概述AM T车辆起步的离合器控制方法3471003　河南科技大学 张迎军　周学建　周志立 摘要　机械式自动变速器(AMT)是车辆自动变速器中最具发展前景的一种自动变速器,使用AMT的车辆的离合器控制是自动变速传动系的重要控制内容,车辆起步时的离合器控制是其控制的难点。

本文给出该类控制系统所存在的主要问题,说明现代控制方法在离合器控制过程中的应用及特点,并展望了进一步的发展。

Abstract　Am ong many styles of automatic transmission for vehicle,automatic mechanical transmission—AMT is a style with great developing prospect.The control of clutch is an important part of automatic transmission system in a vehicle equipped with AMT,the clutch engagement control is the key issue in the vehicle starting.In this paper,the key issue of the control system is proposed,the application and properties of m odern control method in the process of clutch control are illustrated,and the further development is predicted. 关键词:车辆　机械式自动变速器　离合器　控制1　前言 车辆(汽车、拖拉机)采用自动传动系是实现高效作业的途径之一,其核心部件是自动变速器。

机械式自动变速器(Automatic Mechanical Transmission—AMT)由于具有制造成本低、传动效率高、工艺继承性好等优点,已成为自动变速器研究领域的热点,也是最具发展前景的车用自动变速器。

对传动系中的关键部件离合器的控制则是AMT系统的核心内容之一,各种控制技术对离合器控制的有效性也成为该技术实现产业化的关键[1、2]。

在车辆的起步过程中,控制系统根据信号采集系统所采集到的各种参数进行相应的控制,才能保证车辆实现按驾驶员意图的起步。

控制参数越多,控制精度越高,但控制系统也越复杂,导致难以实时控制。

因此,需要恰当选择控制参数。

车辆的起步主要涉及到发动机油门和离合器的控制,一般选择油门位置、油门变化率、冲击度、离合器行程和离合器主、从动盘之间的转速差作为离合器控制系统的输入变量,选择离合器接合速度或离合器位置为输出量。

但也会由于控制策略、控制方法的不同,造成选择控制参数的差异。

本文主要根据AMT系统中的离合器控制的目标、存在的问题,给出现代控制方法在车辆起步时的离合器控制中的应用方法和控制特点。

2　控制的目标及存在的主要问题2.1　控制的目标控制目标就是在充分体现驾驶员意图的情况下,使得离合器接合过程中车辆冲击度较小,并在此前提下尽快接合离合器,以减少离合器滑摩功。

2.2　存在的主要问题 (1)驾驶员意图的辨识。

由于AMT中取消了离合器踏板,驾驶员只能通过操纵油门踏板来表达起步意图,有限的输入对控制系统获取驾驶员真正的起步意图带来了困难。

(2)多变的工况。

负载条件、道路条件、气候条件、车辆磨损状况及驾驶员因素是多变的,离合器控制目标中的减小冲击度及滑摩功对离合器的控制又是相互矛盾的。

保证不同工况下控制效果的一致,对整个AMT系统及人—车—环境的相互协调都提出了很高的要求。

(3)可靠性。

控制系统的软、硬件的可靠性直接影响到AMT的产业化,如果系统没有高的可靠性,其产品将难以实现产业化。

3　控制方法 自AMT诞生至今已有30年左右的历史,各种3河南省高校杰出科研人才创新工程项目(H AIPURT)(项目编号:2002KY CX010)3 拖拉机与农用运输车控制理论和控制方法也在不断发展,但是应用于离合器控制的每种方法都有其特定的适应性。

3.1　PID 控制PI D 控制是一种较为传统的控制方法,在连续时间控制中,PI D 控制器对闭环控制系统实行无差调节,应用广泛,其控制技术比较简单,易于实现计算机控制。

但根据对离合器接合过程的动力学分析可知,该系统是非线性参数时变系统,单一参数的PI D 调节器难以满足控制要求。

由于智能控制的广泛应用,可对PI D 控制器进行参数调节。

以冲击度为客观指标实时检测其大小,并与前次输出做比较,按照规定的推理规则得出参数校正因子K,其控制原理如图1所示。

由于模糊控制和神经网络控制技术的广泛应用,PI D 控制参数通过这些方法来调整是新的发展方向。

图1　具有校正功能的PI D 控制原理图3.2　自适应控制离合器控制中参数的时变特性使得自适应控制成为其重要的一种控制方法。

由于环境温度对液压油粘度的影响,使得液压阀在同样动作下得到的离合器控制效果不尽相同。

可以通过采用自适应控制的方法来调整控制规律。

利用温度传感器测量液压油的温度,确定其粘度,选择合适模型进行接合控制是一种开环自适应控制方法。

另一种闭环自适应控制方法则不需要温度传感器,在离合器快速接合过程中自动辨识控制模型,自动适应温度变化,降低了制造成本,提高了系统的可靠性,其控制原理如图2所示[3]。

在进行计算机仿真和试验之后发现,在不同起步方式(紧急、正常、缓慢)下,闭环自适应控制与常规反馈控制相比,明显表现出控制精度高,跟随性好,表现一致等优点,图3为两种控制方式下,液压油缸的执行过程的比较,上方虚线为理想模式,上方实线为实际控制结果,下方实线为跟随误差e (k )的5倍放大。

也可应用神经网络辨识的方法建立无脉宽调制离合器接合过程模型,并在此基础上基于神经网络进行离合器自适应温度补偿控制[4]。

3.3　非线性滑模变结构控制PI D 控制虽简单但不具备较好的自适应性能,特别对于非线性系统效果较差。

而采用非线性自适应控制精度较高,但算法复杂,而离合器接合时间很短,难于进行实时控制。

图2　闭环自适应控制原理图(a )反馈控制正常起步(b )自适应控制正常起步图3　闭环自适应控制与常规反馈控制离合器接合控制结果4 2003年第3期 对经常采用的带有扭振减振器的离合器,其刚度和阻尼随载荷增大表现出分段非线性特性,可根据其特性针对离合器的接合过程设计滑模变结构控制器。

变结构控制是一种非线性控制,它通过切换函数来实现。

根据系统状态偏离滑模的程度来切换控制器的结构(控制律或控制器参数),从而使系统按照滑模规定的规律进行控制。

它对受控对象本身是变结构系统的情况尤为适合,同时因其滑动模态对系统参数变化和外部干扰具有完全不变性,鲁棒性较好而控制算法相对简单,因而得到广泛应用。

仿真表明,多级减振离合器进行变结构滑模控制,具有良好的跟踪性能[5],如图4所示。

(a )滑模控制跟踪曲线(b )PI D 控制跟踪曲线图4　滑模变结构控制与PI D 控制比较3.4　智能控制智能控制系统对环境和任务的变化具有快速的应变能力,其控制器应该能够处理环境和任务的变化,决定要控制什么,应采取怎样的控制策略[6]。

对于离合器控制这种涉及到人—车—环境以及多参数变化的系统,智能控制无疑是很好的解决方法。

在起步过程中用智能控制可以根据起步过程特征,辨识各参数(离合器接合量、接合速度与油门开度、发动机转速、输入轴转速和转速差)之间的关系,而且根据冲击度的偏差对离合器接合速度进行优化,从而提高起步的平稳性。

起步智能控制系统可采用两层结构如图5所示。

上层(参数校正级)确定离合器接合量和接合速度;下层(运行控制级)实现按给定的离合器接合速度、离合器目标位置的控制任务。

3.5　模糊控制图5　两层结构离合器智能控制系统 模糊控制适用于像离合器控制这样难以建立数学模型的非线性、大滞后系统的控制[7],其核心是用模糊语言描述控制规则。

在针对离合器的控制中,采用模糊语言来描述驾驶员的起步意图(慢、快等)是有很强针对性的,能很好地反映出控制意图,达到控制目的。

由于起步过程离合器采用了多输入变量,为了克服常规模糊控制器在多变量下存储量大和难以调整的缺点,采用分层多规则集的结构是一种较为有效的方法。

将起步过程模糊控制器分成两层模糊推理,第一层根据油门大小和油门变化率推5 拖拉机与农用运输车理出驾驶员意图;第二层根据驾驶员意图,离合器接合行程和离合器主、从动盘转速差推理出离合器接合速度,其原理如图6所示[8]。

其缺点是参数模糊化过程中人为影响因素较大,控制规则中参数特性与控制目标关系不明确,不易参数调整。

可从综合模糊控制的观点,把模糊控制、专家控制和分级智能控制综合起来应用于起步过程的离合器控制[9、10]。

综合模糊控制器能够在离合器接合过程中恰当地协调离合器和发动机配合关系,使得接合过程中发动机转速不高,转速变化平稳,离合器主、从动盘转速差小,综合模糊控制器产生的发动机转速波动为PI D 控制的75%,产生的滑摩功为PI D 控制的62%,冲击度为PI D 控制的81%。

如图7所示,图中实线1为主动盘转速,虚线2为从动盘转速。

图6　分层结构的模糊控制器(a )PI D 控制(b )综合模糊控制图7　PI D 控制与综合模糊控制结果11主动盘转速　21从动盘转速4　结束语在基本控制目标一致的情况下,由于在解决问题中所考虑的侧重点不同,所采用的控制方法会有差异,不同控制方法的结合,进行优势互补,是提高控制精度的有效方法。

控制方法优劣的评价大多是依据计算机仿真结果,若进行实际装车试验,受众多因素的影响,不同控制方法的适用性需要进一步验证。

随着计算机技术的快速发展,以往难以实施的控制方法如智能控制、专家系统、模糊控制、神经网络和遗传算法等技术现在也得以应用,开创了离合器控制的新局面。

车辆技术快速发展,车辆内部网络、智能传感器、高性能的计算机都将影响到车辆技术发展,也将会有更多、更先进的控制技术运用到(下转第12页)齿条位置和喷油正时,并反馈给电脑。

这时电脑按所查脉谱图中预定的量值来控制步进电机调整喷油正时和喷油量达到理想的目标值。

脉谱图中预定的喷油量和喷油正时是通过柴油机试验得到的最佳量值,因而可获得更优的控制特性。

以步进电机为执行器省去了机械调速器和离心式供油提前调节器,其工作性能不受柴油机转速影响,从而具有较高的调节质量和较好的灵活性。

图2　可变预行程柱塞结构示意图11柱塞　21滑套　31拨叉3　结束语目前,柴油机受到日益严格的节能、排放和噪声的限制,因此对柴油机燃油喷射系统提出了更高的要求。