不同道路负荷的AMT车辆起步过程离合器控制策略
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Ｊ＝害＝志（啪＾ｉ。誓一鲁）㈩
由于道路阻力矩变化不大，将其忽略阳】，则冲击度 的表达式为
．，＝羞ｔｏＪＱ警ｆ
（１０）
ｃ
４模糊控制
离合器的接合是一个非线性的过程，车辆起步 是一个油门开度与路况结合的过程．油门开度和油 门开度变化率反映人的主观驾驶意图，为全面反映 整车的起步状况，将车辆的道路阻力作为其中的一 个输入参数控制离合器的接合．
目前离合器控制使用的方法为模糊控制旧】，国 内外对离合器控制的研究是通过油门开度以及油门 开度变化率的主观意图作为离合器接合的输人量， 而对车辆的外部状况未考虑在内．在车辆起步过程 中，车辆的起步意图以及路面状况共同影响离合器 的接合过程．充分考虑起步中车辆各变量对起步性 能的影响，建立离合器控制与它们的关系是适合的． 因而文中提出在油门开度以及开度变化率的基础 上，将判断车辆路面状况的道路阻力也作为其中的 一个输入参数，从车辆起步的路况和油门开度以及 油门开度变化率，全面评价车辆起步的状况，确定离 合器的接合过程，降低冲击和滑磨功的损耗，对冲击 度和滑磨功进行模糊优化控制，使车辆起步控制能 够更加符合驾驶员真实的驾驶意图．
，
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｌｕｔｃｈ；ｒｏａｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｊｅｒｋ；ｓｔａｒｔ—ｕｐ ｐｒｏｃｅｓｓ；ｓｌｉｄｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｗｏｒｋ
电控机械自动变速器（ＡＭＴ）是在原有变速器 的基础上增加了一个电控单元和换挡执行机构，保 留了原机械变速器的高效率、低成本、易制造的优 点．电控机械自动变速器的传动效率高，可以有效提 高车辆的燃油经济性．由于电控机械自动变速器仍 然是一种有级变速器，因而存在换挡过程中由于离 合器的接合而引起冲击问题．冲击严重时，不但乘坐
无转矩传递，不会产生冲击和离合器的滑磨损耗． ３．１．２ 离合器快速接舍ＡＢ段
离合器的主动盘与从动盘开始接触，产生摩擦
力矩，此阶段的传递转矩不能克服车辆的起步阻力 矩，因而车辆处于静止状态，其中８点为离合器半接
合点．ＡＢ段不影响车辆的冲击度，主、从动盘之间存
在摩擦，有能量损耗，其滑磨功为
，１１
￡。＝Ｊ咒∞。ｄｔ
３．２ 冲击度
车辆起步品质的好坏通过冲击度的大小来评
价．冲击度很小，起步太慢；而冲击度过大则会影响
车辆平顺性和舒适性，因此冲击度要适中．冲击度－，
可由下式表示：
式中厂ｒ为车辆滚动半径；叼。为离合器传递效率；刀，
为传动系效率；ｉ。为变速器传动比；ｉ。为主减速器传
动比；瓦为道路阻力力矩；’，，为离合器从动部分至 车轮所有旋转部分等效转动惯量．所以
式中口为加速度．
＿，＝芈 ｏ‘
（７）
＾
口２苦（警） 离合器在慢接合阶段，根据离合器动力学分析，
得出车辆的加速度为
㈩
Ｆｉｇ．２
图２ 离合器接合过程转速与摩擦力矩
Ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｔｏｒｑｕｅ ｄｕｒｉｎｇ ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｌｕｔｃｈ
３．１．１ 离合器快速接舍ＯＡ段 该段主要用于消除离合器主从动片间的间隙，
２ 离合器接合动力学模型
车辆起步阶段离合器接合，摩擦转矩瓦由膜片
弹簧大端的载荷，，产生，在离合器接合过程中，大
端载荷Ｆ，与小端变形量聋为非线性关系Ｈ。Ｊ，即
Ｆ．：——警过堂盟一ｘ １。一６（１一ｔ，２）（Ｌ—ｆ）（Ｚ—ｒ，）６
［（ｈ—ｋｘ）（ｈ一０．５ｋｘ）＋铲］
（２）
式中尺为膜片弹簧外半径；ｒ为膜片弹簧内半径；Ｅ 为弹性模量；”为泊松比；尼为内锥高；６为板厚；Ｌ为
，０
式中∞。为发动机的角速度．
３．１．３ 离合器的慢速接合口Ｃ段
（５）
快速接合至半接合点８后，离合器从动部分开
始转动，引起车辆冲击．为了降低冲击，离合器要求 接合缓慢，但接合时间过长，滑磨功增加，调整此时
段的接合时间，按照驾驶员的驾驶意图进行离合器
接合．此阶段的滑磨功为
ｒｔ２
Ｌ，＝Ｉ ｔＡｔｏｄｔ
Ｊ‘ｌ
（６）
其中△∞＝∞，一∞，，∞。为离合器从动部分的转动角
速度． ３．１．４ 离合器的快速接合阶段
离合器慢接合到ｃ点时，离合器从动盘的角速
度与离合器主动盘的角速度的差值小，此时的接合
速度对于冲击度．，和滑磨功Ｌ。已无影响，从尽快完
成起步考虑，应快速接合．此阶段发动机的输出转矩 等于离合器从动部分的转矩．
舒适性会降低，还会增加车辆传动系的动载荷．电控 机械式自动变速器的核心和难点之一是起步过程中 离合器控制…．
评价起步离合器控制的性能指标是冲击度和滑 磨功［２ Ｊ．如果离合器接合过猛，冲击度过大，将引起 发动机转速较大的波动，造成发动机抖动，甚至严重 时会导致发动机熄火；反之，过分降低离合器的接合
收稿日期：２００８—１０—１８ 基金项目：江苏省中小科技型企业创新基金资助项目（ＢＣ２００８１５３）；江苏大学博士生创新计划项目（ＣＸ０８Ｂ—１１）
了数据，并且可以ຫໍສະໝຸດ Baidu确地对离合器的接合过程进行
控制，减小离合器空行程时间．
图１ 离合器传递转矩
Ｆｉｇ．１
Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｒｑｕｅ ｏｆ ｃｌｕｔｃｈ
根据离合器传递转矩图，采取曲线拟合方法，简
化转矩与离合器小端行程的数学表达式，得到离合
器摩擦转矩与离合器小端变形关系多项式表达式为 瓦＝０．１８９ ６２３—７．２８８ ６ｘ２＋
不同道路负荷的ＡＭＴ车辆起步过程离合器控制策略
何仁，刘文光，黄大星
（江苏大学江苏省汽车工程重点实验窀，江苏镇江２１２０１３）
摘要：分别对离合器接合的动力学模型和换挡品质进行理论分析，针对车辆起步过程中，由于离合
器接合而引起的冲击或滑磨功增加的问题，提出三参数的模糊控制方法．在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境
下对车辆起步过程进行仿真试验，将标识车辆起步外部路况的油门开度、油门开度变化率和车辆的
道路阻力３个参数作为模糊控制器的输入量，以控制离合器的接舍速度．仿真结果表明，增加车辆
的道路阻力作为控制器的输入量，能有效改善车辆起步过程中离舍器的接合质量，提高离舍器的接
合性能．
关键词：离合器；道路阻力；模糊控制；冲击度；起步；滑磨功
ｊｅｒｋ ｏｒ ｔｈｅ ｓｌｉｄｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｗｏｒｋ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｌｕｔｃｈ ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗａｓ ｃａｒ－
ｔｉｅｄ ｏｕｔ ｗｉｔｈ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｆｏｒ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｔａｒｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｒｅｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ ａｐｅｒ－ ｔｕｒｅ，ｔｈｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｒａｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ’ｓ ｉｎｐｕｔ， ｗｈｉｃｈ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｔｅｍａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｒｔ—ｕｐ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒ’ ｓ ｉｆｌｔｅｎｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｃｌｕｔｃｈ ｉｏｉｎｔ ｓｐｅｅｄ ｗａｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｄｄｅｄ ａ８ ａ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌｕｔｃｈ ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｒｔ－ｕｐ ｐｒｏｃｅｓｓ．
坡度．车辆在起步阶段处于静止状态，没有车辆的动
态千扰信号，可以准确的检测出车辆的坡度，在水平
路面上车辆的坡道阻力是没有的．由于坡度阻力与
滚动阻力均属于与道路有关的阻力，而且均与车辆
重力有关，故把这两种阻力合在一起称作道路阻力．
道路阻力反映了车辆起步行驶的信息，其车辆的道
路阻力为
Ｆｐ＝０＋Ｆｉ＝ｆＧｃｏｓ ｄ＋Ｇｓｉｎ Ｑ
万方数据
４６２
为模糊量．油门开度模糊量化的取值范围为０。～ ９０。，选用５个状态词汇来描述油门开度输入变量， 即：｛小油门开度、中小油门开度、中油门开度、中大 油门开度、大油门开度｝；油门开度变化率的模糊量 化取值为一４—４，选用７个状态分割整个论域集 ｛负大、负小、零、小、中小、中、大｝；车辆的道路阻力 的模糊量化取值为０～０．５Ｇ，用６个状态表示论域 集｛保持不变、小变化、中小变化、中变化、较大变 化、大变化ｆ；离合器的接合速度作为输出量，其取 值范围为Ｏ～２，并将其分为｛非常慢、慢、正常、非 常快、快｝５个状态． ４．３模糊推理
７６．６６６ Ｏｘ＋３．２０２ ９
（４）
３ 换挡品质及其评价指标
换挡品质是在保证动力传动的前提下能够稳定 换挡的程度，其评价指标主要为滑磨功和冲击度． ３．１ 离合器的接合过程
在车辆起步过程中，离合器从分离到接合，发动
万方数据
４６１
机的转速ｎ。和离合器从动盘转速ｎ。以及摩擦转矩 ｔ如图２所示‘６一引．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ａｂｏｕｔ ｄｙｎａｍｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌｕｔｃｈ ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｈｉｆｔ ｑｕａｌｉｔｙ ｗａｓ ｄｉｓ－ ｃｕｓｓｅｄ．Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｒｔ－ｕｐ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ－ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ＷａＳ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ
式中凡为车辆的道路阻力；ｔ为车辆的滚动阻力；
Ｅ为车辆的坡道阻力；ｆ为滚动阻力系数；Ｇ为汽车
重力；ａ为坡度角．
当ｄ不大时，ＣＯＳ ａ一１，ｓｉｎ ａ—ｔａｎ ａ＝ｉ，其中
ｉ为道路坡度．则凡＝∥＋Ｇｉ＝ＧＵ＋ｉ），取／＋ｉ＝
妒，称妒为道路阻力系数，有
Ｆ。＝铞
（１）
道路阻力为准确判断离合器半接合点位置提供
外承载半径；Ｚ为内承载半径；厂Ｆ为小端加载半径；Ｊ｜｝
为力臂力，ｋ＝笋１．
‘一ｒＦ
离合器的摩擦转矩和接合压力之间的关系可表 示为
瓦＝等筹茅 ㈩
式中彳为摩擦面数，对于单片离合器，ｚ＝２；咖为摩擦 片的摩擦因数．
离合器传递转矩与离合器小端行程之间的扭矩 特性如图１所示．
１车辆道路阻力
车辆起步路况通过坡道传感器检测车辆停放的
中图分类号：Ｕ４６３
文献标志码：Ａ
文章编号：１６７１—７７７５（２００９ Ｊ０５—０４５９一０４
Ｃｌｕｔｃｈ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ＡＭＴ ｖｅｈｉｃｌｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ
ｖａｒｉｅｄ ｒｏａｄ ｄｕｒｉｎｇ ｓｔａｒｔ－ｕｐ ｐｒｏｃｅｓｓ
Ｈｅ Ｒｅｎ，Ｌｉｕ Ｗｅｎｇｕａｎｇ，Ｈｕａｎｇ Ｄａｘｉｎｇ （Ｊｉａｎｇｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ，Ｊｉ“铲ｕ ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）
模糊控制特长在于逻辑推理，能够模拟人抽象 思维的能力，具有很好的收敛性、鲁棒性． ４．１模糊控制原理
油门开度仅、油门开度变化率＆以及车辆的道 路阻力Ｆ。作为模糊控制器的输入量，经模糊化后 转变为模糊量，依据模糊控制规则做出模糊决策，后 经模糊判断及反模糊化后，变为精确量，对离合器的 接合速度秽进行控制，其模糊原理的控制过程如图 ３所示，
作者简介：何仁（１９６２一），男，｝【苏南京人，教授，博Ｉ：，Ｅ导师（ｈｅｒｅｎ＠ｕｊｓ．一ｊｕ．ｏｎ），主要从事汽车机电一体化研究． 刘文光（１９７７一）。男，山东泰安人，博ｌ：研究生（１ｉｕｚｈａｎｇｗａｎ９２０００＠１６３．ｃｏｒｎ），主要从事汽车机电一体化研究
万方数据
４６０
速度，滑磨功将会增加，从而降低发动机的使用寿 命．起步的冲击度和离合器滑磨功是两个相互矛盾 的指标，如何使这两个指标都能达到令人满意的效 果是起步性能控制的关键．ＡＭＴ车辆取消了离合器 踏板，通过油门开度、油门开度变化率来反映驾驶员 的驾驶意图．它们的大小关系到整车的动力响应特 性、驾驶舒适性以及离合器使用寿命等车辆的具体 性能指标．
油门开度卜、 ∥
油门开度变化率 模
》
糊 量
车辆的道路阻力 化
ｒ
莎
模 卜＼ 糊 ∥推
理
反 卜＼ 模 ∥糊
化
————
离 合 器 卜的 ∥接
速 度
图３离合器接合的模糊控制原理图
Ｆｉｇ．３ Ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｃｌｕｔｃｈ ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ
４．２模糊控制器的输入量与输出量 在模糊化的过程中，系统采样的输入样本转化
由于道路阻力矩变化不大，将其忽略阳】，则冲击度 的表达式为
．，＝羞ｔｏＪＱ警ｆ
（１０）
ｃ
４模糊控制
离合器的接合是一个非线性的过程，车辆起步 是一个油门开度与路况结合的过程．油门开度和油 门开度变化率反映人的主观驾驶意图，为全面反映 整车的起步状况，将车辆的道路阻力作为其中的一 个输入参数控制离合器的接合．
目前离合器控制使用的方法为模糊控制旧】，国 内外对离合器控制的研究是通过油门开度以及油门 开度变化率的主观意图作为离合器接合的输人量， 而对车辆的外部状况未考虑在内．在车辆起步过程 中，车辆的起步意图以及路面状况共同影响离合器 的接合过程．充分考虑起步中车辆各变量对起步性 能的影响，建立离合器控制与它们的关系是适合的． 因而文中提出在油门开度以及开度变化率的基础 上，将判断车辆路面状况的道路阻力也作为其中的 一个输入参数，从车辆起步的路况和油门开度以及 油门开度变化率，全面评价车辆起步的状况，确定离 合器的接合过程，降低冲击和滑磨功的损耗，对冲击 度和滑磨功进行模糊优化控制，使车辆起步控制能 够更加符合驾驶员真实的驾驶意图．
，
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｌｕｔｃｈ；ｒｏａｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｊｅｒｋ；ｓｔａｒｔ—ｕｐ ｐｒｏｃｅｓｓ；ｓｌｉｄｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｗｏｒｋ
电控机械自动变速器（ＡＭＴ）是在原有变速器 的基础上增加了一个电控单元和换挡执行机构，保 留了原机械变速器的高效率、低成本、易制造的优 点．电控机械自动变速器的传动效率高，可以有效提 高车辆的燃油经济性．由于电控机械自动变速器仍 然是一种有级变速器，因而存在换挡过程中由于离 合器的接合而引起冲击问题．冲击严重时，不但乘坐
无转矩传递，不会产生冲击和离合器的滑磨损耗． ３．１．２ 离合器快速接舍ＡＢ段
离合器的主动盘与从动盘开始接触，产生摩擦
力矩，此阶段的传递转矩不能克服车辆的起步阻力 矩，因而车辆处于静止状态，其中８点为离合器半接
合点．ＡＢ段不影响车辆的冲击度，主、从动盘之间存
在摩擦，有能量损耗，其滑磨功为
，１１
￡。＝Ｊ咒∞。ｄｔ
３．２ 冲击度
车辆起步品质的好坏通过冲击度的大小来评
价．冲击度很小，起步太慢；而冲击度过大则会影响
车辆平顺性和舒适性，因此冲击度要适中．冲击度－，
可由下式表示：
式中厂ｒ为车辆滚动半径；叼。为离合器传递效率；刀，
为传动系效率；ｉ。为变速器传动比；ｉ。为主减速器传
动比；瓦为道路阻力力矩；’，，为离合器从动部分至 车轮所有旋转部分等效转动惯量．所以
式中口为加速度．
＿，＝芈 ｏ‘
（７）
＾
口２苦（警） 离合器在慢接合阶段，根据离合器动力学分析，
得出车辆的加速度为
㈩
Ｆｉｇ．２
图２ 离合器接合过程转速与摩擦力矩
Ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｔｏｒｑｕｅ ｄｕｒｉｎｇ ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｌｕｔｃｈ
３．１．１ 离合器快速接舍ＯＡ段 该段主要用于消除离合器主从动片间的间隙，
２ 离合器接合动力学模型
车辆起步阶段离合器接合，摩擦转矩瓦由膜片
弹簧大端的载荷，，产生，在离合器接合过程中，大
端载荷Ｆ，与小端变形量聋为非线性关系Ｈ。Ｊ，即
Ｆ．：——警过堂盟一ｘ １。一６（１一ｔ，２）（Ｌ—ｆ）（Ｚ—ｒ，）６
［（ｈ—ｋｘ）（ｈ一０．５ｋｘ）＋铲］
（２）
式中尺为膜片弹簧外半径；ｒ为膜片弹簧内半径；Ｅ 为弹性模量；”为泊松比；尼为内锥高；６为板厚；Ｌ为
，０
式中∞。为发动机的角速度．
３．１．３ 离合器的慢速接合口Ｃ段
（５）
快速接合至半接合点８后，离合器从动部分开
始转动，引起车辆冲击．为了降低冲击，离合器要求 接合缓慢，但接合时间过长，滑磨功增加，调整此时
段的接合时间，按照驾驶员的驾驶意图进行离合器
接合．此阶段的滑磨功为
ｒｔ２
Ｌ，＝Ｉ ｔＡｔｏｄｔ
Ｊ‘ｌ
（６）
其中△∞＝∞，一∞，，∞。为离合器从动部分的转动角
速度． ３．１．４ 离合器的快速接合阶段
离合器慢接合到ｃ点时，离合器从动盘的角速
度与离合器主动盘的角速度的差值小，此时的接合
速度对于冲击度．，和滑磨功Ｌ。已无影响，从尽快完
成起步考虑，应快速接合．此阶段发动机的输出转矩 等于离合器从动部分的转矩．
舒适性会降低，还会增加车辆传动系的动载荷．电控 机械式自动变速器的核心和难点之一是起步过程中 离合器控制…．
评价起步离合器控制的性能指标是冲击度和滑 磨功［２ Ｊ．如果离合器接合过猛，冲击度过大，将引起 发动机转速较大的波动，造成发动机抖动，甚至严重 时会导致发动机熄火；反之，过分降低离合器的接合
收稿日期：２００８—１０—１８ 基金项目：江苏省中小科技型企业创新基金资助项目（ＢＣ２００８１５３）；江苏大学博士生创新计划项目（ＣＸ０８Ｂ—１１）
了数据，并且可以ຫໍສະໝຸດ Baidu确地对离合器的接合过程进行
控制，减小离合器空行程时间．
图１ 离合器传递转矩
Ｆｉｇ．１
Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｒｑｕｅ ｏｆ ｃｌｕｔｃｈ
根据离合器传递转矩图，采取曲线拟合方法，简
化转矩与离合器小端行程的数学表达式，得到离合
器摩擦转矩与离合器小端变形关系多项式表达式为 瓦＝０．１８９ ６２３—７．２８８ ６ｘ２＋
不同道路负荷的ＡＭＴ车辆起步过程离合器控制策略
何仁，刘文光，黄大星
（江苏大学江苏省汽车工程重点实验窀，江苏镇江２１２０１３）
摘要：分别对离合器接合的动力学模型和换挡品质进行理论分析，针对车辆起步过程中，由于离合
器接合而引起的冲击或滑磨功增加的问题，提出三参数的模糊控制方法．在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境
下对车辆起步过程进行仿真试验，将标识车辆起步外部路况的油门开度、油门开度变化率和车辆的
道路阻力３个参数作为模糊控制器的输入量，以控制离合器的接舍速度．仿真结果表明，增加车辆
的道路阻力作为控制器的输入量，能有效改善车辆起步过程中离舍器的接合质量，提高离舍器的接
合性能．
关键词：离合器；道路阻力；模糊控制；冲击度；起步；滑磨功
ｊｅｒｋ ｏｒ ｔｈｅ ｓｌｉｄｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｗｏｒｋ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｌｕｔｃｈ ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗａｓ ｃａｒ－
ｔｉｅｄ ｏｕｔ ｗｉｔｈ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｆｏｒ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｔａｒｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｒｅｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ ａｐｅｒ－ ｔｕｒｅ，ｔｈｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｒａｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ’ｓ ｉｎｐｕｔ， ｗｈｉｃｈ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｔｅｍａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｒｔ—ｕｐ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒ’ ｓ ｉｆｌｔｅｎｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｃｌｕｔｃｈ ｉｏｉｎｔ ｓｐｅｅｄ ｗａｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｄｄｅｄ ａ８ ａ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌｕｔｃｈ ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｒｔ－ｕｐ ｐｒｏｃｅｓｓ．
坡度．车辆在起步阶段处于静止状态，没有车辆的动
态千扰信号，可以准确的检测出车辆的坡度，在水平
路面上车辆的坡道阻力是没有的．由于坡度阻力与
滚动阻力均属于与道路有关的阻力，而且均与车辆
重力有关，故把这两种阻力合在一起称作道路阻力．
道路阻力反映了车辆起步行驶的信息，其车辆的道
路阻力为
Ｆｐ＝０＋Ｆｉ＝ｆＧｃｏｓ ｄ＋Ｇｓｉｎ Ｑ
万方数据
４６２
为模糊量．油门开度模糊量化的取值范围为０。～ ９０。，选用５个状态词汇来描述油门开度输入变量， 即：｛小油门开度、中小油门开度、中油门开度、中大 油门开度、大油门开度｝；油门开度变化率的模糊量 化取值为一４—４，选用７个状态分割整个论域集 ｛负大、负小、零、小、中小、中、大｝；车辆的道路阻力 的模糊量化取值为０～０．５Ｇ，用６个状态表示论域 集｛保持不变、小变化、中小变化、中变化、较大变 化、大变化ｆ；离合器的接合速度作为输出量，其取 值范围为Ｏ～２，并将其分为｛非常慢、慢、正常、非 常快、快｝５个状态． ４．３模糊推理
７６．６６６ Ｏｘ＋３．２０２ ９
（４）
３ 换挡品质及其评价指标
换挡品质是在保证动力传动的前提下能够稳定 换挡的程度，其评价指标主要为滑磨功和冲击度． ３．１ 离合器的接合过程
在车辆起步过程中，离合器从分离到接合，发动
万方数据
４６１
机的转速ｎ。和离合器从动盘转速ｎ。以及摩擦转矩 ｔ如图２所示‘６一引．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ａｂｏｕｔ ｄｙｎａｍｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌｕｔｃｈ ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｈｉｆｔ ｑｕａｌｉｔｙ ｗａｓ ｄｉｓ－ ｃｕｓｓｅｄ．Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｒｔ－ｕｐ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ－ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ＷａＳ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ
式中凡为车辆的道路阻力；ｔ为车辆的滚动阻力；
Ｅ为车辆的坡道阻力；ｆ为滚动阻力系数；Ｇ为汽车
重力；ａ为坡度角．
当ｄ不大时，ＣＯＳ ａ一１，ｓｉｎ ａ—ｔａｎ ａ＝ｉ，其中
ｉ为道路坡度．则凡＝∥＋Ｇｉ＝ＧＵ＋ｉ），取／＋ｉ＝
妒，称妒为道路阻力系数，有
Ｆ。＝铞
（１）
道路阻力为准确判断离合器半接合点位置提供
外承载半径；Ｚ为内承载半径；厂Ｆ为小端加载半径；Ｊ｜｝
为力臂力，ｋ＝笋１．
‘一ｒＦ
离合器的摩擦转矩和接合压力之间的关系可表 示为
瓦＝等筹茅 ㈩
式中彳为摩擦面数，对于单片离合器，ｚ＝２；咖为摩擦 片的摩擦因数．
离合器传递转矩与离合器小端行程之间的扭矩 特性如图１所示．
１车辆道路阻力
车辆起步路况通过坡道传感器检测车辆停放的
中图分类号：Ｕ４６３
文献标志码：Ａ
文章编号：１６７１—７７７５（２００９ Ｊ０５—０４５９一０４
Ｃｌｕｔｃｈ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ＡＭＴ ｖｅｈｉｃｌｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ
ｖａｒｉｅｄ ｒｏａｄ ｄｕｒｉｎｇ ｓｔａｒｔ－ｕｐ ｐｒｏｃｅｓｓ
Ｈｅ Ｒｅｎ，Ｌｉｕ Ｗｅｎｇｕａｎｇ，Ｈｕａｎｇ Ｄａｘｉｎｇ （Ｊｉａｎｇｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ，Ｊｉ“铲ｕ ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）
模糊控制特长在于逻辑推理，能够模拟人抽象 思维的能力，具有很好的收敛性、鲁棒性． ４．１模糊控制原理
油门开度仅、油门开度变化率＆以及车辆的道 路阻力Ｆ。作为模糊控制器的输入量，经模糊化后 转变为模糊量，依据模糊控制规则做出模糊决策，后 经模糊判断及反模糊化后，变为精确量，对离合器的 接合速度秽进行控制，其模糊原理的控制过程如图 ３所示，
作者简介：何仁（１９６２一），男，｝【苏南京人，教授，博Ｉ：，Ｅ导师（ｈｅｒｅｎ＠ｕｊｓ．一ｊｕ．ｏｎ），主要从事汽车机电一体化研究． 刘文光（１９７７一）。男，山东泰安人，博ｌ：研究生（１ｉｕｚｈａｎｇｗａｎ９２０００＠１６３．ｃｏｒｎ），主要从事汽车机电一体化研究
万方数据
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速度，滑磨功将会增加，从而降低发动机的使用寿 命．起步的冲击度和离合器滑磨功是两个相互矛盾 的指标，如何使这两个指标都能达到令人满意的效 果是起步性能控制的关键．ＡＭＴ车辆取消了离合器 踏板，通过油门开度、油门开度变化率来反映驾驶员 的驾驶意图．它们的大小关系到整车的动力响应特 性、驾驶舒适性以及离合器使用寿命等车辆的具体 性能指标．
油门开度卜、 ∥
油门开度变化率 模
》
糊 量
车辆的道路阻力 化
ｒ
莎
模 卜＼ 糊 ∥推
理
反 卜＼ 模 ∥糊
化
————
离 合 器 卜的 ∥接
速 度
图３离合器接合的模糊控制原理图
Ｆｉｇ．３ Ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｃｌｕｔｃｈ ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ
４．２模糊控制器的输入量与输出量 在模糊化的过程中，系统采样的输入样本转化