离合器接合过程的参考模型自适应控制

　　引 言

　　作为切断和传递动力的关键部件，自动离合器在汽车AMT(机械式自动变速器)、DCT(双离合器自动变速器)以及多能源混合动力总成上得到越来越广泛的应用[1,2]。自动离合器的接合品质一直是控制的难点。控制不当将导致汽车冲击剧烈、起步失败、摩擦片寿命缩短，降低行驶平顺性，并带来安全隐患。

　　冲击度和滑摩功是评价离合器接合品质的重要指标。冲击度定义为加速度的变化率[3]，可表征汽车在行驶方向的平顺性;滑摩功为摩擦扭矩带来的摩擦功耗，可反映摩擦片的磨损量。文献[4]以冲击度和滑摩功综合最优为目标设计最优过程控制，但忽略了滑摩与同步过程的平滑过渡，同步点冲击现象明显。发动机恒速控制方法[5]可有效防止发动机熄火和缓和冲击，但是滑摩功较大。改进控制方法，减少滑摩功，保证平顺性，是自动离合器控制研究的热点[6]。

        离合器的接合过程分为空行程、滑摩和同步阶段。在滑摩过程中摩擦扭矩为动摩擦形式，其大小与压盘压力成正比，压盘压力可由自动离合器执行机构控制;而同步状态时摩擦扭矩由静摩擦形式，其大小由同步状态的传动系统动力学决定，不再与压盘压力成正比，因而也不受离合器执行机构控制。因此，如果在滑摩阶段不考虑同步状态的动力学特性，则摩擦扭矩从动摩擦变为静摩擦时，其大小可能发生突变，使离合器从动轴在同步点前后的加速度发生突变，造成同步点冲击。研究表明，同步点冲击是影响行驶平顺性主要因之一[9]。

　　显然，在同步之前，如果能够控制滑摩扭矩使得离合器从动轴的加速度接近同步后的加速度，则可避免同步点冲击。但是在汽车动力传动系统中，由于发动机的非线性输出特性以及汽车载荷、路况等因素的时变和不确定性，使得离合器主、从轴的同步时刻、同步点速度、加速度都在动态变化，无法预先给出恒定值作为滑摩控制的目标。

　　为了解决这个时变系统的动态跟踪问题，本文提出参考模型自适应控制(Model Referenced Adaptive Control, 以下简称 MRAC)思路，根据滑摩阶段的动力学状态实时建立同步状态参考模型，当状态误差较大时增大滑摩扭矩，尽快降低主从轴转速差;当状态误差较小时减小滑摩扭矩，直到状态误差为零，实现平滑过渡，从而避免同步点冲击。从滑摩功的角度分析，MRAC 法在状态误差较大时滑摩扭矩较大，主从轴转速差迅速减小，则滑摩功率迅速减小;在状态误差较小时，主从轴转速差小且滑摩扭矩小，故滑摩功率也小。通过降低滑摩功率，MRAC 法可有效减小滑摩功。