CN103671891B - 一种非接触式车用变速器及其调速控制算法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种非接触式车用变速器及其调速控制算法。包括动力源、非接触式变速器、车轮及其控制系统,非接触式变速器包括拨动轮、拨动片、直线电机，控制系统包括有A/D转换器、整车控制器、电机驱动模块、电机控制器，DC‑DC变换器，蓄电池，非接触式变速器直接连接在动力源和车轮之间，非接触式变速器的主动轴与动力源连接，非接触式变速器的主动轴通过永磁联轴器与从动轴连接，从动轴上设有拨动轮，拨动轮上装有拨动片，拨动片能轴向推动拨动轮，使从动轴轴向移动；直线电机的输出轴连接拨动片，控制拨动片能沿从动轴轴向移动；车轮上装有轮速传感器，本发明通过联轴器控制器及电机控制器协同控制，使控制电机和联轴器根据所测轮速做相应调速，以调节车轮转速。

Description

一种非接触式车用变速器及其调速控制算法

技术领域

本发明是一种非接触式车用变速器及其调速控制算法，属于非接触式车用变速器及其调速控制算法的改造技术。

背景技术

目前永磁联轴器还暂未用于汽车，而现有的永磁联轴器一般通过机械调节从动轴而调节输出扭矩，不能实时控制输出转速，导致输出转速与目标转速不同步，影响系统的实时性。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种设计巧妙，结构简单，能调节转速的非接触式车用变速器。本发明通过控制直线电机调节永磁联轴器输出转速，借助转速传感器反馈控制直线电机，从而直接调节输出转速和扭矩，具有实时性好，反应快，灵敏度高的优点。

本发明的另一目的在于提供一种非接触式车用变速器的调速控制算法。本发明可广泛适用于轿车、货车、各类客车、摩托车、电动车、电动汽车等的动力传输变速装置中。

本发明的技术方案是：本发明的非接触式车用变速器，包括有动力源、非接触式变速器、车轮及其控制系统,其中非接触式变速器包括主动轴、从动轴、拨动轮、拨动片、直线电机，控制系统包括有A/D转换器、整车控制器、电机驱动模块、电机控制器，DC-DC变换器，蓄电池，非接触式变速器直接连接在动力源和车轮之间，非接触式变速器的主动轴与动力源连接，非接触式变速器的主动轴通过永磁联轴器与从动轴连接，从动轴上设有拨动轮，拨动轮上装有拨动片，拨动轮随从动轴一起转动，且拨动片能轴向推动拨动轮，使从动轴轴向移动；直线电机的输出轴连接拨动片，控制拨动片能沿从动轴轴向移动；车轮上装设有轮速传感器，轮速传感器的信号输出端通过A/D转换器与整车控制器的信号输入端连接，整车控制器的信号输出端与电机控制器的信号输入端连接，电机控制器的信号输出端通过电机驱动模块与直线电机电连接；蓄电池为电机控制器供电，同时通过DC-DC变换器为整车控制器供电。

上述永磁联轴器包括有主动轴座、键、筒形转子套、永磁体、从动轴端盖、从动轴座、筒形转子，主动轴通过键与主动轴座连接，主动轴座与筒形转子套连接，从动轴支承在从动轴座上，且通过键与筒形转子连接，永磁体装设在筒形转子的外圆面上及装设在筒形转子套的内圆面上，筒形转子套的外侧装设有从动轴端盖。

上述整车控制器为中央处理单元CPU。

上述轮速传感器的信号输出端与联轴器控制器连接，转速传感器将检测到转速数据通过AD转换送到联轴器控制器，联轴器控制器将控制信号送至中央处理单元CPU，中央处理单元CPU反馈控制调节直线电机的速度，从而改变车轮的速度。

本发明非接触式车用变速器的调速控制算法，整车控制器的调速控制方法采用模糊PID控制，模糊PID控制的方法如下：

模糊自适应PID控制是以误差e和误差变化ec作为输入，并找出PID三参数与e和ec之间的模糊关系图，根据模糊控制原理对三参数进行在线修改，从而使被控对象有良好的动、静态性能，具体如下：

1）模糊语言变量

以误差e以及误差变化率ec作为输入，而输出分别为PID的三参数。

2）模糊整定控制表:

根据实际操作经验，建立合适的模糊规则表，得到K_p、K_i和K_d三参数分别整定的模糊控制表;

3）计算当前KpKiKd值

将e和ec的变化范围定义为模糊集上的论域,

e={-5，-4，-3，-2，-1,0,+1,+2,+3,+4,+5}

ec={-5，-4，-3，-2，-1,0,+1,+2,+3,+4,+5}

其模糊子集为：

e={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，ec={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}

式中：NB代表负大，NM代表负中，NS代表负小，ZE代表扩充零，PS代表正小，PM代表正中，PB代表正大;并均选取高斯分布作为隶属函数分布，由此可得各模糊子集的隶属度;然后根据各模糊子集的隶属度赋值表和各参数模糊控制模型，应用模糊合成推理设计PID参数的模糊矩阵，查出修正参数代入下列各式计算：

式中：和为PID参数的初始值，K_p、K_i和K_d为最终应PID参数的取值。

本发明由于采用非接触式车用变速器的结构，且通过联轴器控制器及电机控制器协同控制，使控制电机和联轴器根据所测轮速做相应调速，以达到调节车轮转速的目的，本发明设计巧妙，结构简单，能调节车轮转速。另外，本发明通过CPU控制直线电机调节永磁联轴器输出转速，借助转速传感器反馈控制直线电机，从而直接调节输出转速和扭矩，具有实时性好，反应快，灵敏度高的优点。此外，本发明同时提供一种对应非接触式车用变速器转速的调整算法的非接触式车用变速器及其调速控制算法。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明非接触式变速器的结构示意图；

图3为本发明控制系统的原理图；

图4为本发明调速控制算法的原理图。

具体实施方式

实施例：

本发明的结构示意图如图1、2、3所示，本发明的非接触式车用变速器，包括有包括动力源1、非接触式变速器2、车轮4及其控制系统,其中非接触式变速器2包括主动轴11、从动轴10、拨动轮14、拨动片15、直线电机16，控制系统包括有A/D转换器、整车控制器、电机驱动模块、电机控制器，DC-DC变换器，蓄电池，非接触式变速器2直接连接在动力源1和车轮4之间，非接触式变速器2的主动轴11与动力源1连接，非接触式变速器2的主动轴11通过永磁联轴器与从动轴10连接，从动轴10上设有拨动轮14，拨动轮14上装有拨动片15，拨动轮14随从动轴10一起转动，且拨动片15能轴向推动拨动轮14，使从动轴10轴向移动；直线电机16的输出轴连接拨动片15，控制拨动片15能沿从动轴10轴向移动；车轮4上装设有轮速传感器3，轮速传感器3信号输出端通过A/D转换器与整车控制器的信号输入端连接，整车控制器的信号输出端与电机控制器的信号输入端连接，电机控制器的信号输出端通过电机驱动模块与直线电机16电连接；蓄电池为电机控制器供电，同时通过DC-DC变换器为整车控制器供电。

上述非接触式变速器2为永磁传动变速装置。

上述永磁联轴器包括有主动轴座5、键12、筒形转子套6、永磁体7、从动轴端盖8、从动轴座9、筒形转子13，主动轴11通过键12与主动轴座5连接，主动轴座5与筒形转子套6连接，从动轴10支承在从动轴座9上，且通过键12与筒形转子13连接，永磁体7装设在筒形转子13的外圆面上及装设在筒形转子套6的内圆面上，筒形转子套6的外侧装设有从动轴端盖8。

上述整车控制器为中央处理单元CPU。

上述轮速传感器3的信号输出端与联轴器控制器连接，转速传感器3将检测到转速数据通过AD转换送到联轴器控制器，联轴器控制器将控制信号送至中央处理单元CPU，中央处理单元CPU反馈控制调节直线电机16的速度，从而改变车轮4的速度。

本实施例中，上述联轴器控制器还连接有用于显示从动轴的转速、扭矩以及功率参数的显示模块。

本发明的工作原理如下：非接触式变速器2前端连接动力源1，后端连接车轮4，车轮4上装设有轮速传感器3，非接触式变速器2的调节原理在于直线电机16推动拨动片15，带动与之连接的拨动轮14，从而使非接触式变速器2的从动轴10轴向移动，通过改变非接触式变速器2中永磁体（7）之间的空隙和接触面大小，从而改变永磁联轴器的从动轴10的输出转速，转速传感器3将检测到转速数据通过AD转换送到中央处理单元CPU，中央处理单元CPU根据PID调速控制算法调节直线电机的转速，从而反馈控制永磁联轴器的输出转速，从而改变车轮4的速度。显示模块用于显示从动轴的转速、扭矩以及功率参数。

本发明非接触式车用变速器的调速控制算法，整车控制器的调速控制方法采用模糊PID控制，模糊PID控制的方法如下：

模糊自适应PID控制是以误差e和误差变化ec作为输入，并找出PID三参数与e和ec之间的模糊关系图，根据模糊控制原理对三参数进行在线修改，从而使被控对象有良好的动、静态性能，具体如下：

1）模糊语言变量

以误差e以及误差变化率ec作为输入，而输出分别为PID的三参数。

2）模糊整定控制表:

根据实际操作经验，建立合适的模糊规则表，得到K_p、K_i和K_d三参数分别整定的模糊控制表;

3）计算当前KpKiKd值

将e和ec的变化范围定义为模糊集上的论域,

e={-5，-4，-3，-2，-1,0,+1,+2,+3,+4,+5}

ec={-5，-4，-3，-2，-1,0,+1,+2,+3,+4,+5}

其模糊子集为：

e={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，ec={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}

式中：NB代表负大，NM代表负中，NS代表负小，ZE代表扩充零，PS代表正小，PM代表正中，PB代表正大;并均选取高斯分布作为隶属函数分布，由此可得各模糊子集的隶属度;然后根据各模糊子集的隶属度赋值表和各参数模糊控制模型，应用模糊合成推理设计PID参数的模糊矩阵，查出修正参数代入下列各式计算：

式中：和为PID参数的初始值，K_p、K_i和K_d为最终应PID参数的取值。

Claims (5)

1.一种非接触式车用变速器，其特征在于包括有动力源(1)、非接触式变速器(2)、车轮(4)及其控制系统,其中非接触式变速器(2)包括主动轴(11)、从动轴(10)、拨动轮(14)、拨动片(15)、直线电机(16)，控制系统包括有A/D转换器、整车控制器、电机驱动模块、电机控制器，DC-DC变换器，蓄电池，非接触式变速器(2)直接连接在动力源(1)和车轮(4)之间，非接触式变速器(2)的主动轴(11)与动力源(1)连接，非接触式变速器(2)的主动轴(11)通过永磁联轴器与从动轴(10)连接，从动轴(10)上设有拨动轮(14)，拨动轮(14)上装有拨动片(15)，拨动轮(14)随从动轴(10)一起转动，且拨动片(15)能轴向推动拨动轮(14)，使从动轴(10)轴向移动；直线电机(16)的输出轴连接拨动片(15)，控制拨动片(15)能沿从动轴(10)轴向移动；车轮(4)上装设有轮速传感器(3)，轮速传感器(3)的信号输出端通过A/D转换器与整车控制器的信号输入端连接，整车控制器的信号输出端与电机控制器的信号输入端连接，电机控制器的信号输出端通过电机驱动模块与直线电机(16)电连接；蓄电池为电机控制器供电，同时通过DC-DC变换器为整车控制器供电；上述整车控制器为中央处理单元CPU；上述轮速传感器(3)的信号输出端与联轴器控制器连接，转速传感器(3)将检测到转速数据通过AD转换送到联轴器控制器，联轴器控制器将控制信号送至中央处理单元CPU，中央处理单元CPU反馈控制调节直线电机(16)的速度，从而改变车轮(4)的速度。

2.根据权利要求1所述的非接触式车用变速器，其特征在于上述非接触式变速器(2)为永磁传动变速装置。

3.根据权利要求1所述的非接触式车用变速器，其特征在于上述永磁联轴器包括有主动轴座(5)、键(12)、筒形转子套(6)、永磁体(7)、从动轴端盖(8)、从动轴座(9)、筒形转子(13)，主动轴(11)通过键(12)与主动轴座(5)连接，主动轴座(5)与筒形转子套(6)连接，从动轴(10)支承在从动轴座(9)上，且通过键(12)与筒形转子(13)连接，永磁体(7)装设在筒形转子(13)的外圆面上及装设在筒形转子套(6)的内圆面上，筒形转子套(6)的外侧装设有从动轴端盖(8)。

4.根据权利要求1所述的非接触式车用变速器，其特征在于上述联轴器控制器还连接有用于显示从动轴的转速、扭矩以及功率参数的显示模块。

5.一种根据权利要求1所述的非接触式车用变速器的调速控制算法，其特征在于上述整车控制器的调速控制方法采用模糊PID控制，模糊PID控制的方法如下：

模糊自适应PID控制是以误差e和误差变化率ec作为输入，并找出PID三参数与e和ec之间的模糊关系图，根据模糊控制原理对PID三参数进行在线修改，从而使被控对象有良好的动、静态性能，具体如下：

1)模糊语言变量

以误差e以及误差变化率ec作为输入，而输出分别为PID的三参数；

2)模糊整定控制表:

根据实际操作经验，建立合适的模糊规则表，得到K_p、K_i和K_d三参数分别整定的模糊控制表；

3)计算当前K_p、K_i和K_d的值

将e和ec的变化范围定义为模糊集上的论域,

e＝{-5，-4，-3，-2，-1,0,+1,+2,+3,+4,+5}

ec＝{-5，-4，-3，-2，-1,0,+1,+2,+3,+4,+5}

其模糊子集为：

e＝{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，ec＝{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}

式中：NB代表负大，NM代表负中，NS代表负小，ZO代表扩充零，PS代表正小，PM代表正中，PB代表正大；并均选取高斯分布作为隶属函数分布，由此可得各模糊子集的隶属度；然后根据各模糊子集的隶属度赋值表和K_p、K_i、K_d各参数模糊控制模型，应用模糊合成推理设计PID参数的模糊矩阵，查出修正参数{e_i，ec_i}p、{e_i，ec_i}i、{e_i，ec_i}d代入下列各式计算：

$K_P=K_P^{*}+\{e_i,{\mathrm{ec}}_i\}p;$

$K_i=K_i^{*}+\{e_i,{\mathrm{ec}}_i\}i;$

$K_d=K_d^{*}+\{e_i,{\mathrm{ec}}_i\}d;$

式中：和为PID参数的初始值，K_p、K_i和K_d为最终PID参数的取值。