AMT车辆爬行工况离合器控制策略与试验

2003137

AM T 车辆爬行工况离合器控制策略与试验

何忠波　陈慧岩　席军强　汪　梁

(北京理工大学,北京　100081)

[摘要]　开发了以直流无刷电机驱动的AM T 车辆电控操纵系统。根据电机驱动式自动离合器的特点,制定了车辆爬行时离合器的控制策划,并采用PD 控制算法实现了离合器的慢接合控制,使车辆的爬行速度可以适应驾驶员的意图、行驶环境以及负载的变化,经试验取得了满意的控制效果。

叙词:AM T 车辆,爬行,离合器,控制策略

The Control Strategy and Experimental Research of an

AM T Vehicle ’s Clutch in Crawl Driving Condition

H e Zhongbo ,Chen H uiyan ,Xi Junqiang &W ang Minliang

Beiji ng Instit ute of Technology ,Beiji ng 100081

[Abstract]　This paper discusses the brushless 2DC 2motor 2driven electronic control system of an AM T vehi 2

cle 1The control strategy of vehicle ’s clutch in crawl driving condition is worked out based on the characters of brushless 2DC 2motor 2driven automatic clutch 1The slow engagement control of clutch is realized by using PD algo 2rithm ,which makes the crawl speed of vehicle can be adapted to the intention of driver and the changes of driv 2ing environment and load conditions of the vehicles 1The performance of the control strategy has proved satisfac 2tory by experiments 1

K eyw ords :AMT vehicle ,Cra w l driving ,Clutch ,Control strategy

原稿收到日期为2002年12月23日,修改稿收到日期为2003年2月20日。

1　前言

目前,电控自动变速操纵系统的类型主要有电液自动变速(A T )、电控机械式自动变速(AM T )和无级变速(CV T )3种[1]。自动变速车辆必须首先满足可驾驶性的要求,即体现驾驶员的驾驶意图,这是自动变速车辆的一个重要特点。

由于车辆行驶环境复杂多变,当车辆进出车库或在狭窄地段调动车辆时,要求车辆能以驾驶员期望的极低车速缓慢行驶,这被称为爬行工况[1]。对于A T 车辆和装有液力变矩器的CV T 车辆,是通过液力变矩器来实现这一功能的[2]。而AM T 车辆取消了离合器踏板,只能由油门开度来反映驾驶员的意图。正常起步时,离合器主、从动摩擦片最终同步,离合器完全接合,这样即使以很小的油门起步,其慢行速度可能仍显得过高,这不仅会影响到行驶

的安全性,而且也破坏了自动变速车辆的驾驶舒适

性。而对于手动变速车辆,有经验的驾驶员可以通过控制离合器的接合程度,使主、从动摩擦片处于滑磨状态,以此来控制车辆的慢行速度。显然,爬行和正常起步行驶时离合器的控制策略应是不同的。因此,研究AM T 车辆在爬行工况下离合器的控制问题是十分必要的。

AM T 车辆操纵机构的驱动方式主要有液压驱动和气压驱动两种。作者开发了以直流无刷电机驱动的AM T 车辆电控操纵系统。为区分爬行工况和正常行驶工况,在手柄式换挡控制器上设置一工况选择开关,驾驶员根据需要选择合适的工况。文中仅就其中的爬行控制模块加以讨论。

2　电机驱动式自动离合器的控制原理

2003年(第25卷)第6期 汽　车　工　程

Automotive Engineering

2003(Vol.25)No.6

直流无刷电机的机械特性方程为[3]

n=(U-ΔU)

K e

-

R

K e K T

T a(1)

式中n为电机转速,U为电源电压,ΔU为功率管管压降,K e为电动势系数,T a为电动机产生的电动转矩平均值,K T为转矩系数,R为电动机的内阻。

由式(1)可知,当负载一定时,转速与加在电枢上的端电压成正比,因此可以通过控制电枢电压来控制电机的快慢转速,进而控制离合器的接合或分离速度,而电机的正反转是通过控制定子绕组的换相次序来实现的。

无刷电机驱动的自动离合器的控制可分为下列3种形式。

(1)离合器快速分离　使电机的端电压为正向最大,则电机以最快的速度正转,实现离合器的快速分离。当离合器趋于彻底分离时,适当降低电机的端电压,以使离合器保持分离状态。

(2)离合器快速接合　在消除离合器空行程阶段以及离合器主、从动摩擦片同步后,使电机的端电压为一负值,使电机反转,在电机驱动力和回位弹簧的共同作用下,实现离合器的快速接合。

(3)离合器的慢接合　离合器快速接合至半接合点后,电机端电压变为一正值,使电机处于制动状态。此时,适当调整电机的端电压,就可以控制离合器以期望的速度接合,甚至停止接合。

电机的运转方向和转速快慢全部由软件控制实现。

3　爬行时控制参数的选取

根据电机驱动式自动离合器的接合特性,选取发动机转速(即离合器输入轴转速)n e和离合器输出轴转速n c及其变化率Δn c作为爬行时的控制参数,原因如下。

(1)爬行时,n e的高低,不仅体现了驾驶员所期望获得的爬行速度,而且也体现了驾驶员对外界阻力的预测。同时,以n e为控制参数,可以排除由于发动机使用后期功率和转矩下降[4]等因素对离合器接合过程的影响。

(2)n c开始上升点即为离合器的半接合点(图1中的B点),此点为离合器慢接合控制的起始点。通过检测n c来确定离合器的半接合点,可以排除离合器自身参数变化对接合过程的影响。n c的变化也能反映外界行驶环境以及负载的变化情况(即起步阻力的变化),在其它条件相同时,起步阻力越大,则n c变化越慢。同时,起步冲击的控制就是通过控制n c的变化率Δn c来实现的。起步性能的评价指标冲击度j可由下式表示[5]。

j=

01105r r

i o i g

・

d2n c

d t2

(2)式中,i g为变速器传动比;i o为主减速器传动比;r r 为车轮滚动半径。

由式(2)可知,n c变化越快,则起步冲击也越大,因此控制n c的变化率即可将冲击度控制在驾驶员期望的范围内。

由以上分析可知,n e、n c和Δn c这3个参数的变化能够体现驾驶员的意图和行驶环境的变化情况,是对车辆爬行时离合器接合过程的综合反映。因此选取n e、n c和Δn c作为控制参数的优点是具有良好的适应性而且控制过程不依赖于数学模型,且只检测转速信号,简化爬行控制模块。

4　控制策略及控制算法

411　控制策略

理论上可以将离合器正常起步时的接合过程分为4个阶段:消除离合器间隙阶段(0A)、克服起步阻力阶段(A B)、起步加速阶段(B C)和同步接合阶段

(CD),如图1所示。

图1　正常起步时转速、摩擦力矩关系

在爬行工况下,除0A、A B段与正常起步时的控制策略相同外,在达到半接合点后,仿照在手动变速车辆上驾驶员对离合器的操纵特点,应使离合器处于滑磨状态,且应能根据n e值的大小自动调整离合器接合程度,以获得期望的慢行速度。即应使n c 相对于n e具有一定的随动关系,且使二者保持一定的转速差,如图2所示。

在实际控制过程中由于只能通过检测离合器的半接合点来判断车辆是否已经起步,因此爬行时离合器的接合控制分为两个阶段。

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5

7

5

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2003年(第25卷)第6期 汽　车　工　程