一种用于车辆不同起步工况下的闭锁离合器滑差转速控制方法与流程

本发明涉及闭锁离合器控制领域，具体涉及一种用于车辆不同起步工况下的闭锁离合器滑差转速控制方法。

背景技术：

目前应用的液力机械式自动变速器(简称at)几乎都采用了闭锁离合器滑差控制技术，带有at的自动变速车辆，在起步工况下，相比于传统机械式变速器，可以使汽车起步更加平稳、发动机与传动系统接合更加柔和。但是，这种优点是在液力变矩器处于纯液力工况时带来的。但是与此同时，也带来了不良的后果，也就是纯液力状态所带来的效率的下降，直接影响就是降低车辆的经济性。

为了提高车辆经济性，在适当的时候，需要将液力变矩器闭锁。闭锁使得车辆效率提高，但同时会导致乘坐舒适性、汽车操纵性等的下降。所以，为了平衡二者的矛盾，滑差技术应运而生。

现有技术方案，应用比较普遍的是基于pid控制方式的滑差控制方式。而这种控制方式的控制性能的优良与否，取决于实际滑差转速的调整，即能否使实时的和理想的目标滑差转速相一致。但是现有的滑差转速pid控制技术，其参数经常整定不良，对运行工况的适应性较差，具有较大的滞后性，无法满足实时地调整为目标滑差转速的需求，容易造成与目标滑差转速偏差过大、滑摩时摩擦片过热等现象。

技术实现要素：

本发明设计开发了一种用于车辆不同起步工况下的闭锁离合器滑差转速控制方法，本发明的发明目的之一是采用滑差技术平衡乘坐舒适性、汽车操纵性与汽车经济性之间的矛盾，并且将模糊控制和pid控制相结合，进一步优化pid控制的整体性能。

本发明的发明目的之二是在小油门开度、大油门开度或者全油门开度时，对实际滑差转速进行校正，能够更好的对滑差转速进行控制，进一步优化离合器整体性能。

本发明提供的技术方案为：

一种用于车辆不同起步工况下的闭锁离合器滑差转速控制方法，包括如下步骤：

步骤一、采集油门开度和实际滑差转速，确定车辆的起步工况及其目标滑差转速；

其中，将所述油门开度分为小油门开度、中油门开度、大油门开度和全油门开度；

步骤二、根据所述油门开度对所述闭锁离合器的滑差转速进行控制；

其中，当所述油门开度处于中油门开度或者大油门开度时，通过模糊控制模型调整pid控制器参数，通过pid控制器调整的三个参数δkp、δki、δkd，对实际滑差转速进行调整。

优选的是，在所述步骤二中，通过模糊控制模型调整pid控制器参数过程包括：

设置通过pid控制器调节的初始参数kp、ki、kd后，确定采样周期；

分别将目标滑差转速和实际滑差转速之差e、滑差转速变化率以及调整pid控制器参数的δkp、δki、δkd转换为模糊论域中的量化等级；将所述目标滑差转速和实际滑差转速之差e、滑差转速变化率ec输入模糊控制器，模糊控制器输出是调整pid控制器参数的δkp、δki、δkd；

通过pid控制器调整三个参数δkp、δki、δkd，得到调整后的实际滑差转速，计算目标滑差转速和调整后的实际滑差转速之差，其如果在误差允许范围之内，则所述调整后的实际滑差转速为控制后的滑差转速。

优选的是，当所述油门开度处于大油门开度时，通过如下公式将通过基于模糊控制模型调整pid控制器参数后调整的实际滑差转速进行校正，得到大油门开度校正滑差转速ef_max：

其中，

式中，ef为实际滑差转速，ef′为调整后的实际滑差转速，et_max为油门开度处于大油门开度时设定的目标滑差转速。

优选的是，在所述步骤二中，当所述油门开度处于小油门开度时，通过如下公式对所述实际滑差转速进行控制得到小油门开度滑差转速ef_min：

其中，f(β)＝-0.0013β²+0.0284β+a1；

式中，ef_mina为油门开度处于小油门开度时能够达到的最大实际滑差转速，ef_minb为油门开度处于小油门开度时能够达到的最小实际滑差转速，ef为实际滑差转速，et_min为油门开度处于小油门开度时设定的目标滑差转速，βmina为控制油门开度处于小油门开度范围时能够达到的的最大油门开度，β为油门开度，a1为第一经验校正常数，取值范围为0.97～1.05，a2为第二经验校正常数，取值范围为4.24～4.38，δ为第一校正系数，取值范围为1.97～2.13，ψ为第二校正系数，取值范围为5.67～5.83。

优选的是，在所述步骤二中，当所述油门开度处于全油门开度时，通过如下公式对所述实际滑差转速进行控制得到全油门开度滑差转速ef_all：

其中，

式中，ef为实际滑差转速，et_max为油门开度处于大油门开度时设定的目标滑差转速，a3为第三经验校正常数，取值范围为0.083～0.096。

优选的是，a1取值为1.01，a2取值为4.31，a3取值为0.092，δ取值为2.06，ψ取值为5.75；以及

et_min为800r/min，et_max为3000r/min。

优选的是，所述小油门开度βmin的取值范围为0＜βmin≤20％，所述中油门开度βmid的取值范围为20％＜βmid≤70％，所述大油门开度βmax的取值范围为70％＜βmax＜100％。

优选的是，所述模糊控制模型中的目标滑差转速和实际滑差转速之差e分为9个量化等级，滑差转速变化率分为9个量化等级，目标滑差转速和实际滑差转速之差e及滑差转速变化率的模糊集划分为{nb，nm，ns，zo，ps，pm，pb}；

pid控制器参数的δkp、δki、δkd均分为9个量化等级，模糊集均划分为{nb，nm，ns，zo，ps，pm，pb}。

优选的是，目标滑差转速和实际滑差转速之差e和滑差转速变化率的实际量化等级为[-9，9]，pid控制器调整的参数δki、δkd、δkp的实际量化等级为[-9，9]。

优选的是，目标滑差转速和实际滑差转速之差e、滑差转速变化率pid控制器调整的参数δki、δkd的实际离散论域均为[-1，1]，pid控制器调整的参数δkp的实际离散论域为[-2，2]。

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：

1、本发明采用模糊pid控制，有效地解决了实际滑差转速无法和理想滑差转速实时的相一致问题；

2、现有的滑差转速pid控制技术，其参数经常整定不良，对运行工况的适应性较差，具有较大的滞后性，无法满足实时地调整为目标滑差转速的需求，容易造成与目标滑差转速偏差过大、滑摩时摩擦片过热等现象，本发明有效的解决了以上问题；

3、本发明采用模糊控制器实时调整pid控制器比例系数，积分系数和微分系数，相比于传统的pid控制而言，本发明的pid比例、积分、微分系数的调整更加灵活、迅速、准确，能更好地满足实时性要求；

4、本发明在油门开度处于小油门开度、大油门开度或者全油门开度时，对实际滑差转速进行不同的校正，因而更好的去控制滑差转速。

附图说明

图1为本发明所述的液力变矩器工作特性示意图。

图2为本发明所述的模糊pid工作原理示意图。

图3为本发明所述的模糊pid工作流程图。

图4为本发明所述的隶属度函数图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明提供了一种用于车辆不同起步工况下的闭锁离合器滑差转速控制方法，包括如下步骤：

步骤一、采集油门开度和实际滑差转速，确定车辆的起步工况及其目标滑差转速；

其中，将所述油门开度分为小油门开度、中油门开度、大油门开度和全油门开度；

步骤二、根据所述油门开度对所述闭合离合器的滑差转速进行控制；

其中，当所述油门开度处于中油门开度或者大油门开度时，通过模糊控制模型调整pid控制器参数，通过pid控制器调整的三个参数δkp、δki、δkd，对实际滑差转速进行调整。

如图1所示，在另一种实施例中，在步骤二中，滑差也就是不完全的闭锁，即液力变矩器的泵轮和导轮之间相互摩擦，但不完全结合在一起，滑摩区域主要由液力变矩器效率和速比之间的关系确定，i代表速比，即液力变矩器涡轮转速和泵轮转速之比，i0速比时是液力变矩器效率最高点，i1速比时是液力变矩器耦合工况点，一般在这一点液力变矩器完全闭锁，因此，在效率最高点和完全闭锁点之间的区域，就是最适合为滑摩区域。

如图2所示，同时，在汽车起步的整个过程中，发动机经历了从停止到怠速运转，到中速运转，最后到较高转速的运转的复杂的变化过程，当司机面临不同的情形时，对于起步时间的要求也是不一样的，具体差别体现在油门开度的不同上，可分为小油门开度下的起步、中油门开度下的起步、大油门开度下的起步、全油门开度下的起步；同时，需要特别指出，在小油门开度和全油门开度时，发动机扭振特别剧烈，不适合模糊pid进行滑差控制，因此，采用的模糊pid工作原理适用于中油门和大油门开度下的起步工况。

如图3、图4所示，首先，输入目标滑差转速，而后，计算出目标滑差转速和实际滑差转速之差，以及滑差变化率。使转速差值以及滑差变化率作为模糊控制器的输入量，对pid控制器的三个系数kp,ki,kd进行调节，经过模糊控制后，输出为kp,ki,kd的变化量δkp,δki,δkd，从而可以调节pid控制器的三个系数。然后调整后的kp,ki,kd将对实际滑差转速进行修正，使之尽可能接近目标滑差转速。当目标滑差转速和实际滑差转速差值在误差允许范围内时，pid控制器不再起作用；而当差值过大时，pid控制器会调整实际滑差转速，产生新的滑差转速，从而再次和目标滑差转速对比。如此不断进行调整，努力确保实际滑差转速处于最理想的状态。

对于普通的pid控制器，其数学模型公式为，

其中，u(t)为系统输出值，kp为比例控制系数，ki为积分控制系数，kd为微分控制系数，e(t)为目标滑差转速和实际滑差转速之差，为滑差转速变化率；

对于模糊控制器，采用两输入，三输出的结构形式，以目标滑差转速和实际滑差转速之差e和滑差转速变化率为输入，以pid控制器的三个系数(比例系数kp、积分系数ki、微分系数kd)的变化值作为输出，即输出为δkp,δki,δkd。

其中，e＝|ef-et|；

式中，e为实际滑差转速和目标滑差转速之差，ef为实际滑差转速，et为目标滑差转速，在确定了输入、输出变量之后，接下来对三个输出变量δkp,δki,δkd以及两个输入变量e和进行模糊化处理。

首先，根据整车试验的数据，确定变量e、δki、δkd的实际离散论域为[-1，1]，而δkp的实际离散论域为[-2，2]。

然后，根据实际情况，为使控制精度足够的同时又避免控制规则过于繁琐，将两个输入变量的实际量化等级确定为{-9、-8、-7、-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6、7、8、9}，根据同样原理确定三个输出变量的实际量化等级确定为{-9、-8、-7、-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6、7、8、9}。

如图4所示，根据经验，将e和的基本模糊子集划分为{正大(pb)、正中(pn)、正小(ps)、零(zo)、负小(ns)、负中(nm)、负大(nb)}等7个模糊状态，然后同样将δkp,δki,δkd的基本模糊子集划分为{正大(pb)、正中(pn)、正小(ps)、零(zo)、负小(ns)、负中(nm)、负大(nb)}等7个模糊状态；其中，pb和nb子集选取高斯型隶属度函数，其余子集选取三角型隶属度函数。

在确定了隶属度函数之后，需要进行模糊控制规则的制订工作。在偏差较大时，应使pid控制器的kp取较大值，而ki取为0，从而可以尽快地消除偏差；在偏差适中时，要兼顾消除偏差以及防止超调，所以应该使ki取较小的值，kp减小一些，而kd值要适当；而偏差很小时，主要是要消除静态误差，此时要使ki增大，而令kp更小一些；同时为了更好地适应各种路况，广泛采集了熟练司机的经验，并结合闭锁滑差控制实际情况，如表1～3所示，模糊控制规则如下：

表1δkp模糊规则表

表2δki模糊规则表

表3δkd模糊规则表

在滑差控制过程中，通过模糊控制规则得出三个输出变量的的模糊语言后，采用智能控制理论中常用的区域重心法，对三个输出变量进行反模糊化处理，从而可得到δkp,δki,δkd的精确数值。

在得到三个输出变量的精确数值之后，最后就可以进行pid控制参数的动态整定工作，也就是根据公式，

kp＝kp0+δkp

ki＝ki0+δki

kd＝kd0+δkd

其中，ki0,kp0,kd0是pid控制器的参数设定值；δkp,δki,δkd为模糊控制器的三个输出量,这样可以对pid控制器的三个参数实时进行动态调整，从而提高了控制精度。

在另一种实施例中，当所述油门开度处于大油门开度时，通过如下公式将通过基于模糊控制模型调整pid控制器参数后调整的实际滑差转速进行校正，得到大油门开度校正滑差转速ef_max：

其中，

式中，ef为实际滑差转速，ef′为调整后的实际滑差转速，et_max为油门开度处于大油门开度时设定的目标滑差转速。

在另一种实施例中，在步骤二中，当所述油门开度处于小油门开度时，通过如下公式对所述实际滑差转速进行控制得到小油门开度滑差转速ef_min：

其中，f(β)＝-0.0013β²+0.0284β+a1；

在另一种实施例中，当油门开度处于全油门开度时，通过如下公式对所述实际滑差转速进行控制得到全油门开度滑差转速ef_all：

其中，

式中，ef_mina为油门开度处于小油门开度时能够达到的最大实际滑差转速，ef_minb为油门开度处于小油门开度时能够达到的最小实际滑差转速，ef为实际滑差转速，et_min为油门开度处于小油门开度时设定的目标滑差转速，et_max为油门开度处于大油门开度时设定的目标滑差转速，βmina为控制油门开度处于小油门开度范围时能够达到的的最大油门开度，β为油门开度，a1为第一经验校正常数，取值范围为0.97～1.05，a2为第二经验校正常数，取值范围为4.24～4.38，a3为第三经验校正常数，取值范围为0.083～0.096，δ为第一校正系数，取值范围为1.97～2.13，ψ为第二校正系数，取值范围为5.67～5.83；作为一种优选，a1取值为1.01，a2取值为4.31，a3取值为0.092，δ取值为2.06，ψ取值为5.75，et_min为800r/min，et_max为3000r/min。

在另一种实施例中，小油门开度βmin的取值范围为0＜βmin≤20％，中油门开度βmid的取值范围为20％＜βmid≤70％，大油门开度βmax的取值范围为70％＜βmax＜100％。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。