amt電動換檔控制策略設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 響到車輛的行駛狀態(tài)，同時駕駛員的操作動作也是AMT智能控制系統(tǒng)所需的最重要的輸入?yún)?shù)之一，與行駛環(huán)境條件、車輛狀況的相互影響具有非常密切的關(guān)系。在AMT車輛上，駕駛操縱行為可通過對加速踏板和制動踏板的操作來體現(xiàn)。不同的駕駛員有不同的駕駛風(fēng)格和意愿，有人喜歡強勁加速與減速，注重車輛的動力性；有人喜歡輕柔平穩(wěn)加速與減速，注重行車過程的經(jīng)濟性。表現(xiàn)在控制系統(tǒng)中就需要針對不同的駕駛意愿和習(xí)慣采取不同的起步和換檔控制策略來滿足不同的駕駛要求。目前大多數(shù)自動變速系統(tǒng)為適應(yīng)不同的駕駛意愿，設(shè)置了運動型和經(jīng)濟型轉(zhuǎn)換開關(guān)，駕駛員通過操縱換擋手柄上的按鈕可實現(xiàn)運動型、經(jīng)濟型換擋模式的切換。但轉(zhuǎn)換開關(guān)的設(shè)置，不但增加了駕駛員的操縱負(fù)擔(dān)，而且不同駕駛員的駕駛風(fēng)格也不能僅僅分為這兩種極端情況，因此不能滿足車輛不同工況下的實際控制要求。為了適應(yīng)不同類型駕駛員對車輛控制的要求，實現(xiàn)智能化控制，根據(jù)不同類型駕駛員加速踏板踩下的程度和加速踏板角度變化率，以及制動時汽車減速度的差異，通過模糊推理，可將駕駛操縱行為特性用一個量化的參數(shù)來表示。通過該量化參數(shù)可確定駕駛員屬于哪種類型，然后對控制策略進(jìn)行修正，獲得理想的控制效果。駕駛操縱行為特性可采用模糊推理的方法獲得[17]，模糊推理器如圖32，推理器的輸入為駕駛員的操縱特征參數(shù)－加速踏板角度及其變化率和制動時汽車的減速度，推理器的輸出為駕駛員類型的量化參數(shù)。圖中，為加速踏板角度，為踏板角度變化率，為制動時的汽車減速度，drive為駕駛員類型參數(shù)。模糊推理器精確化處理 模糊化處理圖 42駕駛操縱行為特性模糊推理 駕駛意圖的識別駕駛員意圖可劃分為：巡航、加速、減速、超車、停車、滑行、沖坡、進(jìn)入彎道等。這些意圖通過車輛運行參數(shù)以及駕駛員對加速踏板、制動踏板操作的不同來體現(xiàn)。因此可根據(jù)對駕駛員駕駛經(jīng)驗的總結(jié)，得到控制規(guī)則，通過模糊邏輯判斷進(jìn)行駕駛意圖的識別。駕駛意圖的模糊特征的劃分見表41[11]。表41 駕駛意圖模糊特征特 征節(jié)氣門開度 節(jié)氣門開度變化率 車速加速度制動強度進(jìn)入彎道負(fù)中正小超 車正大正大正大加 速 正小、正中巡 航 正中正小、零、負(fù)小減 速 負(fù)小、負(fù)中零、正小滑 行 負(fù)大、負(fù)中正大、正中 零沖 坡 正中、正大正中、正大 停 車 零正中、正大 行駛環(huán)境的識別車輛的行駛環(huán)境差別很大。不僅路面類型復(fù)雜多樣，有上坡、下坡、轉(zhuǎn)彎等，同樣的路面類型條件下，因交通流狀況(車輛和行人的多少)的不同，對車輛行駛有不同的要求。路面狀況的差異，對車輛起步和換擋的要求產(chǎn)生較大差別。當(dāng)路面狀況良好，行人、車輛稀少時，車輛可處于高檔高速狀態(tài)行駛，而在同樣的路面條件下，當(dāng)人、車較多時車只能低檔緩慢行駛。為了使自動變速控制系統(tǒng)能根據(jù)不同的行駛環(huán)境，采取不同的控制策略，實現(xiàn)基于環(huán)境條件下的智能控制，行駛環(huán)境的識別是先決條件，必須建立一種行駛環(huán)境識別體系。 道路條件與坡道識別車輛在行駛中，道路坡度對換檔控制策略有較大的影響，動態(tài)識別道路坡度的大小是電控機械自動變速車輛實現(xiàn)智能換擋控制的重要環(huán)節(jié)之一。也是目前的一大技術(shù)難題。基于車輛縱向動力學(xué)的間接識別方法不需要外加傳感器，僅利用車輛運行參數(shù)，通過查表的方式獲得當(dāng)前的行駛坡度，是一種簡單有效的坡度識別方法[20]。其基本原理是：根據(jù)車輛運動方程[10] (41)其中驅(qū)動力 (42)空氣阻力 (43)滾動阻力 (44)坡道阻力 (45)加速阻力 (46)與道路坡度相關(guān)的信息包括滾動阻力和坡道阻力，在車輛行駛過程中這兩者往往難于區(qū)分，兩者之和稱為道路阻力，表示為： (47)定義綜合阻力系數(shù) (48)因此對于不同路面條件可采用綜合道路阻力系數(shù)來辨識。車輛行駛過程中，道路阻力系數(shù)的變化可通過對加速踏板角度、檔位、車載、車速、車輛加速度的監(jiān)測結(jié)果來獲得： (49)為了對道路條件進(jìn)行判斷，需要對道路阻力系數(shù)等級進(jìn)行劃分（表42[11]）。對良好瀝青或混凝土水平路面，由式(48)可得到對應(yīng)的坡度角（表43[11]）。表42 道路阻力系數(shù)等級劃分等級負(fù) 大負(fù) 中負(fù) 小正 小正 中正 大數(shù)值～～～～～～表43 坡度角與道路阻力系數(shù)道路阻力系數(shù)坡度角（176。）0510152030 彎道識別彎道識別有兩種方法，采用角位移傳感器直接測量的方法和根據(jù)駕駛操作及車輛運行參數(shù)推理判斷的間接方法。直接測量法需在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中增加角位移傳感器，對于電控電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)，可很方便的利用已有角位移傳感器，直接獲取彎道信號。間接方法則是根據(jù)車輛轉(zhuǎn)彎時的節(jié)氣門開度及其變化率、車速、制定踏板信號來推理駕駛員的減速意圖，通常駕駛員的減速操作包括停車前減速和進(jìn)入彎道減速，兩者之間往往較難區(qū)分。停車減速的特征是加速踏板很快完全抬起，并有持續(xù)時間較長的制動信號，車速降低較快。進(jìn)入彎道前的減速的操作特征為抬起加速踏板，短暫輕踩制動踏板，車速降低較小。根據(jù)停車減速和進(jìn)入彎道減速駕駛員操作特征和車輛運行參數(shù)的變化，通過綜合推理判斷，既可對彎道進(jìn)行識別。 基于模糊邏輯的路面狀況識別通過對不同路面狀況下駕駛員操作經(jīng)驗的分析，得到根據(jù)駕駛員操作特征識別路面狀況的模糊邏輯表44[11]，按照駕駛員操縱特征的模糊邏輯判斷，便可對路面狀況進(jìn)行識別。表44 路面情況與司機操作特征表節(jié)氣門開度節(jié)氣門開度變化率車速加速度剎車頻率剎車?yán)塾嫊r間良好路段正大、正中零正大零零零復(fù)雜路段正小正中、負(fù)中正小正中、負(fù)中正大正中顛簸路段正中、正小正小、負(fù)小正小正小、負(fù)小正大正中上 坡正大、正中零正小正小、零零零下 坡正小、零零正大、正中正中正中正大 本章小結(jié)本章分析了人－車－路閉環(huán)系統(tǒng)的構(gòu)成及其相互之間的關(guān)系，車輛的運行性能受到駕駛員、車輛運行狀況和行駛環(huán)境的共同影響，并且分析了駕駛行為特征、駕駛意圖和道路環(huán)境條件的識別方法。第5章 AMT系統(tǒng)綜合換檔控制策略制定符合實際行駛環(huán)境和駕駛員操縱意圖的“似人”的檔位決策[21][22]，是自動變速技術(shù)今后的發(fā)展方向。這種智能化系統(tǒng)的研究和最終實現(xiàn)，不僅可以有效地減輕駕駛員的工作強度，而且對提高汽車的操縱性、安全性和減少廢氣排放等都具有重要的意義。 換檔控制策略設(shè)計原則 行駛工況的劃分在制定基于人－車－路閉環(huán)系統(tǒng)智能換檔控制策略時，首先需要對不同的道路環(huán)境、不同的駕駛意圖條件下的汽車行駛工況進(jìn)行劃分。根據(jù)第四章中駕駛意圖和行駛環(huán)境識別的結(jié)果，將道路環(huán)境劃分為：良好路段、復(fù)雜路段、顛簸路段、陡坡（上坡）路段、陡坡（下坡）路段、轉(zhuǎn)彎路段；駕駛員意圖劃分為：加速、減速、超車、停車、滑行、沖坡。通過道路行駛狀況和駕駛員意圖分析，得到對當(dāng)前路面情況和司機意圖的一列估值，形成一個描述路面特征和司機意圖的模糊集合，用以進(jìn)行檔位決策[23]。 換檔策略制定總體原則在對優(yōu)秀駕駛員駕駛經(jīng)驗分析的基礎(chǔ)上，歸納出以下設(shè)計思想：(1) 如果沒有制動信號參與，為避免頻繁換檔，減小換檔次數(shù)，在每個檔位停留時間應(yīng)大于一個設(shè)定值（檔位停留時間隨車速變化而變化，車速越快，時間越短；同時，當(dāng)節(jié)氣門變化率較大時，車輛有急加速的要求，檔位停留時間為零）；若小于設(shè)定值除非動力不足，否則禁止換檔。(2) 如果制動踏板輕踩，則不換檔；如果制動器重踏（大于20%），則降檔；(3) 如果是上坡工況，動力不足，則降檔，同時增大低檔使用范圍，防止連續(xù)坡道的頻繁換檔；(4) 如果是下坡工況，坡度不大，道路良好，則不換檔；如果坡度大，道路條件不好，有制動信號，則降檔行駛；(5) 如果彎道不大，則不降檔；如果彎道大，則降檔運行；(6) 如果是城市道路，則低檔運行；(7) 如果道路良好，則以經(jīng)濟檔位、經(jīng)濟車速運行；(8) 如果低檔運行或降檔時，則以動力性為換檔原則；(9) 如果高檔運行，則以經(jīng)濟性為換檔原則。在制定AMT換檔控制策略時，各種工況下?lián)Q檔控制規(guī)則均以最佳動力性換檔規(guī)律為基準(zhǔn)，根據(jù)上述總體原則，通過對最佳動力性換檔規(guī)律的修正（包括節(jié)氣門開度和換檔車速的修正）來適應(yīng)不同的環(huán)境條件和駕駛意圖。 基于不同道路條件下的綜合換檔控制策略 良好路段指路面較為平坦、車輛和行人較少的路段。其判斷特征為車速較高、道路阻力系數(shù)較低且波動較小。良好路面在車輛行駛中所占比例最大，車輛的控制目標(biāo)強調(diào)經(jīng)濟性，以節(jié)省燃油，因此采用標(biāo)準(zhǔn)最佳經(jīng)濟換檔規(guī)律。 復(fù)雜路段指路面條件較好、車輛和行人較多，需要經(jīng)常起停的路段。其判斷特征為車速較低、綜合阻力系數(shù)較低且波動較小。控制目標(biāo)強調(diào)車輛的跟隨性和機動性，減少換檔次數(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)最佳動力性換檔規(guī)律。 顛簸路段路面不平整、泥濘，車速較低、節(jié)氣門開度有較大波動，其判斷特征為車速較低、綜合阻力系數(shù)較高且波動較大。控制目標(biāo)是保證動力性，減少換檔次數(shù)，提高車輛行駛的平順性。為降低換檔規(guī)律對節(jié)氣門開度變化的靈敏度，采用節(jié)氣門開度衰減動力換檔規(guī)律，既將節(jié)氣門開度實時檢測結(jié)果乘以一大于1的衰減系數(shù)k1后的動力換檔規(guī)律。k1隨顛簸程度變化而變化（表51），顛簸程度越大，則衰減系數(shù)越大，換檔規(guī)律對節(jié)氣門開度的變化越不敏感。也就是說，根據(jù)不同的顛簸程度，將標(biāo)準(zhǔn)的最佳動力性換檔規(guī)律的換檔節(jié)氣門開度相應(yīng)提高。由于在大于55%油門開度以后，油門變化對發(fā)動機輸出扭矩影響很小，因此，在55%以后維持原來的動力性換檔規(guī)律不變。表51 顛簸路面衰減系數(shù)表顛簸程度系數(shù)衰減系數(shù)k1 陡坡（上坡）路段陡上坡路段由于坡度阻力的存在，與滾動阻力系數(shù)共同作用下的綜合阻力系數(shù)很大，因此其特征為綜合阻力系數(shù)非常高。控制目標(biāo)為保持充足的驅(qū)動力，并避免發(fā)動機熄火。由混合動力車整車控制策略知：此時電動機啟動，車輛處于混合驅(qū)動模式。若發(fā)動機與電動機能夠提供足夠的驅(qū)動轉(zhuǎn)距，則維持原檔行駛，提高車輛的經(jīng)濟性。否則采用車速衰減動力性換檔規(guī)律，即將車速實時檢測結(jié)果乘以一小于1的衰減系數(shù)k2（k2隨道路阻力系數(shù)的增大而減小，表52），因此得到的換檔車速較原來的換檔車速降低。換檔規(guī)律曲線表現(xiàn)為換檔曲線向車速高的區(qū)域偏移，在同樣的車速下，保證車輛更多的運行在較低的檔位；同時，在車速降低過程中，提前進(jìn)入較低檔位保證車輛的后備功率和動力性能。表52 陡坡（上坡）路段控制規(guī)則修正表道路阻力系數(shù)衰減系數(shù)k2 陡坡（下坡）路段其特征為綜合阻力系數(shù)非常低，節(jié)氣門開度很小。控制目標(biāo)強調(diào)車輛行駛安全性，避免車速過高，同時考慮發(fā)動機反拖制動。車輛下坡時駕駛員往往完全松開油門踏板利用發(fā)動機制動，但松開油門可能會導(dǎo)致升檔，導(dǎo)致發(fā)動機制動效果減弱。因此在下坡時應(yīng)禁止可能的升檔，如果禁止升檔后車輛仍然加速，迫使駕駛員踩制動踏板時，再降一個檔位以提高發(fā)動機的制動效果，如果降檔后車輛仍然加速，則駕駛員踩制動踏板再降一個檔位，直至利用發(fā)動機制動能夠使車輛作平穩(wěn)的下坡行駛，當(dāng)坡度很大時則將檔位降至一檔，為避免發(fā)動機超速，只有當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速小于某一特定值時才能降檔，利用發(fā)動機進(jìn)行制動，使駕駛員操縱制動踏板的次數(shù)減少，從而增加了舒適性，也減輕了制動器的負(fù)荷，在處于下坡工況時，盡量在低檔工作。 轉(zhuǎn)彎路段其特征為節(jié)氣門開度減少，并伴有較弱的剎車，隨后帶有方向盤的轉(zhuǎn)動。為減少不必要的換檔循環(huán)，原檔位保持不變。為了區(qū)分彎道前和減速工況，對控制策略采用延遲控制。 基于不同駕駛意圖的綜合換檔控制策略 超車其特征為加速踏板開度增大且節(jié)氣門開度變化率較大。控制目標(biāo)為強調(diào)車輛的加速性，以盡量減少超車時間。此時電動機啟動，車輛處于混合驅(qū)動狀態(tài)。但為保證加速性，希望駕駛員急踩加速踏板時車輛能提前降檔，使動力性增加。根據(jù)降檔車速計算公式： (51)取節(jié)氣門開度8%時換檔規(guī)律的發(fā)散與收斂程度=，節(jié)氣門開度大于37%時選取=，可得到各檔降檔車速。同時的取值還應(yīng)隨節(jié)氣門開度變化率而改變（表53）。表53 隨節(jié)氣門開度變換率的修正表節(jié)氣門開度變化率（%/s）20304050100 加速特征為加速踏板開度增加但節(jié)氣門開度變化率較小。控制目標(biāo)是強調(diào)車輛的跟隨性，對加速度要求并不高，采