專利名稱：：基于發(fā)動機工作狀態(tài)的離合器階段模糊控制方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及了一種模糊控制方法，特別涉及一種基于發(fā)動機工作狀態(tài)的離合器階段模糊控制方法。
背景技術：
：車輛在鬧市區(qū)行駛100km，離合器的使用次數(shù)高達800~1000次。如此頻繁的操作很容易導致駕駛員的工作疲勞。電控機械式自動變速器(AMT)可以模擬熟練駕駛員實現(xiàn)離合器操作的自動化，操縱方式簡單可靠，既可改進整車駕駛性能，還能降低油耗及廢氣排放，很適合我國國情，有著廣泛的市場和發(fā)展前景，是輕重型客車、貨車、特別是公交車的發(fā)展方向。國內研發(fā)AMT已有很多年，離合器的控制一直是個難題。離合器在接合時，首先要考慮接合的平順性問題，瞬時加速度不宜過高，避免使傳動系產(chǎn)生過大的沖擊載荷，用沖擊度來評價；其次要求離合器的使用壽命要長，避免接合過程中主從片之間過長的摩擦時間，用滑磨功來評價。沖擊度與滑磨功是相互矛盾的，并且與很多參數(shù)有關，如車重、檔位、道路阻力、離合器主從動盤轉速差、發(fā)動機輸出轉矩、離合器接合速度等。在人工離合器的操縱過程中，駕駛員一般憑借發(fā)動機轉動時產(chǎn)生的聲音及其變化趨勢、離合器接合時所引起的輕微振動、車輛起步的沖擊變化等狀態(tài)信息作為依據(jù)來對離合器踏板的位移及速度進行控制，因此采用模糊控制技術模擬人工離合器接合過程中的智能行為是自動離合器控制算法的首選。近年來，國內研究人員在此方面做了大量的工作，有代表性的如文獻[l]采用了分層多規(guī)則集結構的設計方法，以發(fā)動機油門位置信號、油門位置信號變化率、離合器接合位置信號和離合器主、從動片之間的轉速差作為輸入變量，對離合器的接合速度進行了模糊控制，取得了較好的控制效果。針對模糊控制器設計過程中存在的人為主觀因素較多、難以進行優(yōu)化等缺點，文獻[2]采用遺傳算法對模糊控制器隸屬函數(shù)參數(shù)進行了優(yōu)化，以離合器主、從動片之間的轉速差及其變化率作為模糊控制器的輸入變量，對離合器的接合速度進行了模糊控制，實車道路試驗表明取得了滿意的效果。文獻[3]采用了將模糊控制算法與滑模控制算法相接合的方法實現(xiàn)了對離合器的控制。這些方法在離合器的接合速度的模糊控制方面都取得了很好的控制效果，但進行模糊控制時計算量大，當應用到嵌入式的單片機控制系統(tǒng)時受到了限制。所述技術背景的參考文獻如下1.王云成、施國標、于海濤、王望予，機械式自動變速器系統(tǒng)的離合器起步模糊控制，農業(yè)機械學報，第31巻第6期，2000年11月，32-35頁2.齊占寧、陳全世、葛安林，基于遺傳算法的AMT車輛起步模糊控制，機械工程學報，第37巻第4期，2001年4月，8-11，24頁3.Y.-S.ZHAO，L,P.CHEN，Y,Q.ZHANGandJ.YANG.EnhancedfuzzyslidingmodecontrollerforlaunchcontrolofAMTvehicleusingabrushlessDCmotordrive,InternationalJournalofAutomotiveTechnology,Vol.8，No.3,pp.383—394,200
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于，通過提供一種基于發(fā)動機工作狀態(tài)的離合器階段模糊控制方法，在離合器接合的滑磨階段采用模糊控制方式，根據(jù)發(fā)動機的油門及其變化率、轉速變化率對離合器的接合速度進行模糊計算，以滿足不同駕駛意圖和外界行駛環(huán)境的要求。本發(fā)明是采用以下技術手段實現(xiàn)的離合器的接合過程分為空行程、滑磨、同步三個階段。在空行程階段，為縮短動力中斷時間，需要一個快的接合速度；在滑磨階段，需要根據(jù)dne/dt的值適當放慢離合器的接合速度，以避免發(fā)動機的轉速波動，同時也要避免過長的滑磨時間。在滑磨階段，接合速度的制定還要參考駕駛意圖，駕駛意圖可以通過發(fā)動機油門p及其變化率來反映。當油門及其變化率大，說明駕駛員急于起步，需要加快離合器的接合速度；反之應以緩慢的速度接合以保證車輛的舒適性。在滑磨階段，不論發(fā)動機工作狀態(tài)以及外界道路負載如何變化,離合器的接合速度最終可以表現(xiàn)為P、鄰/dt、dne/dt的變化函數(shù)；在同步階段，需要一個快速的接合速度；當離合器輸出軸轉速n。為0時，離合器處于空行程階段；n。出現(xiàn)突變的時刻為離合器的半接合點，即為滑磨階段的起始點；當發(fā)動機轉速與離合器輸出軸的轉速差An為O時，滑磨階段結束，離合器處于同步階段。在空行程階段，離合器以一個固定的速度接合，直到進入滑磨階段為止，這個固定的結合速度通過標定實驗來確定；在滑磨階段，離合器的接合速度分兩層進行模糊控制，首先根據(jù)P、鄰/dt的值進行模糊計算，計算出的駕駛意圖再與dne/dt—起對接合速度的控制脈寬進行模糊計算。在完成每個周期的模糊計算后，都要判斷鄰/dt、r^的大小，當出現(xiàn)收油門或發(fā)動機轉速過低的情況時，采用迅速切斷離合器的方法，以避免發(fā)動機熄火。在制定模糊控制規(guī)則時，在接合速度和離合器的滑磨時間之間要找到一個合適的折中點；在同步階段，離合器以一個固定的速度接合，直到離合器完全接合。采用Mamdani方法進行模糊推理，各變量均采用正態(tài)型隸屬函數(shù)。各變量的語言集如下油門(3:很小(VSA)、小(SA)、中(MA)、大(BA)、很大(VBA);油門變化率鄰/dt:很慢(VSB)、慢(SB)、正常(MB)、快(BB)、很快(VBB);駕駛意圖IT:很慢(VSI)、慢(SI)、中(MI)、急(BI)、很急(VBI);轉速變化率dne/dt:負大(NB)、負(N)、零(Z)、正(P)、正大(PB);接合速度控制脈寬PWM:很小(VS)、小(S)、中(M)、大(B)、很大(VB);本發(fā)明與現(xiàn)有控制方法相比，具有明顯的優(yōu)勢和有益效果1、只在離合器接合的滑磨階段進行模糊控制，計算量小，控制的實時性強。2、根據(jù)離合器輸出軸轉速n。是否有突變判斷半結合點，可以克服離合器自身磨損及外部負載變化對接合過程的影響。3、不論駕駛員的意圖、離合器的磨損程度、行駛環(huán)境如何變化，在滑磨階段選取發(fā)動機的卩、鄰/dt、dne/dt為控制參數(shù)，能夠充分反映駕駛員的起步意圖，能夠適應外界環(huán)境如車重、道路等情況的變化，具有很強的自適應性。圖1為氣動式離合器分離時的示意圖；圖2為氣動式離合器接合時的示意圖；圖3為本發(fā)明的控制流程圖；圖4為兩級模糊控制邏輯結構框圖；圖5為發(fā)動機、離合器轉速變化關系示意圖;圖6為離合器位置變化曲線示意圖。具體實施例方式下面接合附圖和實施例對本發(fā)明進一步描述。本發(fā)明采用了氣動式的自動離合器。如圖1所示，通過S1和S2兩個兩位三通電磁閥共同控制氣缸的進、排氣工作。每個電磁閥有三個通道，通道P、通道A和通道B。每個電磁閥有兩個工作位置，附圖l所示的狀態(tài)中電磁閥沒有通電，P通道與A通道相通；當有電流通過時，P通道與B通道相通。電磁閥的連接方式如下Sl的通道1P與氣缸相連，Sl的通道1A與S2的通道2A相連，Sl的1B通道與大氣相通，S2的2P通道與氣源2相連，S2的通道2B被封閉。附圖l為氣缸進氣的狀態(tài)，此時兩個電磁閥的P通道都與A通道相通，氣體通過1A口和2A口順利進入離合器氣缸1，使其右腔充氣，在氣壓力作用下，活塞機構克服彈簧力向左側移動，推動分離杠桿使離合器分離。排氣時如附圖2所示，此時兩個電磁閥的P通道都與B通道相通。電磁閥S2的2B通道將來自氣源2的通道截止，電磁閥Sl的1B通道將右腔內的氣體從排到大氣中，氣缸1右腔壓力下降，在彈簧力作用下回位，離合器到達結合位置。在離合器的結合過程中，接合速度即電磁閥Sl放氣速度的控制可以通過調節(jié)電磁閥S1的控制脈寬來實現(xiàn)。離合器在接合過程中分為三個階段。其中第一階段為離合器接合的空行程階段，需快速完成以減少動力中斷時間，采用"先快接合直至離合器輸出軸轉速n。的變化率出現(xiàn)突變"的方法；第二階段為半接合階段，此時離合器主從動摩擦片處于滑磨狀態(tài)，需根據(jù)發(fā)動機的工作狀態(tài)控制接合速度以平穩(wěn)傳遞發(fā)動機動力，避免發(fā)動機熄火，同時盡量減少滑磨時間，因此采用"根據(jù)卩、鄰/dt的值進行駕駛意圖的模糊計算，根據(jù)駕駛意圖與dne/dt的值進行接合速度控制脈寬的模糊計算，直到發(fā)動機轉速與離合器輸出軸的轉速差An為O"的方法；第三階段為同步階段，離合器主從動摩擦片轉速一致，發(fā)動機動力已完全輸出到傳動系統(tǒng)，接下的行程為后備扭矩傳遞和分離軸承的空行程階段，因此釆用"快速接合"的6方法。模糊控制各變量的語言集如下油門P:很小(VSA)、小(SA)、中(MA)、大(BA)、很大(VBA);油門變化率鄰/dt:很慢(VSB)、慢(SB)、正常(MB)、快(BB)、很快(VBB);駕駛意圖IT:很慢(VSI)、慢(SI)、中(MI)、急(BI)、很急(VBI);轉速變化率drie/dt:負大(NB)、負(N)、零(Z)、正(P)、正大(PB);接合速度控制脈寬PWM:很小(VS)、小(S)、中(M)、大(B)、很大(VB)。各變量的論域如下卩、鄰/dt、IT、PWM:{0,1，2，3,4，5，6，7，8，9，10};dne/dt:{-5,-4,-3，-2，-1,0，1，2,3,4,5,6，7，8,9，10}。在油門變化率鄰/dt語言集中，沒有考慮到鄰/dt為負值的情況，當鄰/dt出現(xiàn)負值，即駕駛員收油門時，在本發(fā)明中采用立即退出模糊計算程序，同時將離合器完全分離的方法。如附圖3所示，本發(fā)明的控制流程如下描述步驟l:離合器開始接合時，為盡快消除空行程階段的動力中斷時間，給S1電磁閥輸出脈寬為固定值的控制信號，使離合器快速結合，同時檢測離合器輸出軸轉速nc是否出現(xiàn)突變，如沒有則繼續(xù)重復步驟l，出現(xiàn)突變則進入步驟2;步驟2:采集P、rie信號，判斷dP/^是否出現(xiàn)負值，或者Ile是否低于一定的值，如出現(xiàn)二者之一，為避免發(fā)動機熄火，切斷電磁閥Sl、S2的控制信號，排氣通道截止，進氣通道打開，離合器被迅速切斷；否則開始根據(jù)(3、鄰/dt、drie/dt的值對滑磨階段Sl電磁閥的控制脈寬信號進行模糊計算，然后將計算的結果轉換為脈寬信號輸出給S1電磁閥。判斷An是否為O,如不為0則重復步驟2，為0則進入步驟3;步驟3:給S1電磁閥輸出脈寬為固定值的控制信號，使氣缸通過1B通道快速放氣，將離合器快速結合。本發(fā)明在滑磨階段的模糊控制分兩層進行，如圖4所示。第一層的輸入為發(fā)動機油門7及其變化率，輸出為駕駛意圖。第一層的模糊控制規(guī)則表如表1所示。表l駕駛意圖IT控制規(guī)則表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>第二層的輸入為發(fā)動機的基本工作狀態(tài)、發(fā)動機轉速的變化率，輸出為電磁閥si的控制脈寬。第二層的模糊控制規(guī)則表如表2所示。表2電磁閥SI控制脈寬PWM的控制規(guī)則表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>在完成對控制程序的調試及編譯后，下載到自行設計的以MC9S12DJ128單片機為控制核心的電控系統(tǒng)中，即可進行離合器接合的控制實驗。圖5、圖6為本發(fā)明在離合器實驗臺架上的控制效果，從圖中可以看出對離合器的控制結果滿足"快一慢一快"的要求，離合器在接合過程中發(fā)動機及離合器輸出軸的轉速過渡平穩(wěn)。權利要求1.一種基于發(fā)動機工作狀態(tài)的離合器階段模糊控制方法，根據(jù)離合器輸出軸轉速的大小判斷離合器是否處于空行程階段；根據(jù)離合器輸出軸轉速是否產(chǎn)生突變判斷離合器的半接合點位置；根據(jù)發(fā)動機與離合器的轉速差判斷離合器是否處于同步階段；在離合器接合的空行程、同步階段采用定速度控制的方式，在離合器接合的滑磨階段根據(jù)發(fā)動機的工作狀態(tài)對離合器的接合速度進行模糊控制；其特征在于包括以下步驟步驟1離合器開始接合時，為盡快消除空行程階段的動力中斷時間，給電磁閥(S1)輸出控制信號，使離合器快速結合，同時檢測離合器輸出軸轉速nc是否出現(xiàn)突變，如沒有則繼續(xù)重復步驟1，出現(xiàn)突變則進入步驟2；步驟2采集β、ne信號，判斷dβ/dt是否出現(xiàn)負值，或者ne是否低于一定的設定值，如出現(xiàn)二者之一，為避免發(fā)動機熄火，切斷電磁閥(S1)、(S2)的控制信號，排氣通道截止，進氣通道打開，離合器被迅速切斷；否則開始根據(jù)β、dβ/dt、dne/dt的值對滑磨階段電磁閥(S1)的控制脈寬信號進行模糊計算，并將計算的結果轉換為脈寬信號輸出給電磁閥(S1)；然后判斷Δn是否為0，如不為0則重復步驟2，為0則進入步驟3；步驟3給電磁閥(S1)輸出脈寬為固定值的控制信號，使氣缸通過通道(1B)快速放氣，將離合器快速結合。2、根據(jù)權利要求書1所述的基于發(fā)動機工作狀態(tài)的離合器階段模糊控制方法，其特征在于所述的模糊控制的各變量語言集如下油門卩很小(VSA)、小(SA)、中(MA)、大(BA)、很大(VBA);油門變化率鄰/dt:很慢(VSB)、慢(SB)、正常(MB)、快(BB)、很快(VBB);駕駛意圖IT:很慢(VSI)、慢(SI)、中(MI)、急(BI)、很急(VBI);轉速變化率dne/dt:負大(NB)、負(N)、零(Z)、正(P)、正大(PB);接合速度控制脈寬PWM:很小(VS)、小(S)、中(M)、大(B)、很大(VB);各變量的論域如下p、dp/dt、IT、PWM:{0，1，2,3,4，5，6,7，8,9,10};dne/dt:{-5，-4,-3，-2，-1，0，1，2,3,4，5，6，7,8,9，0}。全文摘要本發(fā)明公開了一種基于發(fā)動機工作狀態(tài)的離合器階段模糊控制方法，根據(jù)離合器輸出軸轉速的大小判斷離合器是否處于空行程階段；根據(jù)離合器輸出軸轉速是否產(chǎn)生突變判斷離合器的半接合點位置；根據(jù)發(fā)動機與離合器的轉速差判斷離合器是否處于同步階段；在離合器接合的空行程、同步階段采用定速度控制的方式，在滑磨階段根據(jù)發(fā)動機的工作狀態(tài)對離合器的接合速度進行模糊控制。本發(fā)明只在離合器接合的滑磨階段進行模糊控制，計算量小，控制的實時性強。本發(fā)明的控制方法可以克服離合器自身磨損及外部負載變化對接合過程的影響，能夠適應外界環(huán)境如車重、道路等情況的變化，具有很強的自適應性。文檔編號F16D48/06GK101649874SQ20091009206公開日2010年2月17日申請日期2009年9月21日優(yōu)先權日2009年9月21日發(fā)明者斌吳,施泰峰,林文堯,騫大闖申請人:北京工業(yè)大學