自动变速箱执行机构的控制系统的制作方法

本发明涉及自动变速箱控制领域，尤其是一种自动变速箱执行机构的控制系统。

背景技术：

在传动系统中，当电磁阀的控制电流变化时，电磁阀开度会改变，由于在电磁阀开度相对稳定时，磁点处于静止状态，因此，当电磁阀开度改变时，磁点从静止到移动的响应时间会过长。进一步的，由于执行机构处于变速箱传动油中，为了抵消传动油粘滞增加电磁阀芯的动态响应，在电磁阀控制装置当中引入了震颤功能。震颤即为，在电磁阀开度相对稳定时，不让磁点静止，而是让磁点在稳定位置处上下颤抖，这样当电磁阀开度改变时就没有静摩擦的阻碍，从而不会影响响应的及时性。在实际的电磁阀控制中，电磁阀的目标控制电流和流过电磁阀中的电磁线圈的实际电流往往并不一致，因此，需要对电磁阀的控制电路进行修正，以使电磁阀的目标控制电流与流过电磁阀中的电磁线圈的实际电流之间的差异在容许的范围内。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自动变速箱执行机构的控制系统，以实现执行机构的实际信号能够跟随其目标信号。

为了达到上述目的，本发明提供了一种自动变速箱执行机构的控制系统，包括：PI控制器、PWM调制器、执行机构以及反馈回路；其中，所述反馈回路将所述执行机构的实际信号反馈至所述PI控制器，所述PI控制器根据所述执行机构的一目标信号和所述实际信号控制所述PWM调制器，以实现所述实际信号跟随所述目标信号。

优选的，在上述的自动变速箱执行机构的控制系统中，当所述执行机构为一电磁阀时，所述PI控制器的积分系数由以下公式获得：

其中，KI表示PI控制器的积分系数，L_C表示所述电磁阀的电感，V_bat表示所述电磁阀的供电电压，a表示所述反馈回路的增益，f_s表示所述PWM调制器的调制频率，ξ表示所述自动变速箱执行机构的控制系统的阻尼比，n表示大于等于3的正整数。

优选的，在上述的自动变速箱执行机构的控制系统中，当所述执行机构为一电磁阀时，所述PI控制器的比例系数由以下公式获得：

其中，KP表示PI控制器的比例系数，L_C表示所述电磁阀的电感，Rs表示采样流经所述电磁阀的电流的采样电阻，R_C表示所述电磁阀内阻，KI表示PI控制器的积分系数，ω表示所述目标信号的角频率，V_bat表示所述电磁阀的供电电压，a表示所述反馈回路的增益。

优选的，在上述的自动变速箱执行机构的控制系统中，所述采样电阻由以下公式获得：

R_s＝f₁(t_x)＝R_s0[1+η(t_x-t₀)]，

其中，R_s∈[f₁(t_a)，f(t_b)]，其[t_a，t_b]表示所述自动变速箱执行机构的控制系统的工作温度的范围，t₀表示室温，η表示电阻温度系数，R_s0表示室温时的采样电阻，f₁表示所述采样电阻与所述工作温度的函数关系，t_x表示x时刻的工作温度。

优选的，在上述的自动变速箱执行机构的控制系统中，所述电磁阀内阻由以下公式获得：

R_c＝f₂(t_x)＝R_c0[1+η(t_x-t₀)]，

其中，R_c∈[f₂(t_a)，f(t_b)]，其[t_a，t_b]表示所述自动变速箱执行机构的控制系统的工作温度的范围，t₀表示室温，η表示电阻温度系数，R_c0表示室温时的电磁阀内阻，f₂表示所述电磁阀与所述工作温度的函数关系，t_x表示x时刻的工作温度。

优选的，在上述的自动变速箱执行机构的控制系统中，室温时的电磁阀内阻由以下公式获得：

其中，V_bat0表示标准工况下所述电磁阀的供电电压，τ表示所述电磁阀的电磁时间常数，λ表示所述PI控制器输出信号的占空比，T_s表示所述PWM调制器的调制周期，i_s1表示零输入响应的初始电流。

优选的，在上述的自动变速箱执行机构的控制系统中，所述电磁阀的电感由以下公式获得：

L_c＝τR_c，

其中，τ表示所述电磁阀的电磁时间常数，R_C表示所述电磁阀内阻。

优选的，在上述的自动变速箱执行机构的控制系统中，所述电磁阀的电磁时间常数由以下公式获得：

其中，λ表示所述PI控制器输出信号的占空比，T_s表示所述PWM调制器的调制周期，i_s1表示所述电磁阀零输入响应的初始电流，i_s2表示所述电磁阀零输入响应的结束电流。

优选的，在上述的自动变速箱执行机构的控制系统中，所述目标信号的角频率的范围由以下公式获得：

其中，ω表示所述目标信号的角频率，C(jω)表示所述实际信号，R(jω)表示所述目标信号。

优选的，在上述的自动变速箱执行机构的控制系统中，当所述执行机构为一电机时，所述PI控制器的积分系数由以下公式获得：

其中，K_I表示PI控制器的积分系数，r表示所述电机的电枢绕组的平均电阻，J表示所述电机的转动惯量，a表示所述反馈回路的增益，K_m表示所述电机的电磁准据常数，V_bat表示所述电机的供电电压，f_s表示所述PWM调制器的调制频率，ξ表示所述自动变速箱执行机构的控制系统的阻尼比，n表示大于等于3的正整数。

优选的，在上述的自动变速箱执行机构的控制系统中，当所述执行机构为一电机时，所述PI控制器的比例系数由以下公式获得：

其中，K_P表示PI控制器的比例系数，r表示所述电机的电枢绕组的平均电阻，J表示所述电机的转动惯量，K_m表示所述电机的电磁转矩常数，K_e表示所述电机的反电势常数，f表示所述电机的转子阻尼系数，K_I表示PI控制器的积分系数，V_bat表示所述电磁阀的供电电压，a表示所述反馈回路的增益，ω表示所述目标信号的角频率。

优选的，在上述的自动变速箱执行机构的控制系统中，所述电机的电枢绕组的平均电阻由以下公式获得：

r＝f₃(t_x)＝r₀[1+η(t_x-t₀)]，

其中，r∈[f₃(t_a)，f(t_b)]，其[t_a，t_b]表示所述自动变速箱执行机构的控制系统的工作温度的范围，t₀表示室温，η表示电阻温度系数，r₀表示室温时的电机的电枢绕组的平均电阻，f₃表示所述电机与所述工作温度的函数关系，t_x表示x时刻的工作温度。

优选的，在上述的自动变速箱执行机构的控制系统中，室温时的电机的电枢绕组的平均电阻由以下公式获得：

其中，V_bat0表示标准工况下所述电机的供电电压，λ表示所述PI控制器输出信号的占空比，T_s表示所述PWM调制器的调制周期，i_s1表示所述电机的电枢绕组零输入响应的初始电流，τ表示所述电机的电磁时间常数。

优选的，在上述的自动变速箱执行机构的控制系统中，所述电机的电磁时间常数由以下公式获得：

其中，λ表示所述PI控制器输出信号的占空比，T_s表示所述PWM调制器的调制周期，i_s1表示所述电机的电枢绕组零输入响应的初始电流，i_s2表示零输入响应的结束电流。

优选的，在上述的自动变速箱执行机构的控制系统中，所述目标信号的角频率的范围由以下公式获得：

其中，ω表示所述目标信号的角频率，C(jω)表示所述实际信号，R(jω)表示所述目标信号。

在本发明提供的自动变速箱执行机构的控制系统中，PI控制器获取反馈回路反馈的执行机构的实际信号，根据所述实际信号以及一目标信号来控制PWM调制器，以达到所述实际信号跟随所述目标信号的目的。

附图说明

图1为本发明实施例中自动变速箱执行机构的控制系统示意图；

图2为本发明实施例一中对电磁阀负载进行一次充放电的过程；

图3为本发明实施例二中对电机电枢绕组进行一次充放电的过程。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

本发明实施例提供了一种自动变速箱执行机构的控制系统，如图1所示，包括：PI控制器100、PWM调制器200、执行机构300以及反馈回路400；其中，所述反馈回路400将所述执行机构300的实际信号反馈至所述PI控制器100，所述PI控制器100根据所述执行机构300的一目标信号和所述实际信号控制所述PWM调制器200，以实现所述实际信号跟随所述目标信号。

当所述执行机构300为一电磁阀时，所述目标信号为所述电磁阀的目标电流，所述实际信号为所述电磁阀的实际电流。所述PI控制器的积分系数由以下公式获得：

其中，KI表示PI控制器的积分系数，L_C表示所述电磁阀的电感，V_bat表示所述电磁阀的供电电压，a表示所述反馈回路的增益，f_s表示所述PWM调制器的调制频率，ξ表示所述自动变速箱执行机构的控制系统的阻尼比，n表示大于等于3的正整数。

进一步的，n是一个经验值，较优的，n的取值范围为5～10。其作用是为了满足所述PWM调制器的周期小于所述自动变速箱执行机构的控制系统的时间常数。

进一步的，所述PI控制器的比例系数由以下公式获得：

其中，K_P表示PI控制器的比例系数，L_C表示所述电磁阀的电感，R_s表示采样流经所述电磁阀的电流的采样电阻，R_C表示所述电磁阀内阻，K_I表示PI控制器的积分系数，ω表示所述目标信号的角频率，V_bat表示所述电磁阀的供电电压，a表示所述反馈回路的增益。

根据式1和式2即可确定所述KI控制器的参数，进而可以控制所述PWM调制器，以达到所述电磁阀的实际电流跟随其目标电流的目的。

在上述式1和式2中，所述电磁阀的供电电压V_bat是一个变化的量，由实际的具体工况决定的，其取值范围为[V_a，V_b]，采样流经所述电磁阀的电流的采样电阻以及所述电磁阀内阻均为变量，且均与自动变速箱的工作温度相关。

上式2中的采样电阻R_s随着自动变速箱的工作温度的变化而变化，具体的，由以下公式获得：

R_s＝f₁(t_x)＝R_s0[1+η(t_x-t₀)]， (式3)

其中，R_s∈[f₁(t_a)，f(t_b)]，其[t_a，t_b]表示所述自动变速箱执行机构的控制系统的工作温度的范围，t₀表示室温，η表示电阻温度系数，R_s0表示室温时的采样电阻，可以直接获取，f₁表示所述采样电阻与所述工作温度的函数关系，t_x表示x时刻的工作温度。

式2中的所述电磁阀内阻R_c也随着自动变速箱的工作温度的变化而变化，具体的，由以下公式获得：

R_c＝f₂(t_x)＝R_c0[1+η(t_x-t₀)]， (式4)

其中，R_c∈[f₂(t_a)，f(t_b)]，其[t_a，t_b]表示所述自动变速箱执行机构的控制系统的工作温度的范围，t₀表示室温，η表示电阻温度系数，R_c0表示室温时的电磁阀内阻，f₂表示所述电磁阀与所述工作温度的函数关系，t_x表示x时刻的工作温度。

其中，式4中的室温时的电磁阀内阻R_c0由以下公式获得：

其中，V_bat0表示标准工况下所述电磁阀的供电电压，τ表示所述电磁阀的电磁时间常数，λ表示所述PI控制器输出信号的占空比，T_s表示所述PWM调制器的调制周期，i_s1表示零输入响应的初始电流。

然后再由L_c＝τR_c获得所述电磁阀的电感，其中，τ表示所述电磁阀的电磁时间常数，R_C表示所述电磁阀内阻。

进一步的，式5中的电磁阀的电磁时间常数τ由以下公式获得：

其中，λ表示所述PI控制器输出信号的占空比，T_s表示所述PWM调制器的调制周期，i_s1表示所述电磁阀零输入响应的初始电流，i_s2表示所述电磁阀零输入响应的结束电流。

具体的，采用脉宽调制法测定所述电磁阀内阻RC和电磁阀的电感LC，如图2所示，当电流处于下降过程中时，电流从is1衰减到is2，此过程为零输入响应。

为电磁时间常数。

一阶RL感性负载电流调制过程可用如下公式表示：

由推导出当电流处于上升过程时，其状态响应为：

由此式可以推导出式5。

进一步的，式2中的所述目标信号的角频率ω的范围由以下公式获得：

其中，ω表示所述目标信号的角频率，C(jω)表示所述实际信号，R(jω)表示所述目标信号。即，所述目标信号的角频率的范围需落在所述自动变速箱执行机构的控制系统的增益为1的频率区间。

实施例二

在本实施例中，所述执行机构300为一电机，在此实施例中，所述目标信号为所述电机的目标转速，实际信号为所述电机的实际转速。所述PI控制器的积分系数由以下公式获得：

其中，K_I表示PI控制器的积分系数，r表示所述电机的电枢绕组的平均电阻，J表示所述电机的转动惯量，a表示所述反馈回路的增益，K_m表示所述电机的电磁准据常数，V_bat表示所述电机的供电电压，f_s表示所述PWM调制器的调制频率，ξ表示所述自动变速箱执行机构的控制系统的阻尼比，n表示大于等于3的正整数。

进一步的，所述PI控制器的比例系数由以下公式获得：

其中，K_P表示PI控制器的比例系数，r表示所述电机的电枢绕组的平均电阻，J表示所述电机的转动惯量，K_m表示所述电机的电磁转矩常数，K_e表示所述电机的反电势常数，f表示所述电机的转子阻尼系数，K_I表示PI控制器的积分系数，V_bat表示所述电磁阀的供电电压，a表示所述反馈回路的增益，ω表示所述目标信号的角频率。

在上述式8和式9中，所述电机的供电电压V_bat是一个变化的量，由实际的具体工况决定的，其取值范围为[V_a，V_b]。所述电机的电枢绕组的平均电阻r也是一个变量，且与所述自动变速箱的工作温度相关。

在上述式8和式9中，所述电机的电枢绕组的平均电阻r由以下公式获得：

r＝f₃(t_x)＝r₀[1+η(t_x-t₀)]，

其中，r∈[f₃(t_a)，f(t_b)]，其[t_a，t_b]表示所述自动变速箱执行机构的控制系统的工作温度的范围，t₀表示室温，η表示电阻温度系数，r₀表示室温时的电机的电枢绕组的平均电阻，f₃表示所述电机与所述工作温度的函数关系，t_x表示x时刻的工作温度。

其中，室温时的电机的电枢绕组的平均电阻r₀由以下公式获得：

其中，V_bat0表示标准工况下所述电机的供电电压，λ表示所述PI控制器输出信号的占空比，T_s表示所述PWM调制器的调制周期，i_s1表示所述电机的电枢绕组零输入响应的初始电流，τ表示所述电机的电磁时间常数。

在上述式10中，所述电机的电磁时间常数τ由以下公式获得：

其中，λ表示所述PI控制器输出信号的占空比，T_s表示所述PWM调制器的调制周期，i_s1表示所述电机的电枢绕组零输入响应的初始电流，i_s2表示零输入响应的结束电流。

具体的，采用单相实验测定所述电机的电枢绕组的平均电阻r，如图3所示，当电流处于下降过程中时，电流从is1衰减到is2，此过程为零输入响应。

为电磁时间常数。

一阶RL感性负载电流调制过程可用如下公式表示：

由推导出当电流处于上升过程时，其状态响应为：

由此式可以推导出式10。

进一步的，式9中的所述目标信号的角频率ω的范围由以下公式获得：

其中，ω表示所述目标信号的角频率，C(jω)表示所述实际信号，R(jω)表示所述目标信号。即，所述目标信号的角频率的范围需落在所述自动变速箱执行机构的控制系统的增益为1的频率区间。

在本发明的实施例一、实施例二以及其他实施中，在TCU(Transmission Control Uni，自动变速箱控制单元)上电后，根据实际采集的所述自动变速箱中的油温(即工作温度)、供电电压以及给定的所述目标信号的角频率即可获得所述PI控制器的积分系数K_I和比例系数K_P。

进一步的，还可以在确定的运行工况范围内预先计算出所有工况下的PI控制器的积分系数K_I和比例系数K_P，并存储于所述TCU中，在实际运行中，直接从所述TCU中获取与实际工况相匹配的PI控制器的积分系数K_I和比例系数K_P即可。提高了数据处理的速度，减少了所述TCU的开销。

综上，在本发明实施例提供的自动变速箱执行机构的控制系统中，PI控制器获取反馈回路反馈的执行机构的实际信号，根据所述实际信号以及一目标信号来控制PWM调制器，以达到所述实际信号跟随所述目标信号的目的。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。