基于模糊控制的AMT換擋電機(jī)控制策略

路少中

（雷沃重工股份有限公司天津雷沃阿波斯技術(shù)中心，天津 300409）

0 引 言

對(duì)于AMT來(lái)說(shuō)，它是在傳統(tǒng)干式離合器、固定軸式變速器基礎(chǔ)上，應(yīng)用駕駛控制理論、微電子技術(shù)，將電子控制器作為核心，通過(guò)液壓、啟動(dòng)以及電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的使用，操縱車輛的離合器、油門以及換擋機(jī)構(gòu)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的換擋、起步等自動(dòng)操作。該變速器的一項(xiàng)主要優(yōu)點(diǎn)，是改變了傳統(tǒng)車輛中自動(dòng)變速器的工作模式，不再使用較為復(fù)雜的行星齒輪組和液力變矩器，以此有效提升車輛的加速性能和傳動(dòng)效率。同手動(dòng)變速器相比，通過(guò)應(yīng)用AMT電控操縱機(jī)構(gòu)，即可有效完成車輛踩離合、摘擋、掛擋、松離合的一系列操作。即使是新手，也能夠?qū)囕v進(jìn)行輕松駕駛，具有較為廣闊的市場(chǎng)前景[1]。

然而，AMT使用的是傳統(tǒng)固定軸式結(jié)構(gòu)變速器。在實(shí)際變速時(shí)，離合器將分離，在換擋操縱后離合器再結(jié)合，因此存在動(dòng)力中斷的問(wèn)題。實(shí)際車輛駕駛中，如果具有較長(zhǎng)時(shí)間的動(dòng)力中斷，那么車輛的動(dòng)力傳輸性能將受到較大影響。該影響不僅體現(xiàn)在車輛加速性能方面，也體現(xiàn)在車輛處于低速擋行駛時(shí)的平順性方面。因此，有必要制定更為優(yōu)良的選換擋控制策略，保證能夠在很短的時(shí)間內(nèi)完成換擋操作，并縮短動(dòng)力中斷的時(shí)間。本研究中，在選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，制定選換擋電機(jī)的模糊控制規(guī)則，在保證擋位能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制的基礎(chǔ)上，以期縮短切換擋位時(shí)間、提升車輛的加速性能[2]。

1 AMT選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)

對(duì)于AMT擋位的轉(zhuǎn)換來(lái)說(shuō)，需要通過(guò)對(duì)選、換擋電機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)目標(biāo)控制。實(shí)際進(jìn)行換擋、選擋控制中，時(shí)序方面具有較為嚴(yán)格的要求，即在完成選擋后才能夠進(jìn)行后續(xù)的換擋處理，且在擋位處于空擋位置時(shí)才能夠選擋。要以更平穩(wěn)、快速的方式對(duì)換擋目標(biāo)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際變速器選換擋控制方面，需要保證發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器兩者的協(xié)調(diào)配合。本研究中，AMT有5個(gè)前進(jìn)擋和1個(gè)倒擋。具體機(jī)構(gòu)方面，通過(guò)選擋電機(jī)的應(yīng)用驅(qū)動(dòng)選換擋桿，使其在上下移動(dòng)的過(guò)程中達(dá)到選擋目標(biāo)。完成擋位選定后，換擋電機(jī)通過(guò)旋轉(zhuǎn)方式的應(yīng)用，即能夠使選換擋桿在轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下驅(qū)動(dòng)撥叉，使其在移動(dòng)中實(shí)現(xiàn)換擋功能。實(shí)際換擋時(shí)，擋桿在左右方向的轉(zhuǎn)角在-8°～8°。使用的直流電機(jī)方面，它的額定功率為100 W，輸出轉(zhuǎn)速為40 r/min，電壓為+12 V。

2 AMT換擋模糊控制

2.1 控制原理

在駕駛員以手動(dòng)方式選換擋時(shí)，駕駛員將根據(jù)感覺(jué)與經(jīng)驗(yàn)，估計(jì)和判斷擋桿是否已經(jīng)達(dá)到正確的換擋位置，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。該過(guò)程中，如果駕駛員覺(jué)得換擋位置過(guò)多、存在較大的偏差，則需要向后以較快的速度移動(dòng)換擋手柄。如果駕駛員感覺(jué)還沒(méi)有達(dá)到換擋位置且具有較小的偏差量，則需要繼續(xù)向前以較慢的速度移動(dòng)換擋手柄。該過(guò)程中存在一定的模糊性，即駕駛員在實(shí)際駕駛車輛時(shí)，其無(wú)論在換擋位置還是在偏差量感覺(jué)方面，都是一種對(duì)模糊量進(jìn)行輸入的過(guò)程，即模糊過(guò)程的體現(xiàn)。在根據(jù)駕駛經(jīng)驗(yàn)對(duì)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行推理時(shí)，是在以模糊規(guī)則基礎(chǔ)上進(jìn)行判斷后，獲得模糊結(jié)果即換擋位置，并經(jīng)過(guò)模糊判斷和相應(yīng)換擋動(dòng)作后，獲得具有精確特征的換擋位置。對(duì)于AMT來(lái)說(shuō)，因使用電機(jī)進(jìn)行選換擋操縱，并通過(guò)擋位傳感器的應(yīng)用對(duì)換擋信號(hào)進(jìn)行采集，會(huì)將換擋的偏差變化率、偏差量作為具體模糊控制的輸入量。然后，經(jīng)過(guò)相應(yīng)模糊規(guī)則進(jìn)行判斷后，將相關(guān)結(jié)果反饋至換擋電機(jī)，再經(jīng)過(guò)調(diào)整換擋行為對(duì)擋位實(shí)現(xiàn)精確控制[3]。此控制策略，在駕駛過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了快速換擋的目的。

2.2 模糊控制器設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)中，使用二維模糊控制器，輸入量為偏差變化率ΔE、偏差E，輸出量為電機(jī)電樞電壓U。當(dāng)被調(diào)量沒(méi)有達(dá)到給定值時(shí)，輸出電樞電壓則為一個(gè)正值，電機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)位移量進(jìn)行增加。當(dāng)被調(diào)量同定制相比較大時(shí)，此時(shí)電樞電壓為一個(gè)負(fù)值，直流電機(jī)將處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)，對(duì)換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移量進(jìn)行減少。在以該方式對(duì)模糊控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，具體輸出量計(jì)算方面需要從偏差變化率、偏差大小兩方面進(jìn)行考慮。

其中，模糊變量偏差為：

E=θ0-θ （1）

此時(shí)，偏差變化率為：

式中，θ為實(shí)際換擋桿的角位移，θ0為預(yù)定換擋桿的角位移。

根據(jù)AMT模糊控制原理，如果認(rèn)為擋位存在較大偏差，則將輸出一個(gè)大的電樞電壓；否則，該電壓值較小。如果認(rèn)為擋位偏差存在較大變化率，則將獲得較小的電樞電壓；否則，該電壓值將較大。

2.3 模糊控制模型建立

使用MATLAB建立模糊控制器模型，如圖1所示。

圖1 模糊控制器模型

偏差E、偏差變化率ΔE以及電樞電壓U的隸屬函數(shù)，分別如圖2、圖3和圖4所示。

圖2 E的隸屬函數(shù)

圖3 ΔE的隸屬函數(shù)

圖4 U的隸屬函數(shù)

在對(duì)模糊控制器設(shè)計(jì)完成的基礎(chǔ)上，通過(guò)擋位偏差變化率、偏差情況獲得的電樞電壓U如圖5所示。

圖5 換擋電機(jī)模糊控制輸出

2.4 結(jié)果

圖6、圖7分別為根據(jù)AMT選換擋電機(jī)使用PID控制策略、模糊策略時(shí)，車輛在起步過(guò)程中的車速變化和擋位切換情況。對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，在使用模糊控制策略時(shí)，車輛具有更短的換擋時(shí)間，且具有較好的起步加速性。

圖6 車輛起步擋位切換情況

圖7 車輛起步車速變化情況

3 結(jié) 論

車輛運(yùn)行中，縮短切換擋位的時(shí)間具有重要意義。因此，在實(shí)際AMT設(shè)計(jì)中，利用科學(xué)控制策略縮短換擋時(shí)間至關(guān)重要。對(duì)基于模糊控制的AMT換擋電機(jī)控制策略進(jìn)行的研究，通過(guò)模糊控制方式的應(yīng)用控制AMT換擋電機(jī)，縮短換擋時(shí)間的同時(shí)，有效提升車輛的加速性能，獲得了較好的應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 倪洪飛，鐘軍斌，孫玉剛.基于扭矩控制的AMT換擋控制策略研究[J].汽車科技，2010，（3）：51-54.

[2] 董悅航，殷承良，陳 莉，等.基于機(jī)械自動(dòng)變速器的電動(dòng)變速驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制最優(yōu)換擋策略[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，（2）：217-221.

[3] 孟建民，席軍強(qiáng)，陳慧巖.基于正獨(dú)立式機(jī)械雙流傳動(dòng)AMT選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，29（2）：108-112.