概述AMT车辆起步的离合器控制方法

概述AM T车辆起步的离合器控制方法3

471003　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