本發(fā)明涉及離合器自適應(yīng)控制，尤其涉及一種基于行駛意圖與環(huán)境的amt換擋自適應(yīng)控制方法。

背景技術(shù)：

1、在實(shí)際工程應(yīng)用中，離合器的換擋結(jié)合軌跡確定通常通過查表獲得。然而，查表法難以適應(yīng)駕駛員行駛過程中主觀駕駛意圖變化。amt工程車輛在實(shí)際換擋控制中通常采用pid控制或開環(huán)控制策略，這些策略依賴離線標(biāo)定的參數(shù)實(shí)現(xiàn)控制過程。但是，由于實(shí)際作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性，如車身質(zhì)量、路面條件和時變擾動等影響，傳統(tǒng)控制策略無法滿足精確控制的需求。因此，為了提高amt車輛換擋過程的準(zhǔn)確性，需要制定符合駕駛員意圖的amt車輛換擋過程目標(biāo)結(jié)合軌跡和滿足變化外部環(huán)境的自適應(yīng)控制策略。

2、目前離合器換擋的控制研究方法主要分可以兩類：基于優(yōu)化控制的方法和基于目標(biāo)結(jié)合軌跡跟蹤的控制方法?；趦?yōu)化算法的換擋控制采用了包括模型預(yù)測控制、線性二次最優(yōu)控制和序列二次規(guī)劃等在內(nèi)的多種優(yōu)化算法?；趽Q擋參考軌跡跟蹤的控制方法是在系統(tǒng)的上層確定了換擋過程的最優(yōu)參考軌跡，并設(shè)計(jì)換擋控制器跟蹤所設(shè)計(jì)的軌跡，達(dá)到改善換擋品質(zhì)的目的。近年來眾多學(xué)者對amt的換擋控制開展了大量的研究，關(guān)鍵研究點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)離合器控制的快速響應(yīng)和高精度性能，以適應(yīng)駕駛員不同意圖和行駛環(huán)境的變化，確保車輛能夠平順高效地完成換擋操作。在工程車輛換擋控制的研究中，離合器目標(biāo)結(jié)合軌跡通常依賴查表法，而對換擋過程評價指標(biāo)的綜合最優(yōu)考慮較少。在外部環(huán)境擾動較大時，該方法的適應(yīng)性和控制精度會不足，進(jìn)而使得控制系統(tǒng)的魯棒性不佳。因此，如何在保證計(jì)算效率的同時，提高模型對環(huán)境擾動的適應(yīng)性和控制精度，是換擋控制研究需要解決的關(guān)鍵問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供了一種基于行駛意圖與環(huán)境的amt換擋自適應(yīng)控制方法，以解決背景技術(shù)中存在的問題。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種基于行駛意圖與環(huán)境的amt換擋自適應(yīng)控制方法，包括以下步驟：

3、(1)建立換擋階段的bolza最優(yōu)控制模型，并通過權(quán)重因子的分配實(shí)現(xiàn)不同駕駛意圖下的換擋需求；

4、(2)通過偽譜法與二次規(guī)劃對bolza優(yōu)化模型求解，得到三種不同駕駛意圖下的發(fā)動機(jī)與離合器最優(yōu)轉(zhuǎn)速變化率；

5、(3)利用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與規(guī)則表進(jìn)行離線訓(xùn)練，通過預(yù)處理層的積分器將最優(yōu)轉(zhuǎn)速調(diào)用層輸出的變化率信號進(jìn)行積分，得到參考轉(zhuǎn)速曲線用于后續(xù)控制器的調(diào)用；

6、(4)采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)方案，設(shè)計(jì)換擋過程發(fā)動機(jī)/離合器自適應(yīng)滑模控制器，將積分后得到的發(fā)動機(jī)/離合器參考軌跡作為目標(biāo)軌跡，輸入到換擋模型中用于跟蹤控制。

7、(5)在matlab/simulink中給定不同的駕駛意圖與環(huán)境驗(yàn)證。

8、進(jìn)一步的，步驟(1)中，換擋階段的動力學(xué)模型如下：

9、

10、其中，te為發(fā)動機(jī)輸出端作用在離合器主動盤的扭矩；tc為離合器扭矩；tf為等效到從動盤的行駛阻力矩；ωe、ωc為離合器主、從動盤轉(zhuǎn)速；ie、ic為為主、從動端的當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量；b1、b2為發(fā)動機(jī)和離合器的旋轉(zhuǎn)阻尼系數(shù)；

11、換擋階段的bolza最優(yōu)控制模型公式如下：

12、

13、其中，第一個約束條件為狀態(tài)微分方程，第二個約束條件為邊界條件，第三個約束條件為路徑限制，將求解的狀態(tài)和控制變量在lgr點(diǎn)上離散，通過拉格朗日插值轉(zhuǎn)化為近似的連續(xù)變量，將最優(yōu)控制問題轉(zhuǎn)化為非線性規(guī)劃問題，進(jìn)行迭代求得最優(yōu)解。

14、進(jìn)一步的，步驟(2)包括以下步驟：

15、(21)系統(tǒng)時域變換：設(shè)將原優(yōu)化問題的時域空間離散為n+1個節(jié)點(diǎn)，第k-1個節(jié)點(diǎn)與第k個節(jié)點(diǎn)之間的時域區(qū)間定義為[tk-1,tk]，k＝1,2,…,n，且t0＜t1＜…＜tn＝tf。lengendre正交多項(xiàng)式定義間隔為[-1,1]，則對第k個時域區(qū)間進(jìn)行時域變換，將原時域t∈[tk-1,tk]轉(zhuǎn)換為τ∈[-1,1]，公式如下：

16、

17、將新時域下的變量τ對原時域下的變量t求導(dǎo)得到：

18、

19、根據(jù)式(5.8)和(5.9)，原優(yōu)化問題重新定義為：

20、

21、(22)lgr配點(diǎn)與lagrange插值多項(xiàng)式近似：將變換時域后的第k個子區(qū)間離散為n個lgr配點(diǎn)與一個非配點(diǎn)狀態(tài)量表示為構(gòu)造n+1階lagrange插值多項(xiàng)式

22、

23、將lagrange插值多項(xiàng)式作為基函數(shù)，結(jié)合變換時域后的區(qū)間內(nèi)非配點(diǎn)對應(yīng)的狀態(tài)變量，可以將原優(yōu)化問題中的狀態(tài)變量與控制變量近似為：

24、

25、(23)將bolza問題轉(zhuǎn)化為非線性規(guī)劃問題：采用多段區(qū)間lgr積分對目標(biāo)函數(shù)中的積分項(xiàng)進(jìn)行近似，可以將目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為：

26、

27、其中，為lgr積分權(quán)重，其表示為

28、對近似后得到的式(5.12)中的狀態(tài)變量進(jìn)行求導(dǎo)得到：

29、

30、式中：為插值多項(xiàng)式的導(dǎo)數(shù)，其表示為

31、區(qū)間端點(diǎn)處的等式約束與區(qū)間內(nèi)配點(diǎn)不等式約束可以近似為：

32、

33、綜上，可以將amt換擋過程的bolza問題轉(zhuǎn)化為非線性規(guī)劃問題：

34、

35、(24)使用序列二次規(guī)劃算法，對轉(zhuǎn)化后的非線性規(guī)劃問題進(jìn)行求解計(jì)算；具體如下：首先選擇初始點(diǎn)作為問題的起始點(diǎn)，并設(shè)定迭代限制或收斂標(biāo)準(zhǔn)，然后引入拉格朗日乘子函數(shù)，將原始的非線性規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為一個帶有約束的優(yōu)化問題，在當(dāng)前點(diǎn)處，線性化目標(biāo)函數(shù)和約束條件，通常使用泰勒展開或近似線性化方法，得到近似的hessian矩陣，基于線性化得到的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，求解一個二次規(guī)劃子問題，得到相應(yīng)的搜索方向，不斷迭代直至收斂得到最優(yōu)解。

36、進(jìn)一步的，步驟(3)中，發(fā)動機(jī)參考轉(zhuǎn)速調(diào)用規(guī)則為：將油門踏板開度、初始加速度和換擋時間這三個參數(shù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練特征參數(shù)，偽譜法與二次規(guī)劃求得的目標(biāo)轉(zhuǎn)速的變化率作為標(biāo)簽數(shù)據(jù)，在調(diào)用時直接對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸出進(jìn)行積分便可得到發(fā)動機(jī)參考轉(zhuǎn)速。

37、進(jìn)一步的，步驟(3)中，離合器參考轉(zhuǎn)速調(diào)用規(guī)則為：在不同的油門開度下給定不同離合器轉(zhuǎn)速變化率值，同時將換擋開始時刻傳感器測得的離合器轉(zhuǎn)速作為參考轉(zhuǎn)速的初始值，將不同油門開度下的參考轉(zhuǎn)速變化率和換擋開始時刻的離合器轉(zhuǎn)速離線保存進(jìn)規(guī)則表，在調(diào)用時對初始值進(jìn)行積分，便可以得到換擋過程離合器的參考轉(zhuǎn)速。

38、進(jìn)一步的，步驟(4)中，換擋過程離合器自適應(yīng)滑?？刂破鳡顟B(tài)方程設(shè)計(jì)如下：

39、

40、

41、式中，df(t)為車輛行駛過程中的未知阻力擾動，可以看作是在行駛過程中路面、坡度等外部環(huán)境引起的車輛行駛阻力變化。

42、進(jìn)一步的，步驟(4)中，換擋過程離合器自適應(yīng)滑模控制器滑模面設(shè)計(jì)如下：

43、

44、

45、其中，cc＞0為滑模面系數(shù)。

46、進(jìn)一步的，步驟(4)中，換擋過程離合器自適應(yīng)滑模控制器李雅普諾夫穩(wěn)定性證明如下：

47、

48、其中，εcl和pc為控制參數(shù)，

49、進(jìn)一步的，步驟(4)中，換擋過程發(fā)動機(jī)自適應(yīng)滑模控制器狀態(tài)方程設(shè)計(jì)如下：

50、

51、進(jìn)一步的，步驟(4)中，換擋過程發(fā)動機(jī)自適應(yīng)滑?？刂破骰Ｃ嬖O(shè)計(jì)如下：

52、

53、換擋過程發(fā)動機(jī)自適應(yīng)滑模控制器李雅普諾夫穩(wěn)定性證明如下：

54、

55、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：建了綜合考慮換擋沖擊度、滑摩功與換擋時間的換擋過程優(yōu)化模型，并通過權(quán)重因子的分配實(shí)現(xiàn)不同行駛意圖下的換擋需求。通過偽譜法與二次規(guī)劃得到換擋過程的最優(yōu)軌跡，分別使用規(guī)則表與經(jīng)過訓(xùn)練的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)用。設(shè)計(jì)了amt車輛換擋過程自適應(yīng)滑?？刂破鳎糜诟櫾诰€調(diào)用的離合器最優(yōu)參考轉(zhuǎn)速。設(shè)計(jì)了發(fā)動機(jī)控制器，通過調(diào)節(jié)油門開度跟蹤發(fā)動機(jī)最優(yōu)參考轉(zhuǎn)速；實(shí)現(xiàn)了多目標(biāo)評價指標(biāo)綜合最優(yōu)的amt換擋過程；通過對最優(yōu)參考軌跡的調(diào)用與跟蹤，提高了amt車輛換擋過程的控制速度。