AMT半掛牽引車坡道起步輔助系統(tǒng)的試驗研究

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，所以坡道起步相對較困難。對于裝配傳統(tǒng)手動變速器的車輛，技術(shù)熟練的駕駛員可以通過對駐車制動、離合器踏板和油門踏板三者的精確配合操作實現(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)坡道起步時發(fā)動機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的方法來實現(xiàn)車輛的坡道起步,即在離合器尚不能傳遞足夠轉(zhuǎn)矩時,由輔助制動來抑制車輛的后溜[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)行了試驗分析，并對其坡道起步品質(zhì)進(jìn)行了主觀評價和客觀測量，得到了影響AMT坡道起步品質(zhì)的評價指標(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發(fā)動機的扭矩，通過干預(yù)性制動、延遲解除車輪制動等控制手段來阻止汽車下滑，有效避免坡道起步時發(fā)動機熄火和溜坡的情況，使上坡駕駛更為簡單舒適[2]。

我國對于重型半掛牽引車HAS的研究較少，為此對國外某款半掛牽引車HAS進(jìn)行了試驗研究，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，由其控制前制動管路的快放閥和后制動管路的感載閥，從而達(dá)到延遲解除前、后車輪制動，完成坡道起步的目的。

3 AMT半掛牽引車HAS控制策略測試分析

3.1 試驗設(shè)備

為獲取精確的試驗數(shù)據(jù)，采用DEWETRON多功能數(shù)據(jù)采集儀以實現(xiàn)各類信號的同步采集。其它試驗設(shè)備包括3個氣壓傳感器、1條CAN數(shù)據(jù)傳輸線和1個駐車制動觸發(fā)裝置。

3.2 試驗數(shù)據(jù)采集通道

采集信號通道分配情況見表1。

表1 采集信號通道

3.3 試驗車輛配置

試驗用車輛配置參數(shù)見表2。

表2 試驗用車輛配置參數(shù)

3.4 HAS控制策略測試分析

3.4.1 HAS功能開啟控制策略測試分析

3.4.1.1 駐車制動與HAS關(guān)系

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

3.4.1.2 腳制動與HAS關(guān)系

在10%坡道上踩下制動踏板，使車輛保持靜止?fàn)顟B(tài)（此時不使用駐車制動），按下 HAS開關(guān)按鈕至ON狀態(tài)。圖3為使用腳制動時HAS工作情況，由圖3可看出，在松開腳制動踏板（腳制動踏板開關(guān)信號從0變?yōu)?）1.98 s后，前、后制動氣室才放氣解除制動，由此可知，只有在腳制動時HAS才工作。HAS的這種設(shè)計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)、踩住制動踏板、車輛處于停止?fàn)顟B(tài)及未使用駐車制動等條件均成立的情況下，HAS系統(tǒng)控制前、后制動管路保持原有制動氣壓，延遲釋放制動力，HAS系統(tǒng)功能開啟。

3.4.2 HAS系統(tǒng)功能關(guān)閉控制策略測試分析

3.4.2.1 制動力延遲釋放測試

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

3.4.2.2 HAS系統(tǒng)對發(fā)動機狀態(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)松開制動踏板1.89 s后，后橋氣室開始解除制動，HAS系統(tǒng)功能自動關(guān)閉，此時發(fā)動機扭矩占百分比為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)松開制動踏板0.77 s后，后橋氣室開始解除制動，HAS功能自動關(guān)閉，此時發(fā)動機扭矩占百分比為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，在松開制動踏板1.88 s后，后橋氣室開始解除制動，HAS功能自動關(guān)閉，此時發(fā)動機扭矩占百分比達(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，在松開制動踏板1.98s后，后橋氣室開始解除制動，此時發(fā)動機扭矩百分比達(dá)到14%。需要注意的是，此時出現(xiàn)“溜坡”現(xiàn)象。這是由于在松開制動踏板1.98s時，發(fā)動機輸出扭矩尚不能克服坡道阻力，而HAS功能開啟時間已達(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，在松開制動踏板0.75 s后，后橋氣室開始解除制動，HAS功能自動關(guān)閉，此時發(fā)動機扭矩占百分比為17%。

從上述分析可知，HAS功能關(guān)閉的條件為:HAS工作時間達(dá)到功能自動關(guān)閉的時間門限值 （約1.98 s）；發(fā)動機扭矩達(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，HAS功能關(guān)閉，解除前、后制動氣室的制動氣壓，釋放車輪制動力。

4 AMT半掛牽引車坡道起步品質(zhì)評價

4.1 坡道起步品質(zhì)評價方法

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

AVL-DRIVE系統(tǒng)的評分計算程序如圖10所示。該系統(tǒng)的核心單元DMU將各種傳感器信號數(shù)據(jù)傳送到計算機數(shù)據(jù)庫并計算每個指標(biāo)的評價因數(shù)，每個評價因數(shù)都有一個對應(yīng)的主觀評價分值；然后將各指標(biāo)評分乘以相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，得到次級模式的指標(biāo)分?jǐn)?shù)，以此推算，最終得到測試車輛的總評分[3]。

4.2 坡道起步品質(zhì)評價指標(biāo)

目前對于AMT換擋品質(zhì)評價的研究較多,也形成了成熟的評價指標(biāo)[4]，但對于起步品質(zhì)的評價指標(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)動機轉(zhuǎn)速降幅是影響其起步品質(zhì)的6個關(guān)鍵參數(shù)。為此，將6個參數(shù)作為坡道起步品質(zhì)的評價指標(biāo)。

起步響應(yīng)是指從駕駛員踩下油門踏板開始，到車輛運動到某狀態(tài)的過程 （本文指車輛縱向加速度達(dá)到1 m/s2時），該指標(biāo)的評價參數(shù)為時間；起步初始沖擊度是指車輛從靜止過渡到運動狀態(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，對傳動系統(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)動機轉(zhuǎn)速降幅是指在起步過程中，發(fā)動機轉(zhuǎn)速最高點與最低點的差值。

4.3 坡道起步品質(zhì)評價結(jié)果

AMT半掛牽引車在16%坡道上起步品質(zhì)評價結(jié)果見表3。

表3 16%坡道起步評價結(jié)果

從表3可知，HAS坡道起步品質(zhì)綜合評價結(jié)果優(yōu)于駐車制動坡道起步品質(zhì)。6個評價指標(biāo)中，HAS坡道起步評價結(jié)果中只有起步初始沖擊度一項比駐車制動時差。這是因為駕駛員使用駐車制動進(jìn)行坡道起步時，為了保證順利起步，往往先踩下油門使發(fā)動機轉(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動趨勢時才釋放駐車制動，完成起步。如果駐車制動釋放延遲時間長，起步初始沖擊度就小，評分就高，但這樣會造成起步響應(yīng)變慢，且會帶來離合器的過度磨損。起步初始沖擊度與起步響應(yīng)2個評價指標(biāo)是相對的，起步響應(yīng)評分高，起步初始沖擊度評分相對就低，而HAS功能可以很好地兼顧這兩個評價指標(biāo)的平衡。

5 結(jié)束語

利用多功能數(shù)據(jù)采集儀對國外某款A(yù)MT半掛牽引車HAS的控制策略進(jìn)行了測試，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工作時發(fā)動機輸出扭矩與AMT離合器的工作狀態(tài)。在測試HAS控制策略的基礎(chǔ)上，對采用駐車制動進(jìn)行坡道起步和HAS進(jìn)行坡道起步的性能進(jìn)行了對比評價。結(jié)果表明，采用HAS坡道起步品質(zhì)綜合評價結(jié)果優(yōu)于駕駛員采用駐車制動時的坡道起步品質(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，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，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.