汽车整车起步测试系统开发

王晶晶　谢立夏　李文礼　李亚娟

摘要：利用单片机芯片、红外传感器、循迹传感器、微型电动机及驱动控制单元、电池及小车轮，自制小汽车底盘等附属部件，设计一种具备智能跟随、自动循迹行驶和智能避障的智能小汽车。从而激发学生灵活运用相关学科知识，联系实际电路设计的具体实现方法，达到理论与实践的统一。加深学生对控制理论的理解和认识，并培养其自主创新和研究的能力。

关键词：智能小汽车;智能避障;智能循迹

中图分类号：U469

文献标识码：A

科研项目：重庆工程职业技术学院院级科研项目，项目编号KJB201810。

0 引言

随着中国汽车保有量的增多，城市的道路也越来越拥挤，伴随而来的就是汽车需要频繁起步，驾驶员对于车辆起步特性的要求变得也越来越高。所以，对汽车的整车起步特性进行研究就显得尤为必要。比如，当汽车起步时，节气门开度保持在一定角度，离合器以不同的速率接合，对汽车起步特性的影响[1]。通过研究这些改变车辆起步特性，通过适当的调整就可以改变车辆起步的舒适性，汽车起步品质的好坏直接影响着乘车人的舒适程度，汽车除了在常规条件下进行平稳起步之外，也应能够在一些极限条件下起步。汽车起步也有一定的最佳规律和自我评价参数，只有实现发动机和离合器之间的协调配合，才能得到最佳的起步特性。

1 整车起步测试系统组成

汽车整车起步测试系统主要由地基、踏板执行机器人、被测车辆、拉力传感器、张紧绳、立柱及离合器踏板力以及行程传感器等组成（图1）。可进行整车起步与熄火能力打分、起步发动机输出转矩测试、离合器踏板操纵性评价以及其他相关性能测试，同时进行主观和客观的评价。

2 离合器踏板力特性曲线

离合器踏板力特性曲线如图2所示，分析的行程时刻包括空行程点F、最大踏板力点M、分离点D、结合点E和熄火点S。

离合器分离系统的优化目的主要有以下几点。

（1）离合器分离系统要有合理的预紧力。若是预紧力太小，当离合器踏板踩下去后，离合器踏板将不再能够回到踏板行程最高点或原来的位置。并且适当的预紧力也可以使驾驶员能够更好操作离合器，预紧力一般在15～20N。

（2）离合器分离系统要有合理的最大踏板力。就一个离合器而言，在崭新的状态下与在用过一段时间有磨损的状态下，其最大踏板力是不同的，磨损状态下的离合器踏板力要变大。对于一辆新车而言，离合器的最大踏板力通常为100N。

（3）需要一个适当的最大行程。

（4）当达到最大转速时，离合器分离系统的最小踏板力要在适当的范围内。离合器的最小踏板力在最大转速时会比静止时小得多，如果此时最小踏板力过小就会造成离合器踏板不能很好地回到原来位置。所以，最大转速下的最小踏板力不要太小，通常要比40N大一些。

（5）能够确定F、D、E和S点。F点之前的一段行程表示的是一定大小的空行程，目的是在离合器接合以后制动液能够回到油壶;D点表示分离点，就是俗称的离合器达到半联动状态的点;E点表示接合点，就是在缓抬离合器踏板时，汽车到达似动未动的状态时;S点表示汽车的熄火点，就是车辆换入1挡，踩住制动踏板或拉紧驻车制动，缓抬离合器时汽车发动机恰好熄火的那一点[2-3]。

2.1 离合器踏板力与踏板行程

利用上述系统进行测试，分别测试离合器踏板执行机构在进给速度v=10mm/s、v=15mm/s、v=20mm/s以及v=25mm/s下，随着时间的推移，离合器踏板力与离合器踏板执行机构各自的变化，如图3、4所示。其中红色线条代表的是离合器踏板执行机构，蓝色代表的是离合器踏板力。

从图3和图4中可以看出，踏板执行机构正向（正向为踏板执行机构控制离合器踏板使离合器分离，反向为踏板执行机构控制离合器踏板使离合器接合）进程时的踏板力，都比踏板执行机构反向进程时的踏板力高。当踏板执行机构在进行一段时间以后，踏板力才会发生变化，那是因为在安装离合器踏板执行机构时，要与离合器踏板之间留有一段空隙[4]。

2.2 极限起步速率测试

极限起步速率测试就是测试发动机熄火时离合器的接合速率。当踩下离合器踏板，换入1挡，通过离合器执行机构控制离合器以不同的接合速度进行测试，通过测试离合器的接合速率在18mm/s、25mm/s和28mm/s时的发动机转速[5]，所得数据如图5～7所示。通过观察可以发现，当离合器的接合速率为28mm/s时，发动机转速有一个明显的波动，最终发动机转速变为0，发动机熄火。

2.3 发动机转矩测试

在汽车起步过程中，使其节气门开度为0，然后离合器以不同速率接合，测试车辆起步过程中的发动机传递给离合器的转矩。如图8～10所示，分别为离合器踏板速度为v=15mm/s、v=19mm/s和v=26mm/s时发动机转矩变化曲线。图中橙色线代表发动机扭矩，蓝色线代表离合器踏板执行机构。

从图中发现，发动机的转矩一开始一直在22N左右，主要是此时离合器的主、被动摩擦片还没有接触，此时的发动机转矩与发动机怠速时一样。当离合器的主、被动摩擦片开始接触后产生滑磨，发动机的转矩开始急剧上升直到离合器完全接合，此时汽车开始起步，发动机的转矩下降[6-8]。

3 结束语

本文介绍了汽车起步测试系统，分析了离合器踏板力与踏板行程的关系、汽车极限起步离合器的接合速率和在汽车起步过程中离合器以不同速率接合时发动机转矩的关系。为汽车起步特性分析提供了参考依据。

【参考文献】

[1]夏长高，张猛，王继磊.AMT汽车起步过程离合器接合控制的研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2012，31（3）：477-481.

[2]童永杰.汽车起步动力学仿真及模拟试验台设计研究[D].武汉：武汉理工大学，2012.

[3] Lei Longing， NiMinger， GeAnglia.A research on staring control strategy of vehicle with AMT.FISITA world automotive congress，Seoul Korea，2000.

[4]謝先平，王旭东，吴晓刚，等.车辆起步过程发动机恒转速自适应模糊控制研究[J].系统仿真学报，2008，20（16）：4382-4386.

[5]董月洪.契合起步过程离合器动态品质控制策略研究[D].秦皇岛：燕山大学，2013.

[6]黄建明.汽车起步过程的离合器控制[J].重庆大学学报（自然科学版），2005，28（3）：91-94.

[7]廖林清.汽车起步过程离合器滑磨功仿真分析[J].重庆理工大学学报（自然科学版），2012，26（4）：5-10.

[8]孙文凯.汽车离合器起步接合过程的仿真分析[J].武汉科技大学学报（自然科学版），2006，29（4）：368-371.