基于驾驶员意图的湿式离合器起步控制方法和系统与流程

1.本发明涉及车辆控制技术领域，具体地，涉及一种基于驾驶员意图的湿式离合器起步控制方法和系统。


背景技术：

2.在车辆起步的过程，发动机的扭矩较大点，高于发动机的怠速转速，因此需要先将发动机的转速控制到较高点，并且能够稳定在该转速，等待离合器输出轴转速的上升。此时，发动机任何转速的波动都会带来发动机扭矩的波动以及整车扭矩的波动，给驾驶员带来不适的感觉以及由于转速的波动误导驾驶员，或者由于控制的不佳带来扭矩传递的冲击等问题。
3.专利文献cn112208330a(申请号：cn202011019358.0)公开了一种湿式双离合器的起步控制方法、装置、电子设备和车辆。该湿式双离合器的起步控制方法基于加速踏板位置、加速踏板位置变化率和起步坡度信息，将其量化映射到模糊论域，利用模糊控制规则表输出活塞缸油压增量，以实现通过驾驶员意图和坡度信息控制湿式双离合器活塞腔内的油压，从而控制离合器启动结合速度达到不同坡度平稳起步的目的。
4.车辆起步过程中，离合器控制问题具有非线性、时变性、强耦合等特性，并且存在驾驶员意图、车况、路况的多变性。目前起步模糊控制无法满足不同驾驶环境下车辆对起步的要求。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于驾驶员意图的湿式离合器起步控制方法和系统。
6.根据本发明提供的基于驾驶员意图的湿式离合器起步控制方法，包括：
7.步骤1：根据加速踏板开度及其变化率共同识别驾驶员操作意图；
8.步骤2：将得到的驾驶员操作意图结合湿式离合器主、从动盘的转速差，推导湿式离合器结合或分离油压；
9.步骤3：根据不同速率大小的结合或分离油压控制车辆起步过程中离合器的扭矩传递，驱动车辆起步。
10.优选的，以油门踏板开度及其变化率为驾驶员起步意图模糊控制器的输入，输出为驾驶员操作意图，通过油门踏板开度及其变化率将驾驶员起步意图对应不同车辆起步扭矩需求；
11.根据驾驶员起步意图模糊控制器的输入、输出变量的模糊子集隶属度函数制定模糊控制规则，得到驾驶员起步意图模糊控制曲面。
12.优选的，根据起步意图及起步工况，采用双层模糊控制策略，在湿式离合器油压控制器中，以驾驶员操作意图、发动机转速、离合器主从发动机转速差为输入，输出为离合器结合或分离油压；
13.根据湿式离合器油压控制器的输入、输出变量的模糊子集隶属度函数制定模糊控制规则，得到结合油压变化率模糊控制曲面。
14.优选的，湿式离合器起步过程包括：
15.阶段1：准备起步，发动机扭矩和离合器传递扭矩为零；离合器处于分离状态，发动机处于怠速状态；车辆处于静止状态，输出转速为零；
16.阶段2：发动机转速上升，扭矩逐渐增加，离合器仍为分离状态，离合器传递扭矩为零，此时发动机传递扭矩用于克服整车阻力矩和消除离合器空行程；
17.阶段3：发动机扭矩保持恒定，转速稳定上升；
18.阶段4：离合器油压继续上升，离合器传递扭矩增加，发动机转速上升，此阶段车辆起步阻力也随之增加，在此阶段末，将离合器扭矩调节至发动机扭矩水平，发动机转速开始增加，调节离合器的油压大小控制传递的转矩，从而控制离合器的结合速度；
19.阶段5：离合器扭矩和发动机扭矩相等，因此发动机转速开始保持稳定；
20.阶段6：此阶段开始时，发动机转速与离合器转速同步，并且离合器处于接合状态，由于此时转动惯量增加，导致离合器传递的扭矩减小，然后保持不变。
21.优选的，湿式离合器通过控制油压及其变化率大小实现扭矩传递，按照主、从动盘摩擦片的工作状态划分成锁止、滑磨和分离，所传递扭矩分别对应静摩擦力矩、滑磨扭矩以及无扭矩，函数关系表达式为：
[0022][0023]
当离合器滑磨时，传递转矩由油压大小决定，离合器主、从动盘间转速差为：
[0024]
δω
ec
＝ω
e-ωc[0025]
当离合器滑磨或锁止时，离合器主、从动摩擦片在不同情况下的传递扭矩tc表示为：
[0026][0027]
式中：μ为摩擦因数，包括锁止时的静摩擦因数μs和滑磨时的动摩擦因数μc；pn为离合器摩擦片上的正压力；s为离合器摩擦片上的作用面积；z为摩擦副的数量；r1和r2分别为摩擦片的外、内径；sgn()为符号函数；ωe为发动机转速；ωc为离合器从动盘转速。
[0028]
根据本发明提供的基于驾驶员意图的湿式离合器起步控制系统，包括：
[0029]
模块m1：根据加速踏板开度及其变化率共同识别驾驶员操作意图；
[0030]
模块m2：将得到的驾驶员操作意图结合湿式离合器主、从动盘的转速差，推导湿式离合器结合或分离油压；
[0031]
模块m3：根据不同速率大小的结合或分离油压控制车辆起步过程中离合器的扭矩传递，驱动车辆起步。
[0032]
优选的，以油门踏板开度及其变化率为驾驶员起步意图模糊控制器的输入，输出为驾驶员操作意图，通过油门踏板开度及其变化率将驾驶员起步意图对应不同车辆起步扭
矩需求；
[0033]
根据驾驶员起步意图模糊控制器的输入、输出变量的模糊子集隶属度函数制定模糊控制规则，得到驾驶员起步意图模糊控制曲面。
[0034]
优选的，根据起步意图及起步工况，采用双层模糊控制策略，在湿式离合器油压控制器中，以驾驶员操作意图、发动机转速、离合器主从发动机转速差为输入，输出为离合器结合或分离油压；
[0035]
根据湿式离合器油压控制器的输入、输出变量的模糊子集隶属度函数制定模糊控制规则，得到结合油压变化率模糊控制曲面。
[0036]
优选的，湿式离合器起步过程包括：
[0037]
阶段1：准备起步，发动机扭矩和离合器传递扭矩为零；离合器处于分离状态，发动机处于怠速状态；车辆处于静止状态，输出转速为零；
[0038]
阶段2：发动机转速上升，扭矩逐渐增加，离合器仍为分离状态，离合器传递扭矩为零，此时发动机传递扭矩用于克服整车阻力矩和消除离合器空行程；
[0039]
阶段3：发动机扭矩保持恒定，转速稳定上升；
[0040]
阶段4：离合器油压继续上升，离合器传递扭矩增加，发动机转速上升，此阶段车辆起步阻力也随之增加，在此阶段末，将离合器扭矩调节至发动机扭矩水平，发动机转速开始增加，调节离合器的油压大小控制传递的转矩，从而控制离合器的结合速度；
[0041]
阶段5：离合器扭矩和发动机扭矩相等，因此发动机转速开始保持稳定；
[0042]
阶段6：此阶段开始时，发动机转速与离合器转速同步，并且离合器处于接合状态，由于此时转动惯量增加，导致离合器传递的扭矩减小，然后保持不变。
[0043]
优选的，湿式离合器通过控制油压及其变化率大小实现扭矩传递，按照主、从动盘摩擦片的工作状态划分成锁止、滑磨和分离，所传递扭矩分别对应静摩擦力矩、滑磨扭矩以及无扭矩，函数关系表达式为：
[0044][0045]
当离合器滑磨时，传递转矩由油压大小决定，离合器主、从动盘间转速差为：
[0046]
δω
ec
＝ω
e-ωc[0047]
当离合器滑磨或锁止时，离合器主、从动摩擦片在不同情况下的传递扭矩tc表示为：
[0048][0049]
式中：μ为摩擦因数，包括锁止时的静摩擦因数μs和滑磨时的动摩擦因数μc；pn为离合器摩擦片上的正压力；s为离合器摩擦片上的作用面积；z为摩擦副的数量；r1和r2分别为摩擦片的外、内径；sgn()为符号函数；ωe为发动机转速；ωc为离合器从动盘转速。
[0050]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0051]
本发明可根据驾驶员操作意图，结合离合器状态变量自适应输出湿式离合器结合
或分离油压，改变离合器结合/分离时间，缩短离合器滑磨和车辆起步时长，降低起步冲击度，提升车辆起步品质和驾乘人员舒适性。
附图说明
[0052]
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0053]
图1为车辆起步过程控制逻辑简图；
[0054]
图2为驾驶员起步意图识别模糊控制曲面；
[0055]
图3为湿式离合器结合油压变化率模糊控制曲面；
[0056]
图4为起步过程转矩/转速分析简图。
具体实施方式
[0057]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0058]
实施例：
[0059]
如图1所示，为车辆起步过程控制逻辑简图，主要分为三大部分：
[0060]
(1)驾驶员操作意图识别：根据车辆油门踏板的信号获得油门踏板开度(深浅)、根据车辆油门踏板的信号并得到导数值获得油门踏板开度变化率(变化快慢)，通过加速踏板开度及其变化率从而识别驾驶员在起步过程对油门踏板的操作，得到驾驶员起步操作意图；
[0061]
(2)离合器状态变量调用：通过动力学方程计算得到湿式离合器主、从动盘的转速，从而得到两者间的转速差；
[0062]
(3)驾驶员操作意图和离合器状态变量的结合控制：将得到的驾驶员操作意图结合离合器主、从动盘转速差等因素得到湿式离合器结合或分离油压，进而控制离合器的扭矩传递。同时以车辆冲击度为目标，离合器传递扭矩的大小受扭矩变化率的控制，保证起步过程品质。
[0063]
根据起步过程控制逻辑简图，本文设计的两个模糊控制器分别为：驾驶员操作意图控制器、湿式离合器油压控制器；
[0064]
驾驶员操作意图控制器：以油门踏板开度α及其变化率为输入，驾驶员操作意图i为输出，通过油门踏板开度及其变化率将驾驶员起步意图对应不同车辆起步扭矩需求。
[0065]
假设加速踏板开度α的模糊语言为：{很小vs、小s、中m、大b、很大vb}，基本论域∈：[0，1]；加速踏板开度变化率的模糊语言为：{负大nb、负中nm、负小ns、零z、正小ps、正中pm、正大pb}，基本论域∈[-1，1]；驾驶员操作意图i的模糊语言为：{很小vs、小s、中m、大b、很大vb}，基本论域∈：[0，1]。
[0066]
根据驾驶员起步意图模糊控制器的输入、输出变量的模糊子集隶属度函数结合制定模糊控制规则得到驾驶员起步意图模糊控制曲面，如图2所示。
[0067]
湿式离合器油压控制器：考虑起步意图及起步工况，采用双层模糊控制策略，把驾
驶员操作意图i作为第二层模糊控制器的输入变量，第二层以驾驶员操作意图i、发动机转速ωe、离合器主从发动机转速差δωe为输入，离合器结合或分离油压为输出。
[0068]
假设驾驶员操作意图i的模糊语言为：{很小vs、小s、中m、大b、很大vb}，基本论域∈：[-1，1]；离合器主、从动盘转速差|δω|的模糊语言为：{很小vs、小s、中m、大b、很大vb}，基本论域∈：[0，1]；离合器结合或分离油压p的模糊语言为：{负大vs、负中s、负小ms、零s、正小mb、正中b、正大vb}，基本论域∈[0，1]。
[0069]
根据结合油压变化率模糊控制器的输入、输出变量的模糊子集隶属度函数结合制定模糊控制规则得到结合油压变化率模糊控制曲面，如图3所示。
[0070]
湿式dct离合器起步过程分析：
[0071]
分六个阶段，详细分析湿式dct离合器起步过程，如图4所示，为起步过程的扭矩、转速分析简图。
[0072]
阶段1：准备起步，发动机扭矩为零，离合器传递扭矩为零；离合器处于分离状态，发动机处于怠速状态；车辆处于静止状态，输出转速为零。
[0073]
阶段2：发动机转速上升，扭矩逐渐增加，离合器仍为分离状态，离合器传递扭矩为零，此时发动机传递扭矩用于克服整车阻力矩和消除离合器空行程。
[0074]
阶段3：发动机扭矩保持恒定，转速稳定上升。
[0075]
阶段4：离合器油压继续上升，离合器传递扭矩增加，发动机转速上升，此阶段车辆起步阻力也随之增加，在此阶段末，将离合器扭矩调节至发动机扭矩水平，发动机转速开始缓慢增加，可以调节离合器的油压大小来控制传递的转矩，从而控制离合器的结合速度。
[0076]
阶段5：离合器扭矩和发动机扭矩相等，因此发动机转速开始保持稳定。
[0077]
阶段6：此阶段开始时，发动机转速与离合器转速同步，并且离合器处于接合状态。由于此时转动惯量增加，导致离合器传递的扭矩减小，然后保持不变。
[0078]
湿式离合器扭矩传递模型：
[0079]
湿式离合器通过控制油压及其变化率大小实现扭矩传递，按照主、从动盘摩擦片的工作状态可划分成锁止、滑磨和分离所传递扭矩分别对应静摩擦力矩、滑磨扭矩以及无扭矩三种情况，其函数关系表达式为：
[0080][0081]
当离合器滑磨时，传递转矩由油压大小决定，离合器主、从动盘间转速差为δω
ec
＝ω
e-ωc；当离合器滑磨或锁止时，离合器主、从动摩擦片在不同情况下的传递扭矩tc可表示为：
[0082][0083]
式中：μ为摩擦因数，包括锁止时的静摩擦因数μs和滑磨时的动摩擦因数μc；pn为离合器摩擦片上的正压力(n.m)；s为离合器摩擦片上的作用面积(m2)；z为摩擦副的数量；r1和r2分别为摩擦片的外、内径(m)；sgn(ω
ec
)为符号函数；ωe为发动机转速；ωc为离合器从动
盘转速。
[0084]
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
[0085]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。