汽车底盘高智能集中润滑系统模糊控制器设计

徐彩玲，季 磊，黄 俊

（1.台州职业技术学院 机电工程学院，浙江 台州 318000；2.浙江工业大学 机械工程学院，浙江 杭州 310014）

汽车底盘自动集中润滑能够通过润滑系统完成自动加油脂，从而减少驾驶者劳动量，节约一定量的润滑油脂。此功能对提升我国汽车底盘集中润滑系统自动控制技术，促进集中润滑系统装置在高级大客车、大型货车和类似的工程机械等多个领域的应用起到良好的作用。但是目前，国内开发的集中润滑系统的自动化控制程度较低，往往采用人工设定加油脂的周期，其不能随着环境温度的变化而自动准确调整加油脂的周期，结果造成车辆行驶在温度变化较大的环境中时，注油脂的周期还是靠盲目设定来决定，造成电机使用寿命降低，能耗浪费，更甚者有可能烧毁电机的现象。

随着模糊控制技术在自动控制方面的深入应用，有必要研制技术先进、价格合理、系统能随着环境温度变化而自动调整加油脂周期的新一代产品[1]。本项目通过采用模糊控制的方法，使汽车底盘自动集中润滑实现以上的功能，从而实现更高级智能化的控制，使油脂注加更合理，本文对此系统的模糊控制器设计进行论述。

1 点盘集中润滑系统简介

1.1 润滑点分类

润滑点的类别不同，所需油量也不同，为了满足各点都能获得合适的注油量，就必须对每次的注油量进行同一周期下的协调，每点单次注油量可按下式进行确定：

式中，

Ci（I=1,2,…，n)为润滑点i 的最佳独立注油周期；

Oi（I=1,2,…，n)为i 点的最佳注油量；

Ostd为分配器的标准排油量。

为了到达试验目的，将汽车底盘的润滑点分成3类，用3个温度传感器组成检测系统。如：凸轮轴颈座、制动踏板轴、换档杆、0.1 ml 的避振器；拉杆球头销、制动调整臂、0.2 m l 的凸轮轴尾座；主销、0.4 ml的钢板弹簧销[3]。这样基本可以协调同一周期下每次的注油量，达到节约的目的，防止过度加脂、散热不足等问题，同时可以减少元部件，简化结构设计，节约成本。

1.2 润滑系统原理

底盘集中润滑系统主要由油箱、油泵、直流电机、阀、分配器、传感器、控制单元及其他附属零件组成[3~4]，液压系统图如图1 所示。系统工作原理为：电机收到控制器发来的启动指令后开始工作，使齿轮泵沿压油方向旋转，产生真空吸入油脂。然后，把油脂压送至各个分配器进行储油，当最远端外接分配器储油结束后，整个系统封闭，压力上升到压力开关控制压力值时，压力开关关闭，同时向控制器输出一个信号。控制器收到信号后向电机发送停转指令，同时油泵停转，卸荷阀自动开启进行卸压，管路上的油压迅速下降。此时，主油道和储油腔内的压差推动分配器换向阀门左移关闭进油口，打开出油口，分配器出油口经分油管将油脂注入各润滑节点，以上整个步骤即为一次完整的加脂过程。

图1 液压示意图

2 模糊控制器设计

2.1 模糊控制器结构设计

图2 为模糊控制器工作的基本原理，是将输入的数字信号经过模糊化变成模糊量，送入含有模糊规则的模糊推理模块，经过近似推理得出结论—模糊集合，然后被清晰化模块变换成清晰量，再输出到下一级被控对象。常见的模糊控制器有Mamdani 型和T—S 型，它们是两类模糊规则不同的控制器，本系统采用T—S 型模糊控制器，本控制器为双输入、单输出模型。

图2 汽车底盘集中润滑系统模糊控制原理框图

首先，根据实际经验确定温度与周期的关系，工作温度为-20 ℃~ +70 ℃，控制器环境温度判断区间为：燮10 ℃、＞10 ℃~ 25 ℃、＞25 ℃~ 35 ℃、＞35 ℃~ 45 ℃、＞45 ℃，润滑周期在6 ~ 14 h（每2 h为一个档次）自动调整，设定基本的润滑周期为10 h（相应的设定温度为30 ℃）根据温度变化调整润滑周期。当汽车点火之后，行驶过程中由3个温度传感器检测节点温度的信息，取温度偏差最大的作为输入量，然后经过模糊化后确定温度的隶属度，再经过模糊推理和反模糊化的合成推理，最终得到周期的控制输出量。

2.2 模糊控制策略

系统的模糊控制器采用常用的标准形式，即输入—输出变量，E 取三个温度传感器中温度最大的一个，采用常用的三角形隶属度函数，输入输出变量模糊化设节点温度偏差E 的基本论域为［－6，5］，偏差变化率EC 的基本论域为［－5，5］。灌溉需水量U 的基本论域为{-4，-2,0,2,4}。分别定义E、EC 和U 的模糊语言变量分为5 级：{负大，负小，零，正小，正大}，简记为{NL，NS，ZO，PS，PL}[4]。如图3 所示。

图3 E、EC 和U 的隶属度函数

根据对实际润滑控制的经验总结，制定相应的模糊控制规则表，如表1 所示。

表1 模糊控制规则表

为提高系统的实时响应速度，事先根据模糊控制规则表及语言变量赋值表，离线计算出模糊控制总表，如表2 所示。该表经严格的实践检验和反复修改后存放在单片机的程序存储器中。然后根据输入量e 及ec 在不同工作状态的实际变化范围及其论域计算出量化因子Ke 和Kec，并确定输出比例因子Ku。实际控制时，模糊控制器把系统在不同工作状态下的输人量e 及ec 分别乘以相应的Ke、Kec，并量化到输入量的语言变量论域中，再根据量化的结果与模糊控制总表进行比较，通过查表程序得到所需的输出量U，最后乘以Ku ，得到系统在不同工作状态下的实际输出控制量U[5]。

表2 模糊控制总表

3 结束语

本文主要通过采用图表的方式对高智能集中润滑模糊系统控制器进行设计，对比于精确的数学模型的方法，显得更简捷，但又不失准确性，主要是因为精确的数学模型对在实际应用中的未知的模型设计控制系统较合适，而在本项目中必要性不大。通过实验验证本控制器可根据工作温度的变化自动调整润滑周期，能够对润滑系统进行最合理的注油脂量，可大大节约润滑油脂，使电机运行合理从而延长电机使用寿命。本控制器可根据不同型号的汽车以及润滑经验对查询表进行修改，从而适应不同的工况，大大拓宽高智能集中润滑系统的应用范围。

[1]盛奎川.车辆底盘自动集中润滑系统的控制方法及技术[J].农业机械学报，2005，36(8)：30-33．

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[3]韩 峰.汽车底盘自动润滑系统[J].客车技术与研究，2006，(3):45-46.

[4]石辛民，郝整清.模糊控制及其MATLAB 仿真[M].北京：清华大学出版社，2008．

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