CN104049650B - 基于模糊控制的湿式dct离合器温度控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模糊控制的湿式DCT离合器温度控制系统及其控制方法。系统由传感器检测模块、信号处理模块和主控模块组成；方法为实时采集湿式DCT的离合器出油口甩出油温度、变速器输入轴转速、离合器1从动盘转速、离合器2从动盘转速、离合器1压力和离合器2压力后，判断离合器出油口甩出油温度是否≥阈值？若离合器出油口甩出油温度<阈值，则转冷却电磁阀电流恒定控制方式，若离合器出油口甩出油温度≥阈值，则将计算得出的离合器温度偏差ΔT_c、离合器温度偏差变化率dΔT_c/dt和滑摩功率P作为模糊控制的输入变量，转三输入单输出模糊控制方式，得到冷却电磁阀的电流。它简单便捷，实现了对离合器温度快速、准确的控制。

Description

基于模糊控制的湿式DCT离合器温度控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种湿式DCT离合器温度控制系统及控制方法，尤其是一种基于模糊控制的湿式DCT离合器温度控制系统及其控制方法。

背景技术

目前，有两种类型的变速装置被广泛地应用于传统的机动车辆中。一种是手动变速器，通过拨动变速杆切换变速器内的齿轮啮合位置来改变传动比，从而达到变速的目的；对于这种手动变速器，在驾驶过程中，驾驶员需要频繁的操纵离合器踏板和变速杆，易使驾驶员产生疲劳感，从而影响行车的安全性。另一种是自动变速器，可以根据车辆状态自动地改变齿轮传动比，减轻了驾驶员的负担，提高了行车的安全性，同时自动变速器可以适应各种行驶路况和驾驶风格。因此，装备自动变速器的车辆逐渐成为汽车行业发展的趋势之一。

常见的汽车自动变速器可分为四种：液力自动变速器(AT)、电控机械式自动变速器(AMT)、无级变速器(CVT)和双离合器自动变速器(DCT)。其中，DCT是近年来国内外汽车企业和研究学者关注的一种新型自动变速器，其通过双离合器分别控制奇数档和偶数档的结构实现了动力换档。与其他几种自动变速器相比，DCT既继承了AMT燃油效率高的优点，又保留了AT、CVT换档平顺的优点，同时由于非常短的换挡时间，使其具有较好的动力性，因此具有广泛的应用范围和较好的市场前景。

根据DCT中双离合器部分所采用的离合器的类型不同，可分为干式DCT与湿式DCT两大类。干式DCT虽具有结构紧凑、传动效率高等特点，但由于本身热容量小、没有强制冷却装置、散热性能差，容易产生局部高温，导致使用寿命缩短。相比较而言，湿式DCT离合器虽压力分布均匀、能够精确地控制离合器的传递扭矩，允许较长时间的起步滑摩和高档位起步，技术比较成熟、应用广泛，却需配备冷却油强制散热系统，且本身热容量较大。

由于湿式DCT的摩擦副数目较多，在频繁的结合分离过程中会产生大量的热能。另外由于本身热容量大，热量变化的速度缓慢，在结合分离时间较短的情况下，因离合器摩擦副得不到充分的冷却而会造成热量累积。过高的温度会影响离合器的控制精度，加速离合器的磨损和热失效，影响离合器的寿命。同时，离合器温度过高还会使冷却油超出温度范围而变质。因此，能否对湿式DCT离合器温度进行有效地控制至关重要。

目前，装备湿式DCT的车辆实际是根据查表法控制离合器温度的，即根据离合器温度传感器测得的离合器出油口甩出油温度，通过查询人工设定的温度-冷却流量表获得所需的冷却电磁阀的流量大小，再根据冷却电磁阀本身的电流-流量特性曲线，获得相应的冷却电磁阀电流值，从而控制离合器温度。冷却电磁阀为电液比例阀，电磁阀电流大小与冷却流量大小成反比关系。然而，由于采用的离合器温度传感器为热敏电阻传感器，其近似传递函数为一阶惯性环节，具有较大滞后性，即当前温度需经一段时间后才能由传感器准确反映，通常的滞后时间大于0.5s，易造成离合器冷却不及时、不充分，损坏摩擦片。另外由于离合器温度控制系统具有非线性、复杂性、动态性等特点，上述查表法的控制方式致使控制精度低，对离合器温度变化率没有抑制作用，会导致温度波动较大，影响离合器的正常工作。

因此，本领域需要一种能够实现离合器温度快速、准确控制的湿式DCT离合器温度控制方法，以控制离合器温升，延长其寿命并提升DCT车辆的工作性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中离合器油温传感器存在着的反应延迟及离合器温度控制精度低的不足，提供一种基于模糊控制的湿式DCT离合器温度控制系统。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述基于模糊控制的湿式DCT离合器温度控制系统的控制方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：基于模糊控制的湿式DCT离合器温度控制系统包括离合器出油口甩出油温度的采集和冷却电磁阀电流的输出控制，特别是，

所述控制系统的组成为，

传感器检测模块，用于获取湿式DCT的离合器出油口甩出油温度、变速器输入轴转速、离合器1从动盘转速、离合器2从动盘转速、离合器1压力和离合器2压力；

信号处理模块，用于对传感器检测模块采集到的信号进行滤波整形处理以抑制噪声干扰、提高信号质量,并输出至主控模块；

主控模块，其由计算模块和控制模块构成，其中，

计算模块，用于根据所述信号处理模块处理后的离合器出油口甩出油温度、变速器输入轴转速、离合器1从动盘转速、离合器2从动盘转速、离合器1压力和离合器2压力计算离合器温度偏差、离合器温度偏差变化率和滑摩功率，

控制模块，用于根据所述信号处理模块处理后的信号和所述计算模块的计算结果，判断适用的控制方式，并计算和发出相应的电流信号给冷却电磁阀。

作为基于模糊控制的湿式DCT离合器温度控制系统的进一步改进：

所述的传感器检测模块优选由离合器油温传感器、变速器输入轴转速传感器、离合器1从动盘转速传感器、离合器2从动盘转速传感器、离合器1压力传感器和离合器2压力传感器组成。

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：上述基于模糊控制的湿式DCT离合器温度控制系统的控制方法包括离合器出油口甩出油温度的实时采集和冷却电磁阀电流的输出控制，特别是主要步骤如下：

步骤1，设定离合器温度的阈值为≥70℃；

步骤2，实时采集湿式DCT的离合器出油口甩出油温度、变速器输入轴转速、离合器1从动盘转速、离合器2从动盘转速、离合器1压力和离合器2压力，并判断离合器出油口甩出油温度是否≥阈值？若离合器出油口甩出油温度<阈值，则转冷却电磁阀电流恒定控制方式，若离合器出油口甩出油温度≥阈值，则转三输入单输出模糊控制方式；

步骤3，三输入单输出模糊控制方式的过程为，

步骤3.1，由步骤2中实时采集的离合器出油口甩出油温度、变速器输入轴转速、离合器1从动盘转速、离合器2从动盘转速、离合器1压力和离合器2压力经计算得出离合器温度偏差ΔT_c、离合器温度偏差变化率dΔT_c/dt和滑摩功率P，并将离合器温度偏差ΔT_c、离合器温度偏差变化率dΔT_c/dt和滑摩功率P作为输入变量，冷却电磁阀电流I作为输出变量，同时设定各输入输出变量的模糊集合及其论域范围，

步骤3.2，先将离合器温度偏差ΔT_c、离合器温度偏差变化率dΔT_c/dt和滑摩功率P作为模糊控制的输入变量，经尺度变换到各自的论域范围，再通过正态分布的隶属度函数得到各自的模糊值，

步骤3.3，先由输入变量的模糊值和设定的模糊控制规则，按Mamdani推理法进行模糊推理，并按MIN-MAX法进行模糊合成运算得出输出变量，再将输出变量通过重心法转换成精确量后，经尺度变换将其变换到实际输出范围，得到冷却电磁阀电流。

作为基于模糊控制的湿式DCT离合器温度控制系统的控制方法的进一步改进：

优选地，冷却电磁阀电流恒定控制方式的冷却电磁阀的电流为1100mA。

优选地，计算离合器温度偏差ΔT_c的公式为ΔT_c＝T_c-T_o，式中的T_c为离合器出油口甩出油温度、T_o为温度阈值。

优选地，计算离合器温度偏差变化率dΔT_c/dt的公式为

式中的ΔT_c(k-1)为第k-1次采集的离合器温度偏差、ΔT_c(k)为第k次采集的离合器温度偏差、Δt为离合器温度偏差的采样周期。

优选地，计算滑摩功率P的公式为

$P=|T_{q1}\&CenterDot;\frac{2\mathrm{\&pi;}}{60}(n_i-n_{c1})|+|T_{q2}\&CenterDot;\frac{2\mathrm{\&pi;}}{60}(n_i-n_{c2})|,$ 式中的T_q1、T_q2为滑摩状态下离合器1、2传递的扭矩、n_i为变速器输入轴转速、n_c1、n_c2为离合器1、2从动盘转速；其中，计算滑摩状态下离合器传递扭矩的公式为

式中的Δω_cr为变速器输入轴与离合器从动盘的转速差、sign(Δω_cr)为符号函数， $\mathrm{sign}\left({\mathrm{\&Delta;\&omega;}}_{\mathrm{cr}}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& {\mathrm{\&Delta;\&omega;}}_{\mathrm{cr}}>0\\ -1,& {\mathrm{\&Delta;\&omega;}}_{\mathrm{cr}}\&le;0\end{array}\right.,$ μ_d为湿式离合器摩擦片的动摩擦系数、S为离合器活塞作用面积、P_n为离合器的活塞单位面积上的作用压力、Z为离合器摩擦副数、R₀、R₁分别为离合器的摩擦片外径、内径。

优选地，离合器温度偏差ΔT_c的模糊集合为{VST，ST，RST，MT，RBT，BT，VBT}，离合器温度偏差变化率dΔT_c/dt的模糊集合为{NB，NM，NS，O，PS，PM，PB}，滑摩功率P的模糊集合为{VSP，SP，MP，RBP，BP，VBP}，冷却电磁阀电流I的模糊集合为{VSI，SI，MI，RBI，BI，VBI}，

离合器温度偏差ΔT_c的基本论域为[0,70]，论域为[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]，则量化因子k₁＝14/70＝0.2，离合器温度偏差变化率dΔT_c/dt的基本论域为[-20,20]，论域为[-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6]，则量化因子k₂＝6/20＝0.3，滑摩功率P的基本论域为[0,20]，论域为[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]，则量化因子k₃＝10/20＝0.5，冷却电磁阀电流I的基本论域为[0，1200]，论域为[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12]，则比例因子k₄＝1200/12＝100。

优选地，正态分布的隶属度函数为

优选地，模糊控制规则如下表所示，

，其中的规则的句子连接词and采用求交运算、句子连接词also采用求并运算。

相对于现有技术的有益效果是：

经在台架环境下使用本发明对湿式DCT离合器的温度进行的控制，证实了本发明克服了现有技术中离合器油温传感器存在着的反应延迟及离合器温度控制精度低的不足，实现了对湿式DCT离合器温度的快速、准确的控制。

附图说明

图1是本发明中控制系统的一种基本结构原理图。

图2是本发明中控制方法的一种基本步骤过程图。

图3是本发明中控制方法里模糊控制的过程图。

图4是对湿式DCT的离合器使用本发明进行管控后的效果图之一。其中，图4a为离合器温度偏差曲线；图4b为离合器滑摩功率曲线；图4c为离合器温度偏差变化率曲线；图4d为冷却电磁阀电流曲线。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

参见图1，基于模糊控制的湿式DCT离合器温度控制系统置于自动变速器电子控制单元(TCU)的外部，它包括传感器检测模块、信号处理模块、主控模块，其中的主控模块含有计算模块和控制模块。其中，

传感器检测模块，用于获取湿式DCT的离合器出油口甩出油温度、变速器输入轴转速、离合器1从动盘转速、离合器2从动盘转速、离合器1压力和离合器2压力；通常情况下，该传感器检测模块使用离合器油温传感器、变速器输入轴转速传感器、离合器1从动盘转速传感器、离合器2从动盘转速传感器、离合器1压力传感器和离合器2压力传感器获取信息。或者，离合器出油口甩出油温度、变速器输入轴转速、离合器1从动盘转速、离合器2从动盘转速、离合器1压力和离合器2压力也可通过通讯总线(例如CAN总线)由车辆的其它模块处获取，在此种情况下，适用于该总线的通讯模块可嵌入至TCU内部。

信号处理模块，用于对传感器检测模块采集到的信号进行滤波整形处理以抑制噪声干扰、提高信号质量，并输出至主控模块。

主控模块中的计算模块，用于根据信号处理模块处理后的离合器出油口甩出油温度、变速器输入轴转速、离合器1从动盘转速、离合器2从动盘转速、离合器1压力和离合器2压力计算离合器温度偏差、离合器温度偏差变化率和滑摩功率。本实施例中离合器温度偏差的采样周期为10ms。

主控模块中的控制模块，主要涉及两种控制方式，分别为冷却电磁阀电流恒定控制方式和三输入单输出模糊控制方式。三输入是指离合器温度偏差、离合器温度偏差变化率和滑摩功率，单输出是指冷却电磁阀电流。上述两种控制方式在满足一定条件下可以相互转换。

参见图2和图3，本发明的控制方法包括离合器出油口甩出油温度的实时采集和冷却电磁阀电流的输出控制，其主要步骤如下：

步骤1，设定离合器温度的阈值为≥70℃。

步骤2，实时采集湿式DCT的离合器出油口甩出油温度、变速器输入轴转速、离合器1从动盘转速、离合器2从动盘转速、离合器1压力和离合器2压力，并判断离合器出油口甩出油温度是否≥阈值？若离合器出油口甩出油温度<阈值，则转冷却电磁阀电流恒定控制方式，即设定冷却电磁阀的电流为1100mA。若离合器出油口甩出油温度≥阈值，则转三输入单输出模糊控制方式。

步骤3，三输入单输出模糊控制方式的过程为，

步骤3.1，由步骤2实时采集的离合器出油口甩出油温度、变速器输入轴转速、离合器1从动盘转速、离合器2从动盘转速、离合器1压力和离合器2压力经计算得出离合器温度偏差ΔT_c、离合器温度偏差变化率dΔT_c/dt和滑摩功率P；其中，

计算离合器温度偏差ΔT_c的公式为ΔT_c＝T_c-T_o，式中的T_c为离合器出油口甩出油温度、T_o为温度阈值。

计算离合器温度偏差变化率dΔT_c/dt的公式为

式中的ΔT_c(k-1)为第k-1次采集的离合器温度偏差、ΔT_c(k)为第k次采集的离合器温度偏差、Δt为离合器温度偏差的采样周期。

计算滑摩功率P的公式为

$P=|T_{q1}\&CenterDot;\frac{2\mathrm{\&pi;}}{60}(n_i-n_{c1})|+|T_{q2}\&CenterDot;\frac{2\mathrm{\&pi;}}{60}(n_i-n_{c2})|,$ 式中的T_q1、T_q2为滑摩状态下离合器1、2传递的扭矩、n_i为变速器输入轴转速、n_c1、n_c2为离合器1、2从动盘转速；其中，计算滑摩状态下离合器传递扭矩的公式为

式中的Δω_cr为变速器输入轴与离合器从动盘的转速差、sign(Δω_cr)为符号函数， $\mathrm{sign}\left({\mathrm{\&Delta;\&omega;}}_{\mathrm{cr}}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& {\mathrm{\&Delta;\&omega;}}_{\mathrm{cr}}>0\\ -1,& {\mathrm{\&Delta;\&omega;}}_{\mathrm{cr}}\&le;0\end{array}\right.,$ μ_d为湿式离合器摩擦片的动摩擦系数、S为离合器活塞作用面积、P_n为离合器的活塞单位面积上的作用压力、Z为离合器摩擦副数、R₀、R₁分别为离合器的摩擦片外径、内径。

并将离合器温度偏差ΔT_c、离合器温度偏差变化率dΔT_c/dt和滑摩功率P作为输入变量，冷却电磁阀电流I作为输出变量，同时设定各输入输出变量的模糊集合及其论域范围。其中，

离合器温度偏差ΔT_c的模糊集合为{VST，ST，RST，MT，RBT，BT，VBT}，离合器温度偏差变化率dΔT_c/dt的模糊集合为{NB，NM，NS，O，PS，PM，PB}，滑摩功率P的模糊集合为{VSP，SP，MP，RBP，BP，VBP}，冷却电磁阀电流I的模糊集合为{VSI，SI，MI，RBI，BI，VBI}，

离合器温度偏差ΔT_c的基本论域为[0,70]，论域为[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]，则量化因子k₁＝14/70＝0.2，离合器温度偏差变化率dΔT_c/dt的基本论域为[-20,20]，论域为[-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6]，则量化因子k₂＝6/20＝0.3，滑摩功率P的基本论域为[0,20]，论域为[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]，则量化因子k₃＝10/20＝0.5，冷却电磁阀电流I的基本论域为[0，1200]，论域为[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12]，则比例因子k₄＝1200/12＝100。

步骤3.2，先将离合器温度偏差ΔT_c、离合器温度偏差变化率dΔT_c/dt和滑摩功率P作为模糊控制的输入变量，经尺度变换到各自的论域范围；再通过正态分布的隶属度函数得到各自的模糊值；其中，正态分布的隶属度函数为 $\mathrm{\&mu;}\left(x\right)=\exp [-\frac{{(x-a)}^2}{2{\mathrm{\&sigma;}}^2}].$

步骤3.3，先由输入变量的模糊值和设定的模糊控制规则，按Mamdani推理法进行模糊推理，并按MIN-MAX法进行模糊合成运算得出输出变量；其中，模糊控制规则如下表所示，

，其中的规则的句子连接词and采用求交运算、句子连接词also采用求并运算，Mamdani推理法的模糊蕴涵关系由笛卡尔积表示。

再将输出变量通过重心法转换成精确量后，经尺度变换到实际输出范围，得到冷却电磁阀电流，即非模糊化采用重心法，最终求得输出量的精确值，再乘以步骤3.1中所述比例因子k₄，得到冷却电磁阀的电流值。

为验证本发明的实施效果，在台架环境下通过嵌入到TCU中的控制系统进行了湿式DCT离合器温度控制的验证。得到了如图4所示的控制效果图，从该图中可看出本发明的控制方法对离合器温度变化率和滑摩功率的变化既具有较好的抑制作用，鲁棒性较强，同时又能实现离合器温度快速、准确的控制。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，其所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于模糊控制的湿式DCT离合器温度控制系统，包括离合器出油口甩出油温度的采集和冷却电磁阀电流的输出控制，其特征在于：

所述控制系统的组成为，

传感器检测模块，用于获取湿式DCT的离合器出油口甩出油温度、变速器输入轴转速、离合器1从动盘转速、离合器2从动盘转速、离合器1压力和离合器2压力；

信号处理模块，用于对传感器检测模块采集到的信号进行滤波整形处理以抑制噪声干扰、提高信号质量，并输出至主控模块；

主控模块，其由计算模块和控制模块构成，其中，

计算模块，用于根据所述信号处理模块处理后的离合器出油口甩出油温度、变速器输入轴转速、离合器1从动盘转速、离合器2从动盘转速、离合器1压力和离合器2压力计算离合器温度偏差、离合器温度偏差变化率和滑摩功率，

控制模块，根据离合器出油口甩出油温度与设定的设定离合器温度阈值的比较结果，判断适用的控制方式，并计算和发出相应的电流信号给冷却电磁阀。

2.根据权利要求1所述的基于模糊控制的湿式DCT离合器温度控制系统，其特征是传感器检测模块由离合器油温传感器、变速器输入轴转速传感器、离合器1从动盘转速传感器、离合器2从动盘转速传感器、离合器1压力传感器和离合器2压力传感器组成。

3.一种权利要求1所述基于模糊控制的湿式DCT离合器温度控制系统的控制方法，包括离合器出油口甩出油温度的实时采集和冷却电磁阀电流的控制，其特征在于主要步骤如下：

步骤1，设定离合器温度的阈值为≥70℃；

步骤2，实时采集湿式DCT的离合器出油口甩出油温度、变速器输入轴转速、离合器1从动盘转速、离合器2从动盘转速、离合器1压力和离合器2压力，并判断离合器出油口甩出油温度是否≥阈值；若离合器出油口甩出油温度<阈值，则转换为冷却电磁阀电流恒定控制方式，若离合器出油口甩出油温度≥阈值，则转换为三输入单输出模糊控制方式；

步骤3，三输入单输出模糊控制方式的过程为，

步骤3.1，由步骤2中实时采集的离合器出油口甩出油温度、变速器输入轴转速、离合器1从动盘转速、离合器2从动盘转速、离合器1压力和离合器2压力经计算得出离合器温度偏差ΔT_c、离合器温度偏差变化率dΔT_c/dt和滑摩功率P，并将离合器温度偏差ΔT_c、离合器温度偏差变化率dΔT_c/dt和滑摩功率P作为输入变量，冷却电磁阀电流I作为输出变量，同时设定各输入输出变量的模糊集合及其论域范围，

步骤3.2，先将离合器温度偏差ΔT_c、离合器温度偏差变化率dΔT_c/dt和滑摩功率P作为模糊控制的输入变量，经尺度变换到各自的论域范围，再通过正态分布的隶属度函数得到各自的模糊值，

步骤3.3，先由输入变量的模糊值和设定的模糊控制规则，按Mamdani推理法进行模糊推理，并按MIN-MAX法进行模糊合成运算得出输出变量，再将输出变量通过重心法转换成精确量后，经尺度变换到实际输出范围，得到冷却电磁阀电流。

4.根据权利要求3所述的基于模糊控制的湿式DCT离合器温度控制系统的控制方法，其特征是冷却电磁阀电流恒定控制方式的冷却电磁阀的电流为1100mA。

5.根据权利要求3所述的基于模糊控制的湿式DCT离合器温度控制系统的控制方法，其特征是计算离合器温度偏差ΔT_c的公式为ΔT_c＝T_c-T_o，式中的T_c为离合器出油口甩出油温度、T_o为温度阈值。

6.根据权利要求3所述的基于模糊控制的湿式DCT离合器温度控制系统的控制方法，其特征是计算离合器温度偏差变化率dΔT_c/dt的公式为

式中的ΔT_c(k-1)为第k-1次采集的离合器温度偏差、ΔT_c(k)为第k次采集的离合器温度偏差、Δt为离合器温度偏差的采样周期。

7.根据权利要求3所述的基于模糊控制的湿式DCT离合器温度控制系统的控制方法，其特征是计算滑摩功率P的公式为

式中的T_q1、T_q2为滑摩状态下离合器1、2传递的扭矩、nⁱ为变速器输入轴转速、n_c1、n_c2为离合器1、2从动盘转速；其中，计算滑摩状态下离合器传递扭矩的公式为

式中的Δω_cr为变速器输入轴与离合器从动盘的转速差、sign(Δω_cr)为符号函数，μ_d为湿式离合器摩擦片的动摩擦系数、S为离合器活塞作用面积、P_n为离合器的活塞单位面积上的作用压力、Z为离合器摩擦副数、R₀、R₁分别为离合器的摩擦片外径、内径。