CN108757925A - 自抗扰控制的无级变速器滑移率控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆控制技术领域，公开了一种自抗扰控制的无级变速器滑移率控制方法及系统，以提高滑移率控制的可靠性，进而提高系统的传动效率。本发明方法包括：建立无级变速器根据从动轮压力和速比计算滑移率的滑移率系统模型，以及建立基于主动轮夹紧力实现速比修正的速比模型；确定各速比所分别对应的最优的目标滑移率，并按调整步长逐步标定从动轮夹紧力‑速比‑滑移率‑主动轮夹紧力之间的映射关系；检测到换挡后，调整从动轮夹紧力以启动滑移率调整，并在调整迭代过程中，根据标定的从动轮夹紧力‑速比‑滑移率‑主动轮夹紧力之间的映射关系执行闭环控制，直至当前速比与目标速比达到期望误差内且当前滑移率与目标滑移率达到期望误差内。

Description

自抗扰控制的无级变速器滑移率控制方法及系统

技术领域

本发明涉及车辆控制技术领域，尤其涉及一种自抗扰控制的无级变速器滑移率控制方法及系统。

背景技术

目前，无级变速器传动效率较低，其中很重要的一个原因是夹紧力过大，一般选取安全系数1.3，以避免金属带打滑，但过大的夹紧力不仅使传动效率降低，而且增加了液压系统的损耗。研究表明，金属带式无级变速器在一定滑移率范围内，随着滑移率的增大，其传动效率也随着提高，但超过一定的滑移率后，传动效率会快速下降，因此将滑移率控制在合理范围内，并尽可能地减小夹紧力是非常必要的。

目前，无级变速器最常用的控制方法为PID控制，但是由于变速器机构自身特点以及汽车行驶条件的多变性，控制器不能自行整定参数，很难达到效果。本发明试图引入一种基于自抗扰控制的无级变速器滑移率控制方法，此方法解决了PID存在的快速性和超调性的矛盾，并能实时补偿和跟踪系统未建模动态部分和外部扰动的综合作用。另外由于在滑移率控制情况下，夹紧力不是一步到位，而是逐步逼近最佳夹紧力。经实验证明，从动夹紧力的变化会影响速比，并且在滑移率情况下，速比特性更为复杂，本发明标定了在不同滑移率下速比与主从动轮夹紧力的数据，使得滑移率控制更可靠。

发明内容

本发明目的在于公开一种自抗扰控制的无级变速器滑移率控制方法及系统，以提高滑移率控制的可靠性，进而提高系统的传动效率。

为实现上述目的，本发明公开了一种自抗扰控制的无级变速器滑移率控制方法，包括：

步骤S1、建立无级变速器根据从动轮压力和速比计算滑移率的滑移率系统模型，以及建立基于主动轮夹紧力实现速比修正的速比模型；

步骤S2、确定各速比所分别对应的最优的目标滑移率，并按调整步长逐步标定从动轮夹紧力-速比-滑移率-主动轮夹紧力之间的映射关系；

步骤S3、检测到换挡后，调整从动轮夹紧力以启动滑移率调整，并在调整迭代过程中，执行下述闭环控制：

步骤S31、判断当前滑移率是否大于或等于阈值，如果是，在所述映射关系中根据当前滑移率、速比和从动轮夹紧力查找对应的主动轮夹紧力，在根据查找结果调整主动轮夹紧力的同时，将所述查找结果发送给所述速比模型；

步骤S32、根据所述速比模型和主动轮夹紧力计算修正后的速比，并将修正后的速比发送给所述滑移率系统模型以计算当前滑移率，并根据当前滑移率与目标滑移率之间的差值调整从动轮夹紧力，与此同时，以修正后的速比依托所述步骤S31对主动轮夹紧力进行同步调整，直至当前速比与目标速比达到期望误差内且当前滑移率与目标滑移率达到期望误差内。

与上述方法相对应的，本发明还公开一种自抗扰控制的无级变速器滑移率控制系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

本发明具有以下有益效果：

本发明标定了在不同滑移率下速比与主从动轮夹紧力的数据，使得滑移率控制更可靠。解决了PID存在的快速性和超调性的矛盾，并能实时补偿和跟踪系统未建模动态部分和外部扰动的综合作用。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的自抗扰控制的无级变速器滑移率控制方法原理图；

图2为图1所示ADRC模块的内部结构示意图；

图3为跟踪信号与微分信号的类比示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

本发明公开一种自抗扰控制的无级变速器滑移率控制方法，如图1所示，包括：

步骤S1、建立无级变速器根据从动轮压力和速比计算滑移率的滑移率系统模型，以及建立基于主动轮夹紧力实现速比修正的速比模型。

优选地，在该步骤中，滑移率系统模型具体为：

其中，为当前滑移率，s为上一时刻滑移率，T_in为输入轴转矩；T_L为负载转矩，J₁、J₂分别为主动轴和从动轴的转动惯量；μ(s)为金属带与带轮的摩擦因数；F_ax为轴向夹紧力；λ为带轮半锥角；R_p、R_s分别为主动轮当前工作半径和从动轮当前工作半径，i₀为变速器的几何速比，且：

R_pmin、R_smax分别为无级变速器主动带轮最小半径、从动带轮最大半径，x_s、x_p分别为无极变速器的从动轮的带轮位移和主动轮的带轮位移。

步骤S2、确定各速比所分别对应的最优的目标滑移率，并按调整步长逐步标定从动轮夹紧力-速比-滑移率-主动轮夹紧力之间的映射关系。

可选的，该步骤的标定包括但不限于下述方式：

(1)、调整其负载转矩，范围为10到60N.m，以2N.m为间隔。

(2)、调节从动夹紧力，使保持滑移率为一定值，范围为0.5％-4.5％，每次变化范围为0.1％。

(3)、调节主动轮夹紧力，使几何速比从2.43到0.44，以0.2为间隔，重复(2)，记录主动轮夹紧力数据。

(4)、依次重复步骤(1)，(2)，(3)，得到完整的从动轮夹紧力-速比-滑移率-主动轮夹紧力之间的映射关系。

步骤S3、检测到换挡后，调整从动轮夹紧力以启动滑移率调整，并在调整迭代过程中，执行下述闭环控制。相关闭环控制具体包括：

步骤S31、判断当前滑移率是否大于或等于阈值，如果是，在所述映射关系中根据当前滑移率、速比和从动轮夹紧力查找对应的主动轮夹紧力，在根据查找结果调整主动轮夹紧力的同时，将所述查找结果发送给所述速比模型。另一方面，当所述步骤S31判断当前滑移率小于阈值时，忽略滑移率对速比调节的影响，并根据当前从动轮夹紧力、当前几何速比和目标几何速比得到主动轮夹紧力。优选地，本实施例阈值可具体为0.5％。

步骤S32、根据所述速比模型和主动轮夹紧力计算修正后的速比，并将修正后的速比发送给所述滑移率系统模型以计算当前滑移率，并根据当前滑移率与目标滑移率之间的差值调整从动轮夹紧力，与此同时，以修正后的速比依托所述步骤S31对主动轮夹紧力进行同步调整，直至当前速比与目标速比达到期望误差内且当前滑移率与目标滑移率达到期望误差内。

本实施例可基于图1所示的ADRC模块以根据目标滑移率和当前滑移率来调节从动轮夹紧力。优选地，如图2所示，该ADRC模块可由一个跟踪微分器(TD)、一个三阶扩张状态观测器(ESO)和一个二阶非线性状态误差反馈控制器(NLSEF)组成，其内部逻辑组件之间的信号输入输出关系具体为：

所述跟踪微分器的表达式为：

其中，t为控制周期，r、h₀分别为学习速率和滤波因子，x₁(k)是当前滑移率的跟踪信号，x₂(k)是当前滑移率微分信号，x₁(k+1)为x₁(k)下一时刻的变量，x₂(k+1)为x₂(k)下一时刻的变量，k表示第k时刻。h₀为滤波因子，其取值可为t的正整数，当输入信号被噪声污染，适当增大h₀可以取得较好的滤波效果。

a值选取如下：

当时，

当时，

其中，r为速度因子。

所述三阶扩张状态观测器的表达式为：

ε(k)＝z₁(k)-y(k)

其中，z₁(k)和z₂(k)分别为根据当前滑移率得出的跟踪信号和微分信号的估计值，z₃(k)为综合扰动的补偿值，y(k)为k时刻实测滑移率，c₀₁、c₀₂是与系统扰动相关的常数(优选地，c₀₁、c₀₂的取值可分别为0.5、0.25)，β₀₁、β₀₂与β₀₃是与调整步长相关的时间常数(可取β₀₁＝1/t，β₀₂＝5/t²，β₀₃＝5/t³)，b为扰动补偿因子，fal函数为：

δ为根据外部噪音大小选取的滤波参数，优选的，其取值可为0.03。

所述二阶非线性状态误差反馈控制器的表达式为：

F_ax0为所述二阶非线性状态误差反馈控制器的输出控制量，F_ax为考虑内外扰动后的最终从动轮夹紧力，β₁和β₂分别为滑移率非线性状态反馈控制律输出误差校正增益，α₁和α₂为非线性状态反馈控制律的非线性参数。优选地，0＜α₁＜1＜α₂。

综上，如图2所示，微分跟踪器TD主要能有效跟踪避免变化速度过大对系统造成的振荡。TD输出两路信号，x₁(k)是滑移率的跟踪信号，x₂(k)是滑移率的微分信号，x₂(k)也就是根据前几次得到的对时刻，也就是下一变化的增量的预测值，也就是其中，如图3所示，作为类比，跟踪信号相当于f(x₀)，微分信号相当于f(x₀+Δx)-f(x₀)，即Δy。

综上，本实施例标定了在不同滑移率下速比与主从动轮夹紧力的数据，使得滑移率控制更可靠。解决了PID存在的快速性和超调性的矛盾，并能实时补偿和跟踪系统未建模动态部分和外部扰动的综合作用。

实施例2

与上述方法相对应的，本发明还公开一种自抗扰控制的无级变速器滑移率控制系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

同理，本实施例系统：标定了在不同滑移率下速比与主从动轮夹紧力的数据，使得滑移率控制更可靠。解决了PID存在的快速性和超调性的矛盾，并能实时补偿和跟踪系统未建模动态部分和外部扰动的综合作用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自抗扰控制的无级变速器滑移率控制方法，其特征在于，包括：

步骤S1、建立无级变速器根据从动轮压力和速比计算滑移率的滑移率系统模型，以及建立基于主动轮夹紧力实现速比修正的速比模型；

步骤S2、确定各速比所分别对应的最优的目标滑移率，并按调整步长逐步标定从动轮夹紧力-速比-滑移率-主动轮夹紧力之间的映射关系；

步骤S3、检测到换挡后，调整从动轮夹紧力以启动滑移率调整，并在调整迭代过程中，执行下述闭环控制：

步骤S31、判断当前滑移率是否大于或等于阈值，如果是，在所述映射关系中根据当前滑移率、速比和从动轮夹紧力查找对应的主动轮夹紧力，在根据查找结果调整主动轮夹紧力的同时，将所述查找结果发送给所述速比模型；

步骤S32、根据所述速比模型和主动轮夹紧力计算修正后的速比，并将修正后的速比发送给所述滑移率系统模型以计算当前滑移率，并根据当前滑移率与目标滑移率之间的差值调整从动轮夹紧力，与此同时，以修正后的速比依托所述步骤S31对主动轮夹紧力进行同步调整，直至当前速比与目标速比达到期望误差内且当前滑移率与目标滑移率达到期望误差内。

2.根据权利要求1所述的自抗扰控制的无级变速器滑移率控制方法，其特征在于，所述滑移率系统模型具体为：

其中，为当前滑移率，s为上一时刻滑移率，T_in为输入轴转矩；T_L为负载转矩，J₁、J₂分别为主动轴和从动轴的转动惯量；μ(s)为金属带与带轮的摩擦因数；F_ax为轴向夹紧力；λ为带轮半锥角；R_p、R_s分别为主动轮当前工作半径和从动轮当前工作半径，i₀为变速器的几何速比，且：

R_pmin、R_smax分别为无级变速器主动带轮最小半径、从动带轮最大半径，x_s、x_p分别为无极变速器的从动轮的带轮位移和主动轮的带轮位移。

3.根据权利要求1或2所述的自抗扰控制的无级变速器滑移率控制方法，其特征在于，在所述步骤S32中，基于当前滑移率与目标滑移率的闭环控制包括：

构建一个跟踪微分器、一个三阶扩张状态观测器和一个二阶非线性状态误差反馈控制器；其中，所述跟踪微分器的表达式为：

其中，t为控制周期，r、h₀分别为学习速率和滤波因子，x₁(k)是当前滑移率的跟踪信号，x₂(k)是当前滑移率微分信号，x₁(k+1)为x₁(k)下一时刻的变量，x₂(k+1)为x₂(k)下一时刻的变量，k表示第k时刻；

a值选取如下：

当时，

当时，

其中，r为速度因子；

所述三阶扩张状态观测器的表达式为：

ε(k)＝z₁(k)-y(k)

其中，z₁(k)和z₂(k)分别为根据当前滑移率得出的跟踪信号和微分信号的估计值，z₃(k)为综合扰动的补偿值，y(k)为k时刻实测滑移率，c₀₁、c₀₂是与系统扰动相关的常数，β₀₁、β₀₂与β₀₃是与调整步长相关的时间常数，b为扰动补偿因子，fal函数为：

δ为根据外部噪音大小选取的滤波参数；

所述二阶非线性状态误差反馈控制器的表达式为：

F_ax0为所述二阶非线性状态误差反馈控制器的输出控制量，F_ax为考虑内外扰动后的最终从动轮夹紧力，β₁和β₂分别为滑移率非线性状态反馈控制律输出误差校正增益，α₁和α₂为非线性状态反馈控制律的非线性参数。

4.根据权利要求3所述的自抗扰控制的无级变速器滑移率控制方法，其特征在于，还包括：

当所述步骤S31判断当前滑移率小于阈值时，忽略滑移率对速比调节的影响，并根据当前从动轮夹紧力、当前几何速比和目标几何速比得到主动轮夹紧力。

5.一种自抗扰控制的无级变速器滑移率控制系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至4任一所述方法的步骤。