摘要：利用單片機芯片、紅外傳感器、循跡傳感器、微型電動機及驅動控制單元、電池及小車輪，自制小汽車底盤等附屬部件，設計一種具備智能跟隨、自動循跡行駛和智能避障的智能小汽車。從而激發(fā)學生靈活運用相關學科知識，聯(lián)系實際電路設計的具體實現(xiàn)方法，達到理論與實踐的統(tǒng)一。加深學生對控制理論的理解和認識，并培養(yǎng)其自主創(chuàng)新和研究的能力。

關鍵詞：智能小汽車;智能避障;智能循跡

中圖分類號：U469

文獻標識碼：A

科研項目：重慶工程職業(yè)技術學院院級科研項目，項目編號KJB201810。

0 引言

隨著中國汽車保有量的增多，城市的道路也越來越擁擠，伴隨而來的就是汽車需要頻繁起步，駕駛員對于車輛起步特性的要求變得也越來越高。所以，對汽車的整車起步特性進行研究就顯得尤為必要。比如，當汽車起步時，節(jié)氣門開度保持在一定角度，離合器以不同的速率接合，對汽車起步特性的影響[1]。通過研究這些改變車輛起步特性，通過適當?shù)恼{(diào)整就可以改變車輛起步的舒適性，汽車起步品質的好壞直接影響著乘車人的舒適程度，汽車除了在常規(guī)條件下進行平穩(wěn)起步之外，也應能夠在一些極限條件下起步。汽車起步也有一定的最佳規(guī)律和自我評價參數(shù)，只有實現(xiàn)發(fā)動機和離合器之間的協(xié)調(diào)配合，才能得到最佳的起步特性。

1 整車起步測試系統(tǒng)組成

汽車整車起步測試系統(tǒng)主要由地基、踏板執(zhí)行機器人、被測車輛、拉力傳感器、張緊繩、立柱及離合器踏板力以及行程傳感器等組成（圖1）。可進行整車起步與熄火能力打分、起步發(fā)動機輸出轉矩測試、離合器踏板操縱性評價以及其他相關性能測試，同時進行主觀和客觀的評價。

2 離合器踏板力特性曲線

離合器踏板力特性曲線如圖2所示，分析的行程時刻包括空行程點F、最大踏板力點M、分離點D、結合點E和熄火點S。

離合器分離系統(tǒng)的優(yōu)化目的主要有以下幾點。

（1）離合器分離系統(tǒng)要有合理的預緊力。若是預緊力太小，當離合器踏板踩下去后，離合器踏板將不再能夠回到踏板行程最高點或原來的位置。并且適當?shù)念A緊力也可以使駕駛員能夠更好操作離合器，預緊力一般在15～20N。

（2）離合器分離系統(tǒng)要有合理的最大踏板力。就一個離合器而言，在嶄新的狀態(tài)下與在用過一段時間有磨損的狀態(tài)下，其最大踏板力是不同的，磨損狀態(tài)下的離合器踏板力要變大。對于一輛新車而言，離合器的最大踏板力通常為100N。

（3）需要一個適當?shù)淖畲笮谐獭?/p>

（4）當達到最大轉速時，離合器分離系統(tǒng)的最小踏板力要在適當?shù)姆秶鷥?nèi)。離合器的最小踏板力在最大轉速時會比靜止時小得多，如果此時最小踏板力過小就會造成離合器踏板不能很好地回到原來位置。所以，最大轉速下的最小踏板力不要太小，通常要比40N大一些。

（5）能夠確定F、D、E和S點。F點之前的一段行程表示的是一定大小的空行程，目的是在離合器接合以后制動液能夠回到油壺;D點表示分離點，就是俗稱的離合器達到半聯(lián)動狀態(tài)的點;E點表示接合點，就是在緩抬離合器踏板時，汽車到達似動未動的狀態(tài)時;S點表示汽車的熄火點，就是車輛換入1擋，踩住制動踏板或拉緊駐車制動，緩抬離合器時汽車發(fā)動機恰好熄火的那一點[2-3]。

2.1 離合器踏板力與踏板行程

利用上述系統(tǒng)進行測試，分別測試離合器踏板執(zhí)行機構在進給速度v=10mm/s、v=15mm/s、v=20mm/s以及v=25mm/s下，隨著時間的推移，離合器踏板力與離合器踏板執(zhí)行機構各自的變化，如圖3、4所示。其中紅色線條代表的是離合器踏板執(zhí)行機構，藍色代表的是離合器踏板力。

從圖3和圖4中可以看出，踏板執(zhí)行機構正向（正向為踏板執(zhí)行機構控制離合器踏板使離合器分離，反向為踏板執(zhí)行機構控制離合器踏板使離合器接合）進程時的踏板力，都比踏板執(zhí)行機構反向進程時的踏板力高。當踏板執(zhí)行機構在進行一段時間以后，踏板力才會發(fā)生變化，那是因為在安裝離合器踏板執(zhí)行機構時，要與離合器踏板之間留有一段空隙[4]。

2.2 極限起步速率測試

極限起步速率測試就是測試發(fā)動機熄火時離合器的接合速率。當踩下離合器踏板，換入1擋，通過離合器執(zhí)行機構控制離合器以不同的接合速度進行測試，通過測試離合器的接合速率在18mm/s、25mm/s和28mm/s時的發(fā)動機轉速[5]，所得數(shù)據(jù)如圖5～7所示。通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，當離合器的接合速率為28mm/s時，發(fā)動機轉速有一個明顯的波動，最終發(fā)動機轉速變?yōu)?，發(fā)動機熄火。

2.3 發(fā)動機轉矩測試

在汽車起步過程中，使其節(jié)氣門開度為0，然后離合器以不同速率接合，測試車輛起步過程中的發(fā)動機傳遞給離合器的轉矩。如圖8～10所示，分別為離合器踏板速度為v=15mm/s、v=19mm/s和v=26mm/s時發(fā)動機轉矩變化曲線。圖中橙色線代表發(fā)動機扭矩，藍色線代表離合器踏板執(zhí)行機構。

從圖中發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機的轉矩一開始一直在22N左右，主要是此時離合器的主、被動摩擦片還沒有接觸，此時的發(fā)動機轉矩與發(fā)動機怠速時一樣。當離合器的主、被動摩擦片開始接觸后產(chǎn)生滑磨，發(fā)動機的轉矩開始急劇上升直到離合器完全接合，此時汽車開始起步，發(fā)動機的轉矩下降[6-8]。

3 結束語

本文介紹了汽車起步測試系統(tǒng)，分析了離合器踏板力與踏板行程的關系、汽車極限起步離合器的接合速率和在汽車起步過程中離合器以不同速率接合時發(fā)動機轉矩的關系。為汽車起步特性分析提供了參考依據(jù)。

【參考文獻】

[1]夏長高，張猛，王繼磊.AMT汽車起步過程離合器接合控制的研究[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2012，31（3）：477-481.

[2]童永杰.汽車起步動力學仿真及模擬試驗臺設計研究[D].武漢：武漢理工大學，2012.

[3] Lei Longing， NiMinger， GeAnglia.A research on staring control strategy of vehicle with AMT.FISITA world automotive congress，Seoul Korea，2000.

[4]謝先平，王旭東，吳曉剛，等.車輛起步過程發(fā)動機恒轉速自適應模糊控制研究[J].系統(tǒng)仿真學報，2008，20（16）：4382-4386.

[5]董月洪.契合起步過程離合器動態(tài)品質控制策略研究[D].秦皇島：燕山大學，2013.

[6]黃建明.汽車起步過程的離合器控制[J].重慶大學學報（自然科學版），2005，28（3）：91-94.

[7]廖林清.汽車起步過程離合器滑磨功仿真分析[J].重慶理工大學學報（自然科學版），2012，26（4）：5-10.

[8]孫文凱.汽車離合器起步接合過程的仿真分析[J].武漢科技大學學報（自然科學版），2006，29（4）：368-371.