AMT离合器起步模糊控制分析

韦皓

(广西交通职业技术学院,广西 南宁 530023)

AMT离合器起步模糊控制分析

韦皓

(广西交通职业技术学院,广西 南宁 530023)

离合器起步模糊控制是整个AMT系统的重点和难点,因为如果无法精准控制离合器,就会严重磨损离合器,并对车辆产生非常大的冲击力.本文阐述AMT离合器的起步控制过程.根据离合器起步的模糊控制方案进行实验,得出了果.

AMT离合器;起步;模糊控制;过程;结果

1 离合器的起步

1.1 离合器接合过程中的性能指标

(1)冲击度.对于车辆来说,它在起步过程中的冲击度是根据加速度的变化情况来体现的,也就是下面这个公式:

在这个公式中,j就是冲击度,它主要反映了车辆的冲击程度;a表示的是车辆的纵向加速度;v则表示车辆的纵向速度;R表示的是驱动轮的滚动半径;i′表示的是变速箱的减速比;IW表示的是车辆驱动轴和驱动轴的惯性;Tout表示的是转轴的转矩;ki则表示的是一个常数;Ve表示的是离合器的结合速度.

(2)比滑摩功Wcs.离合器的比滑摩功就是滑摩功与离合器摩擦面积之间的比值,可以用下面这个公式进行表达:

该公式中,Wc就是我们所说的滑摩功;A就是离合器的摩擦面积;Tc(t)也就是离合器所传递相应的扭矩;ωe则代表的是发动机的角速度;te1代表的是汽车运动的时间;te2代表的是发动机的角速度和离合器的角速度ωc之间同时达到同步的时间;Δωe,c代表的是离合器的主动片与从动片之间的速度差.

1.2 离合器的接合过程

通常情况下,离合器的转矩和压紧力之间是成正比的,当然,这必须要忽略掉转速以及温度这两者对于摩擦因数所产生的影响.可以用以下这个公式来表示:

该公式中,Tc表示的是离合器的转矩;Z表示的是摩擦片的数量;f表示的是压紧力;Rm表示的是摩擦片的半径.从上面这个公式可以看出,只有F,压紧力这个参数是可以改变的.而整个AMT系统控制压紧力的主要方式就是离合器的分离以及结合的位置,通过对这两者的改变来对压紧力进行改变,从而达到对转矩进行控制.

要想减轻起步时候的冲击力,就必须控制离合器的结合速度,通常情况下分为三个阶段,也就是快、慢、快.第一个阶段的快是指结合阶段需要快,但是转矩并不会进行传递,主要是使动力中断的时间能够缩短一点,并且将这个结合的速度设置为v1.第二个阶段的慢是指结合阶段需要慢,这一阶段是在半结合的时候,这个时候的主动摩擦片与从动摩擦片两者之间会存在滑磨的现象,在这个时候就需要对结合速度进行控制,保证发动机的动力能够被平稳的传递,并将这个结合的速度设置为v2.第三个阶段的快是指结合阶段必须快速,当离合器从动盘的转速与离合器主动盘的转速一致的时候,要进行快速的结合,直到完全的被压实,这样做主要是为了使后备转矩传递的能力能够提高,从而避免对起步的平稳性造成影响,并且将这个结合的速度设置为v3.

图1 离合器接合控制流程

图1为离合器接合控制的流程图.图中ne表示的是离合器的主动盘转速,nc表示的是离合器的从动盘转速,L表示的是离合器的接合位移.在离合器接合的整个过程中,最关键也是最难的阶段是第二阶段,主要是要控制住离合器的摩擦力矩以及离合器的增加速度,只有控制好这两项,才能够使离合器平稳的接合,才能够使车辆的速度匀速的加大,不至于产生大的变化,尽力将冲击程度降到最低.

2 AMT离合器起步控制分析

2.1 发动机目标转速确定

起步阶段发动机的控制方式主要有两种,一种是对发动机进行恒转速控制,另一种就是对发动机进行设定转速控制.因为在使用发动机设定转速控制的时候,会出现一系列的问题,所以通常采用的起步控制都是发动机恒转速控制.是通过将发动机的目标转速设定为各个油门开度下,发动机所产生的最大转矩时所对应的转速,在调节发动机的转速的时候,主要是通过对离合器的接合速度、接合量以及油门的开度等进行控制,从而将偏差降到最低.

2.2 离合器接合速度分析

发动机转速是否能够恒定,关键在于离合器的接合速度.如果离合器的接合速度不断的加大,就会使发动机的力矩也不断的加大,最终达到降低发动机转速的目的.并且,离合器接合的速度对冲击度也产生着较大的影响.假如在离合器的半接合点状态下,离合器的接合速度变快,就会导致冲击度增加.如果车辆在起步的时候速度比较低,可以忽略掉外部的一些影响因素,并将传递转矩(Tc)和膜片的弹簧位移(Lx)假设为一种线性的关系,那么,冲击度就可以用公式表示,即:

公式中的uc表示的是摩擦片所产生的摩擦因数;rc所表示的是离合器的工作半径;kc所表示的是膜片的弹簧所拥有的刚度系数值.那么,离合器的接合速度就可以用公式表示为:

该公式中vc所表示的是离合器相应的接合速度;而冲击度的标准通常是使用德国的标准,也就是jmax为10m/s3.

3 离合器接合模糊控制方案

因为在汽车起步阶段,发动机工作并不是很稳定,再加上驾驶员的主观意识非常的多变,这就使得我们的研究要基于驾驶员的驾驶经验来进行进一步的模糊控制策略.在进行模糊控制的时候,主要有两个层面的内容,第一个层面的模糊控制主要是以油门的开度以及变化率来进行输入,并且输出的依据要以驾驶员的意图为基础.第二个层面的模糊控制输入依据将改为驾驶员的意图和离合器的从动盘的转速差,而输出的将是离合器的接合速度.图2为模糊控制的相关原理.

图2 双层模糊控制原理

3.1 起步意图模糊控制器

在整个起步过程中,司机的起步意图直接影响着离合器的控制,并且司机的起步意图还能够体现出起步过程中复杂的外界环境.判断起步意图的关键因素就是油门的开度以及开度的变化率.如果油门的开度以及开度的变化率变大,那么就说明驾驶员想要快速起步的意图就会比较明显,如果油门的开度以及开度的变化率不大,那就说明司机想要慢慢起步.如果把油门开度α设定为{很大、大、中、小、很小},那么,它的模糊子集就应该是{VB,B,M,S,VS}.如果将油门开度的变化率dα/dt设定为{正大、正小、零、负小、负大},那么,它的模糊子集将为{PB,PS,Z0,NS,NB}.如果把驾驶员的意图I设置为{很快、快、正常、慢、很慢},那么它的模糊子集就应该是{VB,B,M,S,VS}.这其中油门开度与司机的意图I的相应的论域就会为{10,9,8,7,6,5,4,3,2,1},而油门开度的变化率的论语域就会是{5,4,3,2,1,0,-1,-2,-3,-4,-5}.

3.2 离合器模糊控制器

对离合器的接合来说,模糊控制器也是同样重要的,它能够准确的控制住离合器的接合.并且对于第二层的模糊控制器来说,它的输入量主要是由驾驶员的意图132以及离合器的主动盘和从动盘的转速差所决定的,离合器的接合速度作为输出量的依据.并且转速差Δn和接合速度vc的模糊子集设定为{VS,S,MS,M,MB,B,VB},那么,它相应的变量就会显示为{很小、小、中小、中、中大、大、很大}.而转速差的论域将为{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14}.

4 结果分析

本文为了检验控制器所产生的控制效果,通过一系列的数据分析,并在Matlab/Simulink当中建立了离合器起步接合过程的综合仿真控制模型,并通过这个模型对模糊控制的策略进行了检验.图3就是离合器结合速度控制仿真模型.

图3 离合器接合速度控制仿真模型

图4 的数据图主要反映了油门开度在30%以及在50%时的发动机和从动盘的转速之间、与离合器的结合速度之间以及与接合结合冲击度之间的仿真模型结果.从仿真结果中可以看出,如果驾驶员的起步意图不明显,油门开度也不大的时候,相比与油门开度大的情况下,起步的时间要长一点.并且,从离合器的接合速度的曲线中可以得知,如果离合器的接合过程符合接合规律快慢快,那么冲击度都能够满足jmax=10m/s3这个标准,进一步的说明了在这种控制策略中,离合器能够保证满足冲击度的相关要求.

5 结语

图4 油门开度30%/50%起步仿真结果

本文详细分析了AMT离合器的接合过程,并对离合器的工作状态进行了细致的描述,根据模糊控制方法对离合器的起步进行了进一步的模拟分析,从中得出了离合器的起步跟驾驶员的意图以及油门的不同开度有着非常密切的联系.所以要想保证离合器起步平稳,就必须从这两个方面进行着手.

[1]许晓红.AMT汽车离合器控制策略的研究[J].机械与电子,2008,(36):112-在113.

[2]骞大闯.汽车AMT自动离合器起步模糊作者控制研究[D].北京:北京工业大学,2010.

U463.211

A

1671-0711(2017)11(上)-0137-02

2015年广西交通科技项目(桂教科教2015-261-8).