一种汽车变速器换挡机构的变论域模糊控制方法与流程

本发明涉及汽车电子控制技术的领域，特别涉及一种汽车换挡系统的变论域模糊控制方法。

背景技术：

换挡机构是汽车的重要组成部分之一，主要由换挡拨叉、选换挡丝杠、传感器、选换挡电机等基本部分组成。随着计算机技术的进步和控制理论的发展，换挡系统控制方式得到了一定程度的发展，用计算机技术代替手工操作控制进挡退档显示了很强的优势，可以用来弥补人工操作中的缺陷。其中模糊控制属于智能控制，不依赖数学模型，而是借助由专家经验知识所得的一系列控制规则进行推理，以此获得控制输出量。可以实现非线性控制，无须为对象建立确切的数学模型，具有较好的鲁棒性和灵活性。

但由于汽车行驶过程中的外界环境、驾驶员意图复杂多变，且发动机和离合器本身存在非线性、时滞、参数扰动等影响，用具有固定输入、输出论域的传统模糊控制方法，难以充分发挥模糊控制的效果。模糊控制的本质就是插值控制，采用变论域模糊控制时，虽然规则形式不变，论域收缩使得规则局部细化，相当于增加了模糊规则数目，即插值点加密，从而提高了控制精度。变论域模糊控制的输入、输出变量可根据行驶工况的改变进行适时调整。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种汽车变速器换挡机构的变论域模糊控制方法，该控制方法具有控制精确、计算效率高的特点。

本发明的技术方案如下：一种汽车变速器换挡机构的变论域模糊控制方法，包括以下步骤：

A、设定目标挡位位置参考点，在车辆行驶过程中，实际挡位位置量的反馈值与目标挡位位置参考点形成位置量误差，再用微分计算位置量误差的变化率；

B、选取伸缩因子，分别为挡位位置量误差对应的伸缩因子，位置量误差的变化率对应的伸缩因子，输出变量的伸缩因子。

C、设计模糊控制器1，该模糊控制器采用位置量误差信号及其分数阶微分信号作为输入量，对应变量的伸缩因子作为控制器输出；

D、设计模糊控制器2，该模糊控制器采用位置量误差信号及其分数阶微分信号作为输入量，进挡电机的电压作为控制器输出；

最后，完成车辆换挡机构变论域模糊控制，使车辆的进挡按指令位置精度跟踪给定挡位位置参考量。

本发明的优点在于：

(1)汽车变速器换挡机构变论域模糊控制不需要依靠精确的船舶运动数学模型和太多的领域专家知识，在规则形式不变的前题下，论域随着误差变小而收缩，也可以由于误差增大而扩展，论域收缩相当于增加规则，从而提高了模糊控制的精度。

(2)汽车变速器换挡机构变论域模糊控制充分利用变论域模糊控制精度较高、且具有较大稳定域、计算效率高等优势，提高了进挡控制的精度。

附图说明

图1为汽车变速器换挡机构的变论域模糊控制结构简图。

具体实施方式

下面结合实施例具体说明本发明。

如图1所示，本实施例汽车变速器换挡机构的变论域模糊控制方法步骤如下：

A、设定目标挡位位置参考点，在车辆行驶过程中，位置量误差e由目标挡位位置参考点减去实际挡位位置量的反馈值计算可得，再用微分计算可得位置量误差的变化率；

B、选取伸缩因子，分别为挡位位置量误差对应的伸缩因子，位置量误差的变化率对应的伸缩因子，输出变量的伸缩因子。

变论域与伸缩因子计算取值的具体步骤如下：

设X_i＝[-E，E](i＝1，2，...，n)为输入变量x_i的可变论域，Y＝[-E，E]为输出变量y的可变论域；A_ij(j＝1，2，...，m)为X_i上的模糊划分，B_j为y上的模糊划分，视A，B为语言变量，模糊推理的规则可以表达为

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

若设x_ij分别为A_ij的峰点，y_j为B_j的模糊单值元素，当论域固定不变时，上文所述的推理规则可表现为如下所示的n元分片插值函数：

设论域X_i与Y可以分别随变量x_i与y的变化而变化，记为

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)与β(y)分别为输入变量与输出变量的变论域伸缩因子，如果对于所有输入变量采用相同的伸缩因子，则公式可简化为

X_i(x_i)＝[-α(x_i)E，α(x_i)E]

由于有控制系统为双输入单输出模型，含有位置量误差e与位置量误差的变化率两个输入量，双输入变量的伸缩因子算法如下：

α(x，y)＝1-λ_x，yexp(-k_x，yx²-k_y，xy²)

式中，λ_x，y是双因素伸缩因子系数，0＜λ_x，y＜1；k_x为伸缩因子的指数系数，k_x＞0。输出变量的伸缩因子算法如下：

β(y)＝1-ζexp(-μ_yy)²

式中，ζ是输出变量伸缩因子系数，0＜ζ＜1；μ_y为伸缩因子的指数系数，μ_y＞0。

变论域模糊控制的隶属函数可取为“三角波”，至于论域是否等距划分，隶属函数取什么样的形状，在论域伸缩之下显得无关紧要了。

C、设计模糊控制器1，该模糊控制器采用位置量误差信号及其分数阶微分信号作为输入量，对应变量的伸缩因子作为控制器输出；

模糊控制器1输入为不同时刻的换挡机构中通过传感器给出的实际位置量和参考点的目标位置量的差值e和差值的变化率输出为伸缩因子α₁、α₂和β。输入量的论域为[-1，1]，变化率的论域是[0，1]，α₁、α₂和β的论域为[0，1]。

采用“负大”(NB)、“负中”(NM)、“负小”(NS)、“零”(ZD)、“正小”(PS)、“正中”(PM)、“正大”(PB)7个语言变量描述输入量，输入语言变量模糊子集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}；采用“零”(ZO)、“正小”(PS)、“正中”(PM)、“正大”(PB)4个语言变量描述伸缩因子α₁、α₂，模糊子集为{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个语言变量描述伸缩因子β，模糊子集为{ZO，VS，S，SB，M，B，VB}。取“三角波”作为隶属函数。

模糊控制规则如下：

(1)α₁、α₂的确定规则：当|e|或较大时，说明此时的位置误差或误差变化率较大，车辆有进挡的需求，此时为提高车辆的控制，应选取较大的α₁、α₂；当|e|或较小时，说明此时的位置误差或误差变化率不大，车辆保持稳定状态，α₁、α₂取较小值；当|e|较大、较小或|e|较小、较大时，α₁、α₂取值介于上述两种规则之间。

(2)β的确定规则：当e和较大且符号相同时，表明换挡机构中传感器位移量变化较为剧烈，此时应取较大的β值增大换挡系统对当前车辆运动状态的控制，使输出论域扩大；当e和较大且符号相反时，表明位置变化仍然剧烈，但有减小此状态的趋势，此时应该取较小的β值，使系统既快速减小变化量又不产生较大振荡；当e接近0而较大时，说明此时车辆保持稳定状态，但却有加剧运动的趋势，β应取较大的值使输出论域扩大，加大换挡系统对车辆状态的控制。综合α₁、α₂和β的确定规则可得模糊控制器1的控制规则，如表1、表2所示。

表1伸缩因子α₁、α₂控制规则表

表2伸缩因子β控制规则表

D、设计模糊控制器2，该模糊控制器采用位置量误差信号及其分数阶微分信号作为输入量，进挡电机的电压作为控制器输出。

模糊控制器2输入为换挡机构中通过传感器给出的实际位置量和参考点的目标位置量的差值e和差值的变化率输出为进挡电机电压。模糊控制器2根据模糊控制器1输出的伸缩因子调整论域。同时根据换挡机构中通过传感器给出的实际位置量和参考点的目标位置量的差值，计算出所需的进挡电机电压值。

当e和同向时，说明车辆运动剧烈车速变化较大并有增大的趋势，此时应选择较大控制量进行换挡使车辆恢复稳定状态；当e和反向时，说明车辆运动变化趋势在减小，此时应选择较小控制量使车辆保持稳定状态。模糊控制规则如表3所示。

表3模糊控制规则表

最终，完成车辆换挡机构变论域模糊控制，使车辆的进挡按指令位置精度跟踪给定挡位位置参考量。由图1及表1～表3可以看出，实施汽车变速器换挡机构的变论域模糊控制方法，相比传统模糊控制情形，虽然规则形式不变，论域收缩使得规则局部细化，相当于增加了模糊规则数目，即插值点加密，从而提高了控制精度。变论域模糊控制的输入、输出变量可根据行驶工况的改变进行适时调整。由于分数阶微积分运算可采用微处理技术实现，随着高速微处理器及模糊控制芯片的发展，该方法有利于工程试验，因此本发明所提出的模糊控制方法不仅有效且具工程可实现性。