汽車底盤高智能集中潤(rùn)滑系統(tǒng)模糊控制器設(shè)計(jì)

徐彩玲，季 磊，黃 俊

（1.臺(tái)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，浙江 臺(tái)州 318000；2.浙江工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，浙江 杭州 310014）

汽車底盤自動(dòng)集中潤(rùn)滑能夠通過(guò)潤(rùn)滑系統(tǒng)完成自動(dòng)加油脂，從而減少駕駛者勞動(dòng)量，節(jié)約一定量的潤(rùn)滑油脂。此功能對(duì)提升我國(guó)汽車底盤集中潤(rùn)滑系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)，促進(jìn)集中潤(rùn)滑系統(tǒng)裝置在高級(jí)大客車、大型貨車和類似的工程機(jī)械等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用起到良好的作用。但是目前，國(guó)內(nèi)開發(fā)的集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的自動(dòng)化控制程度較低，往往采用人工設(shè)定加油脂的周期，其不能隨著環(huán)境溫度的變化而自動(dòng)準(zhǔn)確調(diào)整加油脂的周期，結(jié)果造成車輛行駛在溫度變化較大的環(huán)境中時(shí)，注油脂的周期還是靠盲目設(shè)定來(lái)決定，造成電機(jī)使用壽命降低，能耗浪費(fèi)，更甚者有可能燒毀電機(jī)的現(xiàn)象。

隨著模糊控制技術(shù)在自動(dòng)控制方面的深入應(yīng)用，有必要研制技術(shù)先進(jìn)、價(jià)格合理、系統(tǒng)能隨著環(huán)境溫度變化而自動(dòng)調(diào)整加油脂周期的新一代產(chǎn)品[1]。本項(xiàng)目通過(guò)采用模糊控制的方法，使汽車底盤自動(dòng)集中潤(rùn)滑實(shí)現(xiàn)以上的功能，從而實(shí)現(xiàn)更高級(jí)智能化的控制，使油脂注加更合理，本文對(duì)此系統(tǒng)的模糊控制器設(shè)計(jì)進(jìn)行論述。

1 點(diǎn)盤集中潤(rùn)滑系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 潤(rùn)滑點(diǎn)分類

潤(rùn)滑點(diǎn)的類別不同，所需油量也不同，為了滿足各點(diǎn)都能獲得合適的注油量，就必須對(duì)每次的注油量進(jìn)行同一周期下的協(xié)調(diào)，每點(diǎn)單次注油量可按下式進(jìn)行確定：

式中，

Ci（I=1,2,…，n)為潤(rùn)滑點(diǎn)i 的最佳獨(dú)立注油周期；

Oi（I=1,2,…，n)為i 點(diǎn)的最佳注油量；

Ostd為分配器的標(biāo)準(zhǔn)排油量。

為了到達(dá)試驗(yàn)?zāi)康模瑢⑵嚨妆P的潤(rùn)滑點(diǎn)分成3類，用3個(gè)溫度傳感器組成檢測(cè)系統(tǒng)。如：凸輪軸頸座、制動(dòng)踏板軸、換檔桿、0.1 ml 的避振器；拉桿球頭銷、制動(dòng)調(diào)整臂、0.2 m l 的凸輪軸尾座；主銷、0.4 ml的鋼板彈簧銷[3]。這樣基本可以協(xié)調(diào)同一周期下每次的注油量，達(dá)到節(jié)約的目的，防止過(guò)度加脂、散熱不足等問(wèn)題，同時(shí)可以減少元部件，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，節(jié)約成本。

1.2 潤(rùn)滑系統(tǒng)原理

底盤集中潤(rùn)滑系統(tǒng)主要由油箱、油泵、直流電機(jī)、閥、分配器、傳感器、控制單元及其他附屬零件組成[3~4]，液壓系統(tǒng)圖如圖1 所示。系統(tǒng)工作原理為：電機(jī)收到控制器發(fā)來(lái)的啟動(dòng)指令后開始工作，使齒輪泵沿壓油方向旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生真空吸入油脂。然后，把油脂壓送至各個(gè)分配器進(jìn)行儲(chǔ)油，當(dāng)最遠(yuǎn)端外接分配器儲(chǔ)油結(jié)束后，整個(gè)系統(tǒng)封閉，壓力上升到壓力開關(guān)控制壓力值時(shí)，壓力開關(guān)關(guān)閉，同時(shí)向控制器輸出一個(gè)信號(hào)。控制器收到信號(hào)后向電機(jī)發(fā)送停轉(zhuǎn)指令，同時(shí)油泵停轉(zhuǎn)，卸荷閥自動(dòng)開啟進(jìn)行卸壓，管路上的油壓迅速下降。此時(shí)，主油道和儲(chǔ)油腔內(nèi)的壓差推動(dòng)分配器換向閥門左移關(guān)閉進(jìn)油口，打開出油口，分配器出油口經(jīng)分油管將油脂注入各潤(rùn)滑節(jié)點(diǎn)，以上整個(gè)步驟即為一次完整的加脂過(guò)程。

圖1 液壓示意圖

2 模糊控制器設(shè)計(jì)

2.1 模糊控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2 為模糊控制器工作的基本原理，是將輸入的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)模糊化變成模糊量，送入含有模糊規(guī)則的模糊推理模塊，經(jīng)過(guò)近似推理得出結(jié)論—模糊集合，然后被清晰化模塊變換成清晰量，再輸出到下一級(jí)被控對(duì)象。常見的模糊控制器有Mamdani 型和T—S 型，它們是兩類模糊規(guī)則不同的控制器，本系統(tǒng)采用T—S 型模糊控制器，本控制器為雙輸入、單輸出模型。

圖2 汽車底盤集中潤(rùn)滑系統(tǒng)模糊控制原理框圖

首先，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定溫度與周期的關(guān)系，工作溫度為-20 ℃~ +70 ℃，控制器環(huán)境溫度判斷區(qū)間為：燮10 ℃、＞10 ℃~ 25 ℃、＞25 ℃~ 35 ℃、＞35 ℃~ 45 ℃、＞45 ℃，潤(rùn)滑周期在6 ~ 14 h（每2 h為一個(gè)檔次）自動(dòng)調(diào)整，設(shè)定基本的潤(rùn)滑周期為10 h（相應(yīng)的設(shè)定溫度為30 ℃）根據(jù)溫度變化調(diào)整潤(rùn)滑周期。當(dāng)汽車點(diǎn)火之后，行駛過(guò)程中由3個(gè)溫度傳感器檢測(cè)節(jié)點(diǎn)溫度的信息，取溫度偏差最大的作為輸入量，然后經(jīng)過(guò)模糊化后確定溫度的隸屬度，再經(jīng)過(guò)模糊推理和反模糊化的合成推理，最終得到周期的控制輸出量。

2.2 模糊控制策略

系統(tǒng)的模糊控制器采用常用的標(biāo)準(zhǔn)形式，即輸入—輸出變量，E 取三個(gè)溫度傳感器中溫度最大的一個(gè)，采用常用的三角形隸屬度函數(shù)，輸入輸出變量模糊化設(shè)節(jié)點(diǎn)溫度偏差E 的基本論域?yàn)椋郏?，5］，偏差變化率EC 的基本論域?yàn)椋郏?，5］。灌溉需水量U 的基本論域?yàn)閧-4，-2,0,2,4}。分別定義E、EC 和U 的模糊語(yǔ)言變量分為5 級(jí)：{負(fù)大，負(fù)小，零，正小，正大}，簡(jiǎn)記為{NL，NS，ZO，PS，PL}[4]。如圖3 所示。

圖3 E、EC 和U 的隸屬度函數(shù)

根據(jù)對(duì)實(shí)際潤(rùn)滑控制的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，制定相應(yīng)的模糊控制規(guī)則表，如表1 所示。

表1 模糊控制規(guī)則表

為提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)速度，事先根據(jù)模糊控制規(guī)則表及語(yǔ)言變量賦值表，離線計(jì)算出模糊控制總表，如表2 所示。該表經(jīng)嚴(yán)格的實(shí)踐檢驗(yàn)和反復(fù)修改后存放在單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中。然后根據(jù)輸入量e 及ec 在不同工作狀態(tài)的實(shí)際變化范圍及其論域計(jì)算出量化因子Ke 和Kec，并確定輸出比例因子Ku。實(shí)際控制時(shí)，模糊控制器把系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下的輸人量e 及ec 分別乘以相應(yīng)的Ke、Kec，并量化到輸入量的語(yǔ)言變量論域中，再根據(jù)量化的結(jié)果與模糊控制總表進(jìn)行比較，通過(guò)查表程序得到所需的輸出量U，最后乘以Ku ，得到系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下的實(shí)際輸出控制量U[5]。

表2 模糊控制總表

3 結(jié)束語(yǔ)

本文主要通過(guò)采用圖表的方式對(duì)高智能集中潤(rùn)滑模糊系統(tǒng)控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)比于精確的數(shù)學(xué)模型的方法，顯得更簡(jiǎn)捷，但又不失準(zhǔn)確性，主要是因?yàn)榫_的數(shù)學(xué)模型對(duì)在實(shí)際應(yīng)用中的未知的模型設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)較合適，而在本項(xiàng)目中必要性不大。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本控制器可根據(jù)工作溫度的變化自動(dòng)調(diào)整潤(rùn)滑周期，能夠?qū)?rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行最合理的注油脂量，可大大節(jié)約潤(rùn)滑油脂，使電機(jī)運(yùn)行合理從而延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命。本控制器可根據(jù)不同型號(hào)的汽車以及潤(rùn)滑經(jīng)驗(yàn)對(duì)查詢表進(jìn)行修改，從而適應(yīng)不同的工況，大大拓寬高智能集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

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