CN105045090A - 基于模糊控制的液力缓速器恒速控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模糊控制的液力缓速器恒速控制方法及装置，其中，方法包括以下步骤：计算速度偏差和变化率；如果偏差小于一定值，则对充液率、速度偏差和变化率进行模糊化以得到模糊控制量；根据物理论域和模糊论域得到模糊控制量中的速度偏差和变化率的量化因子和充液率的比例因子；选取隶属函数，并得到隶属度数值表；建立控制规则以得到控制规则表；根据控制规则得到模糊关系矩阵，并对当前车速和目标车速进行模糊化以得到模糊输出量；将模糊输出量转化为清晰量。本发明实施例的控制方法，在复杂行驶路况下，使液力缓速器能自动输出所需的充液率和制动力矩，以达到恒速行驶的目的，从而实现液力缓速器恒速控制，保证车辆行驶安全。

Description

基于模糊控制的液力缓速器恒速控制方法及装置

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种基于模糊控制的液力缓速器恒速控制方法及装置。

背景技术

相关技术中，例如有级的分档控制策略：根据充液率的不同缓速器分为4个档位：100％，75％，50％和25％，不同档位对应不同的制动力矩，驾驶员可以根据行驶路况选择所需的档位进行制动；例如持续迭代的恒速控制策略：通过单位时间内增加或减少固定量的充液率(10％)来维持车辆恒速行驶，当恒速开关打开时，控制器进行车速的判定：当实际车速大于目标车速时，缓速器在单位时间内会自动增加10％的充液率；当实际车速小于目标车速时，缓速器在单位时间内会自动减少10％的充液率。

然而，有级的分档控制策略的缺点：没有恒速控制策略，制动力矩只能通过驾驶员手动调节，下坡过程中液力缓速器虽然分担了行车制动一部分效能，但效果并不理想。持续迭代的恒速控制策略的缺点：由于在恒速过程中控制器持续迭代，一旦驾驶员打开恒速开关，车辆的实际速度就会一直在目标车速附近波动，并且处于连续调节的状态，控制器无法给出一个理想的充液率，这会使得车辆在下坡过程中恒速时间较长，而且充液率的连续调节对缓速器充液率控制阀的寿命要求很高，增加了使用成本。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于模糊控制的液力缓速器恒速控制方法，该方法可以实现液力缓速器恒速控制，更好地保证车辆行驶安全。

本发明的另一个目的在于提出一种基于模糊控制的液力缓速器恒速控制装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于模糊控制的液力缓速器恒速控制方法，包括以下步骤：计算当前车速和目标车速之间的速度偏差和偏差的变化率；如果所述速度偏差的绝对值小于第一阈值，则对缓速器工作腔内充液率、所述速度偏差和偏差的变化率进行模糊化以得到模糊控制量；根据充液率、速度偏差和偏差的变化率的物理论域和模糊控制量的模糊论域得到所述模糊控制量中的速度偏差和偏差的变化率的量化因子和充液率的比例因子；选取所述模糊控制量的隶属函数，并根据所述模糊控制量的隶属函数得到所述模糊控制量在模糊论域中的隶属度数值表；根据所述隶属度数值表建立所述液力缓速器恒速模糊控制规则以得到模糊控制规则表；根据所述液力缓速器恒速模糊控制规则得到模糊关系矩阵，并根据所述模糊关系矩阵对所述当前车速和目标车速进行模糊化以得到所述充液率的模糊输出量；以及将所述充液率的模糊输出量转化为清晰量，从而实现所述液力缓速器恒速控制。

根据本发明实施例提出的基于模糊控制的液力缓速器恒速控制方法，首先通过对充液率、速度偏差和偏差的变化率进行模糊化得到模糊控制量，从而建立液力缓速器恒速模糊控制规则以得到模糊关系矩阵，其次根据模糊关系矩阵对当前车速和目标车速进行模糊化以得到充液率的模糊输出量，最后将充液率的模糊输出量转化为清晰量，从而实现液力缓速器恒速控制，在不依赖于被控对象的精确数学模型的前提下，在复杂行驶路况例如长下坡路况下，使液力缓速器能自动输出所需的充液率和制动力矩，以达到车辆恒速行驶的目的，更好地保证车辆行驶安全。

另外，根据本发明上述实施例的基于模糊控制的液力缓速器恒速控制方法还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述充液率的物理论域为[0,1]，所述速度偏差的物理论域为[-1,+1]，所述偏差的变化率的物理论域为[-0.4,+0.4]。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述隶属函数为高斯型隶属函数，所述高斯型隶属函数的数学表达式为：

$f(x,\mathrm{\σ},c)=e^{-\frac{{(x-c)}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}$

其中，x为论域中的任意元素，c为决定函数中心的位置，σ为决定函数曲线的宽度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述液力缓速器恒速模糊控制规则为：如果所述当前车速小于或等于所述目标车速且车辆的加速度在减小时，则将降低所述充液率，以减小所述车辆的制动力矩；如果所述当前车速大于或等于所述目标车速且所述车辆的加速度在增加时，则提高所述充液率，以增加所述车辆的制动力矩。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述将所述充液率的模糊输出量转化为清晰量，从而实现所述液力缓速器恒速控制，进一步包括：通过加权平均法将所述充液率的模糊输出量转化为所述清晰量，以得到所述充液率的控制量的模糊控制表；根据所述模糊控制表控制所述液力缓速器，从而实现所述液力缓速器恒速控制。

本发明另一方面实施例提出了一种基于模糊控制的液力缓速器恒速控制装置，包括：计算模块，用于计算当前车速和目标车速之间的速度偏差和偏差的变化率；第一处理模块，如果所述速度偏差的绝对值小于第一阈值，则用于对缓速器工作腔内充液率、所述速度偏差和偏差的变化率进行模糊化以得到模糊控制量；第一获取模块，用于根据充液率、速度偏差和偏差的变化率的物理论域和模糊控制量的模糊论域得到所述模糊控制量中的速度偏差和偏差的变化率的量化因子和充液率的比例因子；第二获取模块，用于选取所述模糊控制量的隶属函数，并根据所述模糊控制量的隶属函数得到所述模糊控制量在模糊论域中的隶属度数值表；建立模块，用于根据所述隶属度数值表建立所述液力缓速器恒速模糊控制规则以得到模糊控制规则表；第二处理模块，用于根据所述液力缓速器恒速模糊控制规则得到模糊关系矩阵，并根据所述模糊关系矩阵对所述当前车速和目标车速进行模糊化以得到所述充液率的模糊输出量；以及控制模块，用于将所述充液率的模糊输出量转化为清晰量，从而实现所述液力缓速器恒速控制。

根据本发明实施例提出的基于模糊控制的液力缓速器恒速控制装置，首先通过对充液率、速度偏差和偏差的变化率进行模糊化得到模糊控制量，从而建立液力缓速器恒速模糊控制规则以得到模糊关系矩阵，其次根据模糊关系矩阵对当前车速和目标车速进行模糊化以得到充液率的模糊输出量，最后将充液率的模糊输出量转化为清晰量，从而实现液力缓速器恒速控制，在不依赖于被控对象的精确数学模型的前提下，在复杂行驶路况例如长下坡路况下，使液力缓速器能自动输出所需的充液率和制动力矩，以达到车辆恒速行驶的目的，更好地保证车辆行驶安全。

另外，根据本发明上述实施例的基于模糊控制的液力缓速器恒速控制装置还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述充液率的物理论域为[0,1]，所述速度偏差的物理论域为[-1,+1]，所述偏差的变化率的物理论域为[-0.4,+0.4]。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述隶属函数为高斯型隶属函数，所述高斯型隶属函数的数学表达式为：

$f(x,\mathrm{\σ},c)=e^{-\frac{{(x-c)}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}$

其中，x为论域中的任意元素，c为决定函数中心的位置，σ为决定函数曲线的宽度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述液力缓速器恒速模糊控制规则为：如果所述当前车速小于或等于所述目标车速且车辆的加速度在减小时，则将降低所述充液率，以减小所述车辆的制动力矩；如果所述当前车速大于或等于所述目标车速且所述车辆的加速度在增加时，则提高所述充液率，以增加所述车辆的制动力矩。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制模块具体用于：通过加权平均法将所述充液率的模糊输出量转化为所述清晰量，以得到所述充液率的控制量的模糊控制表；和根据所述模糊控制表控制所述液力缓速器，从而实现所述液力缓速器恒速控制。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的基于模糊控制的液力缓速器恒速控制方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的液力缓速器工作时的车速变化示意图；

图3为根据本发明一个实施例的车辆下坡时驱动力-行驶阻力平衡示意图；

图4为根据本发明一个实施例的模糊控制的流程图；

图5为根据本发明一个实施例的恒速模糊控制方法的流程图；

图6为根据本发明一个实施例的模糊控制规则三维曲线示意图；

图7为根据本发明一个实施例的仿真结果示意图；以及

图8为根据本发明实施例的基于模糊控制的液力缓速器恒速控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面描述根据本发明实施例提出的基于模糊控制的液力缓速器恒速控制方法和基于模糊控制的液力缓速器恒速控制装置之前，先来简单描述一下液力缓速器。

随着道路交通的发展，车辆行驶车速和载重量持续增加，行驶工况越来越复杂，车辆对制动的需求变得越来越大。根据制动功能的不同，制动系统分为行车制动器、驻车制动器和辅助制动器。由于液力缓速器具有制动扭矩大，制动平稳、噪声小，寿命长等优点，尤其在车辆长下坡时，液力缓速器作为辅助制动器能代替行车制动器使车辆以某一安全的速度恒速行驶。

其中，液力缓速器工作时可分为以下两个阶段：A.减速控制阶段。在此阶段缓速器转子转速较高，可以提供较大的制动扭矩；B.恒速控制阶段。在此阶段要求车辆在驾驶员给定任何能够实现的目标车速下，立即以目标车速恒速行驶。恒速控制需要控制器自动调节液力缓速器腔体内的充液率，输出可使车辆恒速行驶的制动扭矩。

然而，由于对于车辆下坡时恒速过程中数学模型难以建立，充液率、坡度、车速的关系较为复杂，导致无法用传统的控制方法进行控制。

本发明正是基于上述问题，而提出了一种基于模糊控制的液力缓速器恒速控制方法和基于模糊控制的液力缓速器恒速控制装置。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于模糊控制的液力缓速器恒速控制方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于模糊控制的液力缓速器恒速控制方法。参照图1所示，该控制方法包括以下步骤：

S101，计算当前车速和目标车速之间的速度偏差和偏差的变化率。

其中，参照图2所示，缓速器的整个工作过程分为两阶段。第一阶段：基于最大制动功率的减速控制阶段；第二阶段：基于模糊控制的恒速控制阶段。

进一步地，参照图3所示，驱动力-行驶阻力方程：

$m\stackrel{\·}{u}=mgsin\mathrm{\θ}-F_f-F_w-F_r$

其中，u为汽车行驶速度(km/h)，θ为坡道坡度(°)，F_f为滚动阻力(N)，F_w为空气阻力(N)，F_r为缓速器制动力(N)。

F_f＝mg·f＝mg·(5.6×10^-5u+7.61×10^-3)

其中，f为滚动阻力系数。

$F_w=\frac{C_{D}A}{21.15}\·u^2$

其中，C_D为空气阻力系数，A为迎风面积。

$F_r=\frac{M_r\·i_0\·i_g}{r}$

M_r＝γ·λ·ρ·D⁵·n²

其中，M_r为缓速器制动力矩(N·m)，i₀为主减速器速比，i_g为变速器速比，r为车轮半径(m)，γ为缓速器腔体内的充液率(％)，λ为转子力矩系数，ρ为工作液密度(kg/m³)，D为循环圆直径(m)，n为转子转速(rev/min)。

进一步地，在本发明的一个实施例中，参照图4所示，本发明实施例根据偏差及偏差变化率来实现对工业过程的控制，其可以包括模糊化、模糊规则、模糊推理、清晰化、输入输出量化等步骤。

其中，参照图5所示，选取汽车下坡时的实际车速即当前车速与目标车速的偏差e以及偏差的变化率ec作为输入语言变量，把缓速器工作腔内充液率u作为输出语言变量，因此采用的恒速模糊控制器可以是典型的双输入、单输出的二维模糊控制器。

S102，如果速度偏差的绝对值小于第一阈值，则对缓速器工作腔内充液率、速度偏差和偏差的变化率进行模糊化以得到模糊控制量。

S103，根据充液率、速度偏差和偏差的变化率的物理论域和模糊控制量的模糊论域得到模糊控制量中的速度偏差和偏差的变化率的量化因子和充液率的比例因子。

其中，在本发明的一个实施例中，充液率的物理论域为[0,1]，速度偏差的物理论域为[-1,+1]，偏差的变化率的物理论域为[-0.4,+0.4]。

具体地，参照图4所示，在本发明实施例的输入输出模糊化过程中，偏差e的物理论域为[-1,+1]，表示实际车速与目标车速的误差范围为±1km/h；偏差变化率ec的物理论域为[-0.4,+0.4]，表示汽车速度变化率的范围为±0.4m/s²；输出量u的物理论域为[0,1]，表示液力缓速器工作腔内的充液率变化范围是0～100％。

进一步地，参照图4所示，在本发明实施例的模糊规则控制过程中，根据模糊控制的基本理论以及车辆行驶时速度加速度的变化特点将模糊语言变量E、EC和U分为七个语言变量等级，则E、EC和U均为：

E、EC、U＝{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}

{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}分别表示{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}。

一般来说，论域中的元素个数为语言变量档数的1.5～2倍，因此，论域E、EC和U中的元素个数可以均取为13个，即：

E、EC、U＝{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}

由于模糊论域和物理论域的不同，E、EC的量化因子K_e和K_ec分别为：

K_e＝6/1＝6；K_ec＝6/0.4＝15。

U的比例因子K_u为：

K_u＝1/2/6＝1/12。

由于模糊输出量U的物理论域并不对称，故模糊论域和物理论域之间需要进行一次变换：

u＝U·K_u+(1-0)/2＝U·K_u+0.5。

S104，选取模糊控制量的隶属函数，并根据模糊控制量的隶属函数得到模糊控制量在模糊论域中的隶属度数值表。

其中，在本发明的一个实施例中，隶属函数为高斯型隶属函数，高斯型隶属函数的数学表达式为：

$f(x,\mathrm{\σ},c)=e^{-\frac{{(x-c)}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}$

其中，x为论域中的任意元素，c为决定函数中心的位置，σ为决定函数曲线的宽度。

具体地，隶属函数A(x)的选取主要取决于控制对象的不同，一般模糊子集的隶属函数应该是连续函数，除在论域边界除外，都应该是对称的凸F集。本发明实施例中液力缓速器恒速模糊控制器选取的隶属函数可以为高斯型隶属函数，其数学表达式为：

$f(x,\mathrm{\σ},c)=e^{-\frac{{(x-c)}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}$

其中，x为论域中的任意元素，c为决定函数中心的位置，σ为决定函数曲线的宽度。

模糊控制输入分量E、EC的隶属函数为：

${\mathrm{\μ}}_{NB}\left(x\right)=e^{-\frac{{(x+6)}^2}{2\×{0.85}^2}},{\mathrm{\μ}}_{NM}\left(x\right)=e^{-\frac{{(x+4)}^2}{2}},{\mathrm{\μ}}_{NS}\left(x\right)=e^{-\frac{{(x+2)}^2}{2\×{0.85}^2}},{\mathrm{\μ}}_Z\left(x\right)=e^{-\frac{x^2}{2\×{0.7}^2}},$

${\mathrm{\μ}}_{PS}\left(x\right)=e^{-\frac{{(x-2)}^2}{2\×{0.85}^2}},{\mathrm{\μ}}_{PM}\left(x\right)=e^{-\frac{{(x-4)}^2}{2}},{\mathrm{\μ}}_{PB}\left(x\right)=e^{-\frac{{(x-6)}^2}{2\×{0.85}^2}}.$

模糊控制输出量U的隶属函数为：

${\mathrm{\μ}}_{NB}\left(x\right)=e^{-\frac{{(x+6)}^2}{2\×{0.8}^2}},{\mathrm{\μ}}_{NM}\left(x\right)=e^{-\frac{{(x+4)}^2}{2\×{0.9}^2}},{\mathrm{\μ}}_{NS}\left(x\right)=e^{-\frac{{(x+2)}^2}{2\×{0.8}^2}},{\mathrm{\μ}}_Z\left(x\right)=e^{-\frac{x^2}{2\×{0.6}^2}},$

${\mathrm{\μ}}_{PS}\left(x\right)=e^{-\frac{{(x-2)}^2}{2\×{0.8}^2}},{\mathrm{\μ}}_{PM}\left(x\right)=e^{-\frac{{(x-4)}^2}{2\×{0.9}^2}},{\mathrm{\μ}}_{PB}\left(x\right)=e^{-\frac{{(x-6)}^2}{2\×{0.8}^2}}.$

根据模糊控制量E、EC、U的隶属函数可得出七个语言变量在其论域中的隶属度数值如表1和表2所示。

表1

表2

U	-6	-5	-4	-3	-2	-1	0	+1	+2	+3	+4	+5	+6
														NB	1	0.46	0.04	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
NM	0.08	0.54	1	0.54	0.08	0	0	0	0	0	0	0	0
														NS	0	0	0.04	0.46	1	0.46	0.04	0	0	0	0	0	0
Z	0	0	0	0	0	0.25	1	0.25	0	0	0	0	0
														PS	0	0	0	0	0	0	0.04	0.46	1	0.46	0.04	0	0
PM	0	0	0	0	0	0	0	0	0.08	0.54	1	0.54	0.08
														PB	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0.04	0.46	1

S105，根据隶属度数值表建立液力缓速器恒速模糊控制规则以得到模糊控制规则表。

进一步地，在本发明的一个实施例中，液力缓速器恒速模糊控制规则为：如果当前车速小于或等于目标车速且车辆的加速度在减小时，则将降低充液率，以减小车辆的制动力矩；如果当前车速大于或等于目标车速且车辆的加速度在增加时，则提高充液率，以增加车辆的制动力矩。

其中，具体充液率降低值和提高值可以通过多次实验数据得到。

具体地，根据液力缓速器制动过程中恒速阶段的特点，在经过大量实验、观测、和操作经验分析得出液力缓速器恒速模糊控制规则如下：

1.if(E＝NBorE＝NMorE＝NS)and(EC＝NB)then(U＝NB)

当汽车下坡时的实际车速比目标车速小且加速度在减小时，液力缓速器充液率减小使得制动力矩减小，汽车的速度增加。

2.if(E＝Z)and(EC＝NB)then(U＝NM)

当汽车下坡时的实际车速与目标车速接近且加速度在减小时，液力缓速器充液率适当减小使得制动力矩适当减小。

3.if(E＝Z)and(EC＝PB)then(U＝PM)

当汽车下坡时的实际车速与目标车速接近且加速度在增加时，液力缓速器充液率适当增加使得制动力矩适当增加。

4.if(E＝PSorE＝PMorE＝PB)and(EC＝PB)then(U＝PB)

当汽车下坡时的实际车速比目标车速大且加速度在增大时，液力缓速器充液率增加使得制动力矩增加，汽车的速度减小。

同理可得到其余41条模糊控制规则，再次不进行具体赘述，

经整理模糊控制规则表如表3所示。

表3

进一步地，参照图6所示，图6为模糊控制规则三维曲面图。

S106，根据液力缓速器恒速模糊控制规则得到模糊关系矩阵，并根据模糊关系矩阵对当前车速和目标车速进行模糊化以得到充液率的模糊输出量。

具体地，参照图4所示，在本发明实施例的模糊推理过程中，本发明实施例的模糊控制规则可以采用如下语句：

“如果a是A且b是B，则u是U”可简写为“若A且B，则U”或“A∧B→U”。

本发明实施例可以采用模糊蕴含关系“A∧B→U”，使用应用最广泛的Mamdani算法：

R(a,b,u)＝A(a)∧B(b)∧U(u)

即R₁＝NB_E×NB_EC×NB_U，其中：

NB_E＝[10.500.060000000000]，

NB_EC＝[10.500.060000000000]，

NB_U＝[10.460.040000000000]。

根据模糊关系运算规则可得出模糊关系矩阵R₁，同理可得其余模糊关系矩阵R₂、R₃、……。

因此，总模糊关系矩阵为：R＝R₁+R₂+R₃+……。

根据总模糊关系矩阵可进行模糊推理，本发明实施例的模糊推理可以使用经典的Mamdani极大极小合成运算方法，将当前的实际车速与目标车速的偏差e与速度变化率ec进行模糊化得到相对应的模糊输入量E_i和EC_j，通过Mamdani极大极小合成运算方法可得到模糊输出量U_ij：

U_ij＝(E_i×EC_j)оR。

S107，将充液率的模糊输出量转化为清晰量，从而实现液力缓速器恒速控制。

进一步地，在本发明的一个实施例中，将充液率的模糊输出量转化为清晰量，从而实现液力缓速器恒速控制，进一步包括：通过加权平均法将充液率的模糊输出量转化为清晰量，以得到充液率的控制量的模糊控制表；根据模糊控制表控制液力缓速器，从而实现液力缓速器恒速控制。

具体地，在本发明的实施例中，采用加权平均法将模糊输出量U_ij转化成清晰量，从而得到控制量U的模糊控制表，如表4所示。

表4

在本发明的一个具体实施例中，参照图7所示，图7为利用Matlab/Simulink进行仿真的结果图。

其中，图7(a)为车辆下坡时采用持续迭代恒速控制策略时车速随时间变化图，图7(b)为本发明实施例中采用恒速模糊控制时车速随时间变化图。由图可以看出，在缓速器启动恒速功能时，旧的恒速策略只能使得实际车速在目标车速附近持续波动，恒速的时间较长。而本发明实施例中提出的恒速控制策略可以使车速在达到目标车速时立即给出一个理想的充液率使车速直接定位到目标车速，并以目标车速恒速行驶。

图7(c)为车辆下坡时采用持续迭代恒速控制策略时缓速器工作腔内充液率随时间变化图，图7(d)为车辆下坡时采用持续迭代恒速控制策略时缓速器工作腔内充液率随时间变化图。由图可以看出，旧的恒速控制策略在缓速器启动恒速功能时，充液率的波动非常大，而且处于一个连续调节的过程，对缓速器出口控制阀的冲击很大，影响阀体的寿命。而本发明实施例中提出的恒速控制策略仅需很短的时间内就可以直接定位一个理想的充液率使得车辆以目标车速恒速行驶，对阀体的冲击较小，延长了控制阀的使用寿命。

图7(e)和7图(f)分别为车辆在变坡道上行驶时车速和充液率随时间的变化图，0～50s时坡道坡度为2°，50～100s时坡道变为2.5°，由这图可知，本发明实施例中提出的恒速控制策略在复杂的行驶路况下仍可以实现车辆在下坡过程中以目标车速恒速行驶的功能。

应理解，步骤S101和步骤S107的设置仅为了描述的方便，而不用于限制方法的执行顺序。

根据本发明实施例提出的基于模糊控制的液力缓速器恒速控制方法，首先通过对充液率、速度偏差和偏差的变化率进行模糊化得到模糊控制量，从而建立液力缓速器恒速模糊控制规则以得到模糊关系矩阵，其次根据模糊关系矩阵对当前车速和目标车速进行模糊化以得到充液率的模糊输出量，最后将充液率的模糊输出量转化为清晰量，从而实现液力缓速器恒速控制，在不依赖于被控对象的精确数学模型的前提下，在复杂行驶路况例如长下坡路况下，使液力缓速器能自动输出所需的充液率和制动力矩，以达到车辆恒速行驶的目的，更好地保证车辆行驶安全。

其次将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于模糊控制的液力缓速器恒速控制装置。参照图8所述，该控制装置10包括：计算模块100、第一处理模块200、第一获取模块300、第二获取模块400、建立模块500、第二处理模块600和控制模块700。

其中，计算模块100用于计算当前车速和目标车速之间的速度偏差和偏差的变化率。如果速度偏差的绝对值小于第一阈值，则第一处理模块200用于对缓速器工作腔内充液率、速度偏差和偏差的变化率进行模糊化以得到模糊控制量。第一获取模块300用于根据充液率、速度偏差和偏差的变化率的物理论域和模糊控制量的模糊论域得到模糊控制量中的速度偏差和偏差的变化率的量化因子和充液率的比例因子。第二获取模块400用于选取模糊控制量的隶属函数，并根据模糊控制量的隶属函数得到模糊控制量在模糊论域中的隶属度数值表。建立模块500用于根据隶属度数值表建立液力缓速器恒速模糊控制规则以得到模糊控制规则表。第二处理模块600用于根据液力缓速器恒速模糊控制规则得到模糊关系矩阵，并根据模糊关系矩阵对当前车速和目标车速进行模糊化以得到充液率的模糊输出量。控制模块700用于将充液率的模糊输出量转化为清晰量，从而实现液力缓速器恒速控制。本发明实施例的控制装置10在液力缓速器启动时，通过提取整车的参数，控制模块700自动输出车辆在当前行驶工况下缓速器所需的充液率使车辆在下坡过程中以目标车速恒速行驶。

进一步地，在本发明的一个实施例中，充液率的物理论域为[0,1]，速度偏差的物理论域为[-1,+1]，偏差的变化率的物理论域为[-0.4,+0.4]。

进一步地，在本发明的一个实施例中，隶属函数可以为高斯型隶属函数，高斯型隶属函数的数学表达式为：

$f(x,\mathrm{\σ},c)=e^{-\frac{{(x-c)}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}$

其中，x为论域中的任意元素，c为决定函数中心的位置，σ为决定函数曲线的宽度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，液力缓速器恒速模糊控制规则为：如果当前车速小于或等于目标车速且车辆的加速度在减小时，则将降低充液率，以减小车辆的制动力矩；如果当前车速大于或等于目标车速且车辆的加速度在增加时，则提高充液率，以增加车辆的制动力矩。

进一步地，在本发明的一个实施例中，控制模块700具体用于：通过加权平均法将充液率的模糊输出量转化为清晰量，以得到充液率的控制量的模糊控制表；和根据模糊控制表控制液力缓速器，从而实现液力缓速器恒速控制。

需要说明的是，本发明实施例的装置的具体实现方式与方法部分的具体实现方式类似，为了减少冗余，此处不做赘述。

根据本发明实施例提出的基于模糊控制的液力缓速器恒速控制装置，首先通过对充液率、速度偏差和偏差的变化率进行模糊化得到模糊控制量，从而建立液力缓速器恒速模糊控制规则以得到模糊关系矩阵，其次根据模糊关系矩阵对当前车速和目标车速进行模糊化以得到充液率的模糊输出量，最后将充液率的模糊输出量转化为清晰量，从而实现液力缓速器恒速控制，在不依赖于被控对象的精确数学模型的前提下，在复杂行驶路况例如长下坡路况下，使液力缓速器能自动输出所需的充液率和制动力矩，以达到车辆恒速行驶的目的，更好地保证车辆行驶安全。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于模糊控制的液力缓速器恒速控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

计算当前车速和目标车速之间的速度偏差和偏差的变化率；

如果所述速度偏差的绝对值小于第一阈值，则对缓速器工作腔内充液率、所述速度偏差和偏差的变化率进行模糊化以得到模糊控制量；

根据充液率、速度偏差和偏差的变化率的物理论域和模糊控制量的模糊论域得到所述模糊控制量中的速度偏差和偏差的变化率的量化因子和充液率的比例因子；

选取所述模糊控制量的隶属函数，并根据所述模糊控制量的隶属函数得到所述模糊控制量在模糊论域中的隶属度数值表；

根据所述隶属度数值表建立所述液力缓速器恒速模糊控制规则以得到模糊控制规则表；

根据所述液力缓速器恒速模糊控制规则得到模糊关系矩阵，并根据所述模糊关系矩阵对所述当前车速和目标车速进行模糊化以得到所述充液率的模糊输出量；以及

将所述充液率的模糊输出量转化为清晰量，从而实现所述液力缓速器恒速控制。

2.根据权利要求1所述的基于模糊控制的液力缓速器恒速控制方法，其特征在于，所述充液率的物理论域为[0,1]，所述速度偏差的物理论域为[-1,+1]，所述偏差的变化率的物理论域为[-0.4,+0.4]。

3.根据权利要求1所述的基于模糊控制的液力缓速器恒速控制方法，其特征在于，所述隶属函数为高斯型隶属函数，所述高斯型隶属函数的数学表达式为：

$f(x,\mathrm{\σ},c)=e^{-\frac{{(x-c)}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}$

其中，x为论域中的任意元素，c为决定函数中心的位置，σ为决定函数曲线的宽度。

4.根据权利要求1所述的基于模糊控制的液力缓速器恒速控制方法，其特征在于，所述液力缓速器恒速模糊控制规则为：

如果所述当前车速小于或等于所述目标车速且车辆的加速度在减小时，则将降低所述充液率，以减小所述车辆的制动力矩；

如果所述当前车速大于或等于所述目标车速且所述车辆的加速度在增加时，则提高所述充液率，以增加所述车辆的制动力矩。

5.根据权利要求1所述的基于模糊控制的液力缓速器恒速控制方法，其特征在于，所述将所述充液率的模糊输出量转化为清晰量，从而实现所述液力缓速器恒速控制，进一步包括：

通过加权平均法将所述充液率的模糊输出量转化为所述清晰量，以得到所述充液率的控制量的模糊控制表；

根据所述模糊控制表控制所述液力缓速器，从而实现所述液力缓速器恒速控制。

6.一种基于模糊控制的液力缓速器恒速控制装置，其特征在于，包括：

计算模块，用于计算当前车速和目标车速之间的速度偏差和偏差的变化率；

第一处理模块，如果所述速度偏差的绝对值小于第一阈值，则用于对缓速器工作腔内充液率、所述速度偏差和偏差的变化率进行模糊化以得到模糊控制量；

第一获取模块，用于根据充液率、速度偏差和偏差的变化率的物理论域和模糊控制量的模糊论域得到所述模糊控制量中的速度偏差和偏差的变化率的量化因子和充液率的比例因子；

第二获取模块，用于选取所述模糊控制量的隶属函数，并根据所述模糊控制量的隶属函数得到所述模糊控制量在模糊论域中的隶属度数值表；

建立模块，用于根据所述隶属度数值表建立所述液力缓速器恒速模糊控制规则以得到模糊控制规则表；

第二处理模块，用于根据所述液力缓速器恒速模糊控制规则得到模糊关系矩阵，并根据所述模糊关系矩阵对所述当前车速和目标车速进行模糊化以得到所述充液率的模糊输出量；以及

控制模块，用于将所述充液率的模糊输出量转化为清晰量，从而实现所述液力缓速器恒速控制。

7.根据权利要求6所述的基于模糊控制的液力缓速器恒速控制装置，其特征在于，所述充液率的物理论域为[0,1]，所述速度偏差的物理论域为[-1,+1]，所述偏差的变化率的物理论域为[-0.4,+0.4]。

8.根据权利要求6所述的基于模糊控制的液力缓速器恒速控制装置，其特征在于，所述隶属函数为高斯型隶属函数，所述高斯型隶属函数的数学表达式为：

$f(x,\mathrm{\σ},c)=e^{-\frac{{(x-c)}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}$

其中，x为论域中的任意元素，c为决定函数中心的位置，σ为决定函数曲线的宽度。

9.根据权利要求6所述的基于模糊控制的液力缓速器恒速控制装置，其特征在于，所述液力缓速器恒速模糊控制规则为：

如果所述当前车速小于或等于所述目标车速且车辆的加速度在减小时，则将降低所述充液率，以减小所述车辆的制动力矩；

如果所述当前车速大于或等于所述目标车速且所述车辆的加速度在增加时，则提高所述充液率，以增加所述车辆的制动力矩。

10.根据权利要求6所述的基于模糊控制的液力缓速器恒速控制装置，其特征在于，所述控制模块具体用于：

通过加权平均法将所述充液率的模糊输出量转化为所述清晰量，以得到所述充液率的控制量的模糊控制表；和

根据所述模糊控制表控制所述液力缓速器，从而实现所述液力缓速器恒速控制。