AMT離合器起步模糊控制分析

韋皓

(廣西交通職業技術學院,廣西 南寧 530023)

AMT離合器起步模糊控制分析

韋皓

(廣西交通職業技術學院,廣西 南寧 530023)

離合器起步模糊控制是整個AMT系統的重點和難點,因為如果無法精準控制離合器,就會嚴重磨損離合器,并對車輛產生非常大的沖擊力.本文闡述AMT離合器的起步控制過程.根據離合器起步的模糊控制方案進行實驗,得出了果.

AMT離合器;起步;模糊控制;過程;結果

1 離合器的起步

1.1 離合器接合過程中的性能指標

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

在這個公式中,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表示的是驅動輪的滾動半徑;i′表示的是變速箱的減速比;IW表示的是車輛驅動軸和驅動軸的慣性;Tout表示的是轉軸的轉矩;ki則表示的是一個常數;Ve表示的是離合器的結合速度.

(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,可以用下面這個公式進行表達:

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的扭矩;ωe則代表的是發動機的角速度;te1代表的是汽車運動的時間;te2代表的是發動機的角速度和離合器的角速度ωc之間同時達到同步的時間;Δωe,c代表的是離合器的主動片與從動片之間的速度差.

1.2 離合器的接合過程

通常情況下,離合器的轉矩和壓緊力之間是成正比的,當然,這必須要忽略掉轉速以及溫度這兩者對于摩擦因數所產生的影響.可以用以下這個公式來表示:

該公式中,Tc表示的是離合器的轉矩;Z表示的是摩擦片的數量;f表示的是壓緊力;Rm表示的是摩擦片的半徑.從上面這個公式可以看出,只有F,壓緊力這個參數是可以改變的.而整個AMT系統控制壓緊力的主要方式就是離合器的分離以及結合的位置,通過對這兩者的改變來對壓緊力進行改變,從而達到對轉矩進行控制.

要想減輕起步時候的沖擊力,就必須控制離合器的結合速度,通常情況下分為三個階段,也就是快、慢、快.第一個階段的快是指結合階段需要快,但是轉矩并不會進行傳遞,主要是使動力中斷的時間能夠縮短一點,并且將這個結合的速度設置為v1.第二個階段的慢是指結合階段需要慢,這一階段是在半結合的時候,這個時候的主動摩擦片與從動摩擦片兩者之間會存在滑磨的現象,在這個時候就需要對結合速度進行控制,保證發動機的動力能夠被平穩的傳遞,并將這個結合的速度設置為v2.第三個階段的快是指結合階段必須快速,當離合器從動盤的轉速與離合器主動盤的轉速一致的時候,要進行快速的結合,直到完全的被壓實,這樣做主要是為了使后備轉矩傳遞的能力能夠提高,從而避免對起步的平穩性造成影響,并且將這個結合的速度設置為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盤轉速,nc表示的是離合器的從動盤轉速,L表示的是離合器的接合位移.在離合器接合的整個過程中,最關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,才能夠使離合器平穩的接合,才能夠使車輛的速度勻速的加大,不至于產生大的變化,盡力將沖擊程度降到最低.

2 AMT離合器起步控制分析

2.1 發動機目標轉速確定

起步階段發動機的控制方式主要有兩種,一種是對發動機進行恒轉速控制,另一種就是對發動機進行設定轉速控制.因為在使用發動機設定轉速控制的時候,會出現一系列的問題,所以通常采用的起步控制都是發動機恒轉速控制.是通過將發動機的目標轉速設定為各個油門開度下,發動機所產生的最大轉矩時所對應的轉速,在調節發動機的轉速的時候,主要是通過對離合器的接合速度、接合量以及油門的開度等進行控制,從而將偏差降到最低.

2.2 離合器接合速度分析

發動機轉速是否能夠恒定,關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,就會使發動機的力矩也不斷的加大,最終達到降低發動機轉速的目的.并且,離合器接合的速度對沖擊度也產生著較大的影響.假如在離合器的半接合點狀態下,離合器的接合速度變快,就會導致沖擊度增加.如果車輛在起步的時候速度比較低,可以忽略掉外部的一些影響因素,并將傳遞轉矩(Tc)和膜片的彈簧位移(Lx)假設為一種線性的關系,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生的摩擦因數;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的接合速度;而沖擊度的標準通常是使用德國的標準,也就是jmax為10m/s3.

3 離合器接合模糊控制方案

因為在汽車起步階段,發動機工作并不是很穩定,再加上駕駛員的主觀意識非常的多變,這就使得我們的研究要基于駕駛員的駕駛經驗來進行進一步的模糊控制策略.在進行模糊控制的時候,主要有兩個層面的內容,第一個層面的模糊控制主要是以油門的開度以及變化率來進行輸入,并且輸出的依據要以駕駛員的意圖為基礎.第二個層面的模糊控制輸入依據將改為駕駛員的意圖和離合器的從動盤的轉速差,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

在整個起步過程中,司機的起步意圖直接影響著離合器的控制,并且司機的起步意圖還能夠體現出起步過程中復雜的外界環境.判斷起步意圖的關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,那就說明司機想要慢慢起步.如果把油門開度α設定為{很大、大、中、小、很小},那么,它的模糊子集就應該是{VB,B,M,S,VS}.如果將油門開度的變化率dα/dt設定為{正大、正小、零、負小、負大},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設置為{很快、快、正常、慢、很慢},那么它的模糊子集就應該是{VB,B,M,S,VS}.這其中油門開度與司機的意圖I的相應的論域就會為{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是{5,4,3,2,1,0,-1,-2,-3,-4,-5}.

3.2 離合器模糊控制器

對離合器的接合來說,模糊控制器也是同樣重要的,它能夠準確的控制住離合器的接合.并且對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以及離合器的主動盤和從動盤的轉速差所決定的,離合器的接合速度作為輸出量的依據.并且轉速差Δn和接合速度vc的模糊子集設定為{VS,S,MS,M,MB,B,VB},那么,它相應的變量就會顯示為{很小、小、中小、中、中大、大、很大}.而轉速差的論域將為{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14}.

4 結果分析

本文為了檢驗控制器所產生的控制效果,通過一系列的數據分析,并在Matlab/Simulink當中建立了離合器起步接合過程的綜合仿真控制模型,并通過這個模型對模糊控制的策略進行了檢驗.圖3就是離合器結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 的數據圖主要反映了油門開度在30%以及在50%時的發動機和從動盤的轉速之間、與離合器的結合速度之間以及與接合結合沖擊度之間的仿真模型結果.從仿真結果中可以看出,如果駕駛員的起步意圖不明顯,油門開度也不大的時候,相比與油門開度大的情況下,起步的時間要長一點.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律快慢快,那么沖擊度都能夠滿足jmax=10m/s3這個標準,進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要求.

5 結語

圖4 油門開度30%/50%起步仿真結果

本文詳細分析了AMT離合器的接合過程,并對離合器的工作狀態進行了細致的描述,根據模糊控制方法對離合器的起步進行了進一步的模擬分析,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系.所以要想保證離合器起步平穩,就必須從這兩個方面進行著手.

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[2]騫大闖.汽車AMT自動離合器起步模糊作者控制研究[D].北京:北京工業大學,2010.

U463.211

A

1671-0711(2017)11(上)-0137-02

2015年廣西交通科技項目(桂教科教2015-261-8).