基于Simulink的坡道起步辅助装置设计及仿真.docxVIP

基于Simulink的车辆坡道起步控制策略设计及仿真 摘 要 汽车电子技术是汽车技术与电子技术相结合的产物。随着汽车工业与电子工业的不断发展，在现代汽车上，电子技术的应用越来越广泛，汽车电子化的程度也越来越高。它大大提高了汽车使用的方便性，降低了驾驶员的劳动强度，进一步满足了人们对汽车的使用要求。 HAS是一种主动控制功能，驾驶员可通过HAS开关选择是否启用这一功能。HAS可有效避免车辆坡道起步时，驾驶员松开制动踏板到踩下加速踏板过程中的后溜。典型的HAS主要通过控制位于制动主缸和车轮轮缸之间的隔离阀通断实现坡道起步辅助功能。当车辆在坡道起步时，未利用驻车制动防止后溜，驾驶员踩下制动踏板触发隔离阀通电，关闭轮缸至主缸方向的油路，保持轮缸压力，给驾驶员足够的时间换挡和踩下油门踏板。当离合器结合到一定程度时，其传递的扭矩刚好能克服起步阻力时隔离阀断电，迅速解除制动，实现平稳起步。 本文首先分析了AMT坡道起步的控制难点，并且对AMT的结构和控制原理及主控程序进行了研究，提出了对主控程序中起步控制部分的改进，提出了AMT的坡道起步辅助系统的自动控制问题，即去除驾驶员的坡度判断环节，建立了以离合器主、从动盘为核心的坡道起步动力学模型，对模型的分析，得出离合器的控制规律。通过仿真验证了HAS系统自动控制方法的可行性和有效性。 1 汽车坡道起步的受力分析 1.汽车停在坡道上时的受力情况 如图3.1所示，一辆前轮驱动的汽车稳定地停在坡度角为α的上坡道上。此时，汽车所售的状态为：手刹处于拉起状态，变速杆处于空挡位置。 图3.1 停驻在上坡道上的汽车受力分析 此时，驻车制动器会对车轮产生相应的制动力，称为制动器制动力Fu=Tu/r，其中Tu为制动器的摩擦力矩，r为车轮半径。汽车会再重力和坡度的综合作用下，产生沿坡道与汽车前进方向相反的坡道阻力Fi Gsinα=Fxb………………………………………………………………（ Gcosα=Fz1+Fz2 …………………………………………………… 其中，3.1式表明地面制动力与坡道阻力的平衡；3.2式表明在垂直于坡道方向上的受力平衡，同事，这些力也是形成附着力的基础，为汽车形式提供驱动条件。 2坡道起步时的车辆动力学模型 车辆动力传动系统工作机理较为复杂，从发动机的动力输出端至车轮的动力传递过程中，要经过众多环节，各环节对动力传递过程的影响不尽相同，为分析车辆起步过程中最主要的影响因素，对动力传动系模型作一下基本假设： 1）忽略发动机扭振、轴的扭振和离合器减震器对系统的影响； 2）忽略轴的横向振动； 3）将各元件视为完全刚性无阻尼的惯性元件，并以集中质量的形式表示； 4）忽略系统其它运动副的间隙； 5）除离合器和同步器的摩擦力外，忽略轴承和轴承座的摩擦阻力、搅油阻力等系统其它运动副的摩擦阻力； 6）假定车轮与地面间无滑转和滑移。 通过3.1节中对车辆在坡道起步过程中的受力分析：车辆平稳起步的关键是对离合器的接合控制。因此本文建立以离合器主动盘和从动盘为核心的车辆坡道起步动力学模型，如图3.4所示。 图3.4 汽车传动系统等效模型 3坡道起步的控制方法 由3.2.1的坡道起步动力学模型分析，汽车AMT系统实现坡道顺利起步的关键在于离合器、发动机和制动器释放的协调控制。 尤其通过对离合器的接合过程的控制，让发动机输出扭矩接替克服坡道下滑力的制动器制动力矩的时刻恰到好处，才能使车辆不发生后滑，同时，根据道路阻力确定离合器的接合的程度，根据发动机转速的变化控制节气门开度，以保证车辆在坡道上无后滑地平稳起步。故选取的控制参数有：1）离合器的半接合点位置；2）离合器接合过程中的接合速度；3）油门开度。 1.控制策略 由上一节的分析，不难得出可将离合器的接合过程分为4个阶段，即消除离合器间隙阶段（OA）、克服起步阻力阶段（AB）、起步加速阶段（BC）和同步接合阶段（CD），如图3.5所示，Tc为摩擦力矩，ne为发动机转速（即离合器输入轴转速）， 图3.5 起步时离合器接合过程示意图 （1）离合器接合过程控制品质的评价 离合器接合控制的品质是以平稳性和使用寿命来评价的，并采用冲嫉妒j和滑磨功W来度量。 1）冲击度j 冲季度j为汽车纵向加速度的变化率，即j 由汽车理论知，汽车的行驶方程为 F 也即T 当汽车坡道起步时Fω≈0，而F 所以加速度为：du 故，jt=d2 2）滑磨功W W=t1t 式中t1 （2）控制策略 在实际控制过程中，由于只能通过检测离合器的半接合点来判断车辆车辆是否已经起步；而由式（3.21）知，为了缩短离合器的接合时间和减少t1，t 1）起步前地快速接合阶段（OB）：此阶段主要是消除离合器空行程和克服起步阻力，因此应快速接合离合器。控制目标是准确地寻找到半接合点x0 2）起步加速阶段（BC）