陳 彬，朱省會(huì)，韓浩廷，楊 柳，祖萬(wàn)里，葛勝迅

(安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601)

0 引 言

手動(dòng)檔汽車(chē)的起步對(duì)駕駛技術(shù)有一定的要求，車(chē)輛的起步性能作為駕駛員頻繁感受到的性能之一，對(duì)駕駛感受影響明顯，該性能對(duì)于提升手動(dòng)檔車(chē)輛的客戶(hù)口碑有著重要意義. 車(chē)輛擁有優(yōu)秀的起步性能，駕駛員可實(shí)現(xiàn)較容易的起步操控，車(chē)輛不易熄火且具有良好的起步動(dòng)力感受.

當(dāng)前，業(yè)內(nèi)針對(duì)車(chē)輛的起步性能評(píng)價(jià)主要集中于極端環(huán)境下的車(chē)輛起步能力研究[1，2]，以及手動(dòng)檔車(chē)輛起步防止熄火的相關(guān)研究[3，4]. 通過(guò)識(shí)別發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和離合器結(jié)合度進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升的相關(guān)控制，在一定程度上提升了手動(dòng)檔車(chē)輛的起步熄火難度，但是沒(méi)有建立起步性能測(cè)試評(píng)價(jià)與優(yōu)秀的起步輔助控制方法.

本文使用兩款不踩油門(mén)起步過(guò)程控制差異明顯的手動(dòng)檔汽車(chē)，基于轉(zhuǎn)鼓臺(tái)架探索了起步相關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能、離合器性能、起步輔助策略的測(cè)試與驗(yàn)證方法，并提出了不同起步工況的量化指標(biāo)，結(jié)合駕駛員感受對(duì)車(chē)輛進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，為提升手動(dòng)檔車(chē)輛的起步性能提供合理、可靠、完備的測(cè)試、評(píng)價(jià)與優(yōu)化手段.

1 起步性能評(píng)價(jià)內(nèi)容

起步工況包括不踩油門(mén)起步和踩油門(mén)起步，踩油門(mén)起步效果由油門(mén)踏板和離合器踏板的配合決定，不踩油門(mén)起步則更為直接體現(xiàn)了車(chē)輛整體的性能與電控策略，且對(duì)踩油門(mén)起步操控具有明顯的影響. 本文研究?jī)?nèi)容主要針對(duì)不踩油門(mén)起步.

1.1 起步動(dòng)力性

駕駛員在起步過(guò)程可以感受到的動(dòng)力性相關(guān)信息主要為車(chē)速和加速度，因此，提取起步時(shí)間、峰值加速度、動(dòng)力響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行起步動(dòng)力性評(píng)價(jià)，詳細(xì)評(píng)價(jià)項(xiàng)目如下所示.

1)0 km/h～3 km/h、0 km/h～5 km/h的起步時(shí)間；

2)松開(kāi)離合器踏板至車(chē)速為0.2 km/h的時(shí)間，松開(kāi)離合器踏板至峰值加速度的時(shí)間；

3)不踩油門(mén)可通過(guò)的最大過(guò)坡坡度；

4)不踩油門(mén)可實(shí)現(xiàn)的最大不溜坡坡度.

1.2 動(dòng)力系統(tǒng)性能

車(chē)輛的起步性能受動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)影響明顯，測(cè)試了發(fā)動(dòng)機(jī)在起步轉(zhuǎn)速下的全油門(mén)最大驅(qū)動(dòng)力，用于評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速區(qū)間的動(dòng)力性能，分析車(chē)輛起步性能優(yōu)化空間. 另外，測(cè)試離合器踏板開(kāi)度與轉(zhuǎn)鼓輪邊驅(qū)動(dòng)力關(guān)系，評(píng)價(jià)離合器動(dòng)力傳遞的能力與穩(wěn)定性.

1.3 起步輔助策略分析與驗(yàn)證

將車(chē)輛起步過(guò)程分為 4 個(gè)階段：松離合器至離合器未結(jié)合階段、離合器結(jié)合但車(chē)輛靜止階段、車(chē)輛移動(dòng)且離合器半聯(lián)動(dòng)階段、離合器完全結(jié)合階段，分析各階段發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制過(guò)程與效果. 創(chuàng)新性開(kāi)展了不踩油門(mén)過(guò)坡測(cè)試，得到車(chē)輛可通過(guò)的最大坡道以及爬坡過(guò)程的轉(zhuǎn)速信息，驗(yàn)證車(chē)輛的起步輔助策略.

2 臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)試方案

根據(jù)車(chē)輛起步性能相關(guān)評(píng)價(jià)內(nèi)容，構(gòu)建了如圖 1 所示的測(cè)試系統(tǒng)，主要數(shù)采設(shè)備、傳感器的技術(shù)指標(biāo)如表1 所示.

圖 1 測(cè)試系統(tǒng)原理圖

表1 主要傳感設(shè)備性能指標(biāo)

測(cè)試系統(tǒng)由信號(hào)傳感器組、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)組成[5]. 瞬時(shí)油耗儀采集油耗信息，轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)提供輪轂輪邊力和車(chē)速信息，線(xiàn)位移傳感器采集離合器踏板位移信息，轉(zhuǎn)速儀接車(chē)身診斷OBD口采集發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信息，車(chē)身CAN可讀取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油門(mén)開(kāi)度、發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩等信息[6]. 數(shù)據(jù)采集器基于美國(guó)NI的虛擬儀器及C模塊構(gòu)建[7]，實(shí)現(xiàn)對(duì)上述信息的實(shí)時(shí)同步采集，并通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)上傳至便攜式計(jì)算機(jī)進(jìn)行保存、實(shí)時(shí)顯示. 試驗(yàn)車(chē)輛如圖 2 所示.

圖 2 測(cè)試車(chē)輛圖

3 起步性能試驗(yàn)

3.1 不同工況的起步試驗(yàn)

設(shè)置轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)架為道路模式[8]，加載車(chē)輛行駛阻力[9]，駕駛員通過(guò)控制離合器踏板，開(kāi)展不同的離合器最低結(jié)合轉(zhuǎn)速起步試驗(yàn)，具體方法如下：駕駛員踩下離合器踏板調(diào)整檔位至一檔，然后松開(kāi)離合器踏板起步，當(dāng)車(chē)速達(dá)到一檔最低穩(wěn)定車(chē)速后停止試驗(yàn). 重復(fù)以上操作，每次以不同的速度松開(kāi)離合器踏板，以獲取不同的離合器最低結(jié)合轉(zhuǎn)速的起步過(guò)程數(shù)據(jù).

3.2 離合器傳動(dòng)性能試驗(yàn)

為測(cè)試離合器的動(dòng)力傳遞性能，設(shè)置轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)架為恒速模式[8]，車(chē)速設(shè)置為0 km/h. 駕駛員踩下離合器踏板調(diào)整檔位至一檔，然后緩慢松開(kāi)離合器踏板，隨著離合器的結(jié)合，驅(qū)動(dòng)力增加，但是發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載不斷增加，超過(guò)一定負(fù)載后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降，至車(chē)輛熄火后停止試驗(yàn).

3.3 起步轉(zhuǎn)速下的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力試驗(yàn)

為測(cè)試車(chē)輛起步過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)可輸出的峰值動(dòng)力，提取車(chē)輛起步過(guò)程的離合器最低結(jié)合轉(zhuǎn)速工作范圍，并四舍五入取整至50的倍數(shù). 以試驗(yàn)樣車(chē)為例，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍為500 r/min～900 r/min，以50 r/min等間隔設(shè)置試驗(yàn)轉(zhuǎn)速點(diǎn)，使用車(chē)輛的一檔速比ig、主減速比i0、輪胎滾半徑r計(jì)算各試驗(yàn)轉(zhuǎn)速點(diǎn)ni對(duì)應(yīng)的一檔車(chē)速Vi[10]

(1)

設(shè)置轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)架為恒速模式，車(chē)速依次設(shè)置為Vi. 駕駛員緩慢松開(kāi)離合器踏板后，將油門(mén)踏板踩至最大，20 s后結(jié)束試驗(yàn).

3.4 過(guò)坡試驗(yàn)

設(shè)置轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)架為道路模式，駕駛員以一檔不踩油門(mén)駕駛車(chē)輛，轉(zhuǎn)鼓以1%坡度、50 s的時(shí)間等間隔增加坡度阻力，至車(chē)輛熄火停止試驗(yàn).

4 數(shù)據(jù)處理與評(píng)價(jià)

4.1 不踩油門(mén)起步

統(tǒng)計(jì)各起步工況下的最低離合器結(jié)合轉(zhuǎn)速，以最低離合器結(jié)合轉(zhuǎn)速代表駕駛員的不同起步離合器控制效果. 統(tǒng)計(jì)各工況下0 km/h～3 km/h、0 km/h～5 km/h 的起步時(shí)間，評(píng)價(jià)車(chē)輛的動(dòng)力性以及起步動(dòng)力性與駕駛操控的關(guān)系，數(shù)據(jù)如表2 所示.

表2 起步性能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

甲車(chē)0 km/h～3 km/h起步時(shí)間較短，說(shuō)明甲車(chē)的起步動(dòng)力響應(yīng)較好. 乙車(chē)在離合器最低結(jié)合轉(zhuǎn)速為 600 r/min 時(shí)的起步效果較好，但是離合器操控難度較高，而甲車(chē)相應(yīng)的離合器控制難度較低.

4.2 離合器傳動(dòng)性能

隨著離合器的結(jié)合，傳遞至輪邊驅(qū)動(dòng)力逐漸上升，上升的趨勢(shì)與穩(wěn)定性代表了發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩輸出和離合器動(dòng)力傳遞性[11]. 基于轉(zhuǎn)鼓采集到的車(chē)輪上的驅(qū)動(dòng)力F，換算成該車(chē)的爬坡度i，計(jì)算方法如式(2)所示，其中m為車(chē)輛滿(mǎn)載質(zhì)量，g為重力加速度. 使用爬坡度進(jìn)行對(duì)比可消除車(chē)輛質(zhì)量差異的影響，數(shù)據(jù)結(jié)果如圖 3 所示，隨著離合器的結(jié)合，甲車(chē)爬坡能力較好且平穩(wěn)，說(shuō)明甲車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)性能較優(yōu). 另外，在車(chē)輛靜止?fàn)顟B(tài)下，兩車(chē)均可實(shí)現(xiàn)接近20%的坡道不溜坡，坡起動(dòng)力性均較好.

(2)

圖 3 動(dòng)力系統(tǒng)性能對(duì)比示意圖

在離合器結(jié)合過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載增加，起步輔助策略可通過(guò)穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升起步過(guò)程驅(qū)動(dòng)力. 如圖 4 所示，甲車(chē)的轉(zhuǎn)速補(bǔ)償明顯，起步過(guò)程轉(zhuǎn)速控制穩(wěn)定，不易熄火且動(dòng)力感受較好.

圖 4 起步轉(zhuǎn)速補(bǔ)償對(duì)比示意圖

4.3 起步轉(zhuǎn)速下的發(fā)動(dòng)機(jī)最大驅(qū)動(dòng)力

由各起步過(guò)程最低離合器結(jié)合轉(zhuǎn)速點(diǎn)的最大驅(qū)動(dòng)力計(jì)算爬坡度，各測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)速下的峰值爬坡度代表了發(fā)動(dòng)機(jī)的低轉(zhuǎn)速動(dòng)力性能，可判斷該車(chē)起步性能的優(yōu)化空間. 如圖 5 所示，將車(chē)輪上的驅(qū)動(dòng)力換算成爬坡度，相同轉(zhuǎn)速下，甲車(chē)可發(fā)揮的最大驅(qū)動(dòng)力大于乙車(chē)，乙車(chē)的最大爬坡度均在15%以上，說(shuō)明乙車(chē)的起步性能具有較大優(yōu)化空間.

圖 5 最大驅(qū)動(dòng)扭矩對(duì)比示意圖

4.4 過(guò)坡能力

測(cè)試車(chē)輛在不踩油門(mén)下能通過(guò)的最大爬坡度，爬坡度越大代表車(chē)輛在坡道上起步越不容易溜坡，有利于坡道起步. 爬坡過(guò)程的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制效果和過(guò)坡能力也反應(yīng)了該車(chē)起步輔助策略.

如圖 6 所示，兩車(chē)的最大過(guò)坡坡度一致，但是甲車(chē)爬坡過(guò)程轉(zhuǎn)速控制穩(wěn)定，乙車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨著坡度的增加而逐漸下降，說(shuō)明乙車(chē)起步過(guò)程沒(méi)有進(jìn)行轉(zhuǎn)速穩(wěn)定控制.

圖 6 過(guò)坡性能對(duì)比示意圖

4.5 起步輔助策略解析

甲車(chē)起步過(guò)程表現(xiàn)較好，該車(chē)起步輔助策略如圖 7 所示.

1—松離合轉(zhuǎn)速上升；2—離合器結(jié)合過(guò)程轉(zhuǎn)速平穩(wěn)；3—離合器完全結(jié)合；4—達(dá)到最高車(chē)速后回落

車(chē)輛在檔踩離合狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速約900 r/min，當(dāng)松開(kāi)離合器踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升至1 250 r/min，隨著離合器的結(jié)合，轉(zhuǎn)速先較為穩(wěn)定，后由于離合器結(jié)合導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載增加，出現(xiàn)轉(zhuǎn)速下降，但快速回升至1 250 r/min后緩慢回落. 控制過(guò)程如圖 8 所示.

圖 8 起步輔助控制過(guò)程示意圖

離合器結(jié)合初期，較高的發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪轉(zhuǎn)速為起步提供動(dòng)力，離合器結(jié)合后的車(chē)速伴隨轉(zhuǎn)速上升，起步過(guò)程動(dòng)力充沛. 起步輔助控制模擬優(yōu)秀駕駛員起步操控過(guò)程，電控噴油代替駕駛員踩油門(mén)控制轉(zhuǎn)速，使得起步過(guò)程容易操控，且擁有較好的起步感受.

5 結(jié) 論

本文引入了全面的手動(dòng)檔汽車(chē)起步動(dòng)力性測(cè)試與評(píng)價(jià)方法，構(gòu)建了多工況的起步測(cè)試與駕乘感受評(píng)價(jià)，并基于轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)架，開(kāi)展了起步工況下的發(fā)動(dòng)機(jī)和離合器性能測(cè)試、優(yōu)秀起步輔助策略解析與驗(yàn)證等內(nèi)容，成果對(duì)于汽車(chē)企業(yè)優(yōu)化手動(dòng)檔車(chē)輛起步輔助策略，提升起步動(dòng)力感受有著重要的指導(dǎo)意義，且該研究方法具有通用性.