液壓操縱式離合器電子線控系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著汽車電子技術(shù)、自動控制技術(shù)的逐步成熟和汽車網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，汽車線控技術(shù)也逐步得到青睞和深入研究是汽車未來的發(fā)展趨勢。汽車線控技術(shù)就是將駕駛員的操縱動作經(jīng)過傳感器變成電信號，通過電纜直接傳輸?shù)綀?zhí)行機構(gòu)的一種系統(tǒng)。</p><p>　　汽車離合器操縱形式有液壓和拉線式兩種，轎車多用液壓操縱式，

2、由總泵、分泵、軟管、踏板等組成。本設(shè)計通過研究汽車液壓操縱式離合器的組成、結(jié)構(gòu)與設(shè)計；分析離合器接合過程和計算離合器的操縱力變化規(guī)律建立離合器的力學(xué)模型，選擇驅(qū)動裝置，設(shè)計傳動機構(gòu)，布置形式和控制系統(tǒng)。</p><p>　　本文研究了以單片機為核心的液壓操縱式離合器線控系統(tǒng)的開發(fā)思路和設(shè)計方法。其中選擇了線控系統(tǒng)的硬件并設(shè)計了線控部分壓力控制單元的軟件系統(tǒng)。軟件核心是單片機，用脈寬調(diào)制（PWM）方法控制占空比對高

3、速開關(guān)閥進行控制，實現(xiàn)離合器工作缸位置精確控制，軟件采用PID控制算法。所設(shè)計的液壓操縱式離合器線控操縱系統(tǒng)可與原系統(tǒng)的功能進行切換工作。</p><p>　　關(guān)鍵詞：液壓操縱式離合器；線控技術(shù)；脈寬調(diào)制；高速開關(guān)閥；PID算法</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Along with the gradua

4、l maturity of automobile electronics and automatic control technicals and the automobile network correspondence technicals extensively applied, automobile control by-wire has also gradually received favor and it will set

5、 a trend in research of the automobile in the future.The automobile control by-wire technique is the system that the driver's operate working converted electrical signals by sensors and then directly transmitting the

6、 executing mrvhsnidm.</p><p>　　The operate form of the automobile cluth contains hydraulic type and mechanicaltype and the passenger cars mostly use the hydraulic operate type .It includes master cylinder,s

7、lave cylinder, hose, footpedal etc. This design selects the drive device and designs gear, arrangement and control system through studying the composition of the automobile hydraulic cluth, structure and design; building

8、 the model of the cluth by analysing the starting process and calculating variation law of the operate f</p><p>　　This is the core of Microcontrollers hydraulic cluth development train of thought and design

9、method,and the choice of hardware and the design of control by-wire was controller software.The core of the software is Microcontroller which high-speed on-off valves are used and controlled with pulse width modulation (

10、PWM) in this system to control the position of the slave cylinder accurately, and the PID control algorithm designs the control program.It can be switched between the hydraulic cluth cont</p><p>　　Key words：

11、Hydraulic Cluth;Control By-wire;PWM; High-speed On-off Valves;PID Control Algorithm</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1．1 選題的目的、意義</p><p>　　隨著汽車電子技術(shù)、自動控制技術(shù)的逐步成熟和汽車網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

12、的廣泛應(yīng)用，汽車線控技術(shù)也逐步得到青睞和深入研究是汽車未來的發(fā)展趨勢。</p><p>　　汽車線控技術(shù)就是將駕駛員的操縱動作經(jīng)過傳感器變成電信號，通過電纜直接傳輸?shù)綀?zhí)行機構(gòu)的一種系統(tǒng)。目前包括線控換檔系統(tǒng)、線控制動系統(tǒng)、線控懸架系統(tǒng)、線控增壓系統(tǒng)、線控油門系統(tǒng)及線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其中線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在高級轎車、跑車及概念車上有廣泛的應(yīng)用，它為自動駕駛提供了良好的平臺。</p><p>　　汽車離

13、合器操縱形式有液壓和拉線式兩種，轎車多用液壓操縱式，由總泵、分泵、軟管、踏板等組成。它具有噪聲小、省力、平穩(wěn)、布置方便的優(yōu)點，缺點：漏油；需要維護。特點：摩擦阻力小、重量輕、布置方便、不受車身變形影響。當(dāng)駕車者踩下離合器踏板時，推桿推動總泵活塞使油壓增高，通過軟管進入分泵，迫使分泵拉桿推動分離叉，將分離軸承推向前；當(dāng)駕車者松開離合器踏板時，液壓解除，分離叉在回位彈簧作用下逐漸退回原位，離合器又處在接合狀態(tài)。</p><

14、;p>　　本設(shè)計針對液壓操縱式離合器設(shè)計線控操縱系統(tǒng)，可與原系統(tǒng)的功能進行切換工作。</p><p>　　1．2 線控技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 </p><p>　　線控技術(shù)（X-by-Wire）源于飛機控制系統(tǒng)，飛機的新型飛行控制系統(tǒng)是一種線控系統(tǒng)（Fly-by-Wire），它將飛機駕駛員的操縱命令轉(zhuǎn)換成電信號，利用計算機控制飛機飛行。隨著汽車電子技術(shù)、自動控制技術(shù)的逐步成熟和汽車網(wǎng)

15、絡(luò)通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，汽車線控技術(shù)也逐步得到青睞和深入研究是汽車未來的發(fā)展趨勢。</p><p>　　汽車線控技術(shù)就是將駕駛員的操縱動作經(jīng)過傳感器變成電信號，通過電纜直接傳輸?shù)綀?zhí)行機構(gòu)的一種系統(tǒng)。如圖1.1所示。</p><p><b>　　圖1.1 線控過程</b></p><p>　　目前包括線控換檔系統(tǒng)、線控制動系統(tǒng)、線控懸架系統(tǒng)、線控增

16、壓系統(tǒng)、線控油門系統(tǒng)及線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其中線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在高級轎車、跑車及概念車上有廣泛的應(yīng)用，它為自動駕駛提供了良好的平臺。</p><p>　?。?）線控技術(shù)的優(yōu)點</p><p>　　a.省力，人們可以不用直接操作機械力。</p><p>　　b.由于操縱控制通過駕駛員的手完成，不需要轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱和腳踏板，這樣就減少了正面碰撞時的潛在危險性，改善了汽車的安全性和

17、舒適性，并為汽車設(shè)計提供了更大的設(shè)計空間。</p><p>　　c.便于實現(xiàn)個性化設(shè)計，由于駕駛特性如制動、轉(zhuǎn)向、加速等過程都是程序設(shè)定的，設(shè)計師可設(shè)計不同的程序供用戶選擇。</p><p>　　d.質(zhì)量輕，性能高（響應(yīng)快）。線控系統(tǒng)取消了許多機械連接裝置、液壓裝置和氣壓裝置，簡化了結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝，便于實現(xiàn)汽車輕量化。</p><p>　　e.維護用品可大大減小，減

18、少維護費用。取消機械和液壓連接可減少車身質(zhì)量并簡化維護工作，可能磨損的部件更少了，如使用線控制動無需制動液，使汽車更為環(huán)保，減少維護。</p><p>　　f.可以將汽車的車內(nèi)娛樂裝置也集成到網(wǎng)絡(luò)之中，使得汽車導(dǎo)航和自動駕駛成為可能，整個汽車就是一個完整的電路整體。</p><p>　　g.安裝測試簡單快捷，更穩(wěn)固的電子接口（模塊結(jié)構(gòu)），隔板間無機械連接，簡單布置就能增加電子控制功能。&l

19、t;/p><p>　?。?）線控技術(shù)的缺點</p><p>　　電子設(shè)備還相當(dāng)?shù)牟豢煽俊姶鸥蓴_、器件失效、軟件程序的設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)攻擊等等。一旦電路失效而沒有機械冗余就會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果——轉(zhuǎn)向失靈、油門難以控制和不能制動。所以線控技術(shù)研究的重點應(yīng)該是系統(tǒng)的可靠性和安全性。</p><p>　　目前所有大型汽車制造商都在開發(fā)線控系統(tǒng)雛形及其產(chǎn)品。美國TRW公司開發(fā)的線控

20、駕駛系統(tǒng)使得燃油經(jīng)濟性上升5％；DELPHI汽車在電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中也作了類似改進；BOSCH、VALEO公司和其他一些設(shè)備制造商已開發(fā)或正在開發(fā)線控技術(shù)和產(chǎn)品；HONDA在新一代雅閣V6轎車上采用線控油門技術(shù)。德國大眾也有線控的概念車。美國通用公司在2003年研制的HY-WIRE概念車和2005年研制的Sequel概念車上都采用了線控轉(zhuǎn)向和線控制動技術(shù)。</p><p>　　線控技術(shù)得以逐漸在汽車上普遍應(yīng)用的技術(shù)背

21、景是：微電子器件的成本降低、可靠性提高，如單片機，DSP等；電力電子裝置的功能增強、成本降低，可靠性提高，如執(zhí)行步進電機，伺服電機，傳感器等等。</p><p>　　隨著汽車電子化的不斷深入，線控技術(shù)將在汽車上得到普遍應(yīng)用，笨重、精確度低的機械系統(tǒng)將被精確、敏感的電子傳感器和執(zhí)行元件所代替，汽車傳統(tǒng)的操縱機構(gòu)、操縱方式、執(zhí)行機構(gòu)也將會發(fā)生根本性的變革。當(dāng)線控這一目標(biāo)實現(xiàn)時，汽車將是一種完全的高新技術(shù)產(chǎn)品，發(fā)動機、

22、變速器、傳動軸、驅(qū)動橋、轉(zhuǎn)向機全都不見了，汽車可以說是一臺裝在輪子上的計算機。</p><p>　　1．3離合器線控技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　在采用離合器的傳動系統(tǒng)中，早期離合器的結(jié)果形式是錐形摩擦離合器。錐形摩擦離合器傳遞扭矩的能力，比相同直徑的其他結(jié)構(gòu)形式的摩擦離合器要大。但是，其最大的缺點是從動部分的轉(zhuǎn)動慣量太大，引起變速器換擋困難。而且這種離合器在接合時也不夠柔和，容易卡住。

23、</p><p>　　此后，在油中工作的所謂濕式的多片離合器逐漸取代了錐形摩擦離合器。但是多片濕式摩擦離合器的片與片之間容易被油粘?。ㄓ绕涫窃诶涮煊鸵鹤儩鈺r更容易發(fā)生），導(dǎo)致分離不徹底，造成換擋困難。所以它又被干式所取代。多片干式摩擦離合器的主要優(yōu)點是由于接觸面數(shù)多，故接合平順柔和，保證了汽車的平穩(wěn)起步。但因片數(shù)較多，從動部分的轉(zhuǎn)動慣量較大，還是感到換擋不夠容易。另外，中間壓盤的通風(fēng)散熱不良，易引起過熱，加快了摩

24、擦片的磨損甚至燒傷和破裂。如果調(diào)整不當(dāng)還可能引起離合器分離不徹底。</p><p>　　多年的實踐經(jīng)驗使人們逐漸趨向于采用單片干式摩擦離合器。它具有從動部分轉(zhuǎn)動慣量小，散熱性好，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，尺寸緊湊，分離徹底等優(yōu)點。而且只要在結(jié)構(gòu)上采取一定措施，也能使其接合平順。因此，它得到了極為廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　如今，單片干式摩擦離合器在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面也相當(dāng)完善：采用具有軸向彈性的

25、從動盤，提高了離合器的接合平順性；離合器中裝有扭轉(zhuǎn)減振器，防止了傳動系統(tǒng)的共振，減少了噪音；以及采用了摩擦較小的分離桿機構(gòu)等。另外，采用了膜片彈簧作為壓簧，可同時兼起到分離杠桿的作用，使離合器結(jié)構(gòu)大為簡化，并顯著地縮短了離合器的軸向尺寸。膜片彈簧和壓盤的環(huán)行接觸，可保證壓盤上的壓力均勻。由于膜片彈簧本身的特性，當(dāng)摩擦片磨損時，彈簧的壓力幾乎沒有改變，且可減輕分離離合器時所需要的踏板力。為了提高離合器的傳扭能力，在重型汽車上多采用多片干式

26、離合器。次外，近年來由于多片濕式離合器在技術(shù)上的不段改善，在國外的某些重型牽引汽車和自卸車上又開始采用多片濕式離合器，并有不斷增加的傾向。與干式離合器相比，由于用油泵進行強制制冷的結(jié)果，摩擦表面的溫度較低（不超過 93℃）。因此，允許起步時長時間地打滑或用高檔起步而不致燒損摩擦片，具有良好的起步能力。據(jù)說這種離合器的使用壽命可達干式離合器的五、六倍。</p><p>　　為了實現(xiàn)離合器的自動操縱，有自動離合器。采

27、用自動離合器時可以省去離合器踏板，實現(xiàn)汽車的“雙踏板”操縱。與其他自動傳動系統(tǒng)（如液力傳動）相比，它具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉及傳動效率高的優(yōu)點。因此，在歐洲小排量汽車上曾得到廣泛的應(yīng)用。但是在現(xiàn)有自動離合器的各種結(jié)構(gòu)中，離合器的摩擦力矩的力矩調(diào)節(jié)特性還不夠理想，使用性能不盡完善。例如，汽車以高檔低速上坡時，離合器往往容易打滑。因此必須提前換如低檔以防止摩擦片的早期磨損以至燒壞。這些都需要進一步改善。隨著汽車運輸?shù)陌l(fā)展，離合器還要在原有的

28、基礎(chǔ)上不斷改進和提高，以適應(yīng)新的使用條件。從國外的發(fā)展動向來看，近年來汽車的性能在向高速發(fā)展，發(fā)動機的功率和轉(zhuǎn)速不斷提高，載重汽車趨向大型化，國內(nèi)也有類似的情況。此外，對離合器的使用要求也越來越高。所以，增加離合器的傳扭能力，提高其使用壽命，簡化操作，已經(jīng)成為目前離合器的發(fā)展趨勢。</p><p>　　第2章 液壓操縱式離合器線控系統(tǒng)總體設(shè)計</p><p>　　2．1 離合器特性分析&l

29、t;/p><p>　　2．1．1 膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)與工作原理</p><p>　　離合器是汽車傳動系中的一個重要組成部件。它是一種既能傳遞動力，又能切斷動力的傳動機構(gòu)，其基本功用有三：動力傳遞、動力切斷以及過載保護。</p><p>　　目前中小型車輛上應(yīng)用的離合器均為單片干式膜片離合器，它具有從動部分轉(zhuǎn)動慣量小，散熱性好，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，尺寸緊湊，分離徹底等優(yōu)點

30、。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.1所示，其中膜片彈簧是一個用薄彈簧鋼板制成的帶有錐度的彈簧，由碟簧部分和分離指部分組成，其工作情況分為三種狀態(tài)：自由狀態(tài)、接合狀態(tài)和分離狀態(tài)，分別如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.1 膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　1)自由狀態(tài)：當(dāng)離合器蓋總成尚未與發(fā)動機飛輪裝合以前，膜片彈簧近似處于自由狀態(tài)，不承載，無變形。</p><p

31、>　　2)接合狀態(tài)：當(dāng)離合器蓋總成與飛輪裝合時，離合器蓋通過后支承環(huán)對膜片彈簧中部施加壓緊力F，則膜片彈簧大端與壓盤接觸處作用著支承反力F，此時膜片彈簧被壓緊到趨近于壓平狀態(tài)的預(yù)加壓縮狀態(tài)，從而將從動盤摩擦片壓緊在飛輪與壓盤之間，離合器處于接合位置。此時只有碟簧部分受載，分離指部分不受載。</p><p>　　3)分離狀態(tài)：作用于膜片彈簧小端加載半徑r處的分離力F使膜片彈簧以中部支承環(huán)為支點，繼續(xù)受到壓縮。

32、此時大端壓緊力F逐漸減少直到消失，膜片彈簧呈反錐形的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。此時只有分離指部分受載，碟簧部分不受載。</p><p>　　圖2.2 離合器工作狀態(tài)</p><p>　　離合器接合過程中通過摩擦力矩實現(xiàn)動力傳遞，裝有多級減振的離合器傳動系統(tǒng)模型如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 多級減震離合器簡化模型</p><p><b&

33、gt;　　其動力學(xué)方程為：</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　T：離合器傳遞的摩擦扭矩(N·m)</p><p>　　T：離合器減振器傳遞扭矩(N·m)</p><

34、;p>　　T：作用在離合器上的阻力矩(N·m)</p><p>　　T：發(fā)動機輸出扭矩(N·m)</p><p>　?。喊l(fā)動機轉(zhuǎn)速(rad/s)</p><p>　?。弘x合器從動片角速度(rad/s)</p><p>　?。鹤兯傧漭斎胼S角速度(rad/s)</p><p>　　J： 發(fā)動機曲軸

35、飛輪及離合器主動片的等效轉(zhuǎn)動慣量(kg/m)</p><p>　　J： 離合器從動片等效轉(zhuǎn)動慣量(kg/m)</p><p>　　J： 減振器、變速箱、差動器、輪胎、整車在變速箱輸入軸軸的等效轉(zhuǎn)動慣量(kg/m)</p><p>　　發(fā)動機扭矩是周期變化的，這就使得傳動系產(chǎn)生扭矩振動。為了改善膜片彈簧離合器的扭矩減振特性，在離合器從動片與其輸出軸之間有一組彈簧，構(gòu)

36、成了扭轉(zhuǎn)減振器，該減振器在結(jié)構(gòu)上保證離合器具有一定的減振性能。減振器扭矩傳遞公式為</p><p>　　=C+Kdt (2-2)</p><p>　　其中：K為減振器剛度，C為減振器阻尼，為離合器從動片與輸出軸轉(zhuǎn)速差。</p><p>　　離合器實際傳遞扭矩T由以下的公式計算</p><p><

37、b>　　(2-3)</b></p><p>　　式中Z為摩擦副數(shù)，一般干式摩擦離合器為Z=2，為接觸系數(shù)，取為0．6；q為</p><p>　　摩擦副單位面積壓力，R、r為摩擦片內(nèi)外半徑，u為摩擦系數(shù)，它隨離合器主從動部分的轉(zhuǎn)速差而變，其關(guān)系式為</p><p>　　u=E+E+E+E (2-4)</p>

38、<p>　　其中E，E，E，E為常系數(shù)。</p><p>　　膜片彈簧離合器的q值與膜片彈簧的特性有密切關(guān)系，下面討論膜片彈簧的特性。</p><p>　　2．1．2膜片彈簧非線性特性</p><p>　　1)負荷特性 圖2.4是膜片彈簧負荷特性，橫坐標(biāo)是彈簧大端變形X。，縱坐標(biāo)是負荷F，即。曲線上B點為摩擦片磨損前離合器處于完全接合狀態(tài)時的工作點，離

39、合器完全分離點為C點。在長時間使用后，摩擦片會發(fā)生磨損，離合器完全接合時膜片彈簧的工作點向左移到D點，離合器完全分離點左移缸到E點，整個膜片彈簧工作范圍將發(fā)生變化。當(dāng)磨損量增大時工作點移動到A點，膜片彈簧將失效。</p><p>　　圖2.4 膜片彈簧負荷特性</p><p>　　2)靜壓特性 是指離合器主從動片間的靜態(tài)壓力與分離叉行程之間的關(guān)系，它可用下式表示：</p>&

40、lt;p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　式中：為多項式函數(shù)，為膜片彈簧工作位置壓緊力。</p><p>　　3)扭矩傳遞特性 是指離合器傳遞的扭矩與分離叉行程之間的關(guān)系，有：</p><p>　　=2u (2-6)</p><p>　　式

41、中：u—摩擦面的摩擦系數(shù)，—摩擦片的平均作用半徑。</p><p>　　將的表達式代入中得到：</p><p><b>　　(2-7)</b></p><p>　　離合器扭矩傳遞特性如圖2.5所示。從圖中可以看出，離合器有效作用行程較短，且具有非線性特性。</p><p>　　4)離合器磨損后扭矩傳遞特性 離合器摩擦片磨

42、損后扭矩傳遞特性會發(fā)生改變，摩擦片磨損主要反映在彈簧壓縮量的改變，同時膜片彈簧工作位置壓緊力也隨之改變。離合器磨損后扭矩傳遞特性如圖2.6所示，從圖中可以看出：</p><p>　?、購膭悠诓煌哪p程度下離合器最大扭矩傳遞能力不同，離合器分離叉行程不同，離合器開始接合點位置不同。</p><p>　?、趶膭悠诓煌p程度下離合器扭矩傳遞對于開始接合點具有相同規(guī)律，這是離合器磨損自適應(yīng)

43、控制的基礎(chǔ)。</p><p>　　③在使用過程中離合器磨損到一定程度，必須調(diào)整離合器分離軸承與分離指間的間隙。圖中C-c曲線表示即使離合器踏板完全釋放，離合器也不能完全結(jié)合。</p><p>　　圖2.5 離合器扭矩傳遞特性 圖2.6 離合器磨損后扭矩傳遞特性</p><p>　　2．2 離合器液壓操縱機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析</p><p&g

44、t;　　液壓操縱機構(gòu)主要由踏板1、主缸2、工作缸7、管路系統(tǒng)和回位彈簧等組成，如圖2.7所示。液壓操縱機構(gòu)具有摩擦阻力小、傳動效率高、質(zhì)量小、布置方便、接合柔和、其工作不受車身或車架變形以及發(fā)動機振動的影響、便于遠距離操縱等優(yōu)點，因此在各種汽車上的應(yīng)用日益廣泛。</p><p>　　圖2.7離合器液壓式操縱機構(gòu)工作原理示意圖 </p><p>　　1—踏板 2—主缸 3—儲液室

45、 4—分離杠桿 </p><p>　　5—分離軸承 6—分離叉 7—工作缸 </p><p>　　2．2．1離合器主缸</p><p>　　表3.4 電磁閥各工作狀態(tài)對應(yīng)離合器工作缸狀態(tài)</p><p>　　本設(shè)計中電磁閥選用高速電磁閥。高速電磁閥的驅(qū)動模塊可分為如下三種：調(diào)壓式、增壓式和電容式驅(qū)動模塊。其中調(diào)壓式驅(qū)動模塊按工作方式

46、不同又可分為線性調(diào)壓驅(qū)動和PWM（脈寬調(diào)制）調(diào)壓式驅(qū)動兩種。線性調(diào)壓式驅(qū)動采用12V車用電瓶電壓，對其進行線性調(diào)節(jié)以得到合理的電磁線圈驅(qū)動電流。PWM調(diào)壓式驅(qū)動具有節(jié)約能耗、電路結(jié)構(gòu)簡單、體積小等優(yōu)點。在相同工作條件下，PWM驅(qū)動模塊消耗的能量比線性驅(qū)動模塊少近1/3，因為當(dāng)控制閥關(guān)閉后，PWM驅(qū)動模塊可以調(diào)節(jié)電磁線圈中的維持電流，而線性調(diào)壓驅(qū)動模塊卻只能提供定常的維持電流。</p><p>　　所選用的高速電磁

47、閥是由電磁鐵和兩位兩通開關(guān)閥組成，如圖3.6。該閥采用銜鐵下置的圓盤式電磁鐵，而閥本體結(jié)構(gòu)為兩位兩通式。當(dāng)電磁鐵線圈上電流為零（未激勵），電磁吸力為零，此時，由于作用在閥芯上的彈簧預(yù)壓縮力大于由進口油壓力形成的作用于閥芯上的油壓作用力，所以閥口關(guān)閉，進油口和出油口不通。當(dāng)電磁鐵線圈上電流加大（激勵）后，作用于銜鐵（閥芯）上的電磁鐵吸力亦增大，若此時電磁吸力與油壓作用力的合力大于彈簧預(yù)壓縮力，閥芯即迅速向上運動而閥口開啟，使得進油口和出油

48、口相通，控制腔油壓力亦由進油口壓力開始下降。當(dāng)保持電磁鐵線圈上電流為合適值時，電磁鐵吸力為最大值，銜鐵（閥芯）則處于最大的吸合位置，此時閥口為最大開度，而彈簧作用力也為最大。若這時迅速切斷電磁鐵線圈上電流，則電磁鐵吸力為零，在彈簧作用下，銜鐵（閥芯）即迅速向下運動而使閥口關(guān)閉，此時，進油口與出油口不通，控制腔油壓力又等于進油口壓力，閥又恢復(fù)到初始狀態(tài)，當(dāng)電磁鐵線圈上的電流按上述規(guī)律變化時，就實現(xiàn)了電磁閥的高速通斷功能。</p>

49、;<p>　　圖3.6 進油（回油）電磁閥</p><p><b>　　3．4 執(zhí)行器測試</b></p><p>　　離合器執(zhí)行器是能否實現(xiàn)離合器分離接合動作的關(guān)鍵，同時又是離合器控制的直接控制目標(biāo)，執(zhí)行器的好壞直接影響著離合器結(jié)合和分離的效果。離合器執(zhí)行機構(gòu)的測試目的就是驗證該機構(gòu)能否實現(xiàn)離合器的分離接合動作，并且了解該機構(gòu)的基本特性，為控制算法的編

50、寫和控制策略的制定提供依據(jù)和參考。</p><p><b>　　測試內(nèi)容包括：</b></p><p>　　離合器執(zhí)行器的功能測試，能否實現(xiàn)離合器簡單的分離和接合。</p><p>　　離合器執(zhí)行器的性能測試，包括液壓泵性能的測試，執(zhí)行器響應(yīng)特性，執(zhí)行器工作時的各部件運行參數(shù)的變化等。</p><p><b>

51、　　3．5 驅(qū)動電路</b></p><p>　　圖3.7 控制模式選擇信號電路圖</p><p>　　圖3.8 踏板位置傳感器電路圖 圖3.9 分離叉位置傳感器電路圖</p><p>　　圖3.10 輸出驅(qū)動電路圖</p><p><b>　　3．6本章小結(jié)</b><

52、;/p><p>　　本章根據(jù)要實現(xiàn)的功能進行了硬件系統(tǒng)的選擇，同時對選擇的硬件從經(jīng)濟、硬件來源等方面分析其結(jié)構(gòu)功能、選擇理由。首先對STC單片機功能進行研究，掌握了基本控制功能，為后續(xù)軟件程序的編制做好準(zhǔn)備；其次是對傳感器的選擇，考慮到踏板位移和分離叉位移數(shù)據(jù)采集的特殊性，選用了角位移形式的傳感器，便于控制算法的運用，從而有利于控制程序的編寫；還有就是對執(zhí)行器的選擇和設(shè)計，從空間尺寸、結(jié)構(gòu)功能等多方面進行考慮，最終完

53、成了控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，對軟件控制程序的編寫提供了方向。</p><p>　　第4章 液壓操縱式離合器線控系統(tǒng)軟件的設(shè)計</p><p>　　本章在液壓操縱式離合器線控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)研制基礎(chǔ)上，對線控系統(tǒng)軟件進行了合理的設(shè)計與開發(fā)。期間，本課題主要采用了Keil uVision3軟件，編制線控系統(tǒng)的控制程序。</p><p><b>　　4．1主程序流程&l

54、t;/b></p><p>　　主程序首先要通過上電初始化為單片機建立一個運行環(huán)境，這包括時鐘、內(nèi)存、輸入輸出端口、中斷向量、液壓執(zhí)行元件等方面的初始化。之后進行是否選擇線控模式控制的判斷，若進行線控模式控制，則啟動液壓泵，電磁開關(guān)閥通電。這時通過對踏板位移與分離叉位移大小的比較，采用PID控制算法，利用PWM對進油閥和回油閥占空比的控制，實現(xiàn)離合器工作缸活塞位置的精確控制。實現(xiàn)最后再次進行模式控制的選擇，

55、進入控制循環(huán)。主程序的流程圖如4.1所示。</p><p><b>　　否</b></p><p><b>　　是</b></p><p>　　小于0 等于0</p><p><b>　　是</b></p><p

56、><b>　　否</b></p><p>　　圖4.1主程序流程圖</p><p><b>　　4．2初始化流程</b></p><p>　　在上電后，系統(tǒng)為了保證正常運行，需要在離合器工作前進行初始化操作。該操作括兩部分：</p><p>　　(1) 系統(tǒng)初始化：包括時鐘初始化、內(nèi)存初始化、

57、中斷初始化、I/O口設(shè)置、全局變量初始化、通信波特率設(shè)置、信號采集設(shè)置等；</p><p>　　(2)液壓執(zhí)行元件初始化：接通回油閥和開關(guān)閥，切斷進油閥和液壓泵電源。兩部分之間依照以上次序依次進行，當(dāng)進入控制循環(huán)后，初始化程序即不再被執(zhí)行，除非關(guān)閉電源。</p><p><b>　　4．3控制算法</b></p><p>　　本設(shè)計采用模擬PI

58、D控制原理。</p><p>　　常規(guī)的模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖4.2所示，該系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對象組成。圖中，是給定值，是系統(tǒng)的實際輸出值，給定值與實際輸出值構(gòu)成的控制偏差</p><p>　　=－ （4—1）</p><p>　　作為PID控制器的輸入，作為PID控制器的輸出和被控對象的輸入。所以模擬PI

59、D控制器的控制規(guī)律為</p><p><b>　?。?—2）</b></p><p><b>　　式中—比例系數(shù)；</b></p><p><b>　　—積分常數(shù)；</b></p><p><b>　　—微分常數(shù)；</b></p><p

60、><b>　　—控制常量。</b></p><p>　　+ + + </p><p>　　- +</p><p>　　圖4.2 模擬PID控制系統(tǒng)原理圖</p><p>　　本設(shè)計中踏板位置信號相當(dāng)于，分離叉位置信號相當(dāng)于，則

61、-即為。由式（4—2）可見，只有當(dāng)偏差存在時，第一項才有控制量輸出。</p><p>　　1）在PID控制系統(tǒng)中，被控對象的狀態(tài)與設(shè)定值的誤差很小，甚至可以忽略不計。</p><p>　　2）在PID控制系統(tǒng)中，執(zhí)行機構(gòu)是一直工作的，且工作強度是可以調(diào)節(jié)的，即可以從停止工作狀態(tài)調(diào)整到滿負荷運行狀態(tài)，執(zhí)行機構(gòu)接收到的控制信號是一個準(zhǔn)模型信號。</p><p>　　3）

62、在PID控制系統(tǒng)中，執(zhí)行機構(gòu)的作用力總是極力平衡外界對被控對象的作用力，從而使得被控對象的狀態(tài)能夠穩(wěn)定在設(shè)定值上。</p><p>　　PID控制系統(tǒng)輸出的控制信號必須根據(jù)控制對象的狀態(tài)及時進行調(diào)整，以便維持控制對象狀態(tài)的穩(wěn)定，為此，必須及時掌握控制對象的狀態(tài)信息。</p><p>　　在PID控制系統(tǒng)的每個采樣周期中，通過傳感器采集到的當(dāng)前狀態(tài)信息組成了一個數(shù)據(jù)系列：</p>

63、<p>　　從這些采集數(shù)據(jù)系列中至少可以挖掘出3中信息：</p><p>　?。?）當(dāng)前的控制效果：當(dāng)前的采樣數(shù)據(jù)與設(shè)定值進行比較，比較的結(jié)果就是當(dāng)前的控制誤差，當(dāng)前的控制誤差的大小和極性反映了當(dāng)前的控制效果：</p><p>　　式中，Set是設(shè)定值；是第k次采樣得到的采樣值；是第k磁材央視的控制誤差。第k次采樣時的控制效果可以控制誤差來表示；當(dāng)小于Set時，控制誤差為正，

64、說明控制對象的狀態(tài)還沒有達到設(shè)定值。當(dāng)大于Set時，控制誤差為負，說明控制對象的狀態(tài)已經(jīng)超過了設(shè)定值。</p><p>　　（2）投入運行以來控制效果的總體評估：在每次采樣后，都進行誤差計算，就可以得到一個誤差數(shù)據(jù)系列：</p><p>　　誤差數(shù)據(jù)系列反應(yīng)了控制系統(tǒng)控制效果的歷史數(shù)據(jù)。系統(tǒng)投入運行以來控制效果的總體評估可以用個誤差數(shù)據(jù)系列的總和來表示，即：</p><

65、p>　　從累計誤差的計算方法可以看出，這里實際上采用了數(shù)值積分算法，故累計誤差也就是誤差的積分值。由于控制誤差有正有負，誤差積分的結(jié)果使用也可能為正，也可能為負。當(dāng)為正時，說明到目前為止控制對象的狀態(tài)總體上低于設(shè)定值，或者說大多數(shù)情況下低于設(shè)定值。當(dāng)為負時，說明到目前為止控制對象的狀態(tài)總體上超過設(shè)定值，或者說大多數(shù)情況下超過設(shè)定值。</p><p>　　下一時刻的變化趨勢，由于控制對象和外部作用均有一定的慣

66、性，狀態(tài)變化也有一定的慣性，即控制對象的狀態(tài)不能突變，某個時刻的變化趨勢將在很大程度上被延續(xù)到下一個時刻。故下一時刻的變化趨勢可以從誤差的變化趨勢中看出來：</p><p>　　從式中可以看出，變化趨勢就是誤差的數(shù)值微分。當(dāng)為正時，說明誤差有增加的趨勢。當(dāng)為負時，說明誤差有減小的趨勢。</p><p>　　PID控制算法正是利用上面這3種信息來計算輸出控制信號的大小。</p>

67、<p>　　（1）比例控制（P）：根據(jù)當(dāng)前的誤差信息來計算輸出控制信號的大小，誤差越大，輸出的控制信號也越大：</p><p>　　式中，KP稱為比例常數(shù)，KP的數(shù)值越大，控制系統(tǒng)的靈敏度越高，對誤差的反應(yīng)越強烈，是控制對象能夠較快達到設(shè)定值，但也容易使系統(tǒng)不穩(wěn)定，反應(yīng)過度。</p><p>　　當(dāng)控制對象的狀態(tài)達到設(shè)定值時，誤差消失，比例控制運算結(jié)果為零，失去控制能力。因此，

68、比例控制只有在誤差存在的情況下才有效，不能實現(xiàn)誤差為零的控制效果。</p><p>　　積分控制（I）：根據(jù)當(dāng)前的誤差積分信息來計算輸出控制信號的大小，誤差積分越大，輸出的控制信號也越大。</p><p>　　式中，KI稱為積分常數(shù)。在誤差不為零的控制調(diào)節(jié)階段，積分控制可以協(xié)調(diào)比例控制，加強控制效果。在控制對象的狀態(tài)被穩(wěn)定在設(shè)定值上之后，誤差為零，這是比例控制已經(jīng)失效，但誤差的積分值維持不

69、變，憑借這點“歷時本錢”，積分控制仍然可以產(chǎn)生一個穩(wěn)定的輸出控制信號，維持誤差為零的控制效果，這就是積分控制的最大優(yōu)勢。</p><p>　?。?）微分控制（D）：根據(jù)當(dāng)前的誤差微分信息來計算輸出控制信號的大小，誤差微分越大，輸出的控制信號也越大：</p><p>　　式中，KD稱為微分常數(shù)、誤差的微分值越大，預(yù)示著控制對象的狀態(tài)將產(chǎn)生激烈變化。微分控制產(chǎn)生的控制輸出就專門用來對抗這種激烈

70、變化，產(chǎn)生超前的控制作用，有打“預(yù)防針”的功效。</p><p>　　以上3種控制算法各有其特色，將它們綜合起來就是PID控制算法：</p><p><b>　　4．4小 結(jié)</b></p><p>　　本章從第二章中介紹的離合器膜片彈簧負荷特性、靜壓特性、扭矩傳遞特性、離合器磨損后扭矩傳遞特性出發(fā)，編寫了相應(yīng)的軟件流程圖和程序，在每個控制周期

71、開始時，讀取狀態(tài)寄存器中的液壓執(zhí)行元件狀態(tài)，如果當(dāng)前沒有進入線控模式，則進行控制模式判斷；如果當(dāng)前已經(jīng)進入線控模式，則讀取計算得到的關(guān)鍵控制量，結(jié)合當(dāng)前狀態(tài)，利用模擬PID控制原理對兩個傳感器位置信號進行處理，實現(xiàn)PWM對占空比控制，得到控制結(jié)果：保持壓力、增加壓力、減少壓力三者必有一。最后，更新系統(tǒng)的狀態(tài)寄存器，退出該周期循環(huán)，準(zhǔn)備進入下一個周期的狀態(tài)。</p><p><b>　　結(jié) 論</

72、b></p><p>　　本文對汽車液壓操縱式離合器電子線控系統(tǒng)設(shè)計做了深入的研究，得到了以下的一些結(jié)論：</p><p>　　1) 線控系統(tǒng)用PID控制原理，通過PWM控制高速開關(guān)閥占空比方法，對離合器工作缸的位置和方向進行控制，是廣泛采用的控制策略，具有很好的實時性與可靠性，這對于離合器起步過程中操縱系統(tǒng)來說是非常合適的。</p><p>　　2) 本文分

73、析了控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及性能要求，選用高性能單片機作為核心設(shè)計了中央控制器(ECU)，自行開發(fā)了軟件、硬件系統(tǒng)，基本滿足了系統(tǒng)需求。</p><p>　　3) 從整體上，本文所做的各項研究為液壓操縱式離合器線控系統(tǒng)提供了一套較為完整的設(shè)計思想，從而為現(xiàn)代汽車離合器操縱系統(tǒng)的研究、設(shè)計和升級換代提供了新的思路。</p><p><b>　　參考文獻</b></p&

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83、學(xué)報（英文版）, 2005, 14 (2) _5 .</p><p>　　[25] TANG Xia-qing,HOU Chao-zhen,CHEN Yun-chuang等. Study of Controlling Cluth Engagement for AMT Based on Fuzzy Logic [J]. 北京理工大學(xué)學(xué)報（英文版）, 2002, 11 (1).</p><p>

84、;<b>　　致 謝</b></p><p>　　轉(zhuǎn)眼間四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，在老師和同學(xué)們的幫助和鼓勵下，我順利地完成了本次畢業(yè)設(shè)計，在此向大家表示誠摯的謝意。</p><p>　　本設(shè)計工作是在崔宏耀老師的悉心指導(dǎo)下完成的。老師具有很強的控制設(shè)計能力，在相關(guān)領(lǐng)域有著豐富的經(jīng)驗，在設(shè)計思想、軟硬件設(shè)計、算法設(shè)計、程序編制等多方面給了我具體的指導(dǎo)。另外，老師為我們

85、提供了寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境和良好的設(shè)計條件，在此致以深厚的敬意和謝意。特別是崔老師總能啟發(fā)著讓我學(xué)習(xí)不同領(lǐng)域的知識，并在學(xué)習(xí)過程中不斷積累，將控制思想運用到設(shè)計中，使我收獲很大。</p><p>　　同學(xué)李程和劉平藝在我完成設(shè)計的過程中一直給予我大量的幫助，在控制系統(tǒng)的原理、控制策略和控制算法方面給了我很多啟發(fā)性的意見，在此表示衷心的感謝！</p><p>　　最后衷心地感謝各位老師在百忙之中來

86、評閱我的畢業(yè)設(shè)計，期待老師給予批評指正。</p><p><b>　　附錄A 外文文獻</b></p><p>　　Study of Controlling Clutch Engagement for</p><p>　　AMT Based on Fuzzy Logic</p><p>　　TAN G Xia-qing

87、, 　HOU Chao-zhen , 　CHEN Yun-chuang</p><p>　　Abstract : The control of the clutch engagement for an automatic mechanical transmission in the process of a tracklayer getting to start is studied. The dynamic m

88、odel of power transmission and automatic clutch system is developed. Using tools of Simulink , the transient characteristics during the vehicle starting , including the jerk and the clutch slip time , are provided here.

89、Based on the analyses of the simulation results and driver’s experiences , a fuzzy controller is designed to control t</p><p>　　Key words : clutch ; automatic transmission ; fuzzy control</p><p>

90、;　　The automatic mechanical transmission (AMT) has several advantages , such as simpleness , higher efficiency and lower costs. But these benefits come from settling a series of challenging control problem. For example ,

91、 it is difficult and complex for an AMT to properly control the clutch engagement while the vehicle starting , because different drivers have different intentions ( for example smooth start and fast start) , the second c

92、ause is that the control goals of lengthening the clutch life a</p><p>　　The focus of this paper is to study the control of clutch engagement for AMT while the tracklayer starts. In most cases , experiment m

93、ethods are used to improve starting quality , however , they require much effort and time to develop a new control algorithm and to investigate the effect of this design. On the contrary , a simulation method has the mer

94、it of saving money and time , and overcomes the restrictions of experimental conditions. The fuzzy controller is designed based on the analysis of</p><p>　　The organization of the paper is as follows. First

95、, the system model is described , along with some simulation results. Secondly , the fuzzy control strategy of clutch engagement is developed. Finally ,conclusions from this work , as well as recommendation for future wo

96、rk , are also outlined.</p><p>　　The control goal of the clutch control system is to ensure the vehicle starting according to driver’s intention and make the clutch engage smoothly and the jerk as small as p

97、ossible. Based on the analysis of the simulation results and driver’s experience , we have the following conclusions.</p><p>　?、?The accelerator pedal βindicates driver’s intention and his judgement on the e

98、nvironment and vehicle’s states. The larger βis , the higher the engaging speed v should be.</p><p>　?、?The engine rotational speed ω indicates its carrying capacity. The larger ω is , the stronger the carry

99、ing capacity is.</p><p>　?、?The r is the speed ratio between the passive and the active departments of the clutch which can be expressed by r =ω/ω . It indicates the slip state of the clutch. The larger r is

100、 , the higher the engaging speed v should be. Consequently , the control strategy is expressed as follows :</p><p>　?、?Regulate the engine rotational speed ωes according to the signal of the accelerator peda

101、l β before engaging the clutch. The larger βis , the higher ωes should be.</p><p>　?、?While engaging the clutch , the engaging speed v is decided by the accelerator pedal β, the engine rotational speed ωe an

102、d the speed ratio r by using fuzzy logic.</p><p>　?、?Regulate the throttle opening as the driver regulates the accelerator pedal β.The fuzzy logic approach is used here to control the engaging speed of the c

103、lutch .The engine rotational speed ωe and engaging speed of the clutch vcom are normalized. Following this method , the i-th control rule can be written as Ri : If β= Aj and r = Bj and ωe = Ci then v = Dj . Here , A j is

104、 the fuzzy set of the accelerator pedal β, Bj is the fuzzy set of the engine rotational speed ωe , Cj is the fuzzy set of th</p><p>　　Conclusion</p><p>　　The key point of the vehicle start is to

105、 accomplish the driver’s intention and ensure the vehicle starting smoothly. The model results can be used to study the clutch engagement . To overcome the difficulty of clutch control , a fuzzy control strategy is propo

106、sed based on the states of accelerator pedal β, engine rational speed ω and speed ratio r. Simulation indicates it is valuable. The future work is to optimize the parameters of the membership function in experiment and t

107、est its effects.</p><p>　　附錄B 外文文獻翻譯</p><p>　　基于模糊邏輯的AMT離合器結(jié)合控制研究</p><p>　　湯霞清, 　侯朝楨, 　陳云窗</p><p>　　摘　要: 研究具有機械式自動變速器的履帶式車輛起步時離合器結(jié)合控制問題。 通過建立車輛動力學(xué)和自動離合器的數(shù)學(xué)模型并采用Simulink