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汽车起步过程的离合器控制
摘要:机械式自动变速器是对使用手动齿轮变速箱和干式摩擦离合器的传统动力传动系统进行改造,实现操作自动化而形成的一种机电一体化装置。从实际应用角度出发,深入分析了汽车起步过程中离合达式为:
(2)
式中, Tout为变速器输出转矩;Tw 为车轮上的牵引转矩;Iw 为输出轴以及汽车平移质量换算到输出轴上的惯量;r为驱动轮滚动半径;i0为主减速器传动比。
式(2)表明,j与输出转矩变化率成正比,输出转矩变动越快,传动系统冲击越大,同时也说明j较好地反映了起步换挡过程的动力学本质。冲击度不仅可真实地反映人对舒适程度的真实感觉,而且可以把道路条件引起的弹跳与颠簸加速度以及非换挡操作的影响排除在外, 真实地反映起步换挡过程汽车传动系载荷变化以及车辆的运动状态。不同国家的标准给出了不同的冲击度限定
: 德国标准为: ,而我国规定为:。
离合器滑磨功
离合器滑摩功Lc该指标用来衡量离合器接合过程中主、从动盘摩擦做功的大小,其定义如下:
(3)
式中, Tc (t)为离合器接合时摩擦力矩;c(t)为变速器一轴(即离合器从动轴)的角速度;e (t)为发动机曲轴的角速度;tc1为从离合器滑摩开始至发动机转矩Te等于行驶阻力转矩Tf的时间;tc2为从离合器滑摩开始至从动轴角速度c与发动机角速度e相等时的时间。
采用滑摩功Lc能比较准确的评价离合器的寿命,滑磨功Lc越小,温升越低,寿命越长,但过低的Lc会引起冲击度的升高,二者是相互矛盾的,需要在控制中协调解决。
离合器接合过程的主要影响因素
在汽车静止起步过程中,影响离合器接合过程的因素相当多,关系非常复杂。通过对熟练驾驶员操作离合器的动作分析以及通过实验和理论研究所做的影响因素定性分析,对离合器接合过程的影响因素总结如下。
离合器扭矩传递特性
从离合器完全分离到完全接合为止, 接合过程经历了无扭矩区、部分扭矩区和最大扭矩区3个阶段,离合器的传递扭矩Tc与接合位置xc的特性曲线如图1所示,其中xC0为离合器开始传递扭矩的位置。
离合器扭矩传递特性
根据离合器的扭矩传递特性以及车辆起步时的离合器控制要求,将离合器接合过程分为快-慢-快3个阶段。第1阶段是从离合器完全分离到传递扭矩起始点的空行程阶段。在这一阶段,离合器不传递扭矩,接合速度应尽可能快。第2阶段是从离合器传递扭矩起始点到主从动盘转速达到同步的滑磨阶段。这是汽车起步时离合器接合控制的实质性阶段
, 接合位置与接合速度直接影响性能指标冲击度和滑磨功, 应根据驾驶员的起步意图及车辆的运行状态参数来控制离合器的接合过程。第3阶段是离合器的主从动盘转速相等的同步接合阶段。离合器传递的扭矩等于发动机的输出扭矩,以最快的速度接合离合器使它能可靠地传递发动机的最大扭矩。
加速踏板位移
加速踏板位移α(节气门开度β的给定信号)反映驾驶员的起步意图,并体现驾驶员对发动机输出扭矩的要求。而路面环境条件的不同同样可以通过驾驶员踏加速踏板的情况反映出来。加速踏板位移量大且位移变化速度高,则表示驾驶员要求车辆起步过程快或路面阻力大。此时需要离合器接合速度快,使车辆快速完成起步过程或使离合器摩擦力矩尽快达到能克服在坡道上起步的阻力矩。加速踏板位移是离合器接合位置和接合速度的主要控制参数。
发动机转速
发动机的输出扭矩Te和转速ne受节气门开度和离合器传递扭矩的影响。发动机转速变化率ne
越大,则说明发动机的输出扭矩与离合器的传递扭矩之差增加越快,发动机承载能力强,相应增加离合器的接合速度。反之,降低离合器的接合速度。如果发动机转速高,将造成离合器在接合过程中的滑磨功增加,应提高离合器的接合速度。为了防止发动机的输出扭矩小于阻力矩时,发动机转速过低或下降过快而导致熄火,需要控制离合器停止接合。
车速或一轴转速
一轴转速即离合器从动盘转速,由于起步过程中变速器的挡位一定,故一轴转速与车速之间只相差一个比例常数,可以将车速等效为一轴转速nv。一轴转动加速度的变化率反映了离合器传递扭矩的变化, 从而反映车辆的冲击度指标。在离合器接合过程控制中,通过限制其接合速度来满足冲击度指标。
道路坡度与车辆载荷
道路坡度与车辆载荷的大小反映车辆起步时阻力矩的大小。道路坡度或车辆载荷越大, 车辆起步时需要的离合器摩擦力矩越大。为了减少滑磨功, 应快速完成离合器接合过程。同时,为了降低动载荷与提高起步平稳性,应放慢离合器接合速度。道路坡度与车辆载荷产生的阻力矩大小是由外界