【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于汽车换挡控制，具体为一种面向电控电动式换挡执行机构的自适应控制方法。
技术介绍
1、对于新能源汽车系统而言，如何实现快速、准确、平顺的换挡是控制策略的核心内容，而摘挡与挂挡操作是换挡控制的基础和关键。由于电控电动式换挡执行机构具有结构简单、控制精度高、响应速度快等优点，已被广泛应用于多种中重型车辆。电控电动式换挡执行机构控制的关键是快速跟踪结合套目标位移，减少其位移跟踪误差。
2、现有的一些专利，如专利号为cn114278725a的专利技术专利利用bp神经网络建立换挡控制算法，包括bp网络的前馈计算和bp网络权系数的计算规则，制定出基于平顺性的换挡控制策略。专利号为cn109723814a的专利技术专利提出了一种amt机构的换挡控制方法tcu通过对选挡位置传感器、选挡电机、换挡位置传感器、换挡直流电机等的精确标定控制，优化amt性能。然而，但在实际控制中，换挡执行机构内部参数以及外部扰动的不确定性变化，加大了系统的控制难度，严重时甚至使控制失效。因此，如何开发一种具有自适应性的电控电动式换挡执行机构控制算法，能快速精准地完成换挡动作，从而有效缩短动力中断时间，是亟需解决的难点。
技术实现思路
1、本专利技术提出了一种电控电动式换挡执行机构自适应控制方法，该方法为了克服换挡过程中参数摄动与外部干扰等不确定性问题的影响，采用滑模控制作为基础算法，由遗传算法优化滑模控制增益，并利用模糊自适应控制对同步器位移pi控制参数进行调整，实现换挡执行机构控制跟踪精度、响应
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种电控电动式换挡执行机构，所述换挡执行机构由换挡直流电机、齿轮减速机构、螺母、丝杠、换挡拨叉、接合套以及角位移传感器等组成，螺母与拨叉固连，带动拨叉做直线运动，从而推动接合套挂入目标挡位。角位移传感器实时采集换挡直流电机的角位移，并判断当前结合套的轴向位移是否到达目标挡位位置，以此实现换挡直流电机的位移闭环控制。
4、一种电控电动式换挡执行机构自适应控制方法，具体步骤如下：
5、s1：对换挡执行机构进行建模，并推导得到换挡直流电机的电压平衡方程以及转矩平衡方程式；
6、s2：设计滑模控制算法进行换挡直流电机控制，实现结合套目标位移的快速跟踪，减少换挡直流电机参数不确定性和外界动态干扰的影响；
7、s3：通过遗传算法优化模糊滑模控制的隶属度函数，进行滑模控制增益的自适应调整，提升系统状态趋近滑模面过程的动态性能；
8、s4：设计模糊pi控制器对换挡直流电机占空比进行自适应调节，完成换挡执行机构位移的自适应跟随。
9、进一步地，步骤s1具体为：
10、换挡直流电机的电压平衡方程以及转矩平衡方程式如式(1)所示：
11、
12、式中，θdc为换挡直流电机转角；um为换挡直流电机输入直流电压；rm为换挡直流电机内阻；lm为换挡直流电机等效电感；kemf为换挡直流电机感应电动势系数；ωdc为换挡直流电机转速；tmgr为换挡直流电机转矩；km为电机转矩系数；im为换挡直流电机电流；tlgr为电机负载转矩；jm为换挡直流电机转动惯量；bm为换挡直流电机旋转阻尼系数。
13、进一步地，步骤s2具体为：
14、s21：定义换挡直流电机的角位移跟踪误差为：
15、
16、式中，zm为位移状态变量，zm＝[z1,z2,z3]；xmd为电机角位移设定值，xmd＝[xd,0,0]。
17、s22：设置滑模面函数为：
18、
19、式中，ns为滑模常数。
20、s23：采用等价控制律与到达控制律结合的方式求解滑模控制器输出。对滑模面函数求导，得：
21、
22、令将式(1)带入到式(4)，得到：
23、
24、计算得到滑模控制等价控制律ueq为：
25、
26、s24：引入切换控制律usw，使系统轨迹稳定在滑模面，为解决符号函数引起的抖振问题，采用双曲正切函数代替传统的符号函数：
27、usw＝-η1 tanh(s1) (7)
28、将等效控制律与到达控制律合并，可得到滑模控制律如式(8)所示：
29、
30、进一步地，步骤s3具体为：
31、s31:确定优化变量为滑模控制增益η1；
32、s32:评估求解种群中个体的适应度值，选用换挡直流电机角位移跟踪误差绝对值的积分je作为性能评价指标，如式(9)所示：
33、
34、式中，tup表示换挡直流电机作用初始时刻；tend表示换挡直流电机作用结束时刻。
35、s33:执行迭代选择、交叉和变异操作，直到满足终止条件后停止迭代。
36、进一步地，步骤s4具体为：
37、s41:设置模糊输入变量为实际同步器行程和目标轨迹行程之差e和其变化率输出变量为输出变量pi控制器比例系数变化量δkp和积分系数变化量δki；输入变量与输出变量的模糊论域均定为[-4，4]，对应的系统输入模糊子集与输出子集均定义为{ns，nb，zo，ps，pb}，设置s型及三角形隶属度函数。
38、s42:制定模糊控制规则为:
39、rule1:同步器位移误差e偏大时，比例系数kp应当较大，以提高系统响应速度，积分系数ki应当接近于零。
40、rule2:当同步器位移误差e及其变化率中等大小时，kp应较小以防止系统超调，ki应中等大小。
41、rule3:当同步器位移误差e较小时，kp、ki应较大，以保证系统稳定性。
42、rule4:当同步器位移误差变化率较大时，适当减小kp、ki。
43、s43:利用重心法对模糊推理产生的控制量进行反模糊化，模糊控制规则的输出量δkp与δkp计算方式如式(10)与式(11)所示：
44、
45、相比于现有技术，本专利技术的优点在于：
46、1.本专利技术所述的一种电控电动式换挡执行机构自适应控制方法解决了换挡过程中参数摄动与外部干扰等不确定性问题，提高了换挡过程的位移跟踪精度与稳定性，对解决换挡执行机构的精确控制问题，具有重要的指导意义；
47、2.本专利技术所述的一种电控电动式换挡执行机构自适应控制方法采用滑模算法作为控制基础，在处理不确定性干扰问题上具有较好的优势，并采用模糊控制对滑模控制率中的固定切换增益进行了优化，保证了位移跟踪过程的鲁棒性能；
48、3.本专利技术所述的一种电控电动式换挡执行机构自适应控制方法中采用模糊pi控制算法对换挡直流电机占空比进行自适应调节，完成换挡执行机构位移的精确跟踪，为电控电动式换挡执行机构的优化控制提供了新的途径。
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1.一种电控电动式换挡执行机构，其特征在于，所述换挡执行机构由换挡直流电机(1)、齿轮减速机构(2)、螺母(3)、丝杠(4)、换挡拨叉(5)、接合套(6)以及角位移传感器(7)等组成，螺母(3)与拨叉(5)固连，带动拨叉(5)做直线运动，从而推动接合套(6)挂入目标挡位；角位移传感器(7)实时采集换挡直流电机(1)的角位移，并判断当前结合套(6)的轴向位移是否到达目标挡位位置，以此实现换挡直流电机(1)的位移闭环控制。
2.一种如权利要求1所述的电控电动式换挡执行机构的自适应控制方法，其特征在于，具体步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种电控电动式换挡执行机构，其特征在于，所述换挡执行机构由换挡直流电机(1)、齿轮减速机构(2)、螺母(3)、丝杠(4)、换挡拨叉(5)、接合套(6)以及角位移传感器(7)等组成，螺母(3)与拨叉(5)固连，带动拨叉(5)做直线运动，从而推动接合套(6)挂入目...
【专利技术属性】
技术研发人员：王振伟，侯俊剑，何文斌，钟玉东，丁金全，赵登峰，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：
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