车用磁粉离合器控制方法及其监控系统设计
离合器是传统汽车传动系统的重要组成零部件之一，它位于传动系统的前部，通常安装在发动机的飞轮后侧，是与发动机相连接的部件。离合器的种类各式各样，有摩擦离合器、液力耦合器或液力变矩器、电磁离合器、双离合变速器等。随着科技和时代的发展，传统的摩擦离合器逐渐不能满足人们对离合器的要求了，电磁离合器逐渐受到人们的关注。在电磁离合器中，就数磁粉离合器受到人们的关注最多，它的应用前景很广泛。与常规的摩擦离合器相比，磁粉离合器的结构更为紧凑。磁粉离合器的工作介质是磁粉，通过给磁粉通电来传递转矩。与传统的机械自动变速器相比，磁粉离合器的激磁电流与传递转矩基本成线性关系、响应速度快、无冲击、无振动、无噪音、无污染等优点，而且能够最大限度的减少换挡时的冲击，因此在微小型车上应用逐渐增多，受到人们的青睐。本文以磁粉离合器为研究对象，运用理论分析的方法，结合磁粉离合器的结构、工作原理和工作特性，对磁粉离合器的控制策略、监控系统的设计以及驱动器的控制与监控进行设计和分析。关键词磁粉离合器，控制策略，监控系统
目录
1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 国外研究现状 1
1.2.2 国内研究现状 1
1.3 磁粉离合器控制策略及监控系统研究现状 2
1.4 本课题研究的主要内容 2
2 磁粉离合器的结构简介 3
2.1 磁粉离合器的结构、分类与工作原理 3
2.1.1 磁粉离合器的结构（以普通型为例） 3
2.1.2 磁粉离合器的分类 3
2.1.3 磁粉离合器的工作原理 4
2.2 磁粉离合器的工作特性 5
2.3 磁粉离合器的车用可行性 8
3 磁粉离合器的控制策略 9
3.1 磁粉离合器起步控制策略 9
3.1.1 磁粉离合器控制起步评价指标 9
3.1.2 磁粉离合器的起步接合过程的控制 10
3.2 磁粉离合器换挡控制策略 12
3.2.1 磁粉离合器换挡控制品质评价指标 14
3.2.2 磁粉离合器换 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
挡过程的控制 14
3.3 磁粉离合器驱动控制器设计 15
4 磁粉离合器监控系统设计 18
4.1 磁粉离合器监控的目的 18
4.2 磁粉离合器监控系统结构 18
4.2.1 硬件的选择 19
4.2.2 传感器的布置 23
4.3 磁粉离合器监控的流程 25
4.4 故障结果分析 26
结论 27
致谢 28
参考文献 29
1 绪论
1.1 研究背景及意义
近十几年来，电磁离合器发展迅速，其中发展最为突出的就是磁粉离合器了。磁粉离合器是一种新型的机电产品，它运用在汽车的传动系统中，是汽车传动系统的基础零件。磁粉离合器的励磁电流和传递转矩基本成线性关系，这使得它是一个很好的自控元件。除此之外，它的响应速度很快，没有冲击力，没有振动，没有噪声，没有污染，结构也很简单，对它进行调节也很方便，因此磁粉离合器的应用前景很广泛，主要应用在机械、电子等行业，还应用在试验加载器上。所以说磁粉离合器对于我们进一步优化汽车有着很大的帮助。
磁粉离合器是电磁离合器的一种，虽然其发展的历史只有短短的几十年，但是凭借着其独特的性能、结构、工作原理以及用途在种类繁多的离合器中脱颖而出。它的应用很广泛，尤其是在调速、控制等操作系统中应用广泛，这为我们实现汽车换挡平顺提供了有利的帮助。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
国外对磁粉离合器的研究和磁粉材料的研究比较早，其中欧美和日本研究的最早，美国科学家把磁粉离合器应用在火箭系统上，将其作为火箭系统的一种控制元件，他们的研究主要偏向于磁粉离合器在火箭系统中的应用[2]。进入二十一世纪后，磁粉离合器的优势越来越突出，应用越来越广泛，人们对于它的研究也越来越深入，研究的内容主要包括：磁粉的性能、励磁电流和传递转矩之间的关系、传递转矩和滑差之间的关系。根据这些研究成果，磁粉离合器已经开始大量生产了。例如日本的OGURA公司和美国的RIMTEC公司现今所拥有的磁粉离合器种类比较多，其主要产品按照励磁线圈的供电方式分为两大类：线圈旋转型（ZKA）,线圈静止型（ZKB）。而按照输出转子的形状来分又可以分为圆柱型转子、杯型转子和盘型转子。圆柱型转子的结构很简单，它的应用比较广泛，多用于体积比较大的汽车上；而杯型转子虽然其散热性比较好，但是其滑差功率比较大；而盘型转子适用于精密度比较高的地方。
1.2.2 国内研究现状
在当今世界，生产过程趋于现代化，所需要的装备趋于自动化，人们对磁粉离合器的需求越来越大。宁夏是国内研究磁粉离合器最早的一家科研单位，他们借鉴了国外同行们的研究，在国外同行们的基础上深入研究了磁粉离合器的工作机理，在磁粉离合器和制动器的结构和工业应用方面作了具体阐述，特别是在磁粉离合器的工作机理方面提出新的见解[2]。南京理工大学对PSVT（车用功率分流式无极变速器）有所研究，在其上采用了磁粉离合器，通过实验对其静态性能以及在励磁电流增益下离合器主、从动转子的转速变化等应用作了研究，证明了磁粉离合器能够满足汽车的工作状况。上海材料研究所对磁粉离合器也有所研究，其研究了磁粉离合内的磁粉填充密度对磁粉性能的影响，探讨了在励磁过程中，磁粉离合器中的磁粉在不同实际材料和不同填充密度下磁场强度的大小。在这些研究的基础上，国内也有一些公司开始对其进行生产，并开始逐步运用于一些工业领域，例如启动和制动控制、张力控制以及负载与转矩的控制等。
1.3 磁粉离合器控制策略及监控系统研究现状
就目前的形势来看，磁粉离合器用在车辆上的情况比较少，所以对其控制策略的研究更是寥寥无几。目前，对磁粉离合器的控制策略进行了比较完善研究的就是南京理工大学，在汽车起步换挡时，胡平利用比例控制的方法对磁粉离合器实施控制。具体操作是：在汽车起步换挡后给磁粉离合器进行通电，首先根据汽车的工作状况（如平地、坡道、起步、加速、减速、制动等）来估算初始励磁电流的大小，然后根据汽车的工作工况来选择励磁电流的变化率。为了能够尽可能地考虑到各种工作状况，此方法需要有多种初始电流和变化率的组合模式，因此需要考虑的东西比较复杂。魏英俊和马友军在车辆起步时对磁粉离合器采用了模糊控制的方法进行控制。他根据发动机的转速和油门开度控制初始励磁电流的大小，根据油门开度和磁粉离合器的主、从动转子的转速差来控制励磁电流的变化率，这样是为了方便对磁粉离合器的起步模糊逻辑系统进行设计[1,3,4]。林治楠等人在研究汽车起步时的磁粉离合器的时候运用了模糊控制的方法。为了控制励磁电流，他们改变了油门开度和油门开度变化率，为了控制接合过程中的励磁电流，他们通过控制油门开度和发动机转速来实现，根据这些建立起磁粉离合器的起步模糊控制系统[5]。
目录
1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 国外研究现状 1
1.2.2 国内研究现状 1
1.3 磁粉离合器控制策略及监控系统研究现状 2
1.4 本课题研究的主要内容 2
2 磁粉离合器的结构简介 3
2.1 磁粉离合器的结构、分类与工作原理 3
2.1.1 磁粉离合器的结构（以普通型为例） 3
2.1.2 磁粉离合器的分类 3
2.1.3 磁粉离合器的工作原理 4
2.2 磁粉离合器的工作特性 5
2.3 磁粉离合器的车用可行性 8
3 磁粉离合器的控制策略 9
3.1 磁粉离合器起步控制策略 9
3.1.1 磁粉离合器控制起步评价指标 9
3.1.2 磁粉离合器的起步接合过程的控制 10
3.2 磁粉离合器换挡控制策略 12
3.2.1 磁粉离合器换挡控制品质评价指标 14
3.2.2 磁粉离合器换 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
挡过程的控制 14
3.3 磁粉离合器驱动控制器设计 15
4 磁粉离合器监控系统设计 18
4.1 磁粉离合器监控的目的 18
4.2 磁粉离合器监控系统结构 18
4.2.1 硬件的选择 19
4.2.2 传感器的布置 23
4.3 磁粉离合器监控的流程 25
4.4 故障结果分析 26
结论 27
致谢 28
参考文献 29
1 绪论
1.1 研究背景及意义
近十几年来，电磁离合器发展迅速，其中发展最为突出的就是磁粉离合器了。磁粉离合器是一种新型的机电产品，它运用在汽车的传动系统中，是汽车传动系统的基础零件。磁粉离合器的励磁电流和传递转矩基本成线性关系，这使得它是一个很好的自控元件。除此之外，它的响应速度很快，没有冲击力，没有振动，没有噪声，没有污染，结构也很简单，对它进行调节也很方便，因此磁粉离合器的应用前景很广泛，主要应用在机械、电子等行业，还应用在试验加载器上。所以说磁粉离合器对于我们进一步优化汽车有着很大的帮助。
磁粉离合器是电磁离合器的一种，虽然其发展的历史只有短短的几十年，但是凭借着其独特的性能、结构、工作原理以及用途在种类繁多的离合器中脱颖而出。它的应用很广泛，尤其是在调速、控制等操作系统中应用广泛，这为我们实现汽车换挡平顺提供了有利的帮助。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
国外对磁粉离合器的研究和磁粉材料的研究比较早，其中欧美和日本研究的最早，美国科学家把磁粉离合器应用在火箭系统上，将其作为火箭系统的一种控制元件，他们的研究主要偏向于磁粉离合器在火箭系统中的应用[2]。进入二十一世纪后，磁粉离合器的优势越来越突出，应用越来越广泛，人们对于它的研究也越来越深入，研究的内容主要包括：磁粉的性能、励磁电流和传递转矩之间的关系、传递转矩和滑差之间的关系。根据这些研究成果，磁粉离合器已经开始大量生产了。例如日本的OGURA公司和美国的RIMTEC公司现今所拥有的磁粉离合器种类比较多，其主要产品按照励磁线圈的供电方式分为两大类：线圈旋转型（ZKA）,线圈静止型（ZKB）。而按照输出转子的形状来分又可以分为圆柱型转子、杯型转子和盘型转子。圆柱型转子的结构很简单，它的应用比较广泛，多用于体积比较大的汽车上；而杯型转子虽然其散热性比较好，但是其滑差功率比较大；而盘型转子适用于精密度比较高的地方。
1.2.2 国内研究现状
在当今世界，生产过程趋于现代化，所需要的装备趋于自动化，人们对磁粉离合器的需求越来越大。宁夏是国内研究磁粉离合器最早的一家科研单位，他们借鉴了国外同行们的研究，在国外同行们的基础上深入研究了磁粉离合器的工作机理，在磁粉离合器和制动器的结构和工业应用方面作了具体阐述，特别是在磁粉离合器的工作机理方面提出新的见解[2]。南京理工大学对PSVT（车用功率分流式无极变速器）有所研究，在其上采用了磁粉离合器，通过实验对其静态性能以及在励磁电流增益下离合器主、从动转子的转速变化等应用作了研究，证明了磁粉离合器能够满足汽车的工作状况。上海材料研究所对磁粉离合器也有所研究，其研究了磁粉离合内的磁粉填充密度对磁粉性能的影响，探讨了在励磁过程中，磁粉离合器中的磁粉在不同实际材料和不同填充密度下磁场强度的大小。在这些研究的基础上，国内也有一些公司开始对其进行生产，并开始逐步运用于一些工业领域，例如启动和制动控制、张力控制以及负载与转矩的控制等。
1.3 磁粉离合器控制策略及监控系统研究现状
就目前的形势来看，磁粉离合器用在车辆上的情况比较少，所以对其控制策略的研究更是寥寥无几。目前，对磁粉离合器的控制策略进行了比较完善研究的就是南京理工大学，在汽车起步换挡时，胡平利用比例控制的方法对磁粉离合器实施控制。具体操作是：在汽车起步换挡后给磁粉离合器进行通电，首先根据汽车的工作状况（如平地、坡道、起步、加速、减速、制动等）来估算初始励磁电流的大小，然后根据汽车的工作工况来选择励磁电流的变化率。为了能够尽可能地考虑到各种工作状况，此方法需要有多种初始电流和变化率的组合模式，因此需要考虑的东西比较复杂。魏英俊和马友军在车辆起步时对磁粉离合器采用了模糊控制的方法进行控制。他根据发动机的转速和油门开度控制初始励磁电流的大小，根据油门开度和磁粉离合器的主、从动转子的转速差来控制励磁电流的变化率，这样是为了方便对磁粉离合器的起步模糊逻辑系统进行设计[1,3,4]。林治楠等人在研究汽车起步时的磁粉离合器的时候运用了模糊控制的方法。为了控制励磁电流，他们改变了油门开度和油门开度变化率，为了控制接合过程中的励磁电流，他们通过控制油门开度和发动机转速来实现，根据这些建立起磁粉离合器的起步模糊控制系统[5]。
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