本發(fā)明屬于汽車換擋控制，具體為一種面向電控電動(dòng)式換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)控制方法。

背景技術(shù)：

1、對(duì)于新能源汽車系統(tǒng)而言，如何實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、平順的換擋是控制策略的核心內(nèi)容，而摘擋與掛擋操作是換擋控制的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。由于電控電動(dòng)式換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于多種中重型車輛。電控電動(dòng)式換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制的關(guān)鍵是快速跟蹤結(jié)合套目標(biāo)位移，減少其位移跟蹤誤差。

2、現(xiàn)有的一些專利，如專利號(hào)為cn114278725a的發(fā)明專利利用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立換擋控制算法，包括bp網(wǎng)絡(luò)的前饋計(jì)算和bp網(wǎng)絡(luò)權(quán)系數(shù)的計(jì)算規(guī)則，制定出基于平順性的換擋控制策略。專利號(hào)為cn109723814a的發(fā)明專利提出了一種amt機(jī)構(gòu)的換擋控制方法tcu通過(guò)對(duì)選擋位置傳感器、選擋電機(jī)、換擋位置傳感器、換擋直流電機(jī)等的精確標(biāo)定控制，優(yōu)化amt性能。然而，但在實(shí)際控制中，換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部參數(shù)以及外部擾動(dòng)的不確定性變化，加大了系統(tǒng)的控制難度，嚴(yán)重時(shí)甚至使控制失效。因此，如何開(kāi)發(fā)一種具有自適應(yīng)性的電控電動(dòng)式換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制算法，能快速精準(zhǔn)地完成換擋動(dòng)作，從而有效縮短動(dòng)力中斷時(shí)間，是亟需解決的難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出了一種電控電動(dòng)式換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)自適應(yīng)控制方法，該方法為了克服換擋過(guò)程中參數(shù)攝動(dòng)與外部干擾等不確定性問(wèn)題的影響，采用滑模控制作為基礎(chǔ)算法，由遺傳算法優(yōu)化滑模控制增益，并利用模糊自適應(yīng)控制對(duì)同步器位移pi控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制跟蹤精度、響應(yīng)速度以及抗干擾能力的性能提升。

2、本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、一種電控電動(dòng)式換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)由換擋直流電機(jī)、齒輪減速機(jī)構(gòu)、螺母、絲杠、換擋撥叉、接合套以及角位移傳感器等組成，螺母與撥叉固連，帶動(dòng)撥叉做直線運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)接合套掛入目標(biāo)擋位。角位移傳感器實(shí)時(shí)采集換擋直流電機(jī)的角位移，并判斷當(dāng)前結(jié)合套的軸向位移是否到達(dá)目標(biāo)擋位位置，以此實(shí)現(xiàn)換擋直流電機(jī)的位移閉環(huán)控制。

4、一種電控電動(dòng)式換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)自適應(yīng)控制方法，具體步驟如下：

5、s1：對(duì)換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模，并推導(dǎo)得到換擋直流電機(jī)的電壓平衡方程以及轉(zhuǎn)矩平衡方程式；

6、s2：設(shè)計(jì)滑?？刂扑惴ㄟM(jìn)行換擋直流電機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)結(jié)合套目標(biāo)位移的快速跟蹤，減少換擋直流電機(jī)參數(shù)不確定性和外界動(dòng)態(tài)干擾的影響；

7、s3：通過(guò)遺傳算法優(yōu)化模糊滑模控制的隸屬度函數(shù)，進(jìn)行滑模控制增益的自適應(yīng)調(diào)整，提升系統(tǒng)狀態(tài)趨近滑模面過(guò)程的動(dòng)態(tài)性能；

8、s4：設(shè)計(jì)模糊pi控制器對(duì)換擋直流電機(jī)占空比進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，完成換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)位移的自適應(yīng)跟隨。

9、進(jìn)一步地，步驟s1具體為：

10、換擋直流電機(jī)的電壓平衡方程以及轉(zhuǎn)矩平衡方程式如式(1)所示：

11、

12、式中，θdc為換擋直流電機(jī)轉(zhuǎn)角；um為換擋直流電機(jī)輸入直流電壓；rm為換擋直流電機(jī)內(nèi)阻；lm為換擋直流電機(jī)等效電感；kemf為換擋直流電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)；ωdc為換擋直流電機(jī)轉(zhuǎn)速；tmgr為換擋直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩；km為電機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)；im為換擋直流電機(jī)電流；tlgr為電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩；jm為換擋直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；bm為換擋直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)阻尼系數(shù)。

13、進(jìn)一步地，步驟s2具體為：

14、s21：定義換擋直流電機(jī)的角位移跟蹤誤差為：

15、

16、式中，zm為位移狀態(tài)變量，zm＝[z1,z2,z3]；xmd為電機(jī)角位移設(shè)定值，xmd＝[xd,0,0]。

17、s22：設(shè)置滑模面函數(shù)為：

18、

19、式中，ns為滑模常數(shù)。

20、s23：采用等價(jià)控制律與到達(dá)控制律結(jié)合的方式求解滑?？刂破鬏敵?。對(duì)滑模面函數(shù)求導(dǎo)，得：

21、

22、令將式(1)帶入到式(4)，得到：

23、

24、計(jì)算得到滑?？刂频葍r(jià)控制律ueq為：

25、

26、s24：引入切換控制律usw，使系統(tǒng)軌跡穩(wěn)定在滑模面，為解決符號(hào)函數(shù)引起的抖振問(wèn)題，采用雙曲正切函數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的符號(hào)函數(shù)：

27、usw＝-η1?tanh(s1)?(7)

28、將等效控制律與到達(dá)控制律合并，可得到滑?？刂坡扇缡?8)所示：

29、

30、進(jìn)一步地，步驟s3具體為：

31、s31:確定優(yōu)化變量為滑?？刂圃鲆姒?；

32、s32:評(píng)估求解種群中個(gè)體的適應(yīng)度值，選用換擋直流電機(jī)角位移跟蹤誤差絕對(duì)值的積分je作為性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，如式(9)所示：

33、

34、式中，tup表示換擋直流電機(jī)作用初始時(shí)刻；tend表示換擋直流電機(jī)作用結(jié)束時(shí)刻。

35、s33:執(zhí)行迭代選擇、交叉和變異操作，直到滿足終止條件后停止迭代。

36、進(jìn)一步地，步驟s4具體為：

37、s41:設(shè)置模糊輸入變量為實(shí)際同步器行程和目標(biāo)軌跡行程之差e和其變化率輸出變量為輸出變量pi控制器比例系數(shù)變化量δkp和積分系數(shù)變化量δki；輸入變量與輸出變量的模糊論域均定為[-4，4]，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸入模糊子集與輸出子集均定義為{ns，nb，zo，ps，pb}，設(shè)置s型及三角形隸屬度函數(shù)。

38、s42:制定模糊控制規(guī)則為:

39、rule1:同步器位移誤差e偏大時(shí)，比例系數(shù)kp應(yīng)當(dāng)較大，以提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，積分系數(shù)ki應(yīng)當(dāng)接近于零。

40、rule2:當(dāng)同步器位移誤差e及其變化率中等大小時(shí)，kp應(yīng)較小以防止系統(tǒng)超調(diào)，ki應(yīng)中等大小。

41、rule3:當(dāng)同步器位移誤差e較小時(shí)，kp、ki應(yīng)較大，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。

42、rule4:當(dāng)同步器位移誤差變化率較大時(shí)，適當(dāng)減小kp、ki。

43、s43:利用重心法對(duì)模糊推理產(chǎn)生的控制量進(jìn)行反模糊化，模糊控制規(guī)則的輸出量δkp與δkp計(jì)算方式如式(10)與式(11)所示：

44、

45、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

46、1.本發(fā)明所述的一種電控電動(dòng)式換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)自適應(yīng)控制方法解決了換擋過(guò)程中參數(shù)攝動(dòng)與外部干擾等不確定性問(wèn)題，提高了換擋過(guò)程的位移跟蹤精度與穩(wěn)定性，對(duì)解決換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精確控制問(wèn)題，具有重要的指導(dǎo)意義；

47、2.本發(fā)明所述的一種電控電動(dòng)式換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)自適應(yīng)控制方法采用滑模算法作為控制基礎(chǔ)，在處理不確定性干擾問(wèn)題上具有較好的優(yōu)勢(shì)，并采用模糊控制對(duì)滑?？刂坡手械墓潭ㄇ袚Q增益進(jìn)行了優(yōu)化，保證了位移跟蹤過(guò)程的魯棒性能；

48、3.本發(fā)明所述的一種電控電動(dòng)式換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)自適應(yīng)控制方法中采用模糊pi控制算法對(duì)換擋直流電機(jī)占空比進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，完成換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)位移的精確跟蹤，為電控電動(dòng)式換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)化控制提供了新的途徑。

技術(shù)特征：

1.一種電控電動(dòng)式換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)由換擋直流電機(jī)(1)、齒輪減速機(jī)構(gòu)(2)、螺母(3)、絲杠(4)、換擋撥叉(5)、接合套(6)以及角位移傳感器(7)等組成，螺母(3)與撥叉(5)固連，帶動(dòng)撥叉(5)做直線運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)接合套(6)掛入目標(biāo)擋位；角位移傳感器(7)實(shí)時(shí)采集換擋直流電機(jī)(1)的角位移，并判斷當(dāng)前結(jié)合套(6)的軸向位移是否到達(dá)目標(biāo)擋位位置，以此實(shí)現(xiàn)換擋直流電機(jī)(1)的位移閉環(huán)控制。

2.一種如權(quán)利要求1所述的電控電動(dòng)式換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)控制方法，其特征在于，具體步驟如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種電控電動(dòng)式換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)自適應(yīng)控制方法，旨在克服換擋過(guò)程中參數(shù)攝動(dòng)與外部干擾等不確定性問(wèn)題的影響，快速精準(zhǔn)完成換擋動(dòng)作。首先，根據(jù)換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理，對(duì)換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模；然后，考慮到外界干擾和換擋直流電機(jī)參數(shù)的不確定性，加入滑?？刂扑惴ǎㄟ^(guò)遺傳算法優(yōu)化模糊滑?？刂频碾`屬度函數(shù)，實(shí)現(xiàn)滑?？刂圃鲆娴淖赃m應(yīng)調(diào)整，跟隨換擋直流電機(jī)的實(shí)際響應(yīng)特性；最后，設(shè)計(jì)模糊PI控制器對(duì)換擋直流電機(jī)占空比進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，完成換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)位移的精確跟蹤。本發(fā)明通過(guò)控制參數(shù)的在線自適應(yīng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制在跟蹤精度、響應(yīng)速度以及抗干擾能力等方面的提升。

技術(shù)研發(fā)人員：王振偉,侯俊劍,何文斌,鐘玉東,丁金全,趙登峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：鄭州輕工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6