کنترل موقعیت کلاچ در سیستم انتقال قدرت دستی خودکار شده با استفاده از عملگرهای الکترومکانیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه بین المللی امام خمینی قزوین، مرکز آموزش عالی فنی و مهندسی بوئین زهرا، قزوین، ایران.

2 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران.

چکیده

در این مقاله، یک کنترل‌کننده مود لغزشی تطبیقی با بهره‌های متغیر جهت مقابله بهتر با نامعینی‌ها برای سیستم کنترل موقعیت در یک کلاچ الکترومکانیکی جهت به‌کارگیری در انتقال قدرت دستی خودکارشده طراحی می‌شود. از آنجا که در وضعیت رانندگی‌های طولانی، سیستم‌های انتقال قدرت در معرض تغییر در پارامترها مانند تغییر در ضریب اصطکاک صفحه کلاچ و سفتی فنر دیافراگمی کلاچ قرار می‌گیرند، یک روش کنترلی مقاوم جهت غلبه بر نامعینی‌ها و اغتشاش‌ها لازم می‌باشد. از آنجایی که اکثر متغیرهای دینامیکی سیستم انتقال قدرت مانند سرعت و شتاب بلبرینگ رهاسازی کلاچ به‌صورت مقرون به‌صرفه قابل اندازه‌گیری نیستند، یک تخمین‌‌گر غیرخطی بر پایه فیلتر کالمن آنسنتد جهت تخمین متغیرهای حالت سیستم طراحی شده است. همچنین، یک مدل غیرخطی عملگر الکترومکانیکی برای سیستم کلاچ خودکار ارائه می‌شود. این مدل با نتایج حاصل از تست آزمایشگاهی صحه‌گذاری شده است. شبیه‌‌‌سازی‌های مختلف از چندین ورودی مرجعِ جابجایی بلبرینگ کلاچ، جهت ارزیابی عملکرد کنترل‌کننده و تخمین‌‌گر در نرم‌افزار متلب انجام می‌شود. جهت ارزیابی عملکرد سیستم کنترلی پیشنهادی، از کمیت جذر میانگین مربعات خطای ردیابی موقعیت، استفاده شده است. نتایج به دست آمده، نشانگر کارآیی بالاتر کنترل‌کننده تطبیقی طراحی‌شده در بهبود خطای ردیابی موقعیت در مقایسه با کنترل‌کننده مود لغزشی مرسوم می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Clutch Position Control for an Automated Manual Transmission Using Electromechanical Actuators

نویسندگان [English]

  • Abbas Soltani 1
  • Milad Arianfard 2
1 Imam Khomeini International University, Buin Zahra Higher Education Center of Engineering and Technology, Qazvin, Iran.
2 Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran.
چکیده [English]

In this paper, an adaptive sliding mode controller with variable gains to cope with uncertainties is proposed for an electromechanical clutch position control system to apply in the automated manual transmission. Transmission systems undergo changes in parameters with respect to the wide range of driving conditions, such as changes in friction coefficient of clutch disc and stiffness of diaphragm spring, hence, an adaptive robust control method is required to overcome the uncertainties and disturbances. As the majority of transmission dynamics variables cannot be measured in a cost-efficient way, a non-linear estimator based on an unscented Kalman filter is designed to estimate the state valuables of the system. Also, a non-linear dynamic model of the electromechanical actuator is presented for the automated clutch system. The model is validated with experimental test results. A numerical simulation of a reference input for clutch bearing displacement is performed to evaluate the performance of the designed controller and estimator. To evaluate the performance of the proposed control system the root mean square value of the position tracking error has been used. The results of the analysis indicate higher efficiency of the adaptive controller designed to improve the position tracking error compared to the conventional sliding mode controller.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Automated clutch
  • Actuator
  • Sliding mode control
  • Estimator
  • Unscented Kalman filter
[1] G. Lucente, M. Montanari, C. Rossi, Modelling of an automated manual transmission system, Mechatronics, 17(2-3) (2007) 73-91.
[2] S. Lin, S. Chang, B. Li, Gearshift control system development for direct-drive automated manual transmission based on a novel electromagnetic actuator, Mechatronics, 24(8) (2014) 1214-1222.
[3] C.-Y. Tseng, C.-H. Yu, Advanced shifting control of synchronizer mechanisms for clutchless automatic manual transmission in an electric vehicle, Mechanism and machine theory, 84 (2015) 37-56.
[4] J. Horn, J. Bamberger, P. Michau, S. Pindl, Flatness-based clutch control for automated manual transmissions, Control engineering practice, 11(12) (2003) 1353-1359.
[5] D.S. Cheng, J.W. Zhang, X.F. Ye, X.-F. Huang, Sliding mode control approach for electrically controllable clutch of AMT based on the feedback linearization, Journal of Dong Hua Univ., Engl. Edn, 20(3) (2003) 88-93.
[6] J. Zhang, L. Chen, G. Xi, System dynamic modelling and adaptive optimal control for automatic clutch engagement of vehicles, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 216(12) (2002) 983-991.
[7] G. Liu, S. Daley, Optimal-tuning nonlinear PID control of hydraulic systems, Control Engineering Practice, 8(9) (2000) 1045-1053.
[8] Y. Zhao, Z. Liu, L. Cai, W. Yang, J. Yang, Z. Luo, Study of control for the automated clutch of an automated manual transmission vehicle based on rapid control prototyping, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 224(4) (2010) 475-487.
[9] X. Song, Z. Sun, X. Yang, G. Zhu, Modelling, control, and hardware-in-the-loop simulation of an automated manual transmission, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 224(2) (2010) 143-160.
[10] Z. Chen, B. Zhang, N. Zhang, H. Du, G. Kong, Optimal preview position control for shifting actuators of automated manual transmission, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 233(2) (2019) 440-452.
[11] G. Kong, N. Zhang, B. Zhang, Novel hybrid optimal algorithm development for DC motor of automated manual transmission, International Journal of Automotive Technology, 17(1) (2016) 135-143.
[12] J. Oh, J. Kim, S. Choi, Robust feedback tracking controller design for self-energizing clutch actuator of automated manual transmission, SAE International Journal of Passenger Cars-Mechanical Systems, 6(2013-01-2587) (2013) 1510-1517.
[13] M. Pettersson, L. Nielsen, Gear shifting by engine control, IEEE Transactions on Control Systems Technology, 8(3) (2000) 495-507.
[14] M. Pettersson, L. Nielsen, Diesel engine speed control with handling of driveline resonances, Control Engineering Practice, 11(3) (2003) 319-328.
[15] B. Gao, Y. Lei, A. Ge, H. Chen, K. Sanada, Observer-based clutch disengagement control during gear shift process of automated manual transmission, Vehicle System Dynamics, 49(5) (2011) 685-701.
[16] A. Bagheri, S. Azadi, A. Soltani, A combined use of adaptive sliding mode control and unscented Kalman filter estimator to improve vehicle yaw stability, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part K: Journal of Multi-body Dynamics, 231(2) (2017) 388-401.
[17] R. Temporelli, M. Boisvert, P. Micheau, Control of an electromechanical clutch actuator using a dual sliding mode controller: Theory and experimental investigations, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 24(4) (2019) 1674-1685.
[18] S.A. Haggag, Sliding mode adaptive PID control of an automotive clutch-by-wire actuator, SAE International Journal of Passenger Cars-Mechanical Systems, 9(2016-01-9106) (2016) 424-433.
[19] X. Zhu, H. Zhang, J. Xi, J. Wang, Z. Fang, Robust speed synchronization control for clutchless automated manual transmission systems in electric vehicles, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 229(4) (2015) 424-436.
[20] H. Ren, S. Chen, T. Shim, Z. Wu, Effective assessment of tyre–road friction coefficient using a hybrid estimator, Vehicle System Dynamics, 52(8) (2014) 1047-1065.