控制目标和要求

车辆坡道起步过程中的起步阻力主要包括滚动阻力、坡道阻力和制动力。由于滚动阻力和坡道阻力是由外界条件决定的，不受AMT 控制，只有制动力变化可受AMT 控制。根据7.1 节中对车辆起步过程中制动力的变化过程分析可知，制动力在车辆坡道起步过程中所起到的作用随着离合器的接合过程而变化，当离合器不传递扭矩或者传递扭矩较小时，制动力帮助车辆在坡道上停车；当离合器传递的扭矩较大时，制动力的作用发生变化，制动力反而成为阻碍车辆起步的阻力。

车辆坡道起步过程中制动力的最优控制目标是：当离合器传递的扭矩足以克服坡道阻力的时候，驻车制动应及时解除，制动力正向减小到零后不再反向增加。

如果要达到这一最优目标，则需要知道离合器输出的摩擦扭矩可以克服坡道阻力的准确时刻。为达到这一点，就需要充分利用AMT 检测到的车辆的各种信号，包括发动机转速及其变化率、变速器输入轴转速等，对当前离合器传递的扭矩进行评估，如果认定其已超过当前的坡道阻力，即可解除驻车制动。

借助图7.8 可以说明车辆在不同角度的坡道上起步时，车辆安全起步所需离合器传递的摩擦扭矩与坡度角的关系。

图7.8　允许制动解除的安全范围

图7.8 中，Mi1为小坡度角时的坡道阻力矩；Mi2为大坡度角时的坡道阻力矩；Mimax为坡度角最大时的坡道阻力矩；Mgmax为驻车制动系统制动力矩的设计极限值；Mc0、Mc1、Mc2、Mcmax为不同坡度角条件下，离合器输出的摩擦扭矩。

车辆在坡道上起步时，当离合器输出的摩擦扭矩达到图中第一象限中的值时，驻车制动解除后，车辆才能安全起步而不后溜。以车辆在某一大坡度角的坡道上起步为例，车辆所受的坡道阻力矩为Mι2，随着离合器的接合，其输出的摩擦扭矩Mc2逐渐增加，当其数值如图7.8所示，由第二象限增加到第一象限后，Mc2就超过了阻力矩Mi2，此时驻车制动放开，车辆就能顺利起步。

从图7.8 中可见，随着车辆起步坡道的坡度角的增加，辅助驻车制动解除时所需离合器输出的扭矩也就相应地增加。

离合器传递的扭矩是否已经超过当前坡道条件下的坡道阻力，可以通过以下两种方法进行判断。

1.车速信号分析

根据7.1 节中车辆在坡道起步时的受力分析，如式（7.5）所示，当离合器输出的扭矩足以克服坡道阻力矩、滚动阻力矩和制动力矩时，车辆就会移动，有车速产生。因此车速出现时，即变速器的输入轴转速出现时，就可以认定离合器传递的扭矩已经足以克服坡道阻力。这与图7.7 中的人工驾驶车辆坡道起步的操纵流程相同，当驾驶员感觉车身抖动时就认为离合器传递的扭矩已经足够大，可以解除驻车制动了。

依据车速进行控制，可以保证较高的安全性，即离合器传递的扭矩不仅克服坡道阻力，还克服滚动阻力和制动力。由式（7.1）可知，驻车制动系统所能提供的最大制动力Mgmax必须要大于车辆在允许的最大角度αimax的坡道上驻车时车辆满载重量沿坡道方向的分力，也称最大坡道阻力，可以用下面公式表示：

式中各量的物理含义与式（7.1）相同。

如若离合器传递的扭矩足以使车辆出现车速，则其传递的扭矩Mc 需要满足下面的公式：(www.xing528.com)

式中，αimax为最大坡度角；αi 为当前坡度角。

因此以车速为控制参数，对离合器输出的摩擦扭矩要求高，车辆坡道起步的安全系数高，但同时也会在一定程度上增加离合器的磨损。

2.发动机输出扭矩预估

坡道起步时，油门的大小是驾驶员对当前坡道起步阻力的主观评估，如果起步阻力大，则驾驶员会增大发动机的油门开度；反之，油门开度则较小，因此根据油门信号可以对当前的坡道起步阻力进行合理的评估。通过试验总结，油门与坡度角关系如图7.9所示，当车辆处于爬坡挡条件下，如果判定当前起步过程为坡道起步，则由油门确定驻车制动解除时离合器所需传递的扭矩值。

根据第2 章中的发动机动力学平衡方程式（2.7）：

可知，由发动机的油门、转速等信号，依据发动机的稳态输出扭矩可以计算出离合器当前传递的扭矩Mc。

图7.9　油门与坡度角关系

由于坡道起步过程中制动力解除的时机在实时性上要求并不十分严格，因此无须对发动机的负载扭矩做出十分精确的预判。起步过程中随着离合器传递扭矩的增加，发动机转速会逐渐下降，为简化控制程序的计算过程，结合发动机速度特性曲线，再根据图7.9 中油门开度与所需要的离合器摩擦扭矩的对应值，得出离合器传递扭矩已达到安全值时的发动机转速，如表7.1所示。

表7.1　不同油门信号对应的发动机转速

在一定油门下，当发动机转速增加率不大于零，并且发动机转速低于表7.1所示的转速时即可认为离合器传递的扭矩已经满足要求。对于表7.1 以外的油门开度信号的情况，可采用插值法计算发动机的需求转速。

在实际应用中，为增加车辆坡道起步控制的可靠性，以上述两种方法相结合作为坡道起步过程中驻车制动解除的判断条件，满足方法1 或者方法2均可解除驻车制动。

如驻车制动解除时未出现车速，则离合器将继续接合，直至出现车速，离合器接合进入第二阶段，根据发动机的转速对起步过程进行控制，控制策略与第6 章中车辆在通常路面上起步的第二阶段相同，这里不再赘述。