在机械式自动变速箱设计中对自适应离合器应用过程控制 机械设计毕业论文翻译.doc

附录b（译文）在机械式自动变速箱设计中对自适应离合器应用过程控制 摘要：基于对离合器结合过程控制对象和自适应性要求进行的详细分析，有一个主要依靠速度信号而不是依靠离合器的位移信号的控制策略被提了出来。这要考查冲击度和滑摩功，因为对于启动状态下的车辆，大多使用这两个量进行质量评估指标。自适应控制系统和它所涉及到的模式都已经被深入的分析。以不同初始状态齿轮和不同公路条件的自适应性为例，现场试验结果表明在车辆启动时，大多数的自适应性控制策略是可以实施的。这些现场试验得到的实验测试数据给出了一个令人比较满意的结果。关键词：机械式自动变速箱（amt）；变速箱；自适应控制；主离合器接合无论湿式或干式，对于主摩擦式离合器的接合过程控制策略是车辆技术领域的焦点，一些控制策略是凭借主离合器的位移信号。在我们的调查研究中，那些基于主离合器输出轴速度信号的自适应控制策略已经得到发展。这已经被证明有广泛的适应性。1.控制对象和自适应要求 那些普遍用于车辆启动阶段的质量评估指标是冲击度和滑摩功。冲击度就如车辆启动阶段的平滑性指标评估，冲击度是车辆纵向加速度的比率。根据定义，冲击度的公式为：j=da/dt=d2v/dt2 (1)式中，j为冲击度，v和a分别是车辆行驶速度和加速度根据车辆动力学，车辆行驶速度是由发动机牵引力和运动阻力达到平衡时决定的，它可以表达为： (2)式中，是发动机输出扭矩，g是车辆总质量，r是车轮半径，f和分别是道路阻力系数和坡道倾角，为空气阻力系数。a是迎风面积；是质量系数；ig和i0分别是变速箱速率和主传动装置的速率；是传动效率。在汽车启动的牵引瞬间的牵引力与引擎的输出te。它取决于主离合器的传动转矩tc。在方程（2）中的 tc替换 te，并且同时注意到cda21.15v2可以忽略不计，因为汽车速度非常小。而表达式dv/dt 是可计算的。对其求道并带换方程（1）的结果，式子就变为j=d2vdt2=ggi0igrdtcdt=kgdtcdt式中，kg=ggi0igr。方程（3）表明：冲击度根本上是由主离合器传递扭矩工作时，由于扭矩扰动而引起的。更近一步讲，车辆启动时的抖动，是与主离合器传递扭矩的变化率成比例的。主离合器传递扭矩的过程可以被分解为三个阶段。每个阶段中扭矩值都不相同，且它们都有自己符合的方程表达式：式中tc1,tc2,tc3分别代表三个阶段的扭矩值；是摩擦系数，是关于摩擦表面温度t以及相对扰动速度的函数；flc是主离合器的装配压力。它的值取决于主离合器踏板的位移lc；lch是离合器踏板的自由行程。rc是摩擦半径；z是摩擦片的数目；td是匀速时的阻力矩。显然，在三个阶段里，传递的扭矩值是离散的。当工作在这三个阶段里时，扭矩值是不连续的，并在tc1,tc2,tc3三个值之间变动，特别是刚刚经过滑动阶段时，如果主离合器的结合速度过快，由于主离合器扭矩裕量的存在，传递转矩值在瞬时就可能大大超过路面阻力。在速度同步的瞬间，传递转矩就会不可避免的迅速下降。然后一个巨大的震动峰值就会出现。摩擦功摩擦功主要产生在滑动阶段。摩擦功w的计算方程是：式中分别是主离合器开始滑动和结束滑动的时刻，分别是引擎角速度和主离合器输出轴的角速度。根据方程（5），以下的方法可以用来减少摩擦功：1，降低速度差（）。2，缩短滑动时间（）。3，减低主离合器滑动阶段的传递转矩。但是，这将会降低主离合器转动速度的增大率，进而导致滑动时间的延长，其结果反而是增大了摩擦功。1.2 自适应性需求。从方程（2）到（5），可以看出：很多车辆的动态参数影响着抖动和摩擦功。所以，主离合器接合控制应适应一下几种工作情况的变化：1、主离合器结构参数的变化。这包括摩擦材料的差异，以及由磨损和温度带来的间隙和摩擦系数的变化。2、路况的变化。3、不同的起步档位。主离合器传递功率的大小因不同的档位而变化，因为不同的档位会带来不同的传动比。不同的转矩值在传递给轮胎后，也会给车辆的驱动力和起步时动态参数带来影响。4、驾驶风格的不同。5、传感器信号的漂移。包括主离合器位移传感器不同的初始安装位置以及车辆行驶过程中信号的漂移。6、环境温度的变化。2 基于速度信号的自适应控制策略2.1 自适应控制系统以上介绍的影响因素为我们提出了很苛刻的要求，并且设计一个基于机械模型的控制系统是很难达到的。所以，刚才提到的基于速度的自适应控制系统由此诞生。（见图1）它有两个回环，里面的一个环包含控制器和主离合器，外面的环包含参考模型和自适应循环。控制器输出的pwm/pfm 信号经过自适应控制算法后得到矫正。根据对车辆动力学的讨论，对抖动和摩擦功的控制与主离合器传递扭矩大小的变化率息息相关。但是，扭矩传感器不能安装在控制系统中，所以，扭矩的动态信号不能直接收集。一些研究员采用的一种方法是通过控制主离合器结合的位移来控制转矩的输出。但是位移不能直接反映转矩的变化。它们之间相应的关系由很多因素决定。而且一旦安装位置变动抑或信号漂移，控制系统将很难保证传递扭矩值的精度。事实上，方程（1）（3）已经很好的说明了抖动和转速的直接关系，所以只有速度信号需要被采集并加工。主离合器自适应控制策略的制定是基于速度信号决定传递转矩，而传递的转矩信号又由旋转速度信号影响的抖动和摩擦功决定。2.2 参考模型和控制策略一个模型参考自适应系统的参考模型需要参考规范。所以，输出值可以总是与错误出现时通过自适应调整的参考模型相对应。所提出的自适应控制系统的基础上,建立了转速信号的参考模型,根据输出轴转速信号的主离合器,可显示的速度改变于下图2. 为了证明控制策略在图2所示的任意时刻都成立，模型被分5个时间段。tt1区间快速结合状态时。它的功能是消除主离合器自由行程。在这一阶段，输出的速度nc=0，而且接合速度应在执行机构的可以承受的范围内，尽可能的大，以此来缩短结合时间，达到最优化。t1t4阶段同步阶段。当探测到的速度差（）非常小，速度接近同步时，即进入这一阶段。在这一阶段里，接合速度应当在执行机构允许范围内，尽可能的设置较大值。3 测试和讨论采用上述的自适应控制策略，对重载车辆进行现场测试。测试中使用的是柴油机，并且测试结果令人满意。一些现场测试数据现列如下，来更好的说明刚才介绍的控制策略的自适应性。3.1 对不同档位起步的自适应性图三和图四表明，在沙地路况下，一档起步是的变速箱转速为8.65，而三档起步的变速箱转速为4.48。从图三和图四可以看出nc平滑的变化，并且起步阶段平稳快速，即使传动比相差很大。总体的滑动时间很短，前者只有0.6s，后者有1s。相对比原先的滑动周期，前者是3s，后者是18s。3.2 对不同路况的自适应性分别在粗土路况和32坡度起步阶段的数据如图5、图6。总体滑动时间只有3.5s，并且相对滑动周期差不多是57。因为阻力矩较大，滑动开始的时刻占了全部滑动时间的一半。值得注意的是，在刚完成同步的一刹那，探测到速度增率过大，将带来较大的冲击值；而接合行程在即将同步前一刻的下降，可以避免此类情况的出现。这个抖动值的降低提高了起步的质量4.结论依靠速度信号的自适应控制策略的关键技术是参考模式，不同于依靠主要离合器的位移信号的策略，它可以反映车辆在运动过程中