车辆稳定控制技术：变速器计算与控制策略

考虑驾驶人踩离合踏板、踩加速踏板和换档动作，通过对选换档执行机构、离合器执行机构和发动机转矩的控制，实现车辆自动起步及换档，降低了驾驶人的劳动强度，提高了舒适性。低附路面是常见的一种路面，冰雪路面、积水路面、泥泞路面等都比常规路面附着系数低很多。在低附路面上行驶，经常会出现轮胎打滑的现象。滑移率越高，地面附着力越小。这导致在冰雪路面上很难起步。同时，打滑后车辆的操纵稳定性也受到影响。对于后驱车，驱动轮打滑会导致甩尾现象，严重影响了车辆的行驶，甚至会导致事故。由于变速器的换档控制中需要根据轮速来计算车速，而一旦轮胎打滑，轮速就无法反映真正的车速，低附路面上行驶经常会导致错误的换档，给驾驶人带来很多麻烦，甚至会出现安全问题。本节通过建立低附路面下传动系统模型，分析了低附路面系统特征；提出了基于转矩和轮速加速度的路面附着系数识别方法；提出了通过对变速器的控制、离合器的控制和发动机的控制在低附路面避免打滑的控制策略，并通过道路试验进行了验证，建立两轮车辆的传动系统模型，如图4-36所示。

图4-36 传动系统模型

ω_e—发动机转速 T_e—发动机转矩 T_c—离合器传递转矩

ω_c—离合器从动盘转速 i_gn—各档速比 i₀—主减速比

T₀—传动轴转矩 r_w—轮胎半径 T_w—车轮驱动转矩 ω_w—车轮转速

若轮胎与地面之间没有打滑，满足方程：

式中 ω_c——离合器从动盘转速；

T_c——离合器传递转矩；

i_gn——各档速比；

i₀——主减速比；

r_w——轮胎半径；

F_f——滚动阻力；

F_i——坡道阻力；

F_w——空气阻力；(www.xing528.com)

η——变速器效率；

δ_n——各档旋转质量系；

J_w——车轮旋转惯量；

m——整车质量；

v——车速。

两种路面的附着系数与滑移率关系曲线如图4-37所示。当滑移率超过临界点时，滑移率越大，附着系数越小。

图4-37 路面附着系数与滑移率关系

在低附路面上，为避免起步时打滑，应选择合适的起步档位；若出现打滑后，应有正确的应对机制，及时消除打滑以保证车辆的稳定性。同时不能出现错乱换档。由图4-38和图4-39可知，在相同附着系数的路面上时，1档起步明显比2档起步更容易使轮胎滑转。在低附路面上，1档时，很小的加速踏板开度就会导致轮胎滑转。这主要是因为2档的速比小于1档，发动机转矩在轮胎上产生的驱动力也较小。车辆用1档和2档在结冰路面上起步的效果如图4-38和图4-39。

由图4-38和图4-39对比可知，同样是20%的加速踏板开度，1档起步时轮胎发生了剧烈的滑转和循环换档，2档起步时车速稳步上升，车辆稳定性明显好于1档。因此，在低附路面上应采用2档起步。由于采用的是仅有5个前进档的变速器进行试验，最高起步档位只能选到2档，若采用更多档位的变速器，如12档、16档变速器，可采用3档、4档、甚至6档起步。图4-40所示是变速器控制策略逻辑图。在检测到轮胎滑转时，通过对变速器、离合器、发动机的综合控制实现车辆的稳定。在轮胎滑转时，变速器换档采用的重要参数轮速已经失真，此时计算出的档位并非正确档位，必须禁止换档；轮胎滑转时，为减小轮胎的滑转，需要降低轮胎上的驱动力，在变速器中采取快速断开离合器的方法以降低驱动力；离合器断开可能会导致发动机转速飞升，在此同时需要降低发动机转矩避免发动机转速过高。

图4-38 在低附路面下采用1档起步

图4-39 在低附路面下采用2档起步

图4-40 变速器控制策略逻辑图