CN110043648A - 一种基于单行星排驱动装置的坡路换挡控制方法 - Google Patents

一种基于单行星排驱动装置的坡路换挡控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于单行星排驱动装置的控制方法，包括如下步骤：步骤一、确定期望目标车速v0、期望目标路面倾角β0；步骤二、通过车速传感器采集当前车速v，采集当前路面倾角β；步骤三、计算所述期望目标车速和所述当前车速的车速差值，得到第一换挡概率；计算所述期望目标路面倾角和所述当前路面倾角的倾角差值，得到第二换挡概率；步骤四、根据所述当前车速v、当前路面倾角β、所述第一换挡概率和所述第二换挡概率，计算得到最终换挡概率，当所述最终换挡概率大于设定阈值时，控制车辆从一挡换至二挡；当选择一挡时，所述第一离合器分离，所述第二离合器结合；当选择二挡时，所述第一离合器结合，所述第二离合器分离。

Description

一种基于单行星排驱动装置的坡路换挡控制方法
技术领域
本发明涉及驱动领域，具体涉及一种基于单行星排驱动装置的坡路换挡控制方法。
背景技术
电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。它使用存储在电池中的电来发动。在驱动汽车时有时使用12或24块电池，有时则需要更多。电动汽车的组成包括：电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴，当采用电动轮驱动时，传动装置的多数部件常常可以忽略。因为电动机可以带负载启动，所以电动汽车上无需传统内燃机汽车的离合器。因为驱动电机的旋向可以通过电路控制实现变换，所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒档。当采用电动机无级调速控制时，电动汽车可以忽略传统汽车的变速器。在采用电动轮驱动时，电动汽车也可以省略传统内燃机汽车传动系统的差速器。
发明内容
本发明设计开发了一种基于单行星排驱动装置的坡路换挡控制方法，本发明目的通过采集坡路行驶数据，根据模糊控制模型对换挡进行合理控制，有效提醒驾驶员进行换挡操作。
本发明提供的技术方案为：
一种基于单行星排驱动装置的坡路换挡控制方法，包括如下步骤：
步骤一、确定期望目标车速v0、期望目标路面倾角β0；
步骤二、通过车速传感器采集当前车速v，采集当前路面倾角β；
步骤三、计算所述当前车速和所述期望目标车速的车速，得到第一换挡概率；以及
计算所述当前路面倾角和所述期望目标路面倾角的倾角差值，得到第二换挡概率；
步骤四、根据所述当前车速v、当前路面倾角β、所述第一换挡概率和所述第二换挡概率，计算得到最终换挡概率，当所述最终换挡概率大于设定阈值时，控制车辆从一挡换至二挡；
当选择一挡时，第一离合器分离，第二离合器结合；当选择二挡时，第一离合器结合，第二离合器分离；
其中，所述最终换挡概率U计算为
式中，γ为校正系数，U1为第一换挡概率，U2为第二换挡概率，e为自然对数的底数；
所述阈值的取值范围为0.45～0.58。
优选的是，在所述步骤三中，通过建立模糊控制方法得到所述第一换挡概率，其过程包括：
分别将当前车速和期望目标车速的车速偏差、车速偏差变化率以及第一换挡概率转换为模糊论域中的量化等级；
将所述车速偏差以及车速偏差变化率输入模糊控制模型，所述模糊控制模型中的偏差和偏差变化率均分为7个等级；
模糊控制模型输出为第一换挡概率；所述第一换挡概率分为5个等级。
优选的是，当前车速和期望目标车速的车速偏差的论域为[-20，20]，当前车速和期望目标车速的车速偏差变化率的论域为[-0.4，0.4]，设定量化因子都为1；所述第一换挡概率的论域为[0，1]。
优选的是，所述当前车速和期望目标车速的车速偏差的模糊集为{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，所述当前车速和期望目标车速的车速偏差变化率的模糊集为{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，所述第一换挡概率的模糊集为{S，SM，M，MB，B}；以及
隶属函数均选用高斯型隶属函数，其表达式为
式中，x为论域中的任意元素，c决定函数中心的位置，σ决定函数曲线的宽度。
优选的是，在所述步骤三中，通过建立模糊控制方法得到所述第二换挡概率，其过程包括：
分别将当前路面倾角和期望目标路面倾角的倾角偏差、倾角偏差变化率以及第二换挡概率转换为模糊论域中的量化等级；
将所述倾角偏差以及倾角偏差变化率输入模糊控制模型，所述模糊控制模型中的倾角偏差和倾角偏差变化率均分为7个等级；
模糊控制模型输出为第二换挡概率；所述第二换挡概率分为5个等级。
优选的是，当前路面倾角和期望目标路面倾角的倾角偏差的论域为[-10，10]，当前路面倾角和期望目标路面倾角的倾角偏差变化率的论域为[-0.4，0.4]，设定量化因子都为1；第二换挡概率的论域为[0，1]。
优选的是，所述当前路面倾角和期望目标路面倾角的倾角偏差的模糊集为{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，所述当前路面倾角和期望目标路面倾角的倾角偏差变化率的模糊集为{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，所述第二换挡概率的模糊集为{S，SM，M，MB，B}；以及
隶属函数均选用高斯型隶属函数，其表达式为
式中，x为论域中的任意元素，c决定函数中心的位置，σ决定函数曲线的宽度。
优选的是，所述校正系数γ为
式中，P为经验常数，取值范围为0.75～0.93，U1为第一换挡概率，U2为第二换挡概率。
优选的是，所述期望目标车速为30km/h；
所述期望目标路面倾角为10°；以及
P取值为0.88。
优选的是，所述阈值为0.53。
本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：
1、本发明驱动电机存在两种工作模式，当整车处于驱动工况时，驱动电机处于电动机工作模式，为整车行驶提供动力，当整车处于制动工况时，驱动电机转换为发电机模式，起到制动能量回收，提高整车能量的利用率，达到节约能源的效果；
2、本发明在坡路进行行驶时，通过采用模糊控制模型，对换挡进行合理控制，进而对驾驶员进行提醒换挡。
附图说明
图1为本发明所述的结构示意图。
图2为当前车速和期望目标车速的车速偏差的隶属函数。
图3为车速偏差变化率的隶属函数。
图4为第一换挡概率的隶属函数。
图5为当前路面倾角和期望目标路面倾角的倾角偏差的隶属函数。
图6为倾角偏差变化率的隶属函数。
图7为第二换挡概率的隶属函数。
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。
如图1所示，本发明提供的一种基于单行星排驱动装置的电机由电机轴110，定子120和转子130组成；定子120与壳体100连接，转子130与电机轴110连接；行星排中的太阳轮210与电机轴110连接，大齿轮220安装在齿轮轴240上，齿轮轴240通过安装在行星架230上，内齿圈250与太阳轮210通过第一离合器410连接，行星架230与壳体100通过第二离合器420相连，行星轮齿轮轴240的齿轮与从动齿轮241啮合，第一离合器410的离合器盘与太阳轮210相连，第一离合器410的离合器毂与内齿圈250连接，第二离合器420的离合器盘与行星架230相连，第二离合器420的离合器毂与壳体100相连，齿轮轴240安装在行星架230上，从动齿轮241与差速器壳310连接在一起，差速器壳310与从动齿轮241连接，行星齿轮轴320安装在差速器壳310内，行星齿轮350安装在行星齿轮轴320上，第一半轴齿轮331与第一半轴330连接，第二半轴齿轮341与第二半轴340连接，第一半轴330安装在电机轴110的腔体内，第一半轴330与第一半轴齿轮331连接，第二半轴340与第二半轴齿轮341连接。
驱动装置的挡位切换由第一离合器410和第二离合器420来实现，具体包括：一挡时，驱动电机正转(车辆前进的电机转动方向为正转方向)，第一离合器410分离，第二离合器420结合；二挡时，驱动电机正转(车辆前进的电机转动方向为正转方向)，第一离合器410结合，第二离合器420分离；倒挡时，驱动电机反转(车辆倒退的电机转动方向为反转方向)，第一离合器410分离，第二离合器420结合；空挡时，第一离合器410和第二离合器420均分离；一挡升二挡时，通过换挡控制单元实现第一离合器410由分离状态切换到结合状态；二挡降一挡过程，通过换挡控制单元实现第一离合器410由结合状态切换到分离状态；当整车以一挡行驶需制动时，驱动电机由电动机模式切换到发电机模式；当整车以二挡行驶需制动时，驱动电机由电动机模式切换到发电机模式，第一离合器410分离，第二离合器420结合。
本发明还公开了一种基于单行星排驱动装置的坡路换挡控制方法，包括如下步骤：
步骤一、确定期望目标车速v0、期望目标路面倾角β0；
步骤二、通过车速传感器采集当前车速v，采集当前路面倾角β；
步骤三、计算所述当前车速和所述期望目标车速的车速，得到第一换挡概率；以及
计算所述当前路面倾角和所述期望目标路面倾角的倾角差值，得到第二换挡概率；
步骤四、根据所述当前车速v、当前路面倾角β、所述第一换挡概率和所述第二换挡概率，计算得到最终换挡概率，当所述最终换挡概率大于设定阈值时，控制车辆从一挡换至二挡，对驾驶员做出提示；
当选择一挡时，所述第一离合器分离，所述第二离合器结合；当选择二挡时，所述第一离合器结合，所述第二离合器分离；
其中，所述最终换挡概率U计算为
式中，γ为校正系数，U1为第一换挡概率，U2为第二换挡概率，e为自然对数的底数；所述阈值的取值范围为0.45～0.58；作为一种优选，在本实施例中，阈值为0.53。
在另一种实施例中，在步骤三中，通过建立模糊控制方法得到所述第一换挡概率，具体包括如下：
分别将当前车速和期望目标车速的车速偏差E1、车速偏差变化率EC1以及第一换挡概率U1转换为模糊论域中的量化等级；将当前车速和期望目标车速的车速偏差E1以及车速偏差变化率EC1输入模糊控制模型，模糊控制模型输出为第一换挡概率U1。
当前车速和期望目标车速的车速偏差E1的变化范围为[-20，20]，车速偏差变化率EC1的变化范围为[-0.4，0.4]，设定量化因子都为1，因此当前车速和期望目标车速的车速偏差E1以及车速偏差变化率EC1的论域分别为[-20，20]和[-0.4，0.4]，第一换挡概率U1的论域为[0，1]；为了保证控制的精度，使其在不同的环境下都能够很好地进行控制，根据反复试验，最终将当前车速和期望目标车速的车速偏差E1的变化范围分为7个等级，模糊集为{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，分别表示{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}；将车速偏差变化率EC1的变化范围分为7个等级，模糊集为{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，分别表示{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}；输出的第一换挡概率U1分为5个等级，模糊集为{S，SM，M，MB，B}，S表示小，SM表示较小，M表示中等，MB表示较大，B表示大；隶属函数均高斯型隶属函数，其表达式为式中，x为论域中的任意元素，c决定函数中心的位置，σ决定函数曲线的宽度；如图2、3、4所示。
具体的模糊控制规则如表1所示。
表1模糊控制规则
在另一种实施例中，在步骤三中，通过建立模糊控制方法得到所述第二换挡概率，具体包括如下：
分别将当前路面倾角和期望目标路面倾角的倾角偏差E2、倾角偏差变化率EC2以及第二换挡概率U2转换为模糊论域中的量化等级；将当前路面倾角和期望目标路面倾角的倾角偏差E2以及倾角偏差变化率EC2输入模糊控制模型，模糊控制模型输出为第二换挡概率U2。
当前路面倾角和期望目标路面倾角的倾角偏差E2的变化范围为[-10，10]，倾角偏差变化率EC2的变化范围为[-0.4，0.4]，设定量化因子都为1，因此当前路面倾角和期望目标路面倾角的倾角偏差E2以及倾角偏差变化率EC2的论域分别为[-10，10]和[-0.4，0.4]，第二换挡概率U2的论域为[0，1]；为了保证控制的精度，使其在不同的环境下都能够很好地进行控制，根据反复试验，最终将当前路面倾角和期望目标路面倾角的倾角偏差E2的变化范围分为7个等级，模糊集为{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，分别表示{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}；将倾角偏差变化率EC2的变化范围分为7个等级，模糊集为{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，分别表示{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}；输出的第二换挡概率U2分为5个等级，模糊集为{S，SM，M，MB，B}，S表示小，SM表示较小，M表示中等，MB表示较大，B表示大；隶属函数均高斯型隶属函数，其表达式为式中，x为论域中的任意元素，c决定函数中心的位置，σ决定函数曲线的宽度；如图5、6、7所示。
具体的模糊控制规则如表2所示。
表2模糊控制规则
在另一种实施例中，校正系数γ为
式中，P为经验常数，取值范围为0.75～0.93，U1为第一换挡概率，U2为第二换挡概率。
在另一种实施例中，期望目标车速为30km/h；期望目标路面倾角为10°；P取值为0.88。
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。

Claims (10)

1.一种基于单行星排驱动装置的坡路换挡控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、确定期望目标车速v0、期望目标路面倾角β0；
步骤二、通过车速传感器采集当前车速v，采集当前路面倾角β；
步骤三、计算所述当前车速和所述期望目标车速的车速，得到第一换挡概率；以及
计算所述当前路面倾角和所述期望目标路面倾角的倾角差值，得到第二换挡概率；
步骤四、根据所述当前车速v、当前路面倾角β、所述第一换挡概率和所述第二换挡概率，计算得到最终换挡概率，当所述最终换挡概率大于设定阈值时，控制车辆从一挡换至二挡；
当选择一挡时，第一离合器分离，第二离合器结合；当选择二挡时，第一离合器结合，第二离合器分离；
其中，所述最终换挡概率U计算为
式中，γ为校正系数，U1为第一换挡概率，U2为第二换挡概率，e为自然对数的底数；
所述阈值的取值范围为0.45～0.58。
2.如权利要求1所述的基于单行星排驱动装置的坡路换挡控制方法，其特征在于，在所述步骤三中，通过建立模糊控制方法得到所述第一换挡概率，其过程包括：
分别将当前车速和期望目标车速的车速偏差、车速偏差变化率以及第一换挡概率转换为模糊论域中的量化等级；
将所述车速偏差以及车速偏差变化率输入模糊控制模型，所述模糊控制模型中的偏差和偏差变化率均分为7个等级；
模糊控制模型输出为第一换挡概率；所述第一换挡概率分为5个等级。
3.如权利要求2所述的基于单行星排驱动装置的坡路换挡控制方法，其特征在于，当前车速和期望目标车速的车速偏差的论域为[-20，20]，当前车速和期望目标车速的车速偏差变化率的论域为[-0.4，0.4]，设定量化因子都为1；所述第一换挡概率的论域为[0，1]。
4.如权利要求3所述的基于单行星排驱动装置的坡路换挡控制方法，其特征在于，所述当前车速和期望目标车速的车速偏差的模糊集为{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，所述当前车速和期望目标车速的车速偏差变化率的模糊集为{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，所述第一换挡概率的模糊集为{S，SM，M，MB，B}；以及
隶属函数均选用高斯型隶属函数，其表达式为
式中，x为论域中的任意元素，c决定函数中心的位置，σ决定函数曲线的宽度。
5.如权利要求4所述的基于单行星排驱动装置的坡路换挡控制方法，其特征在于，在所述步骤三中，通过建立模糊控制方法得到所述第二换挡概率，其过程包括：
分别将当前路面倾角和期望目标路面倾角的倾角偏差、倾角偏差变化率以及第二换挡概率转换为模糊论域中的量化等级；
将所述倾角偏差以及倾角偏差变化率输入模糊控制模型，所述模糊控制模型中的倾角偏差和倾角偏差变化率均分为7个等级；
模糊控制模型输出为第二换挡概率；所述第二换挡概率分为5个等级。
6.如权利要求5所述的基于单行星排驱动装置的坡路换挡控制方法，其特征在于，当前路面倾角和期望目标路面倾角的倾角偏差的论域为[-10，10]，当前路面倾角和期望目标路面倾角的倾角偏差变化率的论域为[-0.4，0.4]，设定量化因子都为1；第二换挡概率的论域为[0，1]。
7.如权利要求6所述的基于单行星排驱动装置的坡路换挡控制方法，其特征在于，所述当前路面倾角和期望目标路面倾角的倾角偏差的模糊集为{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，所述当前路面倾角和期望目标路面倾角的倾角偏差变化率的模糊集为{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，所述第二换挡概率的模糊集为{S，SM，M，MB，B}；以及
隶属函数均选用高斯型隶属函数，其表达式为
式中，x为论域中的任意元素，c决定函数中心的位置，σ决定函数曲线的宽度。
8.如权利要求7所述的基于单行星排驱动装置的坡路换挡控制方法，其特征在于，所述校正系数γ为
式中，P为经验常数，取值范围为0.75～0.93，U1为第一换挡概率，U2为第二换挡概率。
9.如权利要求8中所述的基于单行星排驱动装置的坡路换挡控制方法，其特征在于，所述期望目标车速为30km/h；
所述期望目标路面倾角为10°；以及
P取值为0.88。
10.如权利要求9中所述的基于单行星排驱动装置的坡路换挡控制方法，其特征在于，所述阈值为0.53。
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