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1、自動(dòng)變速汽車智能換檔控制系統(tǒng)研究自動(dòng)變速汽車智能換檔控制系統(tǒng)研究(一)引言換檔控制策略是汽車自動(dòng)變速控制的關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的基本換檔規(guī)律按照換檔控制參數(shù)的不同,有單參數(shù)換檔規(guī)律、兩參數(shù)換檔規(guī)律和三參數(shù)換檔規(guī)律。然而不論是基于穩(wěn)定行駛工況的兩參數(shù)換檔規(guī)律,還是基于動(dòng)態(tài)過程的三參數(shù)換檔規(guī)律,都只能反映汽車的行駛狀態(tài),而沒有充分考慮駕駛員操縱意愿以及汽車行駛環(huán)境對(duì)換檔時(shí)刻的影響。因此,近年來智能控制理論不斷地被引人到汽車換檔控制研究中來。目前,
2、基于智能換檔控制策略的研究主要有兩條路徑:第一,應(yīng)用智能控制理論等一些方法自動(dòng)識(shí)別出當(dāng)前行駛中的駕駛員意圖和汽車行駛環(huán)境,以此調(diào)整或選擇合適的換檔規(guī)律進(jìn)行換檔控制;第二,利用駕駛員的駕駛經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)專家的知識(shí)形成模糊推理規(guī)則,根據(jù)當(dāng)前汽車行駛參數(shù),直接推理輸出檔位的基于專家系統(tǒng)的換檔控制策略。本文將根據(jù)第一條路徑,詳細(xì)闡述不同駕駛員意圖和行駛環(huán)境的識(shí)別方法及相應(yīng)的換檔控制策略,并以此建立汽車智能換檔控制系統(tǒng)。(二)基本換檔規(guī)律的弊端汽車基
3、本換檔規(guī)律包括最佳動(dòng)力性和最佳經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律。最佳動(dòng)力性換檔規(guī)律是在汽車行駛加速度曲線上,取同一油門開度下相鄰兩檔加速度曲線的交點(diǎn),然后將不同油門下相鄰兩檔加速度的交點(diǎn)連成曲線而獲得的。最佳經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律則是保持油門不變,以原地起步連續(xù)換檔加速至某一車速時(shí),總油耗最小為目標(biāo)函數(shù)而求得的。因此,當(dāng)汽車的實(shí)際行駛環(huán)境和汽車行駛狀態(tài)與求解最優(yōu)換檔規(guī)律的實(shí)驗(yàn)條件相近時(shí),傳統(tǒng)的換檔規(guī)律給出的是使某一指標(biāo)最優(yōu)的檔位,如最佳經(jīng)濟(jì)性、最佳動(dòng)力性。但是當(dāng)
4、汽車實(shí)際行駛條件與最優(yōu)規(guī)律求解過程設(shè)定的條件有較大差別時(shí),顯然給出的檔位不是最優(yōu)的或在某些區(qū)域不是最佳的。此外,當(dāng)汽車行駛中某一段時(shí)間內(nèi)追求的操作目標(biāo)與優(yōu)化目標(biāo)不一致時(shí),最優(yōu)規(guī)律給出的檔位或確定的換檔點(diǎn)就可能是無法接受的。例如,在坡道行駛時(shí)的換檔循環(huán)問題,低附著路面下的打滑問題,以及在擁擠市區(qū)行駛時(shí)的頻繁換檔問題等。由此我們發(fā)現(xiàn),自動(dòng)變速系統(tǒng)必須識(shí)別出行駛中的駕駛員意圖和當(dāng)前的行駛環(huán)境,然后據(jù)此調(diào)整或選擇相適應(yīng)的換檔規(guī)律。以下我們將用汽
5、車上通用傳感器信號(hào)來獲知汽車行駛狀態(tài)參數(shù)和駕駛員操縱特征參數(shù),以此來推知駕駛員意圖和汽車行駛環(huán)境。(三)駕駛員意圖的識(shí)別一般來說,駕駛員駕駛汽車采用大油門開度或急踩油門加速時(shí),表明他需要很強(qiáng)的加速性能,則此時(shí)自動(dòng)變速應(yīng)選擇最佳動(dòng)力性換檔規(guī)律;當(dāng)油門開度不大,汽車在平直公路上高速行駛時(shí),表明他需要較高的燃油經(jīng)濟(jì)性,所以此時(shí)應(yīng)選擇最佳經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律;然而駕駛員意圖不只是這兩種情況,更多的時(shí)候,駕駛員希望的是能夠兼顧動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的中間規(guī)律。
6、因此本文提出用[01]中的一個(gè)實(shí)數(shù)來描述這種駕駛員的意圖,稱之為“經(jīng)濟(jì)性權(quán)數(shù)”,相應(yīng)地動(dòng)力性權(quán)數(shù)二1經(jīng)濟(jì)性權(quán)數(shù)(1)顯然,最佳動(dòng)力性換檔規(guī)律的經(jīng)濟(jì)性權(quán)數(shù)為0,最佳經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律的經(jīng)濟(jì)性權(quán)數(shù)為1。較高;(2)油門開度較大,而加速度較小。由此,我們建立了油門開度、油門開度變化率、車速、加速度4個(gè)參數(shù)為輸入,上坡指數(shù)為輸出的模糊推理系統(tǒng),如圖4所示。上坡指數(shù)取4個(gè)輸入?yún)?shù)推理的最小值作為系統(tǒng)的推理輸出,當(dāng)換檔控制系統(tǒng)檢測(cè)到上坡指數(shù)大于某一值時(shí)
7、,即認(rèn)為當(dāng)前處于上坡路面。上坡模式下,為克服行駛阻力,提供較大牽引力,一般較高車速時(shí)才升檔。同時(shí)可根據(jù)上坡指數(shù)相應(yīng)增大換檔延遲來避免換檔循環(huán)。2.下坡的識(shí)別及換檔策略汽車下坡時(shí),一般油門開度為零,而行駛加速度為正值,換檔控制系統(tǒng)則依此可識(shí)別汽車當(dāng)前處于下坡路面。汽車處于下坡路面時(shí),往往先禁止升檔;若駕駛員踩制動(dòng)踏板,則降一檔,以提高發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)效果;若降檔后仍然加速,則再降一檔,直到利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)可以使汽車平穩(wěn)下坡。當(dāng)然在此過程中,還要監(jiān)
8、測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,以避免過快降檔,造成發(fā)動(dòng)機(jī)超速。3.低附著路面的識(shí)別及換檔策略低附著路面主要是指濕滑路面和雪地路面,它的識(shí)別主要依靠ABS通過CAN總線傳送過來的4個(gè)輪速傳感器的信號(hào)。設(shè)前左、前右、后左、后右4個(gè)車輪角速度為ω1、ω2、ω3、ω4,則前輪驅(qū)動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率可定義為然而強(qiáng)烈制動(dòng)和小半徑曲線行駛時(shí),滑轉(zhuǎn)率也較高,所以必須排除這兩種工況的干擾。因此,為保證準(zhǔn)確性,低附、著路面識(shí)別判據(jù)可概括為:當(dāng)制動(dòng)燈卜不亮,橫向加速度小于一
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