机械传动自动变速器的最优控制
摘要：针对自动变速器（AMT）换档过程中存在的问题，提出了基于模糊控制的控制策略，并针对发动机运行状态和离合器啮合状态进行了研究。换档过程的湿式离合器目标压力由模糊控制器确定。针对目标压力和实际压力的误差，设计了一种基于径向基函数神经网络（RBFNN）的湿式离合器压力智能控制算法，实现了对离合器压力的精确控制。进行车辆换档实验以验证控制策略。
关键词：AMT；湿式离合器；压力控制；模糊控制.
1.介绍
AMT基于原有的手动变速器，与传统的液力机械式自动变速器（AT）相比，具有传动效率高，制造成本低的优点。但在换档过程中存在动力中断，换档舒适度低于AT。因此，换挡过程中的离合器控制是AMT的核心和难点。它不仅提高了平稳性，防止过度颠簸，保证了发动机的稳定运行，也保证了摩擦不会太大。如果离合器接合太快，会产生换挡冲击，反之，换挡时间过长，离合器摩擦剧烈，离合器油温升高，会影响离合器的使用寿命。
在对换挡过程的分析中，笔者改进了控制策略，通过实时监测离合器压力增量，设计了模糊控制器来计算离合器目标压力。笔者以RBFNN为研究对象，设计了湿式离合器压力智能控制系统，实现了对离合器压力的精确控制，并通过实验验证了结果。
- 换档过程中的离合器控制策略
换档过程中湿式离合器经历了三种状态：分离状态，摩擦状态，接合状态。 在摩擦状态下，离合器部分接合，不完全接合，传递摩擦扭矩。因此，湿式离合器的驱动和从动盘以及离合器油温对湿式离合器动摩擦系数具有格栅效应。
设计一个模糊控制系统，利用湿式离合器主动板和从动板之间的转速差，离合器油温，发动机转速作为输入参数，以离合器压力变化率作为输出参数[1,2]。但是，为了防止发动机熄火或摇晃，必须实时监控发动机转速。
模糊控制器的控制规则是由几个语言变量组成的模糊条件语句。 根据模糊压力控制器的需要，分别选择输入和输出变量为：湿式离合器驱动和从动板之间的转速差∆omega; “非常小”（VS），“小”（S），“中”（M），“大”（B），“非常大”（VB）; 离合器油温ttem ：“非常小”（VS），“小”（S），“中”（M），“大”（B），“非常大”（VB）; 发动机转速omega;e：“非常小”（VS），“小”（S），“中”（M），“大”（B），“非常大”（VB）; 离合器压力变化率∆p：“非常小”（VS），“小”（S），“中”（M），“大”（B）,“非常大”（VB）。
每个模糊变量的隶属函数为三角形分布。每个模糊子集的隶属曲线如图1所示。
由于模糊控制器采用了各种输入变量，为了避免大量存储和调整困难，笔者设计了多层规则两层结构[3，11]。 模糊控制的原理如图2所示。 模糊控制器有两层推理，第一层根据湿式离合器∆omega;和离合器油温ttem的驱动和从动板之间的转速差作出推断，得到离合器动态摩擦系数mu;，第二层， 从离合器动摩擦系数mu;和发动机转速omega;e推断，得到离合器压力变化率∆p。
表1是动摩擦系数mu;的模糊规则表。 表2是离合器压力变化率∆p的模糊规则表。
本文采用Mamdani直接推理方法和“max-min”方法进行模糊关系的综合运算，并采用重力法进行模糊化，得到动摩擦系数mu;l，如图3所示。
3.转换质量评估指标
冲击和摩擦是转向性能的主要评价指标。 Jerk被定义为单位时间内纵向加速度的变化率，通常使用，v是车速。由可知，j的数学表达式是：
在该公式中，r表示车轮半径，ig表示主减速比，i0 表示传动比，eta;表示传动效率，delta;表示车辆的旋转质量系数，m表示车辆质量，Tc表示离合器扭矩。
摩擦力是湿式离合器驱动板和从动板之间的滑动摩擦功，其数学表达式为：
在该公式中，t0表示离合器接合并开始传递转矩的时间，t1表示湿式离合器的驱动板和从动板之间的时间转速达到同步。
摩擦与湿式离合器中的离合器油温有关系，当摩擦大时，油温快速上升。 纸张的摩擦表现为油温。 Jerk与等式（1）的离合器啮合速度有关。 摩擦力与湿式离合器的驱动板和从动板之间的转速差，离合器转矩和摩擦时间由等式（2）相关。 因此，混乱和摩擦是相互矛盾的评价指标[4,5]。
在湿式离合器中，离合器温度与摩擦力密切相关，当摩擦力过大时，油温会迅速升高，因此纸张使用离合器油温反映摩擦力。 在换挡过程中，如何平衡加加速度和离合器油温，是控制策略的核心。
4.换档过程中离合器压力的最佳控制
离合器扭矩与很多因素有关，这是一个非线性复杂模型。 其次，长时间使用后，即使离合器模型的初始阶段准确[6,7,8]，离合器模型也会失真并且离合器扭矩肯定会改变。 长时间使用后电磁阀也有同样的问题，模型的精度会降低。 同时，不同批次生产的每个零件的加工精度不能完全一致，会有一定的误差[9,10]。 总之，笔者使用RBFNN自适应控制器来补偿离合器和电磁阀模型。 根据离合器目标压力与实际压力值之间的误差，控制器产生控制电流进行修正，提高离合器压力控制精度，并自动补偿模型失真。
利用Simulink建立RBFNN仿真模型，如图4所示。 电磁阀值模块为离合器压力控制阀的仿真模块，RBFNN模块为RBFNN的仿真模型，Signal为模型的信号发生模块。 pt是离合器目标压力，pr是离合器实际压力，我是控制电流。 目标压力pt和实际压力pr是RBFNN的输入，输出是控制电流i。电磁阀值模块根据输入控制电流i计算实际离合器压力。 仿真曲线如图5所示，其跟踪精度高，控制误差小。
5.实验结果和分析
测试车辆的控制器采用IFINEON C164CI微处理器作为主控制芯片，模拟信号采用RC滤波电路进行信号滤波，脉冲信号采用光电隔离芯片做隔离处理，通过CAN通讯接口将采集到的数据上传至计算机。
图6到图8是实验结果。 如图6所示，发动机转速缓慢下降，换档过程持续约1秒，换档动作很快。 如图7所示，车速稳定变化，油门稳定在10％，最大挺度不超过9m /ssup3;。 如图8所示，多次换档后，油温稳定在70℃左右，最高不超过80℃。 结果表明，换挡控制策略能够满足换挡过程平稳快速的换挡要求。
6.结论
在分析湿式离合器AMT换档过程的基础上，采用模糊控制方法计算离合器目标压力。 建立RBFNN自适应控制器，实现离合器压力的精确控制。 最优控制符合换档过程的要求，为换档问题提供了参考控制方法。
致谢这项工作得到了国家自然科学基金的支持（51305156）。
机械式自动变速器（AMT）的同步时间和换档质量研究
关键词：同步时间; 钻机测试; 道路试验; 转换质量; 效用舒适度
摘要：通过同步时间，合理控制同步力。分析了影响同步的因素，并研究了换档同步时间。 基准测试和道路测试进行了进一步调查。 测试数据表明，通过开发的AMT换档控制策略，平均同步时间如下：在基准条件下，最小时间为100ms（3-gt; 4档），最大时间为485 ms（0-gt; 1档）; 在道路试验条件下，最短时间为55ms（4-gt; 5档），最长时间为100 ms（3-gt; 4档）; 分析路面试验条件下的公用工程舒适性评价指标，结果为5.43 m / s3，完全满足自动变速器的要求。
1.介绍
近年来，自动化手动变速器（AMT）在中国得到越来越多的关注。 AMT是一种自动换档系统，它建立在传统的手动变速箱上，并装有电子控制换档机构。 AMT中的换档过程完全由电子控制单元（ECU）控制，驱动强度得到了较小程度的缓解。同时，由于智能算法的部署，车辆的使用舒适性大大提高。然而，由于AMT从传统手动变速箱继承的步进速度变化，电源中断仍然存在。在换档过程中如何配合潜水部件和被驱动部件的运动成为解决驾驶舒适性问题的关键因素之一。在[1]中，Chen等人。利用ADAMS软件建立了同步器的刚体运动模型，仿真了同步器锁环锁定过程和同步过程;赵等人。对AMT换档过程进行建模，分析换档力对同步器换档冲击力和滑动功率的影响[2]。 Wang [3]对重型汽车的AMT换档控制方法进行了研究，采用高速开关电磁阀的脉宽调制（PWM）控制，实现了AMT换档的精确控制，并进行了路试并验证了该控制方法的可行性。在[4]中，Gielmo et。建立了AMT换档过程的数学模型及相应机理，设计了PID控制器，完成了AMT换档过程的仿真。在本文中，分析了同步过程，并在试验台设置和道路试验方案中研究了AMT换档的动态过程。结合实用舒适性的要求，进行了一些与驾驶舒适性有关的分析，以便为未来更好的AMT控制奠定基础。
2.AMT转换过程的控制策略
AMT换档过程就像传统的手动变速箱一样，换档的换档原理如图1所示。图中从1到R的数字代表倒档一档的从动齿轮。从动齿轮可以自由移动，并分别与安装在中间轴上的齿轮啮合，而固定在中间轴上的驱动齿轮具有相同的角速度，并将从与齿轮连接的齿轮发动机轴。由于变速比与档位不同，从动齿轮的角速度随着齿轮数的增加而增加，即 i.e. N1 N2 N3 N4 N5，倒档的旋转方向与上述五个齿轮相反。在换档时，ECU向换档电机发送驱动指令，并更换齿轮电机使其移动到正确的位置，以驱动换档拨叉移动，并且接头套筒向右或向左移动，并且换档处理完成。
作为详细的说明，以2档到3档的转换为例。换档过程如下：当需要换档时，首先应切断发动机的动力，这是通过离合器的分离来完成的;然后，控制系统将决定当前档位和目标档位的位置，并发送关闭档位和选择档位的指令，通过关闭档位指令，当前的第二档位将脱离换档叉头（左侧的图），此时输出轴转速恰好为n2;然后，AMT程序通过校准的目标档位值给出选择档位指令，此后，目标档位即第三档将被选择为换档叉头目标;当换档叉移动到正确的位置时，同步指令由变速箱控制单元（TCU）发送，由于目标从动齿轮转速值大于输出轴转速，并且输出轴的惯性远大于在输入轴和中间轴的输出轴转速相同的过程中，输出轴转速值可以视为一个恒定值。在同步之后和离合器重新接合之后进入档位操作。通常，整个换档包括6个步骤，即离合器，离合器，选择档位，同步，档位，离合器的再接合的分离。
3.AMT同步过程和换档质量模型
同步动力学分析以单锥面惯性同步器为例[5] [6]，同步过程如图2所示。换挡杆推动连接套向左移动，连接套带动滑块由弹簧一起推压同步环抵靠同步锥体表面，存在施加在锁定表面上的法向力Fn（见图2b），该力可分解为两个分量，即轴向分量F1和切向分量F2。由F2产生的转矩（称为“环转矩”）试图使同步环向后旋转，同时力F1通过施加摩擦转矩（即所谓的“同步转矩”）使同步环与齿圈保持同步， ）在接触表面上。在同步完成之前，由于同步转矩和锁环的存在，中继套不能与目标齿轮配合，此时锁环的花键齿轮与中间套筒的内花键齿轮。
同步器的同步模型如图3所示。由于同步器与整车连接，惯性相当大。 同时，换档时间较短，输出速度可视为一个常数值。 当输入端的速度通过摩擦转矩和其他减振转矩的作用接近输出速度时发生同步。 这个过程可以用动量矩定理表示：
其中T是包括摩擦转矩和减振转矩（Nm）的同步转矩; J为输入端等效惯量（Kg·m2）; omega;是输入端的角速度（rad / s）; t是同步时间（s）。 由于同步转矩远大于阻尼转矩，因此可以认为产生的转矩等于同步转矩。 由等式（1）诱导：
其中n是输入端的转速（rpm）; 条件是同步转矩不会随时间变化，通过积分方程式（2）导出为：
其中n1，n0是同步期间输入轴的最终转速和起动转速（rpm）。 △n是结束速度和起始速度（rpm）的差值速度;从公式（3）可以看出，同步时间与同步转矩成反比，与同步速度差成比例。 因此，通过相同的速度差，缩短同步时间意味着增加同步转矩或力并且相应地增加换档电动机电流。 由于换档电机电流的限制，同步时间应该在合理的时间间隔内下降。
4.换档质量评估
在换档过程中，换档质量可以通过加加速度进行评估，即通过车辆减速度或加速度来评估。由于缺乏标准，在不同国家建议了一些价值[7]。德国人建议| j |le;10m / s3，前苏联建议| j |le;31.36m/ s3，P.R.C.建议| j |le;17.64m/ s3。本文采用了挺举作为移位过程的质量。车辆减速度或加速度的变化率由速度变化率的时间平均值提供。
5.AMT换档过程和效用舒适性的测试
AMT转换测试通过两种不同的方式进行。钻机测试是通过测试台进行的。换档过
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