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克服静摩擦的AMT离合器起步控制算法

更新时间:2016-07-05

0 引言

AMT,即机械式自动变速器,主要是在干式离合器和传统固定轴式手动变速箱MT的基础上采用自动变速理论和先进电控技术的自动变速系统。随着国内自动变速器的整体市场的影响不断扩大,商用车自动变速器市场的需求也越来越大;在中国自动变速器自主能力不足以及重型汽车自动变速器装车率很低的国情下,AMT变速器结合自身优势,在重型汽车领域已展现出巨大的发展潜力,将有十分广阔的发展空间[1]

所以,在校长和家长的认识中,不排除“踢好足球,上名大学”的动机,但是就校长而言,他们更多的想法是响应国家号召,执行国家政策,丰富校园文化生活,提高学校知名度。就家长而言,他们更多的想法是让孩子参与校园足球,促进孩子身心健康,让孩子有一项体育特长,进而养成终身体育的意识。而家长的这一认识恰好契合了校园足球改革的本初含义。

目前,由于重型卡车工作环境比较恶劣,分离轴承负载大,离合器片磨损下来的碎屑、以及分离轴承进水、生锈等因素导致分离轴承卡滞,需要克服的静摩擦力比较大,而传统的离合器控制算法应用效果不好,因此我们采用一种叠加锯齿波克服静摩擦的控制算法,即在原有目标位置控制基础上叠加锯齿波 PID位置控制。由于车辆行驶的复杂性和驾驶员意图的多变性,尤其在重型汽车领域,AMT起步控制成为系统开发过程中的一大难题[2]。AMT系统缺少柔性元件,使得控制上有一定的难度;离合器接合过快会带来严重冲击,影响乘坐舒适性和传动系寿命,甚至发动机熄火;接合过慢,会导致滑摩时间过长,温升加剧,加速摩擦副的磨损,同样会影响到动力性和离合器寿命[3];所以起步的关键问题是离合器的接合控制。

提高和改善重型车辆起步性能对于加快国内重型汽车自主AMT的产品化进程非常重要,因此本文以某重型汽车AMT为研究对象,着重分析锯齿波叠加克服静摩擦的控制算法以提高其AMT离合器的起步性能。

术。一想到这个字,我脑海里不由自主就会出现一个画面:一个阴暗密室,伸手不见五指,某人或几人正在冥思苦索,偶或窃窃私语,额头拧成一个“川”字:如何步步为营,诱敌深入?如何巧设机关,一举歼灭?……战略上要藐视敌人,树立必胜信心;但战术上要重视敌人,知己知彼,运筹帷幄,方能一击致命……思维缜密,滴水不漏;弯弯肠管,百绕千回。这样的人老谋深算、工于心计,倘其心计用于歧途,一旦被其瞄准算计,任你练就百般分身术,也难逃如来佛手心、牛头马面魔掌。想想都可怕。

随着资本市场的不断发展以及国有企业集团的不断壮大,国有企业投资效率问题逐渐显露出来。十九大报告中指出了我国经济存在发展效益和质量还不高的问题,这说明了国有企业集团存在着一些问题。因此,本文通过研究国有企业集团公司内部资本市场对集团投资效率产生的影响,进而对企业集团的发展提供建议,对我国向多元化、规模化发展的企业内部资本市场做出相应的贡献,最终为全面建成小康社会、实现中华民族伟大复兴做贡献。

1 离合器系统分析

1.1 离合器操纵系统工作原理

本文所研究的某重型汽车离合器执行机构为电控气动执行机构,离合器系统的工作原理如图1所示。

为此,笔者认为在“二考”复习过程中要调动学生的主观能动性,突出学生的主体地位,避免教辅材料的结构和教师的思路“绑架”学生,忽略学生自己的构建和思考。本文通过对比常规复习和基于项目学习理论的复习之间的差异,提出项目学习理论在新高考生物“二考”复习中的应用方法。

图1 离合器控制机构原理图

Fig.1 Clutch control mechanism schematic

离合器分离时,进气阀通电,气源气体经进气阀块直到离合器缸,推动活塞移动,完成离合器的分离动作。

离合器结合时,排气阀通电,在膜片弹簧力的作用下,离合器缸内的气体经排气阀块排入大气,完成离合器的结合动作。

1.2 系统动力学模型

为了提高重型汽车AMT的起步品质,首先建立了在AMT离合器接合过程中传动系简化到离合器两端的模型,如图2所示,以更好的认识离合器起步的特征。

列出离合器接合过程中的方程式为:

(1)

图2 离合器系统的简化数学模型

Fig.2 Simplified mathematical model of the clutch system

(2)

式中:

虽然民办高校党建工作存在诸多问题,但其核心问题是市场机制与党建工作的超越性的矛盾,是党员的利益追求与党组织对党员无私奉献要求的矛盾,党建工作的政治性与人民普遍的经济利益价值观的矛盾,是一种深层次的矛盾。民办高校党建工作的突破点也在于此。

ωe——发动机曲轴的角速度;

ωv——变速器输入轴的角速度;

Iv——离合器从动部分的等效转动惯量(对变速器,传动轴,主减速器,半轴,车轮,整车质量的等效换算);

be——发动机飞轮、曲轴和其他运动部件折合到曲轴上的当量阻尼;

2) tD<t<tC,转矩超过行驶阻力阶段:

Fcl——离合器的接合压力;

Tcl——离合器接合中传递的扭矩;

Tload——离合器从动部分的负载扭矩。

1.3 离合器结合过程分析

结合上述图2以及本节图3离合器转矩传递情况得到AMT离合器从分离状态到完全接合可分为三个阶段:无转矩传递阶段、传递转矩增长阶段和转矩不再增长阶段。分析这三个阶段:

图3 离合器接合过程传递转矩示意图

Fig.3 Schematic diagram of torque transmission during clutch engagement

相较于研究一般的人地关系,地理学的研究核心是“人地关系地域系统”[8]。从人地关系地域系统角度分析可将文化的存在和发展的自然和社会基础细分为“自然层”以及建构于其上的“生计层”、“制度层”、“意识形态层”[9]。从乡村空间和人的生存发展的角度,人在适应乡村自然环境的基础上生产出适宜自身生存发展的生计、制度和意识等层面的文化事物。乡村文化空间是一个能够进行自身再生产和不断进化发展的活的空间(图1)。

Tc——离合器接合中传递的扭矩;

综上所述,PBL教学模式是一种跨学科的学习方式,突出了学生为主体的教学理念,更好的训练医学生的临床思维,使之成为更加成熟的教学模式。

Ne——发动机输出轴转速;

Ni——离合器从动盘转速。

图中:

1.0<t<tB,无转矩传递阶段:

智能控制方法可以在起步过程中根据离合器的起步过程特征,辨识各参数之间的关系,并根据相应评价指标的偏差对控制输出量进行优化,从而提高起步性能。

2.tB<t<tC,传递转矩增长阶段:

近年来,随着人工智能、大数据、云计算、物联网等技术的推广应用,以及公共管理层面上“智慧城市”的建设发展,在高校信息化领域,一些研究人员纷纷提出“智慧校园”“互联网+校园”的概念,探讨教育信息化的进一步发展目标。然而从实际来看,建成真正意义上“智慧校园”将会是一个漫长、不断完善的过程。

1) tB<t<tD,转矩未克服行驶阻力阶段:

起步时,车辆处于静止状态;应以发动机不熄火为前提,控制发动机转速尽可能低以减少滑磨,同时离合器接合要快,减少接合时间。

bv——离合器从动部分的当量阻尼;

汽车克服行驶阻力开始运动,随着离合器接合量的增加,加速度逐渐增大至某一稳定值,接着加速度缓慢增长至发动机输出转速与车速同步。该阶段是产生冲击和滑磨的主要阶段,所以要放慢接合速度,以获得平稳起步,提高舒适性,减少传动系冲击;同时亦需尽快完成对离合器的控制,减少结合时间。

3.t>tC,转矩不再增长阶段:

离合器处于接合状态,其摩擦转矩为静摩擦矩,不再打滑;其主从端角速度开始同步,转速差为零,继续接合,转矩传递能力继续增加;传递转矩开始取决于发动机的输出转矩大小;该阶段不会影响离合器冲击和滑磨,接合要快。

综上分析,离合器的接合过程应遵循“快-慢-快”的原则。从理论来说,在第一与第三阶段里,离合器接合速度越快越好,而对起步性能影响最大的是第二阶段,则重点对第二阶段里提出以下三个要求:

1) 应尽量减少离合器结合时间,减少滑摩损失;

2) 接合要保证平顺性,不应产生过大的冲击和波动;

3) 离合器结合应能体现驾驶意图,能够根据驾驶员要求控制离合器接合速度。

离合器处于滑磨状态,其摩擦转矩为滑动摩擦转矩,根据转矩传递情况,将该阶段分成两个阶段,转矩未克服行驶阻力阶段和转矩超过行驶阻力阶段。

2 离合器起步PID控制算法设计

2.1 控制算法现状

目前,离合器起步控制算法主要是确定离合器运动的位移和速度[4],其中有不少典型算法,都有其特定的适应性,对几种典型算法做简单介绍如下。

(2) 自适应控制

模糊控制算法一般用于控制复杂的非线性、大滞后的系统,控制规则用模糊语言来描述。对于离合器的控制,用模糊语言来描述驾驶员起步意图的针对性比较强,控制意图能得到比较准确的反映。

缺点是在参数模糊化过程中人为因素的影响较大,在控制规则中参数特性与控制目标关系不明确,不易进行参数调整。

(1) 模糊控制

习近平总书记指出:“新一轮科技和产业革命正在创造历史性机遇。”抓住历史发展机遇期,共创网络学习未来,既是历史赋予“管院在线”的光荣任务,也是“管院在线”的神圣职责。今后,引领方向是关键。“管院在线”的使命,就是在不确定的时代,做确定的事情。

由于离合器控制中参数的时变特性,自适应控制成为比较重要的一种控制方法。环境中的许多因素对执行器工作状态会产生一定的影响,执行器在同样工作行为下得到的控制效果会有差异,因此可以采用自适应控制的方法来调整控制规律。目前主要采用闭环自适应控制方法,不需要相应传感器,在离合器快速接合过程中可以自动辨识控制模型,自动适应环境因素变化,降低成本,提高系统可靠性。

PS12034功率模块采用HVIC(highvoltageintegrated circuit)技术[5],最高耐压 1 200 V,最大电流 10 A,功率模块的最大PWM输入频率为15 kHz,PS12034功率模块集成三相整流桥、三相逆变桥、IGBT驱动、保护和系统控制电路、内置热敏电阻。该模块集成了所有在设计变频器时所用到的电路,方便简化了主电路的设计。

(3) 智能控制

智能控制方法对工作环境和工作任务的变化具有很快的应变能力。对于人—车—环境以及多参数化的复杂离合器控制系统,智能控制是很好的选择。

离合器处于分离状态,摩擦转矩为零;消除离合器从动片与压盘及飞轮之间的间隙,不会产生冲击和滑磨,因此该阶段接合要快。

刘雁衡迟迟不动,被一个警员推了个趔趄。寒流果然来了,冷风吹到脸上,彻骨生寒。刘雁衡、吴邦雄,还有两个男生,被四个警员上上下下搜查一遍,没搜出什么。那胖大警官独自留在室内,目光犹如鼻涕虫,潮湿黏糊,在四名女学生身上刷来刷去。最后他挑出身材高挑的黄莺:“你,过来。”黄莺的脸一下子白了,站着不动。警官探出粗大的右手,目标明确地按到她腰上。

(4) PID控制

PID控制算法在连续性的时间控制中,对闭环控制系统实行无差调节,应用较为广泛,其控制技术比较简单,容易搭建,易于实现,工程应用广泛。但对于非线性参数时变的离合器接合过程动力学系统来说,单一参数的PID调节器难以满足其控制要求;可以通过客观评价指标实时检测其大小,并与上一级输出做比较,按照预规定的推理规则得出参数校正因子,进行参数调节。

1) 当条约或协定赋予搜救责任区内缔约国行使这一协调权之时,该国可能会基于搜寻航线和路程的需要指挥救助船舶无害通行至其他国家的领海,此时领海国同样享有协调或指挥权,以管控或规范救助船舶的通行,两者之间就表现出一种基于主权下的协调权与基于公约下协调权之间的纵向竞合。[6]

引导学生进行合作探究式学习是需要讲究策略的。对于小学语文教师来说,如何组织学生进行合作探究,使得他们完成情感的准备,尽快地进入合作探究的状态中是他们首先要考虑的问题。其次,学生在探究中以什么样的方式进行合作,合作是否合理有效更是他们需要去解决的问题。更重要的是,学生在合作探究的过程中是否紧紧地抓住问题不放,是不是能够从一个疑难延伸开来,达到举一反三的效果,保证了探究问题的深度与广度更是直接影响到课堂教学的效率。所以说,在组织引导学生进行合作探究过程中,是需要语文教师去好好考虑组织引导学生的策略问题,探索出一种从具体学情出发的,能够促使学生合作探究进行得更加顺畅自然的方法。

2.2 叠加锯齿波自适应PID控制算法设计

鉴于上述各种控制算法的优缺点,本文所研究重型汽车AMT控制选择采用目标位置控制基础上叠加锯齿波自适应PID控制算法,其主要方案是在发动机转速达指定转速时车辆由静止开始起步,起步过程中用叠加锯齿波自适应PID控制算法对离合器接合过程进行控制。以离合器的目标位移和实际位移作为控制输入,以气阀的占空比作为控制输出。首先,由Matlab/Simulink建立模型进行初步仿真验证,所建控制模型如下图4、5所示:

通过调节所建仿真模型中的气阀的占空比,就能实现对AMT离合器分离、接合的控制;离合器“快-慢-快”接合时的位移仿真信号如下图6(a)所示:

同时,得到仿真后的气阀控制电流,如下图6(b)所示:

结合上图,可以看出在离合器接合初期由快到慢时,气阀按接合速度增加阀的电流以减少流量,逐渐实现慢速结合;在中间的离合器慢接合阶段,气阀的电流快速增大;在离合器接合后期由慢变快时,电流也按接合速度同比例减小,以实现快速结合。

图4 车辆起步过程离合器模型

Fig.4 Vehicle starting process clutch model

图5 气阀的PID控制模型

Fig.5 PID control model of valve

图6(a) 快-慢-快接合时离合器的位移

图6(b) 快-慢-快接合时阀的控制电流

3 整车试验

为了验证所设计的叠加锯齿波的自适应PID控制算法对离合器起步控制优化的效果,设计了相应的试验方案;以重型卡车为试验对象,如图7所示;针对AMT离合器自动操纵系统基于总线技术设计数据采集系统。

3.1 试验内容

试验人员为一名技术人员和一名驾驶经验丰富的重型汽车驾驶员。对于重型汽车来说,坡道起步是比较常见又急需解决的问题,所以试验工况选择为坡道大油门起步。

图7 试验用整车

Fig.7 Test vehicle

将加入所设计自适应PID控制算法的控制程序刷写到TCU中。由PC机作为上位机,用CANape来监测系统的运行;采集离合器在分离、接合过程的位移及其他信号数据并加以处理和分析。最后对比给出传统PID控制算法以及叠加锯齿波的自适应PID控制算法进行对比监测。

所以本试验主要工作内容如下:

1.控制离合器分离位移;

2.控制离合器接合位移,结合过程为快-慢-快的原则,按正常规律接合。

3.2 试验结果分析及总结

1.控制离合器分离对比

从图8上可以看出克服分离轴承的静摩擦,离合器分离过程中明显有个过冲,传统PID控制算法会产生超调;而图9中在原有目标位置中叠加锯齿波,由于目标位置在动态变化,实际位置能及时跟随目标值变动但分离效果平顺;分离后期跟随性较好。

图8 传统PID离合器分离位移

Fig.8 Traditional PID clutch separation displacement

图9 叠加锯齿波的PID自适应算法的离合器分离位移

Fig.9 Clutch separation displacement of PID adaptive algorithm with superimposed sawtooth wave

2.控制离合器结合位移

离合器结合过程位移数据为快-慢-快原则,按正常规律接合。

由图10得知,传统的PID控制起步结合到半结合点附近时,会有一个大的下冲,再回调,离合器结合不平顺,反映到整车上就是一个大的耸动,而图11在原有目标位置叠加锯齿波,离合器在接合时实际位移能及时跟随目标值变动,跟随性比较好,而且在中间位置时跟随目标位置保持一段时间。

图10 传统PID离合器结合位移

Fig.10 Traditional PID clutch combined with displacement

图11 叠加锯齿波的自适应PID算法的离合器结合位移

Fig.11 Clutch combined displacement of adaptive PID algorithm with superimposed sawtooth

图12、13、14分别给出了油门踏板位置、以及叠加锯齿波的自适应PID算法的离合器主从动端转速和车速的变化曲线。

图12 油门踏板位置

Fig.12 Accelerator pedal position

根据离合器主、从动端转速和车速随油门踏板以及起步时间的变化规律可以看出,转速和车速变化基本没有大的波动,平顺性较好。

图13 叠加锯齿波自适应PID算法的离合器主从动端转速

Fig.13 Clutch active end and driven end speed of superimposed sawtooth adaptive PID algorithm

图14 叠加锯齿波自适应PID算法的车速

Fig.14 Superimposed sawtooth adaptive PID algorithm for vehicle speed

4 结束语

针对重型卡车工作环境比较恶劣,分离轴承负载大,离合器片磨损下来的碎屑、以及分离轴承进水、生锈等因素导致分离轴承卡滞,需要克服的静摩擦力比较大,而传统的离合器控制算法应用效果不好这个问题,以某重型汽车AMT离合器介绍了操纵系统工作原理,讨论了离合器的起步过程,并对系统进行动力学建模;介绍当前典型的控制方法并选用合适的PID控制算法进行优化设计。

最后,利用在原有目标位置信号叠加锯齿波的自适应PID控制算法与传统的PID控制算法在整车上进行了对比验证,离合器分离和结合实际动作相对于期望目标的跟随性良好,车辆在起步过程中具有不错的平顺性,极大的改变了起步性能,在一定范围内能够解决分离轴承生产一致性问题或者分离轴承由于环境因素导致的卡滞问题,并能够适当延长分离轴承的使用寿命。

参考文献

[1] 葛安林. 自动变速器(六)——电控机械式自动变速器(AMT)[J]. 汽车技术,2001(10):1-4.

[2] 陈清洪,秦大同,叶 心. AMT重型汽车起步离合器最优控制[J]. 中国公路学报,2010(1):116-121.

[3] 龚直均. 基于最优PID的AMT车辆起步过程离合器控制[D].西华大学,2013.

[4] 雷雨龙,李永军,葛安林,等. 机械式自动变速器起步过程控制[J]. 机械工程学报,2000,36(5): 69-71.

刘四海,师帅,李永军,于洁清
《传动技术》 2018年第4期
《传动技术》2018年第4期文献

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