韋皓

(廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣西 南寧 530023)

AMT離合器起步模糊控制分析

韋皓

(廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣西 南寧 530023)

離合器起步模糊控制是整個(gè)AMT系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn),因?yàn)槿绻麩o法精準(zhǔn)控制離合器,就會(huì)嚴(yán)重磨損離合器,并對(duì)車輛產(chǎn)生非常大的沖擊力.本文闡述AMT離合器的起步控制過程.根據(jù)離合器起步的模糊控制方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn),得出了果.

AMT離合器;起步;模糊控制;過程;結(jié)果

1 離合器的起步

1.1 離合器接合過程中的性能指標(biāo)

(1)沖擊度.對(duì)于車輛來說,它在起步過程中的沖擊度是根據(jù)加速度的變化情況來體現(xiàn)的,也就是下面這個(gè)公式:

在這個(gè)公式中,j就是沖擊度,它主要反映了車輛的沖擊程度;a表示的是車輛的縱向加速度;v則表示車輛的縱向速度;R表示的是驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑;i′表示的是變速箱的減速比;IW表示的是車輛驅(qū)動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)軸的慣性;Tout表示的是轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)矩;ki則表示的是一個(gè)常數(shù);Ve表示的是離合器的結(jié)合速度.

(2)比滑摩功Wcs.離合器的比滑摩功就是滑摩功與離合器摩擦面積之間的比值,可以用下面這個(gè)公式進(jìn)行表達(dá):

該公式中,Wc就是我們所說的滑摩功;A就是離合器的摩擦面積;Tc(t)也就是離合器所傳遞相應(yīng)的扭矩;ωe則代表的是發(fā)動(dòng)機(jī)的角速度;te1代表的是汽車運(yùn)動(dòng)的時(shí)間;te2代表的是發(fā)動(dòng)機(jī)的角速度和離合器的角速度ωc之間同時(shí)達(dá)到同步的時(shí)間;Δωe,c代表的是離合器的主動(dòng)片與從動(dòng)片之間的速度差.

1.2 離合器的接合過程

通常情況下,離合器的轉(zhuǎn)矩和壓緊力之間是成正比的,當(dāng)然,這必須要忽略掉轉(zhuǎn)速以及溫度這兩者對(duì)于摩擦因數(shù)所產(chǎn)生的影響.可以用以下這個(gè)公式來表示:

該公式中,Tc表示的是離合器的轉(zhuǎn)矩;Z表示的是摩擦片的數(shù)量;f表示的是壓緊力;Rm表示的是摩擦片的半徑.從上面這個(gè)公式可以看出,只有F,壓緊力這個(gè)參數(shù)是可以改變的.而整個(gè)AMT系統(tǒng)控制壓緊力的主要方式就是離合器的分離以及結(jié)合的位置,通過對(duì)這兩者的改變來對(duì)壓緊力進(jìn)行改變,從而達(dá)到對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制.

要想減輕起步時(shí)候的沖擊力,就必須控制離合器的結(jié)合速度,通常情況下分為三個(gè)階段,也就是快、慢、快.第一個(gè)階段的快是指結(jié)合階段需要快,但是轉(zhuǎn)矩并不會(huì)進(jìn)行傳遞,主要是使動(dòng)力中斷的時(shí)間能夠縮短一點(diǎn),并且將這個(gè)結(jié)合的速度設(shè)置為v1.第二個(gè)階段的慢是指結(jié)合階段需要慢,這一階段是在半結(jié)合的時(shí)候,這個(gè)時(shí)候的主動(dòng)摩擦片與從動(dòng)摩擦片兩者之間會(huì)存在滑磨的現(xiàn)象,在這個(gè)時(shí)候就需要對(duì)結(jié)合速度進(jìn)行控制,保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力能夠被平穩(wěn)的傳遞,并將這個(gè)結(jié)合的速度設(shè)置為v2.第三個(gè)階段的快是指結(jié)合階段必須快速,當(dāng)離合器從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速與離合器主動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速一致的時(shí)候,要進(jìn)行快速的結(jié)合,直到完全的被壓實(shí),這樣做主要是為了使后備轉(zhuǎn)矩傳遞的能力能夠提高,從而避免對(duì)起步的平穩(wěn)性造成影響,并且將這個(gè)結(jié)合的速度設(shè)置為v3.

圖1 離合器接合控制流程

圖1為離合器接合控制的流程圖.圖中ne表示的是離合器的主動(dòng)盤轉(zhuǎn)速,nc表示的是離合器的從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速,L表示的是離合器的接合位移.在離合器接合的整個(gè)過程中,最關(guān)鍵也是最難的階段是第二階段,主要是要控制住離合器的摩擦力矩以及離合器的增加速度,只有控制好這兩項(xiàng),才能夠使離合器平穩(wěn)的接合,才能夠使車輛的速度勻速的加大,不至于產(chǎn)生大的變化,盡力將沖擊程度降到最低.

2 AMT離合器起步控制分析

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速確定

起步階段發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方式主要有兩種,一種是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行恒轉(zhuǎn)速控制,另一種就是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行設(shè)定轉(zhuǎn)速控制.因?yàn)樵谑褂冒l(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)速控制的時(shí)候,會(huì)出現(xiàn)一系列的問題,所以通常采用的起步控制都是發(fā)動(dòng)機(jī)恒轉(zhuǎn)速控制.是通過將發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定為各個(gè)油門開度下,發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速,在調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的時(shí)候,主要是通過對(duì)離合器的接合速度、接合量以及油門的開度等進(jìn)行控制,從而將偏差降到最低.

2.2 離合器接合速度分析

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是否能夠恒定,關(guān)鍵在于離合器的接合速度.如果離合器的接合速度不斷的加大,就會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的力矩也不斷的加大,最終達(dá)到降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的.并且,離合器接合的速度對(duì)沖擊度也產(chǎn)生著較大的影響.假如在離合器的半接合點(diǎn)狀態(tài)下,離合器的接合速度變快,就會(huì)導(dǎo)致沖擊度增加.如果車輛在起步的時(shí)候速度比較低,可以忽略掉外部的一些影響因素,并將傳遞轉(zhuǎn)矩(Tc)和膜片的彈簧位移(Lx)假設(shè)為一種線性的關(guān)系,那么,沖擊度就可以用公式表示,即:

公式中的uc表示的是摩擦片所產(chǎn)生的摩擦因數(shù);rc所表示的是離合器的工作半徑;kc所表示的是膜片的彈簧所擁有的剛度系數(shù)值.那么,離合器的接合速度就可以用公式表示為:

該公式中vc所表示的是離合器相應(yīng)的接合速度;而沖擊度的標(biāo)準(zhǔn)通常是使用德國的標(biāo)準(zhǔn),也就是jmax為10m/s3.

3 離合器接合模糊控制方案

因?yàn)樵谄嚻鸩诫A段,發(fā)動(dòng)機(jī)工作并不是很穩(wěn)定,再加上駕駛員的主觀意識(shí)非常的多變,這就使得我們的研究要基于駕駛員的駕駛經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行進(jìn)一步的模糊控制策略.在進(jìn)行模糊控制的時(shí)候,主要有兩個(gè)層面的內(nèi)容,第一個(gè)層面的模糊控制主要是以油門的開度以及變化率來進(jìn)行輸入,并且輸出的依據(jù)要以駕駛員的意圖為基礎(chǔ).第二個(gè)層面的模糊控制輸入依據(jù)將改為駕駛員的意圖和離合器的從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速差,而輸出的將是離合器的接合速度.圖2為模糊控制的相關(guān)原理.

圖2 雙層模糊控制原理

3.1 起步意圖模糊控制器

在整個(gè)起步過程中,司機(jī)的起步意圖直接影響著離合器的控制,并且司機(jī)的起步意圖還能夠體現(xiàn)出起步過程中復(fù)雜的外界環(huán)境.判斷起步意圖的關(guān)鍵因素就是油門的開度以及開度的變化率.如果油門的開度以及開度的變化率變大,那么就說明駕駛員想要快速起步的意圖就會(huì)比較明顯,如果油門的開度以及開度的變化率不大,那就說明司機(jī)想要慢慢起步.如果把油門開度α設(shè)定為{很大、大、中、小、很小},那么,它的模糊子集就應(yīng)該是{VB,B,M,S,VS}.如果將油門開度的變化率dα/dt設(shè)定為{正大、正小、零、負(fù)小、負(fù)大},那么,它的模糊子集將為{PB,PS,Z0,NS,NB}.如果把駕駛員的意圖I設(shè)置為{很快、快、正常、慢、很慢},那么它的模糊子集就應(yīng)該是{VB,B,M,S,VS}.這其中油門開度與司機(jī)的意圖I的相應(yīng)的論域就會(huì)為{10,9,8,7,6,5,4,3,2,1},而油門開度的變化率的論語域就會(huì)是{5,4,3,2,1,0,-1,-2,-3,-4,-5}.

3.2 離合器模糊控制器

對(duì)離合器的接合來說,模糊控制器也是同樣重要的,它能夠準(zhǔn)確的控制住離合器的接合.并且對(duì)于第二層的模糊控制器來說,它的輸入量主要是由駕駛員的意圖132以及離合器的主動(dòng)盤和從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速差所決定的,離合器的接合速度作為輸出量的依據(jù).并且轉(zhuǎn)速差Δn和接合速度vc的模糊子集設(shè)定為{VS,S,MS,M,MB,B,VB},那么,它相應(yīng)的變量就會(huì)顯示為{很小、小、中小、中、中大、大、很大}.而轉(zhuǎn)速差的論域?qū)閧0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14}.

4 結(jié)果分析

本文為了檢驗(yàn)控制器所產(chǎn)生的控制效果,通過一系列的數(shù)據(jù)分析,并在Matlab/Simulink當(dāng)中建立了離合器起步接合過程的綜合仿真控制模型,并通過這個(gè)模型對(duì)模糊控制的策略進(jìn)行了檢驗(yàn).圖3就是離合器結(jié)合速度控制仿真模型.

圖3 離合器接合速度控制仿真模型

圖4 的數(shù)據(jù)圖主要反映了油門開度在30%以及在50%時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)和從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速之間、與離合器的結(jié)合速度之間以及與接合結(jié)合沖擊度之間的仿真模型結(jié)果.從仿真結(jié)果中可以看出,如果駕駛員的起步意圖不明顯,油門開度也不大的時(shí)候,相比與油門開度大的情況下,起步的時(shí)間要長一點(diǎn).并且,從離合器的接合速度的曲線中可以得知,如果離合器的接合過程符合接合規(guī)律快慢快,那么沖擊度都能夠滿足jmax=10m/s3這個(gè)標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)一步的說明了在這種控制策略中,離合器能夠保證滿足沖擊度的相關(guān)要求.

5 結(jié)語

圖4 油門開度30%/50%起步仿真結(jié)果

本文詳細(xì)分析了AMT離合器的接合過程,并對(duì)離合器的工作狀態(tài)進(jìn)行了細(xì)致的描述,根據(jù)模糊控制方法對(duì)離合器的起步進(jìn)行了進(jìn)一步的模擬分析,從中得出了離合器的起步跟駕駛員的意圖以及油門的不同開度有著非常密切的聯(lián)系.所以要想保證離合器起步平穩(wěn),就必須從這兩個(gè)方面進(jìn)行著手.

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U463.211

A

1671-0711(2017)11(上)-0137-02

2015年廣西交通科技項(xiàng)目(桂教科教2015-261-8).