自動控制系統(tǒng)實現機械式離合器的自動控制目標，取代駕駛員離合器操縱，從而實現汽車起步離合器操縱的自動化。而這個功能只需要一套多?？刂瞥绦颉⒅绷麟妱訖C、離合器操縱機構、電控單元、傳感器、線束及顯示單元等部件組成的自動離合器控制系統(tǒng)就完全可以實現[6]。

2.2 離合器接合速度模糊控制

駕駛員通過操縱油門踏板和離合踏板來使汽車起步。駕駛員起步意圖有慢起步、正常起步和急起步3種情況，一般通過油門開度及油門開度變化率2個參數來共同表現[4]。若油門開度大，表明駕駛員油門踩得較深，意圖為急起步，但是會將其（沖擊度）控制在合理的范圍內，即低于國際上的沖擊度限值（最大沖擊度為10 m/s3，這是最大的舒適性限定值[5]）；反之，若油門開度小，表明駕駛員想慢起步。如果駕駛員踩踏油門踏板速度快，則油門開度變化率大[7]，反之，則油門開度變化率小。計算機多模控制技術將駕駛員的駕駛意圖采用模糊控制的方式設計控制程序，實現自動離合器的控制。根據以上因素得到自動離合器起步模糊控制器，如圖3所示。

2.3 自動離合器起步控制仿真試驗

自動離合器系統(tǒng)研制完畢后，與發(fā)動機臺架和手動變速箱臺架進行連接，并與測功機臺架連接且進行了自動離合器起步控制仿真試驗。

2.3.1 慢起步

在同等載荷情況下，設定平地緩起步的油門開度為20%，地面坡度為0°，離合器的結合過程遵循“快—慢—快”多?？刂撇呗?。在主從動盤開始接觸到兩者轉速同步的過程中，為了提高乘車舒適性，減少起步沖擊，采用模糊控制適當降低接合速度，當到達同步階段后，迅速提高離合器接合速度，完成起步。圖4～圖6分別示出油門開度為20%，地面坡度為0°時主從動盤轉速、沖擊度及滑摩功曲線。從圖4～圖6可以看出，主從動盤在1.8 s時實現同步，完成起步時間為1.9 s，最大沖擊度為6.8 m/s3，最大滑摩功為8 750 N/m。

2.3.2 正常起步

設定油門開度為40%，地面坡度為0°，圖7～圖9分別示出此時主從動盤轉速、沖擊度及滑摩功曲線。從圖7～圖9可以看出，離合器主從動盤在1.25 s時實現同步，汽車完成起步時間為1.5 s，最大沖擊度為5 m/s3，最大滑摩功為5 000 N/m。油門開度增加，設定的結合速度變快，沖擊度也增加，但是由于同步時間變短，主從動盤因轉速不同產生的滑摩功也相應減少。

2.3.3 急起步

設定油門開度為70%，地面坡度為0°，圖10～圖12分別示出此時主從動盤轉速、沖擊度及滑摩功曲線。從圖10～圖12可以看出，主從動盤在1.1 s時實現同步，完成起步時間為1.75 s，最大沖擊度為8.2 m/s3，最大滑摩功為4 000 N/m。此時設定駕駛員意圖為急起步，主從動盤同步時間進一步縮短，因此最大滑摩功也進一步下降；但是，由于兩者之間的轉速差過大，驅動汽車起步的時間反而比正常起步時間稍有延長。

3 結論

根據在試驗臺上進行3種常規(guī)起步試驗（慢起步、正常起步及急起步）的試驗結果，采用多?？刂萍夹g進行汽車起步離合器的自動控制，基本與駕駛員的手動控制模式相符。因此得出采用多?？刂萍夹g實現汽車起步時自動離合器的控制是可行的。

設計的自動離合器控制系統(tǒng)，在某微型車上進行了安裝測試，包括不同油門開度下的測試。測試結果表明，系統(tǒng)能夠可靠和平穩(wěn)地實現離合器的自動控制，且安裝此系統(tǒng)后的汽車油耗，比未安裝自動離合器時的油耗降低了5%左右。因此，在微型車上將機械式離合器改裝成自動離合器是可以實現的。不過，汽車的起步過程（比如在有坡道或汽車負荷變化的情況下）極其復雜，需要進一步完善多?？刂萍夹g實現控制，這也是今后需要研究的課題。