摘要： 煤矿车辆的工作环境较为恶劣，为了确保其在工作的过程中起步顺利，文章确定了离合器起步的评价指标，同时对离合器的接合过程进行了探讨，然后据此确定了离合器起步控制的基本策略与控制参数，依据模糊数学方法制定了模糊控制规则表，并且采用fuzzyTECH软件生成了相关的代码，通过离线仿真研究发现，控制的效果良好。
Abstract： The working environment of coal mine vehicle is worse. In order to ensure the smooth start in the work process， the article confirmed the evaluation index of the clutch start. At the same time， it discusses the engaging process of clutch， and determines the basic strategy and control parameters of clutch start control， and sets the rules of the fuzzy control table based on the fuzzy mathematics method， and generate the relevant code by using the fuzzyTECH software. The off-line simulation study finds that the control effect is good.
关键词： 煤矿车辆；自动离合器；起步控制
Key words： coal mine vehicle；automatic clutch；start control
中图分类号：TD82-9 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）05-0039-02
1 煤矿汽车离合器起步的评价指标
我们评价汽车离合器起步是否平顺，是否科学合理，主要是通过两个基本的指标来实现的，即冲击力度与滑磨功。我们设冲击度为j，则j的计算方法如下式所示：
j=■■■
在上式中，设ζ=■■，则由于离合器控制的过程中，实际上是通过发动机的实际转速与目标转速的比例修正来时的离合器的接合量达到恒定的。再设计的过程中[4]，可以讲离合器的主动盘与从动盘的压力Mc与膜片弹簧位移x为线性关系，则此时可以得到：j=2μr■k■ζ■
设滑磨功为Lc，它是指离合器在接合的过程中机械能转化为摩擦的能量损耗，滑磨功越大则说明机械能损耗越大，离合器的表面磨损也就越严重，其表达公式如下式所示：Lc=■T■w■dt+■T■w■-w■dt
在上式中，we是指发动机的角速度，而wc则是指离合器的从动盘角速度，Te是指发动机扭矩，Tcl是指离合器传递的扭矩。上式中，第一项是指为了克服煤矿车辆起步阻力阶段所产生的滑磨功，而第二项则是指煤矿车辆在起步之后的离合器同步阶段产生的滑磨功。由此，我们可以发现，离合器的滑磨功不仅仅于发动机转速有关，同时也与离合器的从动盘转速有着密切的关系，这两个转速的数值也是我们在制定车辆制动离合器起步模糊控制策略时需要密切关注的信号。
2 煤矿汽车离合器起步接合的过程分析
煤矿汽车离合器起步的接合需要经过如下几个阶段，第一个阶段是空行程阶段（下图所示AB段），第二个阶段是扭矩平台阶段（下图所示EF段），第三个阶段为扭矩传递阶段（下图所示BE段）。其中，BE段有分为BC、CD以及DE三个阶段，详情如下图所示：
上图中，第一个阶段所处的时间为0到t1端，由于Tcl离合器传递的扭矩的作用，小于离合器从动盘的汽车阻力矩，因此从动盘的角速度Wc此时为0，汽车不会穷，但是离合器已经开始产生滑磨功。第二个阶段所处的时间是t1-t3，在这个时间段内，Tcl离合器传递的扭矩的作用大于离合器从动盘的汽车阻力矩，汽车开始起步发动，此时发动机角速度迅速上升至B点之后下降，到了t3时，离合器主从动盘角速度基本达到一致，滑磨功逐渐降低直至为零，结合过程开始结束，t3也即为滑磨时间。
一般的，我们在分析煤矿车辆自动离合器起步控制的时候，是以该车辆从静止到运动的那一个时间点作为分界点，即上图所示的t1点，其所对应的离合器的接合位移值可以被定义为离合器的半接合点。在半接合点之前，车辆都是处于静止状态的，其冲击度也为零。为了有效的减少起步时间，应该是的离合器迅速的接合。在离合器行程达到半接合点之后，其传递的扭矩如果大于外界阻力矩，则车辆开始运动。在离合器的主动盘和从动盘的转速完全想等之后，冲击度开始于离合器的接合状况毫无关系，此时的滑磨功为0。在这个时间点，应该迅速的接合离合器，进而完成煤矿车辆的起步动作。
从我们的上述分析可以看出，在BC阶段和CD阶段是煤矿车辆的离合器主动盘与从动盘滑磨以及扭矩传递逐步递增的极端，这个阶段也是车辆起步控制的关键。而在第一个阶段和第三个阶段，对车辆起步的质量都没有非常重要的作用或者关系，对其进行控制也相对较为简单。因此，本文对煤矿车辆自动离合器起步控制策略的研究，主要研究的也是上图所示的BC阶段和CD阶段。
3 基于模糊数学方法的起步控制策略与实现
3.1 模糊控制策略的步骤 上文已述及，模糊控制的优点非常多，尤其是对驾驶员起步意图的判断具有很好的精确性，因为驾驶员起步意图判断问题本身就是一个模糊概念，通过运用模糊控制实现是非常适合的。
按照控制策略自身的要求，我们采用模糊控制来对离合器结合速度进行管理，首先要将其接合控制分成两个步骤，第一步就是要对驾驶员的操作意图进行判断，了解其是想平稳的起步还是想快速的起步。这一判断主要是通过对油门开度Belta以及变化率Ebelta进行评定。完成驾驶员的意图判断之后，就可以对离合器的接合速度进行控制了，这个时候主要是需要对离合器的主动盘与从动盘的转速进行检测和控制，再结合驾驶员的起步意图，从而产生离合器的结婚速度。
3.2 工具的选择 为了提高项目的研发效率，本文采用了fuzzyTECH模糊系统工程开发工具，通过其实现模糊策略的开发和设计。这种工具是一种全图形接口并且支持模糊系统工程所有设计步骤的工具，它能够完成模糊系统的模拟以及优化，并且能够较为容易的实现常规设计以及模拟工具的连接，采用多种方式显示系统性能，进而为用户的控制策略的选择提供支持。
3.3 模糊语言的定义与控制规则 如上文所述，我们采用Belta表示油门的开度，采用Ebelta表示油门开度的变化率。前者的开度取值在0-80%之间，基本论域为[0，1]，可供选取的论域为{0，1，2，3，4，5，6，7，8}，其模糊评语分别为{极小、小、中、大、极大}，该模糊评语集对应的模糊子集为{Smin，S，M，B，Bmax}。后者的论域为[-3，3]，可供选择的论域为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，其模糊评语分别为{负大、负中、负小、零、小、中、大}，其对应的模糊子集则为{Bn，Mn，Sn，0，Sp，Mp，Bp}。
离合器的最大接合速度是根据离合器在接合过程中能承受的最大冲击度得到的，即要在煤矿矿用汽车的起步过程中，即能够得到较快的起步速度，同时也不会牺牲起步的舒适性。但是，如果驾驶员希望得到更快的起步速度，则是需要以牺牲一定的舒适性作为代价的。这是因为，在煤矿矿用汽车启动的时候，驾驶员瞬时踏下油门踏板，需要离合器在最短的时间内完成接合，经过计算可得到最大结合速度在20mm/s，选取其基本论域为[0，20]，其可供选择的论域则为{0，1，2，3，4，5，6}，其模糊评语集为{极小、小、中、大、极大}，对应的模糊子集为{Smin，S，M，B，Bmax}。
而在驾驶员踩下油门，使得油门开度越来越大的时候，说明驾驶员是想要快速起步，反之如果油门开度较小，而且增长速度也比较缓慢的时候，则说明驾驶员是想要平稳起步。在油门开度减小很快的时候，驾驶员的意图应该是要分离离合器。则此时，我们可以构建基于模糊数学方法的驾驶员起步意图的控制规则（表1）。
由上文的分析可知，离合器的结合速度需要遵循的是快、慢、快的基本原则，在接合的关键阶段，就是“慢”，此时离合器的从动盘从0转速开始增加，r值则由1开始逐渐的减小。在这个过程中，离合器的主动盘与从动盘的转速差相对较大，因此离合器要缓慢的接合，防止过快结合导致的滑磨功过大，引发发动机转速突变。在接合完成之后，这个阶段的离合器主动盘与从动盘的转速差减小，因此接合的速度能够逐步提高。除此之外，在驾驶员意图快速起步的时候，接合速度应该加快，同样的驾驶员如果意图平稳起步则接合速度应该减缓。由此可以得到如表2所示的离合器结合速度的控制规则。
3.4 构建隶属度函数 根据上文构建的驾驶员起步意图的控制规则以及离合器接合速度控制规则，运用fuzzyTECH建立起了模糊控制系统，其相应的隶属度函数如图2所示。
4 结语
文章对煤矿矿用汽车的离合器的接合速度问题进行了分析，文章研究的目的是考虑到当前的煤矿矿用汽车的工作环境非常的恶劣。在起步的过程中，要对离合器进行精确的控制，防止起步出现溜车、熄火等问题，减少因为起步带来的安全隐患，并且较小离合器的磨损，提高煤矿矿用汽车的使用寿命。为了达到这一目的，文章采用的是模糊控制算法，按照熟练的煤矿矿用汽车驾驶员的经验法则制定了相应的控制策略，然后通过软件仿真得到了较为理想的模糊推理结合速度，这也为煤矿矿用汽车的离合器电动控制单元的开发提供了基本的理论支持。
参考文献：
[1]李立斌，赵文龙，高健.膜片弹簧离合器起步规律研究及仿真分析[J].微计算机信息，2009（16）：34-35.
[2]赵文龙，李立斌.基于仿真的离合器起步规律研究及分析[J].制造业自动化，2009（11）：80-87.
[3]吴晓刚，王旭东，谢先平，余腾伟.车辆起步过程电磁离合器模糊控制研究[J].汽车技术，2008（04）：132-134.
[4]严运兵，陈华明，张光德.车用磁粉离合器的起步模糊控制策略研究[J].机械设计与制造，2010（02）：123-125.