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汽车自动离合器接合过程控制策略研究

谢先平  
【摘要】: 自动变速器是汽车变速器的发展方向,机械自动变速器AMT具有成本低、结构简单、传动效率高、经济性好的特点,对现有手动变速器改动小,易于产业化开发,是一种特别适合我国国情的自动变速器。自动离合器是AMT系统最重要的一个功能模块,也是AMT控制的难点和核心。同时它也可以单独作为一个产品开发,同手动变速器相比,自动离合器可大大减轻驾驶强度,提高驾驶舒适性及安全性。自动离合器控制难点在于离合器最佳接合规律的制定和对于离合器接合规律的准确跟踪,目前这两方面的研究均不太成熟,本文主要围绕这两个大的方面进行了自适应控制策略仿真以及试验研究,最后针对试验样车开发了自动离合器控制系统,并进行了相关的道路试验。 1)分析了现有离合器驱动机构的优缺点,在此基础上设计了一种新的电动式驱动机构,采用蜗卷弹簧进行力矩补偿,可以减轻驱动电机的负荷并改善系统的动态性能;采用成熟传感器作为位置传感器,并设计有机械限位机构。分析了蜗卷弹簧机构的设计方法。建立了离合器、驱动机构和电机一体化的动力学模型,为离合器位置跟踪控制器的设计打下了理论基础。 2)利用电涡流测功机系统测取了DA465Q发动机的速度特性,利用数据拟合方法建立了发动机转矩数学模型。建立了车辆传动系统动力学仿真模型。分析了影响离合器接合规律的因素,根据离合器起步控制目标,提出了一种改进的发动机局部恒转速控制策略,作为离合器起步总体控制原则。针对发动机恒转速控制实现问题,提出了一种模糊控制和规则协调控制相结合的控制策略。以节气门开度、发动机转速相对偏差及发动机转速变化率为控制量,设计了模糊控制算法;以最低接合转速、离合器输入输出转速差和离合器输出轴转速为辅助控制量,设计了调整规则。多种起步工况的仿真试验表明所提出的控制策略具有较好的控制效果和较强的适应性,为自动离合器控制软件的开发提供了理论依据。 3)针对离合器磨损补偿问题,提出了一种空行程自学习补偿控制策略,利用离合器磨损后扭矩传递特性相对不变的特点来在线检测空行程结束点的位置,该策略简单易行,具有较强的实用性。 4)针对转速信号的滤波问题,提出了一种自适应中值决策滤波和巴特沃思滤波相结合的滤波算法,利用自适应中值决策滤波滤除较大的脉冲干扰,利用巴特沃思滤波器进行平滑滤波。试验结果表明,同普通中值滤波和单纯的FIR滤波相比,该滤波算法能够利用最小的滤波窗口滤除大脉冲干扰,同时具有较好的平滑性,能够实现快速、准确滤波。 5)离合器位置跟踪控制是一个较复杂的非线性控制问题,本文利用神经元控制理论,设计了具有前馈控制作用的增益可调整离合器位置神经元自适应PID控制器。利用神经元的自学习功能实现权系数的自动调整,利用前馈控制增强控制器的动态性能,利用PSD算法实现增益的自动调整。试验表明,它能够实现离合器位置的准确跟踪,位置跟踪动、静态误差小,另外,它能够适应离合器负荷和目标接合速度的非线性变化,同时能够适应系统参数的变化,表现出了良好的鲁棒性,可以满足离合器位置跟踪控制要求。 6)以infineon XC164CS高性能16位单片机为核心,针对样车设计了自动离合器控制器,根据车辆运行工况和控制策略编写了控制软件。为方便系统的调试,开发了自动离合器辅助调试软件。在样车上进行了多种工况的起步试验和换档试验,试验表明车辆在各工况下均能顺利起步,平地起步时车辆起步平稳,发动机转速波动小,且能充分体现驾驶员意图;坡道起步时,能够防止车辆后溜与发动机熄火,表明控制系统对不同工况均具有较好的适应性。目前样车行驶已经超过了1.5万公里,系统运行良好,车辆舒适性和安全性均达到要求,取得了较好的成效。


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