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1、设计 计 算 研 究 9 华 中科技 大学 郝琪过 学迅 湖北 汽车工业 学院 罗永革 冯 樱 摘要 1 湿式 离告 器以其 独有的特 点 而被 广 泛使 用 ， 本 文研 究了利 用模糊控 制技 术 来控 制湿 式 离合 嚣的接台 ， 并对 不 同控 制方 法 的仿 真 结果进 行 了比较 分析 。 叙词 】 湿 式离合 器控制方法模糊控 制 l 引 言 由 于湿 式离 合 器具 有 热容 量 大 ，使 用 时不 需调 整 ，允 许 长 时 间打 滑和 在 高档 起 步 而不 会 烧坏衬面，使用寿命可达干式离合器 5 6倍等 特点 ，它在重 型牵 引和 自卸车 上使用 日趋广 泛 ， 并被广
2、 泛 用 作 自动 变速 器 的离 合器 上 。 湿式离 合器 的控 制 方 法有 传统 的单 参 数控 制 、最 优 控 制 法 等 。但是 最 优控 制 法仍 是 基 于二 值逻辑 来 对 数据 信 息进 行 优化 判 断 。而对 于人 的经验 来 说 。 采 用语 言信 息来 描 述会更 加准确 。目前能 够 对 人类 的 活动经 验 等用语 言描 述 的信 息 进行 准 确 和方便 处 理 的方 式是 模糊 集 合 和模 糊 逻辑 。 由于 模 糊控 制不 依 赖 于 系统 精 确 的 数 学模 型 ， 它 所 采 用 的 探索 式 控 制 规 则 本 质 是 非 线性 的 ， 而且模
3、糊 控制 系统对过 程工作 参数改 变不 敏 感 ，这 对 不 同工 况 下 地离 合器 而言是 十分 重要 的 。 因此 本 文 主要 研究 湿式 离 台 器 的模糊 控 制 方法 ， 并将 不 同控制方 法 的仿真结 果进行 比较 。 2 湿式 离台 器接 台 过程 的评价指 标 车辆 起 步 的评 价指 标 主要 有 冲击 度 和 滑磨 功。 ( 1 )冲击 度 j ： 冲击 度 是指 车辆纵 向加速 度 的 变 化 率 。 d 2 Va r , i # dr dr = J 面 。 “ 一汽车 纵向加 速度 的变化率 一车轮 滚动半 径 I T - 与变 速 器输 出轴 刚性 连 接 的
4、 整车转 动 惯 量转换 到输 出轴 的当量 转动惯 量 T c 一离 合 器传递 的扭矩 i ， j 一 铛位传 动 比与主传 动 比 由上 式 可 以看 出 ，起步 过 程 的 冲击 度 主要 与离 合 器传 递扭 矩 的 变 化率 有 关 要保 证起 步 的平 顺 可通 过 控制 离 合 器 的接合 状 态即 通 过油 压控 制离合 器摩擦 力矩 的大 小来实现 。 ( 2 )滑 磨 功 L： 滑磨 功表示 离合器摩 擦 片间 滑动摩 擦力作 功 的大小 ， 其数 学表达式 为 ： L= I t T c ：l t + f 面 一 面 k t t t l 一离 合器 主 、从 动片开 始接
5、触到摩 擦力 矩 能够 克服 在地 面阻力矩 所需 的时 间 ； t f _ I 离合器从动片角速度由零开始 ， 直至增 大到 与发 动机 角速度相 等所要 的时间 ； m 。 一 发 动机转速 ； 一离 台器转 速 ； 在 良好平 坦路 面上起步 时 ， 道路 坡 度 、 滚 动 阻力 系 数可 以忽 略 ，克 服 阻力 的时 间 也 可 以取 为零 。于 是有 ： M # L = J ( 一 面 c ) d 面 c 一 由上式 可 以看 出 ，在 良好路 面 上起 步 过程 产 生 的滑 磨功 主要 与发 动机 转速 有关 。所 以在 起 步过 程 中如果 能够 维 持发 动机 在 较低
6、转 速稳 定运行 ， 不引起熄火又能够正常起步 是我们减 少 起 步滑磨 功 的主要手段 。 3模 糊控 镧方 法 模糊 控 制 的输人 变量采 用发 动机 转 速 、油 门开度 、 油门开度变化率。 ( 1 )发动机的油 门开度 n： 在 自动控制的传 动 中 ， 离合 器 踏板 业 已取消 油 门开 度 的大小体 现了驾驶员要求发动机提供的功率的高低 故 l 0 设计 计算 研究 加 速踏 板 成 为 反映 驾 驶员 意图 ，从 而控 制接 合 程度的主要参数。油门开度对离合器接合程度 有通常前馈效应， 郎一定要有油门信号再前 ， 离 台器接合才有反应 。对于驾驶员操作油门踏板 的变化 过
7、 程 ，则 要求 微机 能够 根据 采得 的 O t 随 时 变化控 制 对 策 。 ( 2)发 动机 的转 速 ： 汽车起步 时 ， 车辆 的起 步条件是通过转速传感器测量发动机转速得到 的 离 台 器 的 接合程 度与 发动机 转 速 的加 速 度 成 正 比 ， 这 与 油门踏 板的关 系是相 同 的。不 同之 处 只是 油 门踏 板为前 馈 作用 ，而 发 动机 的转速 为反馈作 用 。 ( 3 J 油 门踏 板的 变化 率 ：与 油 门踏 板的关 隶 属度 VS S L S L日 B VB l 兰 08 O6 0 4 参 O ! 0 2 4 6 8 1 0 1 2 ( a ) 油 门
8、开度 隶 属 函数 轮域 系相同 ，油门踏板的变化率也是反映驾驶员意 图的另一个重要参数 油 门踏板的变化率大 ， 反 映驾驶员希望油门踏板开度快速增加 随之得 到发动机提供的较大功率 。 输 出变 量为 油压 z 。 输入 变量 的 隶属 函数 采 用灵 敏 度较 高 的三 角形函数 ， 考虑司机对小油 门开度感觉较敏感 ， 对 大 油 门 的油 门开度 相对 不 敏感 油 门开 度越 小 隶属 函数越 密 如图 l所示 。变量 等级 分 为 很 小 ( v s ) 、 小 ( s ) 、 较 小 ( 1 s ) 、 中 ( m) 、 较大 ( 1 b ) 、 大 b ) 、 很 大 ( 、
9、 _ h ) 7个 档 。根 据试验 和经 验模 糊控 制 构成确 定为 ： 发动 机转速 8 0 0 - - - 1 5 0 0 r mi n ； 油 门开 度 为 O 一 1 0 0 。 油 门 开 度变 化 率 为 O b ) 油 门 开度 变 化率 发动 机 转 速油 压 隶 属 函歙 图 1 输入 变量 及 输 出变 量 的录 属 函数 3 5 0 s ：输 出变 量为 离台器接合 油压 ，其 范围 在 0 一 1 I P a ， 各 分 为 l 3 。 根据 模 糊推理思 想 ：在发 动机转速 突 降时 ， 应快 速调 节离 合器 的接合 ， 减少 发动机 负荷 ， 加 快发 动机
10、 转速 在发 动机转 速突升时 ( 说 明离 合器接 台 过程慢 而油 门增加较快 ) ，合 理 、有效 的修 改 离 合器 和 油 门的控 制策 略 ，通 过 加 大离 合 器接台 量来增加 发 动机 负荷 ，使转 速降下 来 当发 动 机转 速到达 某一值时 ， 为 了避免 发动 机 熄火 ， 就 要分离 离 合器 。发动 机扭矩是 油 门开 度 的增 函数 。接合开 始 ， 随油 门开度 的增 大 离 合 器 的接 台 量也 相应 增大 ；当发 动机 和离合 器 的转速差较小时 ，离合器的接台量随油门开度 增 加 的变化 较小 。 可 以确定模糊 规则 为 ： 1 j f油 门开 度为(
11、 VS ) V S 1 t h e n油 压为( V S ) 2 J i f油 门开 度为( VS ) S ) t h e n 油 压 为 S J 一 a n d油 门开度 变化率 为 a n d油 门开 度 变化率 为 3 )i f油 门开 度为 ( V B)a n d发 动机转 速为 V B) t h e n 油压 为( v B) 解模 重心法： z o L J】 _ x 1 z (x 4 仿 真 结果 P 8 0 0 2 0 0 0 发动 机转速( r p m) 图 2 传 统单 参数 控 制 油 压 与转速 设计 计算 - 研究 l i l 一 I 1 I f l I 1 - 1 I
12、j l ： 1 ： _I l 。 r n da i m l 4。 0 l 20 0 1 o o o 8 o0 6 00 4 o 0 2 00 0 f 。 c 。 十 。 f 。 L r 一 l ! ， l ! l I 。 r i， ： ， i 。 【 ， ， ， 1 1 o o 5 1 1 5 2 2 5 31 0 一比例控制 的 发动 机 转速 一 比例控 制 的 变 速器 辖人 轴 转速 0一 模糊 控 制 的 发动 机 转速 一模糊 控 制 的 变速 器辖 入 轴 转 速 o： m l l ， l 1 ： ， l 。 ， ； - 7 1 j o o 5 1 1 5 2 2 5 3t 5
13、l 圈 3 传统单参散与模糊控制的仿真结果 比较 图 3中为 Q 6 4 S o发 动机工况怠 速转速为 8 0 O f ra i n 油 门目标开度为 4 0 的仿 真计算结 果。实线为传统单参数控制结果 ， 虚线为模糊控 制结果 。 传统单参数将油压认 为是与发动机转速 ( 车速 ) 成正 比的 ， 其对 应关 系如 图 2 。 比较仿 真 曲线图不难看出 ， 模糊控制保证发动机在变化平 稳 、 未出现突变的情况下 ， 将其控制在 1 l O O r m 左 右 ， 小 于 比例 控 制的发 动机转 速 ( 已达 1 3 0 O r m 1 并且利用该模糊控制策略 模糊控制的起步 时间 比
14、传统 控 制减小 0 0 3 s 这 一结 果说 明 模 糊 控制的起步过程产生 的滑磨 功要远小于传统控 制 ； 且在加 速 度 图上 可 以看 出 ， 其 冲击 度较 小 。 因 此利用模糊 技术对离合器进行控制的方 法在理 论上 是有 效 、 可行 的。 该 控制 方法 会带来 以下 好处 ： ( 1 )减 少起步 过程 的滑磨 功 ， 提高 离 合器 的 使用寿命 ，由本文前面的分析得知 ： 起步过程发 动 机转速对 滑磨 功 的大 小有 决定 性 的影 响 发动 机 的转速 越 低 滑磨 功越小 反之 亦然 。 所 以起步 过 程 中控制 发动 机在 较低 转速下 的稳 定 运行 ，
15、 可 以大大减少滑磨功 从而提高离合器的寿命 。 ( 2 )减小起步噪音 ， 起步过程产生的噪音主 要是 由发动 机 的急剧上 升引 起 的 ， 保持 发 动机转 速稳 定上升且 上 升较小 ， 可 以抑 制 噪音 的产 生 ： 5 结 论 利用模糊控制技术湿式离合器接台过程进 行 自动控制 是 可行 、 有效 的。仿 真结果 证 明其 控 制效果 明显 忧于 传统控 制方 法 。 参考 文献 【 I 】窦 振 中 模糊 逻 辑控 制技 术 及 其应 用北 京 航 空航 天 大 学 出版 社 ， 1 9 9 7 f 2 】孙增 圻智 能 控 制理 论 与 技 术清 华 大学 出 版 社 ， I 3 】黄崇 福模 糊 专 家 系统 啄理 与 设计北 京 靛 空航 天 大 学 出 版社 ， 【 4 刘有 才模 糊 信 皂 、 优 化 处理 及其 应 用北 京 航 空 航 天大 学 出版 社 ， 6 4 2 8 6 4 2 1 l 1 l O O O n O
