CN110645288B - 一种消除温度影响的分动器扭矩控制方法 - Google Patents

一种消除温度影响的分动器扭矩控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种消除温度影响的分动器扭矩控制方法，包括：设置目标扭矩，将目标扭矩代入预设关联函数F1，计算摩擦片表面温度预测值、润滑油温度预测值以及电磁线圈温度预测值；将电池线圈温度预测值代入预设关联函数F2，计算电磁线圈通电电流预测值；根据电磁线圈通电电流预测值获得分动器总扭矩，并结合目标扭矩、分动器总扭矩和摩擦片表面温度预测值设置摩擦系数与摩擦片表面温度的关联函数F3；结合关联函数F1、关联函数F2和关联函数F3获取输出扭矩和电磁线圈通电电流的关联函数F4。本发明通过电流采集代替摩擦片表面温度的采集，降低了数据采集难度，提高了数据采集效率和精确度，有利于提高分动器调整效率，提高分动器工作的可控性。

Description

一种消除温度影响的分动器扭矩控制方法
技术领域
本发明涉及离合器技术领域，尤其涉及一种消除温度影响的分动器扭矩控制方法。
背景技术
四驱汽车拥有更好的越野性能和脱困能力，这是目前普通消费者越来越倾向选择四驱汽车的最直接原因。作为四驱汽车实现动力合理分配的关键部件--分动器，则是最为核心的内容。
由于摩擦片和对偶钢片在滑摩过程中有大量的热量产生，目前的研究主要集中在润滑油温度升高带来的相关影响。由于分动器的结构更为复杂，考虑分动器摩擦片、电磁线圈和润滑油三者温度对分动器扭矩传递的影响机理尚不明确。结合目前相关研究主要针对单片摩擦片和对偶钢片之间的作用，摩擦迟滞损失一般不做分析，而分动器由多组摩擦片组成，迟滞损失的叠加作用明显，为此研究综合热负荷条件下，结合机-电-液耦合环境的分动器温度补偿控制办法，对掌握分动器的动力传递机理和确定分动器与整车的协调控制有着至关重要的作用。
传统测量分动器内部摩擦片表面温度的方法是将热电偶安装在钻有孔的对偶钢片上，并且热电偶探头距对偶钢片表面0.5mm处，通过测量对偶钢片近表面温度而间接得到摩擦片表面温度。然而由于热电偶的安装并没有直接接触摩擦片表面，且热电偶的温度响应特性较慢(约1s左右)，从而使传统试验方法测得的摩擦片表面温度与实际温度存在较大误差和滞后。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种消除温度影响的分动器扭矩控制方法。
本发明提出的一种消除温度影响的分动器扭矩控制方法，包括：
S1、设置目标扭矩，将目标扭矩代入预设关联函数F1，计算摩擦片表面温度预测值、润滑油温度预测值以及电磁线圈温度预测值；
S2、将电池线圈温度预测值代入预设关联函数F2，计算电磁线圈通电电流预测值；
S3、根据电磁线圈通电电流预测值获得分动器总扭矩，并结合目标扭矩、分动器总扭矩和摩擦片表面温度预测值设置摩擦系数与摩擦片表面温度的关联函数F3；
S4、结合关联函数F1、关联函数F2和关联函数F3获取输出扭矩和电磁线圈通电电流的关联函数F4；
S5、通过稳定性分析，结合采集数据对关联函数F4进行反馈调节，获得扭矩反馈函数。
优选的，关联函数F1为：
Figure GDA0002285194360000021
其中，yT(t)为输出扭矩，
Figure GDA0002285194360000022
为xT(t)的一阶导数，TP,To,Tc分别为动摩擦片表面温度向量、润滑油温度向量以及电磁线圈温度向量，Pmech为摩擦片传递扭矩的机械效率，Ta为外界温度向量；Pmech为摩擦片传递扭矩的机械效率，AT、BT、CT均为常数矩阵。
优选的：
Figure GDA0002285194360000031
Figure GDA0002285194360000032
CT＝[0 0 1]；
其中，CP,Co,Cc分别为分动器摩擦片、润滑油和线圈的比热容；Rpo、Rpc、Roc分别为：摩擦片与润滑油之间的热阻、摩擦片与电磁线圈之间的热阻、润滑油与电磁线圈之间的热阻，Rpa、Roa、Rca分别为：摩擦片与环境温度之间的热阻、润滑油与环境温度之间的热阻、电磁线圈与环境温度之间的热阻。
优选的，关联函数F2为：
Figure GDA0002285194360000033
其中，Bq＝1/Lc；Vc(t)为线圈输入电压；ic(t)为线圈电流；Lc为线圈电感；α为线圈电阻的温度系数；Ωco为线圈电阻的初始值；Tco为线圈温度的初始值。
优选的，步骤S3中，关联函数F3为：
Figure GDA0002285194360000034
u为滑动速度；c1、c2、c3和c4为材料性质和载荷决定的常数；k为温度决定的常数。
如权利要求4所述的消除温度影响的分动器扭矩控制方法，其特征在于，步骤S4中，关联函数F4为：
yT(t)＝μ×T
μ为分动器摩擦片受温度影响的摩擦系数；T为分动器传递的总扭矩，其由粗糙摩擦力矩和粘性扭矩组成。
优选的，步骤S3中，将电磁线圈通电电流预测值代入预设关联函数F0，计算分动器总扭矩；关联函数F0为：
Figure GDA0002285194360000041
其中，Tc为粗糙摩擦力矩，TV为粘性扭矩，Nf为摩擦片面数，Ng为沟槽数，θ0为摩擦片相邻两沟槽间所夹的圆心角，b为摩擦片外径半径，a为摩擦片内径半径，μ为摩擦系数，ω为主从动摩擦片的转速差；
S为电磁线圈的横截面积，Nc为控制离合器的摩擦片面数；μc为控制离合器的摩擦片的摩擦系数；rc为控制离合器的有效半径；μ0为磁导率，μ0＝4π×10-7；N为线圈匝数，I为电流，δ为气隙，rcb为主动凸轮的有效半径；
η为润滑油动力粘度，h为初始油膜厚度，wg为摩擦片沟槽宽度，σ为摩擦片粗糙度均方根，
Figure GDA0002285194360000051
H＝h/σ。
本发明中，总扭矩T与电磁线圈的通电电流I相关，输出扭矩有摩擦系数和总扭矩T计算获得，摩擦系数根据关联函数F3由摩擦片表面温度计算获得，摩擦片表面温度在目标扭矩已知的情况下可根据关联函数F1进行预测；同时电磁线圈的通电电流I可根据关联函数F2在电磁线圈温度已知的情况下进行预测。如此，在目标扭矩已知的情况下，便可根据关联函数F4获得对应的通电电流，从而根据通电电流的实时监控和调节，实现分动器输出扭矩的调节。
如此，通过电流采集代替摩擦片表面温度的采集，降低了数据采集难度，提高了数据采集效率和精确度，有利于提高分动器调整效率，提高分动器工作的可控性。
且，本发明中，通过关联函数F3的设置，实现了摩擦片摩擦系数与摩擦片表面温度的联动，从而实现了在分动器调节时，通过摩擦系数的调节对摩擦片表面温度的影响进行消融。
本发明提出的一种消除温度影响的分动器扭矩控制方法，克服了现有技术中摩擦片温度测量成本高、实施困难等缺陷，使得分动器的调控更加实时、高效、精确、安全。
附图说明
图1为本发明提出的一种消除温度影响的分动器扭矩控制方法流程图。
具体实施方式
参照图1，本发明提出的一种消除温度影响的分动器扭矩控制方法，包括。
S1、设置目标扭矩，将目标扭矩代入预设关联函数F1，计算摩擦片表面温度预测值、润滑油温度预测值以及电磁线圈温度预测值。
具体的，本步骤中，可通过现有机械能与热能转换等基础理论，结合分动器工作原理，推导关联函数F1。且，具体实施时，由于关联函数F1包含三个自变量，即摩擦片表面温度、润滑油温度以及电磁线圈温度，故而，关联函数F1可设置为矩阵函数。
具体的，本实施方式中，关联函数F1为：
Figure GDA0002285194360000061
其中，yT(t)为输出扭矩，
Figure GDA0002285194360000062
为xT(t)的一阶导数，TP,To,Tc分别为动摩擦片表面温度向量、润滑油温度向量以及电磁线圈温度向量，Pmech为摩擦片传递扭矩的机械效率，Ta为外界温度向量；Pmech为摩擦片传递扭矩的机械效率，AT、BT、CT均为常数矩阵。
本实施方式中，CT＝[0 0 1]。且，本实施方式中，为了进一步扩大关联函数F1的应用范围，从而将AT、BT与分动器的具体参数相关联，具体的：
Figure GDA0002285194360000063
Figure GDA0002285194360000071
其中，CP,Co,Cc分别为分动器摩擦片、润滑油和线圈的比热容；Rpo、Rpc、Roc分别为：摩擦片与润滑油之间的热阻、摩擦片与电磁线圈之间的热阻、润滑油与电磁线圈之间的热阻，Rpa、Roa、Rca分别为：摩擦片与环境温度之间的热阻、润滑油与环境温度之间的热阻、电磁线圈与环境温度之间的热阻。
如此，通过AT、BT的计算，实现了根据不同分动器调整关联函数F1中的计算常数，有利于保证针对不同系统获得关联函数F1的针对性和适应性。
S2、将电池线圈温度预测值代入预设关联函数F2，计算电磁线圈通电电流预测值。
具体的，本实施方式中，通过结合电磁能、机械能和热损耗的基础理论对关联函数F2进行推导。关联函数F2的建立，有利于将电磁线圈温度的监控转换为电磁线圈通电电流的监控。
具体的，本实施方式中，关联函数F2为：
Figure GDA0002285194360000072
其中，Bq＝1/Lc；Vc(t)为线圈输入电压；ic(t)为线圈电流；Lc为线圈电感；α为线圈电阻的温度系数；Ωco为线圈电阻的初始值；Tco为线圈温度的初始值。
S3、根据电磁线圈通电电流预测值获得分动器总扭矩，并结合目标扭矩、分动器总扭矩和摩擦片表面温度预测值设置摩擦系数与摩擦片表面温度的关联函数F3。
关联函数F3为：
Figure GDA0002285194360000081
u为滑动速度；c1、c2、c3和c4为材料性质和载荷决定的常数；k为温度决定的常数。
本步骤中，通过关联函数F3的设置，实现了摩擦片摩擦系数与摩擦片表面温度的联动，从而实现了在分动器调节时，通过摩擦系数的调节对摩擦片表面温度的影响进行消融。
根据电池线圈的通电电流计算分动器的输出扭矩是本领域常用手段，本实施方式中，根据电池线圈的通电电流计算分动器的输出扭矩，通过如下关联函数F0实现，关联函数F0为：
Figure GDA0002285194360000082
其中，Tc为粗糙摩擦力矩，TV为粘性扭矩，Nf为摩擦片面数，Ng为沟槽数，θ0为摩擦片相邻两沟槽间所夹的圆心角，b为摩擦片外径半径，a为摩擦片内径半径，μ为摩擦系数，ω为主从动摩擦片的转速差；
S为电磁线圈的横截面积，Nc为控制离合器的摩擦片面数；μc为控制离合器的摩擦片的摩擦系数；rc为控制离合器的有效半径；μ0为磁导率，μ0＝4π×10-7；N为线圈匝数，I为电流，δ为气隙，rcb为主动凸轮的有效半径；
η为润滑油动力粘度，h为初始油膜厚度，wg为摩擦片沟槽宽度，σ为摩擦片粗糙度均方根，
Figure GDA0002285194360000091
H＝h/σ。
本步骤中，实现了根据电池线圈的通电电流计算分动器的输出扭矩，从而通过高精确度的电流监控代替低精确度的摩擦片温度监控，提高了数据采集的精确度和可靠性，并且降低了数据采集难度。
S4、结合关联函数F1、关联函数F2和关联函数F3获取输出扭矩和电磁线圈通电电流的关联函数F4。
具体的，本实施方式中，关联函数F4为：
yT(t)＝μ×T；
Figure GDA0002285194360000092
μ为分动器摩擦片受温度影响的摩擦系数；T为分动器传递的总扭矩，其由粗糙摩擦力矩和粘性扭矩组成。
本实施方式中，总扭矩T与电磁线圈的通电电流I相关，输出扭矩有摩擦系数和总扭矩T计算获得，摩擦系数根据关联函数F3由摩擦片表面温度计算获得，摩擦片表面温度在目标扭矩已知的情况下可根据关联函数F1进行预测；同时电磁线圈的通电电流I可根据关联函数F2在电磁线圈温度已知的情况下进行预测。如此，在目标扭矩已知的情况下，便可根据关联函数F4获得对应的通电电流，从而根据通电电流的实时监控和调节，实现分动器输出扭矩的调节。
如此，本实时方式中，通过电流采集代替摩擦片表面温度的采集，降低了数据采集难度，提高了数据采集效率和精确度，有利于提高分动器调整效率，提高分动器工作的可控性。
S4、通过稳定性分析，结合采集数据对关联函数F4进行反馈调节，获得扭矩反馈函数。
具体的，本实施方式中，可通过温度补偿对关联函数F4进行调整，从而获得扭矩反馈函数，以实现根据电磁线圈通电电流的监控对分动器的扭矩进行实时调节，从而避免分动器摩擦片高温工作的风险。
以上所述，仅为本发明涉及的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种消除温度影响的分动器扭矩控制方法，其特征在于，包括：
S1、设置目标扭矩，将目标扭矩代入预设关联函数F1，计算摩擦片表面温度预测值、润滑油温度预测值以及电磁线圈温度预测值；
S2、将电池线圈温度预测值代入预设关联函数F2，计算电磁线圈通电电流预测值；
S3、根据电磁线圈通电电流预测值获得分动器总扭矩，并结合目标扭矩、分动器总扭矩和摩擦片表面温度预测值设置摩擦系数与摩擦片表面温度的关联函数F3；
S4、结合关联函数F1、关联函数F2和关联函数F3获取输出扭矩和电磁线圈通电电流的关联函数F4；
S5、通过稳定性分析，结合采集数据对关联函数F4进行反馈调节，获得扭矩反馈函数；
关联函数F1为：
Figure FDA0002782500310000011
其中，yT(t)为温度系统的输出，
Figure FDA0002782500310000012
为xT(t)的一阶导数，xT(t)表示温度的状态向量，TP,To,Tc分别为动摩擦片表面温度向量、润滑油温度向量以及电磁线圈温度向量，Pmech为摩擦片传递扭矩的机械效率，Ta为外界温度向量；Pmech为摩擦片传递扭矩的机械效率，AT、BT、CT均为常数矩阵，uT(t)为干扰输入向量；
Figure FDA0002782500310000021
Figure FDA0002782500310000022
CT＝[0 0 1]；
其中，CP,Co,Cc分别为分动器摩擦片、润滑油和线圈的比热容；Rpo、Rpc、Roc分别为：摩擦片与润滑油之间的热阻、摩擦片与电磁线圈之间的热阻、润滑油与电磁线圈之间的热阻，Rpa、Roa、Rca分别为：摩擦片与环境温度之间的热阻、润滑油与环境温度之间的热阻、电磁线圈与环境温度之间的热阻；
关联函数F2为：
Figure FDA0002782500310000023
其中，Bq＝1/Lc；Vc(t)为线圈输入电压；ic(t)为线圈电流；Lc为线圈电感；α为线圈电阻的温度系数；Ωco为线圈电阻的初始值；Tco为线圈温度的初始值；
步骤S3中，关联函数F3为：
Figure FDA0002782500310000024
u为滑动速度；c1、c2、c3和c4为材料性质和载荷决定的常数；k为温度决定的常数；
步骤S4中，关联函数F4为：
yT(t)＝μ×T
μ为分动器摩擦片受温度影响的摩擦系数；T为分动器传递的总扭矩，其由粗糙摩擦力矩和粘性扭矩组成。
2.如权利要求1所述的消除温度影响的分动器扭矩控制方法，其特征在于，步骤S3中，将电磁线圈通电电流预测值代入预设关联函数F0，计算分动器总扭矩；关联函数F0为：
Figure FDA0002782500310000031
其中，Tc为粗糙摩擦力矩，TV为粘性扭矩，Nf为摩擦片面数，Ng为沟槽数，θ0为摩擦片相邻两沟槽间所夹的圆心角，b为摩擦片外径半径，a为摩擦片内径半径，μ为摩擦系数，ω为主从动摩擦片的转速差；Fm为作用在摩擦片和对偶钢片上的压紧力，wg为摩擦片沟槽宽度，S为电磁线圈的横截面积，Nc为控制离合器的摩擦片面数；μc为控制离合器的摩擦片的摩擦系数；rc为控制离合器的有效半径；μ0为磁导率，μ0＝4π×10-7；N为线圈匝数，I为电流，δ为气隙，rcb为主动凸轮的有效半径；
η为润滑油动力粘度，h为初始油膜厚度，wg为摩擦片沟槽宽度，σ为摩擦片粗糙度均方根，
Figure FDA0002782500310000032
为流量因子；
Figure FDA0002782500310000033
为流量因子，
Figure FDA0002782500310000034
H＝h/σ。
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