起步阶段一控制策略

1.控制目标及要求

基于上文的分析，离合器接合第一阶段的控制目标可以确定为：前半阶段接合速度要快，尽量缩短接合时间，后半段尤其是接近离合器主、从动部分开始接合的位置，要控制离合器的接合速度，避免离合器主、从动部分开始接合时的冲击。

如图6.4所示，离合器主、从动部分开始接合，还未传递扭矩的离合器行程位置称为离合器初始接合点，初始接合点的偏移一般只和离合器的磨损有关，与车辆的负载等无关，在车辆的使用过程中不能获知其确切值，但可以获知其接近值；离合器传递的扭矩足以克服路面阻力的离合器行程位置称为半接合点，车辆阻力变化时，半接合点的位置会有较大差异，如硬质路面条件下的半接合点位置“浅”，沙石路面条件下的半接合点位置“深”；预设半接合点是写入控制程序的与整车情况相关的控制参数，是比离合器初始接合点要“浅”的位置，标定人员根据经验预估标定或者系统根据控制软件内的标定规则进行自标定。

图6.4　离合器控制过程

为实现第一阶段快速接合的控制目标，第一阶段的控制以离合器行程的预设半接合点作为分界点，将第一阶段的控制分为前后两段：前半段的控制目标是离合器的最快接合速度；后半段的控制目标是将离合器的接合速度控制在适当值。此方法既可以防止由于接合速度过快而造成冲击，又可以避免由于离合器接合速度慢而造成起步延迟。之所以采用这种分段控制方式，主要是考虑液压操纵机构的响应滞后，提前进入慢接合状态有利于降低离合器主、从动部分开始接合时的冲击。下面主要讨论后半段的离合器控制。

2.控制方案设计

对离合器接合第一阶段的直接评价指标是其工作时间ta 及出现车速时的冲击度，与其相关联的是离合器接合控制中的预设半接合点及第一阶段后半段的离合器接合速度等参数。根据第一阶段的前、后半段的不同特点，设计第一阶段的控制方案：第一阶段前半段采用开环控制，以离合器的最大接合速度作为控制目标；第一阶段后半段的离合器接合闭环控制模型如图6.5所示，以离合器的理想接合速度为控制目标，离合器的理想接合速度通过对大量的试验数据进行总结而获知，兼顾离合器工作时间和乘员感受。

图6.5　第一阶段后半段的离合器接合闭环控制模型

通过装备AMT 的试验车辆的实车起步试验对上文的控制策略进行验证，如图6.6所示。

图6.6　不同路面的起步曲线

（a）铺装路面；（b）土石路面

图6.6 （a）是试验车辆在良好铺装路面上的起步试验数据，图6.6 （b）是试验车辆在土石路面上的起步试验数据。在铺装路面起步时，车辆的半接合点位置“浅”，离合器接合位置到30%时，车辆即可起步；在土石路面起步时，车辆的半接合点位置“深”，离合器接合位置到20%时，车辆才能起步，这与前文的分析相符合。同时，通过试验数据可知，图6.6 （b）中离合器按照设定的接合速度从30%位置接合到20%位置用时0.2 s，即车辆在土石路面上起步比铺装路面上起步要晚0.2 s左右，这符合车辆实际使用的情况及需求。

图6.6 中的两组数据的离合器接合第一阶段的冲击度得到了有效控制，并且第一阶段的工作时间短，满足车辆的使用要求，证明离合器接合第一阶段控制策略是合理可行的。

3.基于冲击度的半接合点自调整模糊控制策略设计

越野车辆使用环境复杂，车辆的起步阻力差异、离合器的磨损等会降低起步过程第一阶段的控制效果，为适应车辆的这一使用需求，要求起步过程第一阶段的离合器控制策略能够具备自适应能力，以保证车辆的起步品质。

为追求车辆的动力性，第一阶段后半段的工作时间成为第一阶段离合器控制的重点，其与两个因素相关：离合器的接合速度、预设半接合点与真实半接合点之间的行程差。

为控制离合器初始接合时的冲击，将第一阶段后半段的离合器接合速度限定在某一特定值，因此预设半接合点与真实半接合点之间的行程差成为影响第一阶段后半段工作时间的主要因素。

预设半接合点位置和真实半接合点位置之间的行程差与车辆的起步阻力和离合器的磨损有关，起步阻力大则行程差大，离合器磨损量的增加也会导致行程差变大，行程差大则离合器接合时间就会变长。车辆的起步阻力由路面环境决定，不受系统控制，无法对其进行相应的调整，但离合器的磨损存在一定的规律，其磨损方向一定，即随着离合器的磨损，真实半接合点的位置是逐步变“深”的，因此可以根据这一特点对离合器的预设半接合点的位置进行调整，用于保证离合器磨损后的车辆起步品质。

为缩短车辆的起步时间，一般将第一阶段后半段的工作时间限定在一定的范围之内，当其超出限定范围时，就认为离合器存在较大的磨损，需要对离合器预设半接合点位置进行相应的调整。

除离合器接合时间之外，离合器的接合冲击也是第一阶段后半段的控制重点。第一阶段后半段的离合器接合冲击大，说明离合器的预设半接合点比较接近真实的半接合点位置，预设半接合点位置“深”，离合器的接合速度未能够及时得到控制。第一阶段后半段的接合时间长，则说明离合器的预设半接合点与真实半接合点位置间的差值较大，预设半接合点位置“浅”。

因此，离合器预设半接合点的位置正向调整以冲击度作为判断条件，负向调整以第一阶段后半段的工作时间，即图6.4 中的tq2作为判断条件。考虑到坡道等特殊路况对离合器预设半接合点调整所造成的干扰，拟采取缩小调整步长的方法，避免偶然的一次坡道起步就造成预设半接合点位置的较大调整。(www.xing528.com)

第一阶段后半段的离合器工作时间，可由系统根据离合器的工作状态变化通过计时直接获取。而车辆起步冲击度的检测通过传感器直接测量存在较大难度，采用文献［12］ 的方法，通过对转速信号的处理，得到车辆的冲击度，并用来作为车辆控制效果的评价指标。换挡冲击度的计算公式如下：

式中各参数意义同前。

为减小系统的计算量，本书使用当量冲击度j1 作为控制参数，计算公式如下：

式中各参数意义同前。

采用模糊控制思想，通过换挡冲击度和第一阶段后半段的工作时间，确定离合器预设半接合点的修正量Δlch，修正量以离合器行程传感器检测到的数字量表示，以离合器的最大分离行程值计为100%。离合器预设半接合点正向调整时，以当量冲击度j1 作为模糊控制变量，选择其论域及隶属度函数曲线，如图6.7所示。

图6.7　正向修正时各变量的隶属函数

（a）输入变量j1 的隶属函数；（b）输出变量Δlch的隶属函数

j1 作为模糊控制器输入变量，定义模糊语言变量集为“very small”（VS）、“small”（S）、“medium”（M）、“large”（L）、“very large”（VL），论域范围为1 500 ～+；修正值Δlch 为输入变量，定义模糊语言变量集为“very small”（VS）、“small”（S）、“medium”（M）、“large”（L）、“very large”（VL），论域为0 ～9.6%。

在每个采样时刻k 规定下述5 条控制规则，分别为

R1.if j1（k）＝VS then Δlch（k）＝VS；

R2.if j1（k）＝Sthen Δlch（k）＝S；

R3.if j1（k）＝M then Δlch（k）＝M；

R4.if j1（k）＝VL then Δlch（k）＝VL；

R5.if j1（k）＝Lthen Δlch（k）＝L。

同理，修正量Δlch值负向调整时，选择tq2作为模糊控制器输入变量，定义模糊语言变量集为“very small”（VS）、“small”（S）、“medium”（M）、“large”（L）、“very large”（VL），论域为300 ～+；修正值Δlch仍为输出变量，定义模糊语言变量集为“very small”（VS）、“small”（S）、“medium”（M）、“large”（L）、“very large”（VL），论域为－9.6% ～0。负向修正时各变量隶属函数如图6.8所示，其模糊控制规则也与正向调整相似，此处不再赘述。

图6.8　负向修正时各变量隶属函数

（a）输入变量tq2的隶属函数；（b）输出变量Δlch的隶属函数

图6.9 （a）中的离合器预设半接合点为60%，从曲线中可以看出，离合器的预设半接合点设置比较“深”，当离合器行程快速接合至60%时其接合速度才转为平缓，但离合器的主、从动部分已经开始接合，并且产生了较大的冲击，如试验数据中的当量冲击度值所示。由于第一阶段的冲击度较大，通过离合器的自适应调整策略将预设半接合点位置正向调整到70%，如图6.9 （b）所示，在主、从动部分开始接合之前离合器的接合速度就得到了有效的控制，成功地抑制了离合器主、从动部分的接合冲击，从图6.9 （b）的试验数据中可以看出，预设半接合点调整后，第一阶段的冲击度被大大降低。

图6.9　离合器接合第一阶段试验曲线对比（见彩插）