CN109139905B - 一种湿式离合器变速箱换档过程缓冲控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种湿式离合器变速箱换档过程缓冲控制方法及系统，其包括步骤：启动设备后，进行设备的自检；判断油压是否小于预先设定的上限值：如果油压大于上限值则修改缓冲升压阶段的峰值，并进入下一步；反之则直接进入下一步；通过模糊PID计算出操纵油压差和操纵油压控制信号电压值；将操纵油压控制信号电压值输入到湿式离合器变速箱内，湿式离合器开始结合，采集湿式离合器结合期间的加速度以及结合时间；利用湿式离合器的结合时间和加速度对湿式离合器变速箱换挡品质进行评价，若符合预先设定的评价准则那么控制过程结束，反之则修改缓冲升压阶段的峰值以及缓冲升压阶段的时间。本发明延长了湿式离合器变速箱的使用寿命，提高乘坐舒适性以及平顺性。
Description
技术领域
本发明涉及一种湿式离合器变速箱的控制方法及系统，特别是关于一种湿式离合器变速箱换档过程缓冲控制方法及系统。
背景技术
湿式离合器变速箱以其磨损小、工作寿命长、结合平稳、性能稳定、噪声低等诸多优点，广泛用于在重型车辆上。湿式离合器变速箱的换挡品质对车辆的燃油经济性、动力性、平顺性以及乘坐的舒适性有着直接的关系。换挡品质是自动变速器技术发展过程中重要的内容，良好的换挡品质是指在确保车辆动力传动系统部件的寿命以及车辆动力性的情况下，车辆能够平稳换挡。如果在换挡过程中，离合器油压变化能够合理的被利用，变速器输出轴的转矩扰动会降低，换挡能够更加平稳，车辆的品质也有所提高。要离合器以恰当的速度完成结合，如果结合过程中结合过于缓慢，则湿式离合器的滑磨时间变长，会使离合器的使用寿命降低；结合速度太快，会使车辆在换挡的过程中出现很大的震动，车辆的稳定性以及平顺性会受到影响，乘坐的舒适性会降低。
离合器充油过程中分为三个阶段：快速充油、缓冲升压以及阶跃升压三个阶段。快速充油阶段的峰值为V1，快速充油阶段的时间为t1，此阶段液压缸开始充油，逐渐消除离合器之间的距离，此阶段主动片和从动片没有结合，所以结合时间的长短并不会对变速器的换挡品质产生影响，但是会动力中断产生影响，因此，此阶段的时间应该短些；缓冲升压阶段的峰值为V2，缓冲升压阶段的时间为t2，此阶段主动片和从动片开始接触，产生滑磨，结合时间过长会减小冲击地，车辆更加平顺，但是滑磨功变大，缩短离合器的寿命。结合时间短会使滑磨功减小，离合器的使用寿命会变长，但是车辆的冲击度会增大，影响车辆的平顺性；阶跃升压阶段的峰值为V1，阶跃升压阶段的时间为t2，此阶段离合器已经完全结合，压力急剧增加，此过程发生在换挡之后，对换挡品质没什么影响。
对换挡品质的研究主要包括客观评价以及主管评价，所谓的主观评价就是驾驶员评价；客观评价主要是指客观物理评价，客观评价主要是冲击度J和滑磨功W两个指标。冲击度J就是纵向及速度的变化率，冲击度不仅可以体现驾驶员乘坐车辆的舒适感，还能反映车辆在换挡过程中车辆运行状况以及车辆动力性传动系统载荷的变化情况。对离合器滑磨功的测量比较繁复而且不精确，所以以加速度以及离合器的结合时间作为离合器品质的评价指标，当换挡品质达到所设定的要求，则运行结束，不能达到要求的话，那就改变缓冲升压阶段的峰值以及时间，继续对换挡品质进行评价。
现有的湿式离合器变速箱换档过程缓冲控制方法一般应用的是阀体的组合，缓冲效果比较局限，而且目前的缓冲控制没有引入评价准则，没有将评价结果反馈到缓冲控制系统中。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种湿式离合器变速箱换档过程缓冲控制方法及系统，其能有效延长湿式离合器变速箱的使用寿命，并提高车辆的乘坐舒适性以及平顺性。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种湿式离合器变速箱换档过程缓冲控制方法，其包括以下步骤：1)启动设备后，进行设备的自检，如果设备正常则湿式离合器结合，湿式离合器结合后输出转速、转矩信号以及油压信号，并进入下一步；如果不正常则返回重新进行设备自检；2)判断油压是否小于预先设定的上限值：如果油压大于上限值则修改缓冲升压阶段的峰值，并进入下一步；反之则直接进入下一步；3)通过模糊PID计算出操纵油压差Δp和操纵油压控制信号电压值V；4)将操纵油压控制信号电压值V输入到湿式离合器变速箱内，湿式离合器开始结合，采集湿式离合器结合期间的加速度以及结合时间；5)利用湿式离合器的结合时间和加速度对湿式离合器变速箱换挡品质进行评价，如果符合预先设定的评价准则那么控制过程结束，反之则修改缓冲升压阶段的峰值以及缓冲升压阶段的时间，返回步骤2)。
进一步，所述步骤3)中，操纵油压差Δp为：
Δp＝p1-p2，
其中，p1为预先设定的理想操纵油压，p2为实际采集到的操纵油压。
进一步，所述步骤5)中，对湿式离合器变速箱换挡品质进行评价方法，包括以下步骤：5.1)求出加速度a以及结合时间t的权值wa和wt；5.2)将湿式离合器的结合时间、加速度以及权值wa和wt四个参数用灰色聚类的方法进行评估，得到聚类结果，并将聚类结果与预先设定的评价准则进行比较，得出“很好”、“好”、“一般”以及“差”四个评价结果，如果评价结果为“很好”和“好”，则控制过程结束；如果输出结果为“一般”和“差”，则返回修改缓冲升压阶段的峰值以及缓冲升压阶段的时间，重新进行评估，直到满足“很好”或“好”的评价结果为止。
进一步，所述步骤5.1)中，采用熵权法求解加速度a以及结合时间t的权值wa和wt：5.1.1)采集三组加速度a和结合时间t的原始数据；5.1.2)将加速度a以及结合时间t的权值wa和wt采用临界值法进行归一化处理，得到矩阵p＝[pij]m×n；5.1.3)计算“熵”与“权”，得到相应的权重。
进一步，所述步骤5.2)中，用灰色聚类进行评估，将换挡品质划分为“很好”、“好”、“一般”、“差”四个等级，建立对应的白化权函数，若参数为聚类对象i属于灰类k的灰色聚类系数，设/>则称对象i属于灰类k*。
一种基于上述方法的湿式离合器变速箱换档过程缓冲控制系统，其包括传动机构、湿式离合器变速箱、数据采集装置、执行机构和控制机构；所述传动机构用于向所述湿式离合器变速箱提供动力，并由所述数据采集装置采集所述湿式离合器变速箱的状态数据；所述执行机构用于控制所述传动机构和湿式离合器变速箱的工作状态；所述控制机构用于控制所述传动机构和执行机构的工作状态。
进一步，所述传动机构包括电机、测功机和制动装置；所述电机由所述控制机构控制其动作，所述电机输出端与所述湿式离合器变速箱动力端连接；所述湿式离合器变速箱输出端经所述测功机与所述制动装置连接，所述制动装置还与所述执行机构连接；位于所述电机输出端与所述湿式离合器变速箱之间设置有所述数据采集装置，位于所述湿式离合器变速箱输出端也设置有所述数据采集装置。
进一步，所述数据采集装置包括数据采集箱、数据采集卡、转速转矩传感器、换挡力传感器、换挡位移传感器、温度传感器和加速度传感器；所述转速转矩传感器设置在所述传动机构的电机输出端与所述湿式离合器变速箱之间，所述换挡力传感器、换挡位移传感器、温度传感器和加速度传感器均设置在所述湿式离合器变速箱输出轴；所有传感器将采集到的数据都传输至所述数据采集卡，所述数据采集卡设置在所述数据采集箱内，采集到的传感器信号经所述数据采集箱调理后传输至所述控制机构。
进一步，所述控制机构包括变频器、控制器和计算机；所述计算机用于向所述控制器和变频器传输控制信息；所述控制器还接收所述数据采集装置中数据采集箱传输至的传感器信号，并根据接到的信号控制所述变频器的频率，进而控制所述电机的转速；所述控制器根据接收到的信号还控制所述执行机构的工作以及所述湿式离合器变速箱的动作。
进一步，所述执行机构包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、电液比例阀、泵站油箱、回油泵、第一驱动电路和第二驱动电路；所述控制机构中的控制器发出的控制信号分别传输至所述第一驱动电路、第二驱动电路、第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀；所述电液比例阀由所述第二驱动电路驱动其动作，由所述泵站的操纵油路经所述第一电磁阀和电液比例阀控制湿式离合器的结合或分离；所述第一驱动电路接收到控制信号后驱使所述湿式离合器变速箱内的换挡电磁阀动作而进行换挡；所述第二电磁阀用于控制润滑油路的通断，所述第三电磁阀用于控制与所述传动机构中的制动装置间的制动油路的通断；所述润滑油路、操纵油路、制动油路以及湿式离合器变速箱中的油液通过所述回油泵回到所述泵站中。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明对湿式离合器变速箱换挡时进行缓冲控制，延长了湿式离合器变速箱的使用寿命，并提高了车辆的乘坐舒适性以及平顺性。
附图说明
图1是本发明控制系统结构示意图；
图2是本发明控制方法流程示意图；
图3是本发明换挡品质评价流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供一种湿式离合器变速箱换档过程缓冲控制系统，其包括传动机构、湿式离合器变速箱、数据采集装置、执行机构和控制机构。传动机构用于向湿式离合器变速箱提供动力，并由数据采集装置采集湿式离合器变速箱的状态数据。执行机构用于控制传动机构和湿式离合器变速箱的工作状态；控制机构用于控制传动机构和执行机构的工作状态。
在一个优选的实施例中，传动机构包括电机、测功机和制动装置。电机由控制机构控制其动作，电机输出端与湿式离合器变速箱动力端连接；湿式离合器变速箱输出端经测功机与制动装置连接，制动装置还与执行机构连接。其中，位于电机输出端与湿式离合器变速箱之间设置有数据采集装置，位于湿式离合器变速箱输出端也设置有数据采集装置。
在一个优选的实施例中，数据采集装置包括数据采集箱、数据采集卡、转速转矩传感器、换挡力传感器、换挡位移传感器、温度传感器和加速度传感器。转速转矩传感器设置在电机输出端与湿式离合器变速箱之间，换挡力传感器、换挡位移传感器、温度传感器和加速度传感器均设置在湿式离合器变速箱输出轴，用于采集转速、转矩、换挡力、换挡位移、温度、加速度和负载等信号。所有传感器将采集到的数据都传输至数据采集卡，数据采集卡设置在数据采集箱内，采集到的传感器信号经数据采集箱调理后传输至控制机构，控制机构根据接收到的信号向外发出相应控制信号。
在一个优选的实施例中，控制机构包括变频器、控制器和计算机。计算机用于向控制器和变频器传输控制信息；控制器还接收数据采集装置中数据采集箱传输至的传感器信号，并根据接到的信号控制变频器的频率，进而控制电机的转速。控制器根据接收到的信号还控制执行机构的工作以及湿式离合器变速箱的动作。
在一个优选的实施例中，执行机构包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、电液比例阀、泵站油箱、回油泵、第一驱动电路和第二驱动电路。控制机构中的控制器发出的控制信号分别传输至第一驱动电路、第二驱动电路、第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀。电液比例阀由第二驱动电路驱动其动作，由泵站的操纵油路经第一电磁阀和电液比例阀控制湿式离合器的结合或分离。第一驱动电路接收到控制信号后驱使湿式离合器变速箱内的换挡电磁阀动作而进行换挡；第二电磁阀用于控制润滑油路的通断，第三电磁阀用于控制与制动装置间的制动油路的通断；润滑油路、操纵油路、制动油路以及湿式离合器变速箱中的油液通过回油泵回到泵站中。
其中，第一驱动电路和第二驱动电路都是由恒流输出芯片和外围功率MOS器组成，恒流输出芯片采用由Infineon公司生产的TLE7242G芯片。
如图2所示，本发明还提供一种湿式离合器变速箱换档过程缓冲控制方法，其包括以下步骤：
1)启动设备后，进行设备的自检，如果设备正常则湿式离合器结合，湿式离合器结合后输出转速、转矩信号以及油压信号，并进入下一步；如果不正常则返回重新进行设备自检；
2)判断油压是否小于预先设定的上限值：如果油压大于上限值则修改缓冲升压阶段的峰值，并进入下一步；反之则直接进入下一步；
3)通过模糊PID计算出操纵油压差Δp和操纵油压控制信号电压差值ΔV；
Δp＝p1-p2，
其中，p1为预先设定的理想操纵油压，p2为实际采集到的操纵油压。
操纵油压控制信号电压值V为：
V＝V1+ΔV
其中，V1为预先设定的控制信号电压值。
4)将操纵油压控制信号电压值V输入到湿式离合器变速箱内，湿式离合器开始结合，采集湿式离合器结合期间的加速度以及结合时间；
5)利用湿式离合器的结合时间和加速度对湿式离合器变速箱换挡品质进行评价，如果符合预先设定的评价准则那么控制过程结束，反之则修改缓冲升压阶段的峰值以及缓冲升压阶段的时间，返回步骤2)。
上述步骤5)中，如图3所示，对湿式离合器变速箱换挡品质进行评价方法，包括以下步骤：
5.1)求出加速度a以及结合时间t的权值wa和wt；
5.2)将湿式离合器的结合时间、加速度以及权值wa和wt四个参数用灰色聚类的方法进行评估，得到聚类结果，并将聚类结果与预先设定的评价准则进行比较，得出“很好”、“好”、“一般”以及“差”四个评价结果，如果评价结果为“很好”和“好”，则控制过程结束；如果输出结果为“一般”和“差”，则返回修改缓冲升压阶段的峰值以及缓冲升压阶段的时间，重新进行评估，直到满足“很好”或“好”的评价结果为止。
上述步骤5.1)中，采用熵权法求解加速度a以及结合时间t的权值wa和wt：
5.1.1)采集三组加速度a和结合时间t的原始数据；
5.1.2)将加速度a以及结合时间t的权值wa和wt采用临界值法进行归一化处理，得到矩阵为：p＝[pij]m×n；其中n为聚类对象的个数；m为聚类指标个数：i＝1,2,...n，j＝1,2,...m。
5.1.3)计算“熵”与“权”，得到相应的权重。
上述步骤5.2)中，采用灰色聚类进行评估，将换挡品质划分为“很好”、“好”、“一般”、“差”四个等级，建立对应的白化权函数，在本实施例中采用的是改进的中心三角白化权函数。
若参数为聚类对象i属于灰类k的灰色聚类系数，设/>则称对象i属于灰类k*；其中，/>表示k*是k的最大值，/>是/>的最大值。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (7)
1.一种湿式离合器变速箱换档过程缓冲控制方法，其特征在于包括以下步骤：
1)启动设备后，进行设备的自检，如果设备正常则湿式离合器结合，湿式离合器结合后输出转速、转矩信号以及油压信号，并进入下一步；如果不正常则返回重新进行设备自检；
2)判断油压是否小于预先设定的上限值：如果油压大于上限值则修改缓冲升压阶段的峰值，并进入下一步；反之则直接进入下一步；
3)通过模糊PID计算出操纵油压差Δp和操纵油压控制信号电压值V；
4)将操纵油压控制信号电压值V输入到湿式离合器变速箱内，湿式离合器开始结合，采集湿式离合器结合期间的加速度以及结合时间；
5)利用湿式离合器的结合时间和加速度对湿式离合器变速箱换挡品质进行评价，如果符合预先设定的评价准则那么控制过程结束，反之则修改缓冲升压阶段的峰值以及缓冲升压阶段的时间，返回步骤2)；
所述步骤5)中，对湿式离合器变速箱换挡品质进行评价方法，包括以下步骤：
5.1)求出加速度a以及结合时间t的权值wa和wt；
5.2)将湿式离合器的结合时间、加速度以及权值wa和wt四个参数用灰色聚类的方法进行评估，得到聚类结果，并将聚类结果与预先设定的评价准则进行比较，得出“很好”、“好”、“一般”以及“差”四个评价结果，如果评价结果为“很好”和“好”，则控制过程结束；如果输出结果为“一般”和“差”，则返回修改缓冲升压阶段的峰值以及缓冲升压阶段的时间，重新进行评估，直到满足“很好”或“好”的评价结果为止；
所述步骤5.1)中，采用熵权法求解加速度a以及结合时间t的权值wa和wt：
5.1.1)采集三组加速度a和结合时间t的原始数据；
5.1.2)将加速度a以及结合时间t的权值wa和wt采用临界值法进行归一化处理，得到矩阵p＝[pij]m×n；
5.1.3)计算“熵”与“权”，得到相应的权重；
所述步骤5.2)中，用灰色聚类进行评估，将换挡品质划分为“很好”、“好”、“一般”、“差”四个等级，建立对应的白化权函数，采用的是改进的中心三角白化权函数：
若参数为聚类对象i属于灰类k的灰色聚类系数，设/>则称对象i属于灰类k*；其中，/>表示k*是k的最大值，/>是/>的最大值。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤3)中，操纵油压差Δp为：
Δp＝p1-p2，
其中，p1为预先设定的理想操纵油压，p2为实际采集到的操纵油压。
3.一种基于如权利要求1至2任一项所述方法的湿式离合器变速箱换档过程缓冲控制系统，其特征在于：包括传动机构、湿式离合器变速箱、数据采集装置、执行机构和控制机构；所述传动机构用于向所述湿式离合器变速箱提供动力，并由所述数据采集装置采集所述湿式离合器变速箱的状态数据；所述执行机构用于控制所述传动机构和湿式离合器变速箱的工作状态；所述控制机构用于控制所述传动机构和执行机构的工作状态。
4.如权利要求3所述系统，其特征在于：所述传动机构包括电机、测功机和制动装置；所述电机由所述控制机构控制其动作，所述电机输出端与所述湿式离合器变速箱动力端连接；所述湿式离合器变速箱输出端经所述测功机与所述制动装置连接，所述制动装置还与所述执行机构连接；位于所述电机输出端与所述湿式离合器变速箱之间设置有所述数据采集装置，位于所述湿式离合器变速箱输出端也设置有所述数据采集装置。
5.如权利要求3所述系统，其特征在于：所述数据采集装置包括数据采集箱、数据采集卡、转速转矩传感器、换挡力传感器、换挡位移传感器、温度传感器和加速度传感器；所述转速转矩传感器设置在所述传动机构的电机输出端与所述湿式离合器变速箱之间，所述换挡力传感器、换挡位移传感器、温度传感器和加速度传感器均设置在所述湿式离合器变速箱输出轴；所有传感器将采集到的数据都传输至所述数据采集卡，所述数据采集卡设置在所述数据采集箱内，采集到的传感器信号经所述数据采集箱调理后传输至所述控制机构。
6.如权利要求4所述系统，其特征在于：所述控制机构包括变频器、控制器和计算机；所述计算机用于向所述控制器和变频器传输控制信息；所述控制器还接收所述数据采集装置中数据采集箱传输至的传感器信号，并根据接到的信号控制所述变频器的频率，进而控制所述电机的转速；所述控制器根据接收到的信号还控制所述执行机构的工作以及所述湿式离合器变速箱的动作。
7.如权利要求3所述系统，其特征在于：所述执行机构包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、电液比例阀、泵站油箱、回油泵、第一驱动电路和第二驱动电路；所述控制机构中的控制器发出的控制信号分别传输至所述第一驱动电路、第二驱动电路、第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀；所述电液比例阀由所述第二驱动电路驱动其动作，由所述泵站的操纵油路经所述第一电磁阀和电液比例阀控制湿式离合器的结合或分离；所述第一驱动电路接收到控制信号后驱使所述湿式离合器变速箱内的换挡电磁阀动作而进行换挡；所述第二电磁阀用于控制润滑油路的通断，所述第三电磁阀用于控制与所述传动机构中的制动装置间的制动油路的通断；所述润滑油路、操纵油路、制动油路以及湿式离合器变速箱中的油液通过所述回油泵回到所述泵站中。
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