一種汽車變速器換擋機構的變論域模糊控制方法與流程

本發明涉及汽車電子控制技術的領域，特別涉及一種汽車換擋系統的變論域模糊控制方法。

背景技術：

換擋機構是汽車的重要組成部分之一，主要由換擋撥叉、選換擋絲杠、傳感器、選換擋電機等基本部分組成。隨著計算機技術的進步和控制理論的發展，換擋系統控制方式得到了一定程度的發展，用計算機技術代替手工操作控制進擋退檔顯示了很強的優勢，可以用來彌補人工操作中的缺陷。其中模糊控制屬于智能控制，不依賴數學模型，而是借助由專家經驗知識所得的一系列控制規則進行推理，以此獲得控制輸出量。可以實現非線性控制，無須為對象建立確切的數學模型，具有較好的魯棒性和靈活性。

但由于汽車行駛過程中的外界環境、駕駛員意圖復雜多變，且發動機和離合器本身存在非線性、時滯、參數擾動等影響，用具有固定輸入、輸出論域的傳統模糊控制方法，難以充分發揮模糊控制的效果。模糊控制的本質就是插值控制，采用變論域模糊控制時，雖然規則形式不變，論域收縮使得規則局部細化，相當于增加了模糊規則數目，即插值點加密，從而提高了控制精度。變論域模糊控制的輸入、輸出變量可根據行駛工況的改變進行適時調整。

技術實現要素：

本發明旨在提供一種汽車變速器換擋機構的變論域模糊控制方法，該控制方法具有控制精確、計算效率高的特點。

本發明的技術方案如下：一種汽車變速器換擋機構的變論域模糊控制方法，包括以下步驟：

A、設定目標擋位位置參考點，在車輛行駛過程中，實際擋位位置量的反饋值與目標擋位位置參考點形成位置量誤差，再用微分計算位置量誤差的變化率；

B、選取伸縮因子，分別為擋位位置量誤差對應的伸縮因子，位置量誤差的變化率對應的伸縮因子，輸出變量的伸縮因子。

C、設計模糊控制器1，該模糊控制器采用位置量誤差信號及其分數階微分信號作為輸入量，對應變量的伸縮因子作為控制器輸出；

D、設計模糊控制器2，該模糊控制器采用位置量誤差信號及其分數階微分信號作為輸入量，進擋電機的電壓作為控制器輸出；

最后，完成車輛換擋機構變論域模糊控制，使車輛的進擋按指令位置精度跟蹤給定擋位位置參考量。

本發明的優點在于：

(1)汽車變速器換擋機構變論域模糊控制不需要依靠精確的船舶運動數學模型和太多的領域專家知識，在規則形式不變的前題下，論域隨著誤差變小而收縮，也可以由于誤差增大而擴展，論域收縮相當于增加規則，從而提高了模糊控制的精度。

(2)汽車變速器換擋機構變論域模糊控制充分利用變論域模糊控制精度較高、且具有較大穩定域、計算效率高等優勢，提高了進擋控制的精度。

附圖說明

圖1為汽車變速器換擋機構的變論域模糊控制結構簡圖。

具體實施方式

下面結合實施例具體說明本發明。

如圖1所示，本實施例汽車變速器換擋機構的變論域模糊控制方法步驟如下：

A、設定目標擋位位置參考點，在車輛行駛過程中，位置量誤差e由目標擋位位置參考點減去實際擋位位置量的反饋值計算可得，再用微分計算可得位置量誤差的變化率；

B、選取伸縮因子，分別為擋位位置量誤差對應的伸縮因子，位置量誤差的變化率對應的伸縮因子，輸出變量的伸縮因子。

變論域與伸縮因子計算取值的具體步驟如下：

設X_i＝[-E，E](i＝1，2，...，n)為輸入變量x_i的可變論域，Y＝[-E，E]為輸出變量y的可變論域；A_ij(j＝1，2，...，m)為X_i上的模糊劃分，B_j為y上的模糊劃分，視A，B為語言變量，模糊推理的規則可以表達為

If x_1jis A₁，x_2jis a₂，and......and x_njis A_nthen y is B_j

若設x_ij分別為A_ij的峰點，y_j為B_j的模糊單值元素，當論域固定不變時，上文所述的推理規則可表現為如下所示的n元分片插值函數：

設論域X_i與Y可以分別隨變量x_i與y的變化而變化，記為

X_i(x_i)＝[-α_i(x_i)E_i，α_i(x_i)E_i]

Y(y)＝[-β(y)U，β(y)U]

其中，α_i(x_i)與β(y)分別為輸入變量與輸出變量的變論域伸縮因子，如果對于所有輸入變量采用相同的伸縮因子，則公式可簡化為

X_i(x_i)＝[-α(x_i)E，α(x_i)E]

由于有控制系統為雙輸入單輸出模型，含有位置量誤差e與位置量誤差的變化率兩個輸入量，雙輸入變量的伸縮因子算法如下：

α(x，y)＝1-λ_x，yexp(-k_x，yx²-k_y，xy²)

式中，λ_x，y是雙因素伸縮因子系數，0＜λ_x，y＜1；k_x為伸縮因子的指數系數，k_x＞0。輸出變量的伸縮因子算法如下：

β(y)＝1-ζexp(-μ_yy)²

式中，ζ是輸出變量伸縮因子系數，0＜ζ＜1；μ_y為伸縮因子的指數系數，μ_y＞0。

變論域模糊控制的隸屬函數可取為“三角波”，至于論域是否等距劃分，隸屬函數取什么樣的形狀，在論域伸縮之下顯得無關緊要了。

C、設計模糊控制器1，該模糊控制器采用位置量誤差信號及其分數階微分信號作為輸入量，對應變量的伸縮因子作為控制器輸出；

模糊控制器1輸入為不同時刻的換擋機構中通過傳感器給出的實際位置量和參考點的目標位置量的差值e和差值的變化率輸出為伸縮因子α₁、α₂和β。輸入量的論域為[-1，1]，變化率的論域是[0，1]，α₁、α₂和β的論域為[0，1]。

采用“負大”(NB)、“負中”(NM)、“負小”(NS)、“零”(ZD)、“正小”(PS)、“正中”(PM)、“正大”(PB)7個語言變量描述輸入量，輸入語言變量模糊子集為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}；采用“零”(ZO)、“正小”(PS)、“正中”(PM)、“正大”(PB)4個語言變量描述伸縮因子α₁、α₂，模糊子集為{ZO，PS，PM，PB}；采用“零”(ZO)、“非常小”(VS)、“小”(S)、“稍微小”(SB)、“中”(M)、“大”(B)、“非常大”(VB)7個語言變量描述伸縮因子β，模糊子集為{ZO，VS，S，SB，M，B，VB}。取“三角波”作為隸屬函數。

模糊控制規則如下：

(1)α₁、α₂的確定規則：當|e|或較大時，說明此時的位置誤差或誤差變化率較大，車輛有進擋的需求，此時為提高車輛的控制，應選取較大的α₁、α₂；當|e|或較小時，說明此時的位置誤差或誤差變化率不大，車輛保持穩定狀態，α₁、α₂取較小值；當|e|較大、較小或|e|較小、較大時，α₁、α₂取值介于上述兩種規則之間。

(2)β的確定規則：當e和較大且符號相同時，表明換擋機構中傳感器位移量變化較為劇烈，此時應取較大的β值增大換擋系統對當前車輛運動狀態的控制，使輸出論域擴大；當e和較大且符號相反時，表明位置變化仍然劇烈，但有減小此狀態的趨勢，此時應該取較小的β值，使系統既快速減小變化量又不產生較大振蕩；當e接近0而較大時，說明此時車輛保持穩定狀態，但卻有加劇運動的趨勢，β應取較大的值使輸出論域擴大，加大換擋系統對車輛狀態的控制。綜合α₁、α₂和β的確定規則可得模糊控制器1的控制規則，如表1、表2所示。

表1伸縮因子α₁、α₂控制規則表

表2伸縮因子β控制規則表

D、設計模糊控制器2，該模糊控制器采用位置量誤差信號及其分數階微分信號作為輸入量，進擋電機的電壓作為控制器輸出。

模糊控制器2輸入為換擋機構中通過傳感器給出的實際位置量和參考點的目標位置量的差值e和差值的變化率輸出為進擋電機電壓。模糊控制器2根據模糊控制器1輸出的伸縮因子調整論域。同時根據換擋機構中通過傳感器給出的實際位置量和參考點的目標位置量的差值，計算出所需的進擋電機電壓值。

當e和同向時，說明車輛運動劇烈車速變化較大并有增大的趨勢，此時應選擇較大控制量進行換擋使車輛恢復穩定狀態；當e和反向時，說明車輛運動變化趨勢在減小，此時應選擇較小控制量使車輛保持穩定狀態。模糊控制規則如表3所示。

表3模糊控制規則表

最終，完成車輛換擋機構變論域模糊控制，使車輛的進擋按指令位置精度跟蹤給定擋位位置參考量。由圖1及表1～表3可以看出，實施汽車變速器換擋機構的變論域模糊控制方法，相比傳統模糊控制情形，雖然規則形式不變，論域收縮使得規則局部細化，相當于增加了模糊規則數目，即插值點加密，從而提高了控制精度。變論域模糊控制的輸入、輸出變量可根據行駛工況的改變進行適時調整。由于分數階微積分運算可采用微處理技術實現，隨著高速微處理器及模糊控制芯片的發展，該方法有利于工程試驗，因此本發明所提出的模糊控制方法不僅有效且具工程可實現性。