CN114488776B - 一种汽车电动尾门控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车电动尾门控制器，包括微控制单元、模糊控制器、PID控制器和PWM器；将当前时刻速度输入到微控制单元，计算出当前速度误差以及速度误差变化率并输入到模糊控制器和PID控制器，通过模糊控制器计算得到PID控制器的比例环节参数增量、积分环节参数增量和微分环节参数增量并输入至PID控制器，再通过PID控制器计算得到当前时刻占空比；将当前时刻占空比输入到PWM器得到目标电压来控制撑杆电机进而调节尾门速度。本发明通过PID控制器自动生成各控制参数，使得PID控制器的各控制参数不再是固定参数而是可变参数，进一步使得电动尾门控制器能够更精确的来控制尾门的下一时刻速度，提高了对尾门的控制效果。

Description

一种汽车电动尾门控制器

技术领域

本发明涉及汽车电子技术领域，具体而言，涉及一种汽车电动尾门控制器。

背景技术

目前，汽车电动尾门控制器如果要对尾门达到较好的控制效果，需要找到一组较优的PID控制器的控制参数即固定参数，控制器基于该组控制参数对撑杆电机进行控制从而实现对尾门速度的控制。

但是，寻找一组较优的PID控制器的控制参数，不仅需要耗费大量的时间，同时要求调参人员具有一定的调参经验。此外，尾门在启动的瞬间有较大的涌入电流，这个过程会对尾门速度的控制产生较大的干扰，并且在运动过程中可能存在随机干扰，例如：当撑杆电机的参数或者尾门的负载的重量发生变化时，仍然使用同一组PID控制器的控制参数对尾门的速度进行控制，往往不能达到期望的控制效果。综上所述，现有的汽车电动尾门控制器对尾门的控制效果较差。

发明内容

本发明提供了一种汽车电动尾门控制器，能够提高对尾门的控制效果。具体的技术方案如下。

第一方面，本发明提供了一种汽车电动尾门控制器，所述汽车电动尾门控制器包括微控制单元、模糊控制器、比例积分微分PID控制器和脉冲宽度调制PWM器；

所述微控制单元用于获取当前车速，当所述当前车速小于预设车速且接收到开关门命令时，获取尾门的当前霍尔位置和当前时刻速度，根据所述当前霍尔位置确定目标速度，计算所述当前时刻速度与所述目标速度之间的当前速度误差以及速度误差变化率，将所述当前速度误差和所述速度误差变化率分别输入至所述模糊控制器和所述PID控制器；

所述模糊控制器用于根据所述当前速度误差、所述速度误差变化率和模糊控制算法计算得到所述PID控制器的比例环节参数增量、积分环节参数增量和微分环节参数增量，将所述比例环节参数增量、所述积分环节参数增量和所述微分环节参数增量输入至所述PID控制器；

所述PID控制器用于根据所述比例环节参数增量计算得到当前比例环节参数，根据所述积分环节参数增量计算得到当前积分环节参数和根据所述微分环节参数增量计算得到当前微分环节参数，根据所述当前比例环节参数、所述当前积分环节参数、所述当前微分环节参数、所述当前速度误差和所述速度误差变化率计算得到当前时刻占空比，将所述当前时刻占空比输入至所述PWM器；

所述PWM器用于根据所述当前时刻占空比计算得到目标电压，将所述目标电压输出至撑杆电机以控制所述尾门的下一时刻速度。

可选的，所述微控制单元用于根据霍尔位置与尾门速度之间的预设对应关系，确定所述当前霍尔位置对应的目标速度，其中，所述预设对应关系为尾门的每个霍尔位置与一个设定的尾门速度对应。

可选的，所述微控制单元用于通过以下公式计算所述当前时刻速度与所述目标速度之间的当前速度误差以及速度误差变化率：

E_t=V_t ^target-V_t ^real

EC=E_t-E_t-1

其中，E_t为所述当前时刻速度与所述目标速度之间的当前速度误差，V_t ^target为当前时刻的所述目标速度，V_t ^real为所述当前时刻速度，EC为速度误差变化率，E_t-1为上一时刻速度误差，

为上一时刻的目标速度，/>

为上一时刻速度，t为当前时刻，t-1为上一时刻。

可选的，所述模糊控制器用于对所述当前速度误差和所述速度误差变化率分别进行量化处理得到量化后的当前速度误差和量化后的速度误差变化率；

所述模糊控制器用于确定所述量化后的当前速度误差对应的第一模糊集和量化后的速度误差变化率对应的第二模糊集；

所述模糊控制器用于根据所述第一模糊集、所述第二模糊集和预设模糊规则确定所述比例环节参数增量对应的第三模糊集、所述积分环节参数增量对应的第四模糊集和所述微分环节参数增量对应的第五模糊集，其中，所述预设模糊规则用于表征每个速度误差对应的模糊集和每个速度误差变化率对应的模糊集分别与一个设定的比例环节参数增量对应的模糊集对应、一个设定的积分环节参数增量对应的模糊集对应以及一个设定的微分环节参数增量对应的模糊集对应；

所述模糊控制器用于对所述第三模糊集进行解模糊处理得到所述比例环节参数增量、对所述第四模糊集进行解模糊处理得到所述积分环节参数增量和对所述第五模糊集进行解模糊处理得到所述微分环节参数增量。

可选的，所述模糊控制器用于通过以下公式计算得到量化后的当前速度误差和量化后的速度误差变化率：

其中，f(E_t)为量化后的当前速度误差，f(EC)为量化后的速度误差变化率，H_E为所述当前速度误差的论域中的最大值，E_t为所述当前速度误差，H_EC为所述速度误差变化率的论域中的最大值，V_max为所述撑杆电机的转速最大值，V_min为所述撑杆电机的转速最小值。

可选的，所述模糊控制器用于通过预设重心法公式对所述第三模糊集进行解模糊处理得到所述比例环节参数增量，通过所述预设重心法公式对所述第四模糊集进行解模糊处理得到所述积分环节参数增量，通过所述预设重心法公式对所述第五模糊集进行解模糊处理得到所述微分环节参数增量；

其中，所述预设重心法公式为：

x＝[a,c]

其中，X^*为所述比例环节参数增量，f(x)为x对应的预设三角形隶属函数，x为所述第三模糊集的论域值，a为预设三角形隶属函数对应的三角形的左顶点的值，c为所述预设三角形隶属函数对应的三角形的右顶点的值；

或者，

X^*为所述积分环节参数增量，f(x)为x对应的预设三角形隶属函数，x为所述第四模糊集的论域值，a为预设三角形隶属函数对应的三角形的左顶点的值，c为所述预设三角形隶属函数对应的三角形的右顶点的值；

或者，

X^*为所述微分环节参数增量，f(x)为x对应的预设三角形隶属函数，x为所述第五模糊集的论域值，a为预设三角形隶属函数对应的三角形的左顶点的值，c为所述预设三角形隶属函数对应的三角形的右顶点的值。

可选的，所述PID控制器用于通过以下公式计算得到所述当前比例环节参数、所述当前积分环节参数和所述当前微分环节参数：

K_p=K′_p+αΔK_p

K_i=K′_i+βΔK_i

K_d=K′_d+γΔK_d

其中，K_p为所述当前比例环节参数，K′_p为初始比例环节参数，α为预设比例增量系数，ΔK_p为所述比例环节参数增量，K_i为所述当前积分环节参数，K′_i为初始积分环节参数，β为预设积分增量系数，ΔK_i为所述积分环节参数增量，K_d为所述当前微分环节参数，K′_d为初始微分环节参数，γ为预设微分增量系数，ΔK_d为所述微分环节参数增量。

可选的，所述PID控制器用于通过以下公式计算得到所述当前时刻占空比：

其中，U(t)为所述当前时刻占空比，K_p为所述当前比例环节参数，K_i为所述当前积分环节参数，K_d为所述当前微分环节参数，E_t为所述当前速度误差，n为第n时刻，E_t-1为上一时刻速度误差，E_t-E_t-1为所述速度误差变化率，

为所述当前速度误差及所述当前速度误差之前的所有速度误差的总和。

可选的，所述当前速度误差的论域的取值范围为[-6,6]。

可选的，所述速度误差变化率的论域的取值范围为[-6,6]。

由上述内容可知，本发明实施例提供的一种汽车电动尾门控制器，包括微控制单元、模糊控制器、比例积分微分PID控制器和脉冲宽度调制PWM器；微控制单元用于获取当前车速，当当前车速小于预设车速且接收到开关门命令时，获取尾门的当前霍尔位置和当前时刻速度，根据当前霍尔位置确定目标速度，计算当前时刻速度与目标速度之间的当前速度误差以及速度误差变化率，将当前速度误差和速度误差变化率分别输入至模糊控制器和PID控制器；模糊控制器用于根据当前速度误差、速度误差变化率和模糊控制算法计算得到PID控制器的比例环节参数增量、积分环节参数增量和微分环节参数增量，将比例环节参数增量、积分环节参数增量和微分环节参数增量输入至PID控制器；PID控制器用于根据比例环节参数增量计算得到当前比例环节参数，根据积分环节参数增量计算得到当前积分环节参数和根据微分环节参数增量计算得到当前微分环节参数，根据当前比例环节参数、当前积分环节参数、当前微分环节参数、当前速度误差和速度误差变化率计算得到当前时刻占空比，将当前时刻占空比输入至PWM器，PWM器根据当前时刻占空比计算得到目标电压，将目标电压输出至撑杆电机以控制尾门的下一时刻速度。本发明实施例中，通过将当前时刻速度输入到微控制单元，计算出当前速度误差以及速度误差变化率并输入到模糊控制器和PID控制器，通过模糊控制器计算得到PID控制器的比例环节参数增量、积分环节参数增量和微分环节参数增量并输入至PID控制器，再通过PID控制器计算得到当前比例环节参数、当前积分环节参数和当前微分环节参数，再根据当前比例环节参数、当前积分环节参数、当前微分环节参数、当前速度误差和速度误差变化率计算得到当前时刻占空比输入至PWM器中计算得到目标电压，由此通过PID控制器自动生成当前比例环节参数、当前积分环节参数和当前微分环节参数，这种方式使得PID控制器的当前比例环节参数、当前积分环节参数和当前微分环节参数不再是固定参数，而是可以随着当前时刻速度而改变的可变参数，进一步使得通过该可变参数计算得到的目标电压可以更精确的来控制尾门的下一时刻速度，提高了对尾门的控制效果。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

本发明实施例的技术效果至少包括：

1、通过将当前时刻速度输入到微控制单元，计算出当前速度误差以及速度误差变化率并输入到模糊控制器和PID控制器，通过模糊控制器计算得到PID控制器的比例环节参数增量、积分环节参数增量和微分环节参数增量并输入至PID控制器，再通过PID控制器计算得到当前比例环节参数、当前积分环节参数和当前微分环节参数，再根据当前比例环节参数、当前积分环节参数、当前微分环节参数、当前速度误差和速度误差变化率计算得到当前时刻占空比输入至PWM器中计算得到目标电压，由此通过PID控制器自动生成当前比例环节参数、当前积分环节参数和当前微分环节参数，这种方式使得PID控制器的当前比例环节参数、当前积分环节参数和当前微分环节参数不再是固定参数，而是可以随着当前时刻速度而改变的可变参数，进一步使得通过该可变参数计算得到的目标电压可以更精确的来控制尾门的下一时刻速度，提高了对尾门的控制效果。

2、由于PID控制器的当前比例环节参数、当前积分环节参数和当前微分环节参数不再是固定参数，而是可以随着当前时刻速度而改变的可变参数，达到了自动调节PID控制器的比例环节参数、积分环节参数和微分环节参数的目的，相比于现有的不可调节的固定参数而言，提高了对尾门的控制的灵活性。

3、由于比例环节参数增量对应的第三模糊集、积分环节参数增量对应的第四模糊集和微分环节参数增量对应的第五模糊集是基于预设模糊规则确定的，而预设模糊规则是可以基于不同类型的尾门和不同类型的撑杆电机来确定的，因此，本发明实施例中可以根据不同的扰动来调节比例环节参数增量、积分环节参数增量和微分环节参数增量，进一步调节当前比例环节参数、当前积分环节参数和当前微分环节参数，相比于面对扰动时不可调节的固定参数而言，有效增加了鲁棒性。

4、由于当前比例环节参数是由初始比例环节参数和比例环节参数增量累加得到的，当前积分环节参数是由初始积分环节参数和积分环节参数增量累加得到的，当前微分环节参数是由初始微分环节参数和微分环节参数增量累加得到的，因此，在本发明实施例中，只需要设置初始比例环节参数、初始积分环节参数和初始微分环节参数的大概变化范围即可，无需对当前比例环节参数、当前积分环节参数和当前微分环节参数进行准确设置就能够得到较好的对尾门的控制效果，避免了调参人员进行参数调节，大大减少了调参人员的工作量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于模糊PID控制器的汽车电动尾门控制器的一种结构示意图；

图2为本发明实施例提供的汽车电动尾门控制器进行尾门控制的一种流程示意图；

图3为本发明实施例提供的汽车电动尾门控制器的信号传输示意图；

图4为预设三角形隶属图；

图5为图4中以PM为顶点的预设三角形隶属函数图。

图1-图2中，1：微控制单元、2：模糊控制器、3：PID控制器、4：PWM器、5：撑杆电机、6：尾门速度传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含的一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

本发明实施例公开了一种汽车电动尾门控制器，能够提高对尾门的控制效果。下面对本发明实施例进行详细说明。

图1为本发明实施例提供的汽车电动尾门控制器的一种结构示意图，图2为本发明实施例提供的汽车电动尾门控制器进行尾门控制的一种流程示意图，图3为本发明实施例提供的汽车电动尾门控制器的信号传输示意图，图2和图3中的箭头方向表示信号传输方向。

参见图1，汽车电动尾门控制器包括微控制单元1、模糊控制器2、PID(ProportionIntegration Differentiation，比例积分微分)控制器3和PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)器4，模糊控制器2和PID控制器3均与微控制单元1通信连接，模糊控制器2和PWM器4均与PID控制器3通信连接，其中，微控制单元1为汽车电动尾门控制器中起总控作用的微型计算机。

参见图2和图3，汽车电动尾门控制器中的微控制单元1通过车速传感器获取当前车速；通过安装于撑杆电机5的霍尔元件读取尾门的霍尔值，并将所读取的霍尔值作为尾门的当前霍尔位置；通过尾门速度传感器6获取尾门的当前时刻速度V_t ^real；由于车辆的车载电源电压发生变化时以及汽车电动尾门控制器的休眠唤醒状态发生变化时，车辆的总控制器会同步更新至微控制单元1，因此，微控制单元1可以直接从自身读取车载电源电压和休眠唤醒状态；从总线上接收开关门命令，其中，休眠唤醒状态代表汽车电动尾门控制器是处于休眠状态还是处于唤醒状态。汽车电动尾门控制器中的PID控制器3输出当前时刻占空比，并将当前时刻占空比输入PWM器4中得到目标电压，PWM器4输出目标电压至撑杆电机5。

在一种实现方式中，在工作时，微控制单元1获取当前车速，当当前车速小于预设车速且接收到开关门命令时，获取尾门的当前霍尔位置和当前时刻速度，根据当前霍尔位置确定目标速度，其中，工作电压范围可以为经验值或标定值，预设车速可以为经验值或标定值，示例性的，预设车速可以为5km/s。目标速度为尾门位于当前霍尔位置时尾门的理想速度，每一时刻对应唯一目标速度。

在另一种实现方式中，在工作时，微控制单元1获取当前车速、车载电源电压和休眠唤醒状态。当当前车速小于预设车速、车载电源电压位于工作电压范围内、休眠唤醒状态为唤醒状态且接收到开关门命令时，获取尾门的当前霍尔位置和当前时刻速度，根据当前霍尔位置确定目标速度，其中，工作电压范围可以为经验值或标定值，预设车速可以为经验值或标定值，示例性的，预设车速可以为5km/s。目标速度为尾门位于当前霍尔位置时尾门的理想速度，每一时刻对应唯一目标速度。

其中，微控制单元1根据当前霍尔位置确定目标速度的方式可以为：

根据霍尔位置与尾门速度之间的预设对应关系，确定当前霍尔位置对应的目标速度，其中，预设对应关系为尾门的每个霍尔位置与一个设定的尾门速度对应。

具体的，霍尔位置与尾门速度之间的预设对应关系可以根据用户需求进行设定，例如：用户需求为让尾门在特定的位置以一定的速度动作：尾门刚启动是匀加速运动，当上升到中部位置是匀速运动，到顶部位置是匀减速运动，则霍尔位置与尾门速度之间的预设对应关系可以为以尾门速度为横坐标，霍尔位置为纵坐标的运动曲线，该曲线包含三段：尾门启动时为匀加速运动曲线，尾门从底部位置到中部位置为匀速运动曲线，尾门从中部位置到顶部位置为匀减速运动曲线，匀加速运动曲线、匀速运动曲线和匀减速运动曲线的各自时长可以为经验值或标定值，也可以用户自行确定。

在确定了目标速度后，计算当前时刻速度与目标速度之间的当前速度误差以及速度误差变化率，将当前速度误差和速度误差变化率分别输入至模糊控制器2和PID控制器3。

其中，微控制单元1计算当前时刻速度与目标速度之间的当前速度误差以及速度误差变化率的方式可以为：

通过以下公式计算当前时刻速度与目标速度之间的当前速度误差以及速度误差变化率：

E_t=V_t ^target-V_t ^real

EC=E_t-E_t-1

其中，E_t为当前时刻速度与目标速度之间的当前速度误差，V_t ^target为当前时刻的目标速度，V_t ^real为当前时刻速度，EC为速度误差变化率，E_t-1为上一时刻速度误差，

为上一时刻的目标速度，/>

为上一时刻速度，t为当前时刻，t-1为上一时刻。

模糊控制器2接收当前速度误差和速度误差变化率，根据当前速度误差、速度误差变化率和模糊控制算法计算得到PID控制器3的比例环节参数增量、积分环节参数增量和微分环节参数增量，将比例环节参数增量、积分环节参数增量和微分环节参数增量输入至PID控制器3。

为了计算得到PID控制器2的控制参数增量，需要定义各参数的模糊集以及模糊集上的论域，论域和模糊集为模糊数学的基本概念，论域为轮及到的对象全体构成的集合，假设确定了某一论域，如果给定了一个从该论域到某一集合的映射，则该某一集合为模糊集，该映射称为模糊集的隶属函数。

其中，各参数可以包括：E_t，EC，ΔK_p，ΔK_i和ΔK_d，其中，E_t为当前速度误差、EC为速度误差变化率、ΔK_p为比例环节参数增量，ΔK_i为积分环节参数增量，ΔK_d为微分环节参数增量。各参数的模糊集是相同的，定义模糊集可以为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，其中，NB为负大值，NM为负中间值，NS为负小值，ZO为0，PS为正小值，PM为正中间值，PB为正大值，针对每个参数，该参数的模糊集中的每个元素代表对应一定范围的该参数的值。

针对于论域，以E_t为例，其它参数类似，定义E_t的模糊集上的论域的取值范围为[-H_E,H_E]，其中，H_E为当前速度误差的论域中的最大值，示例性的，当前速度误差的论域的取值范围可以为[-6,6]。即E_t＝(-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6)，当然，速度误差变化率的论域的取值范围也可以为[-6,6]。

论域的取值范围是根据需求人为设定的，论域的作用是将原本很大各参数的数值映射到这个论域当中，对于越精确的控制，论域的取值范围设定的越大，例如[-10,10]。各参数的模糊集是相同的，但各参数的论域可以根据不同场景选择不同的取值范围，也就是说，各参数的论域中的最大值可以相同也可以不同。

在定义了各参数的模糊集以及模糊集上的论域后，模糊控制器2根据当前速度误差、速度误差变化率和模糊控制算法计算得到PID控制器3的比例环节参数增量、积分环节参数增量和微分环节参数增量。

其中，模糊控制器2根据当前速度误差、速度误差变化率和模糊控制算法计算得到PID控制器3的比例环节参数增量、积分环节参数增量和微分环节参数增量的方式可以为：

模糊控制器2用于对当前速度误差和速度误差变化率分别进行量化处理得到量化后的当前速度误差和量化后的速度误差变化率；

模糊控制器2用于确定量化后的当前速度误差对应的第一模糊集和量化后的速度误差变化率对应的第二模糊集；

模糊控制器2用于根据第一模糊集、第二模糊集和预设模糊规则确定比例环节参数增量对应的第三模糊集、积分环节参数增量对应的第四模糊集和微分环节参数增量对应的第五模糊集，其中，预设模糊规则用于表征每个速度误差对应的模糊集和每个速度误差变化率对应的模糊集分别与一个设定的比例环节参数增量对应的模糊集对应、一个设定的积分环节参数增量对应的模糊集对应以及一个设定的微分环节参数增量对应的模糊集对应；

模糊控制器2用于对第三模糊集进行解模糊处理得到比例环节参数增量、对第四模糊集进行解模糊处理得到积分环节参数增量和对第五模糊集进行解模糊处理得到微分环节参数增量。

其中，模糊控制器2对当前速度误差和速度误差变化率分别进行量化处理得到量化后的当前速度误差和量化后的速度误差变化率可以为：

模糊控制器2通过以下公式计算得到量化后的当前速度误差和量化后的速度误差变化率：

其中，f(E_t)为量化后的当前速度误差，f(EC)为量化后的速度误差变化率，H_E为当前速度误差的论域中的最大值，E_t为当前速度误差，H_EC为速度误差变化率的论域中的最大值，V_max为撑杆电机5的转速最大值，V_min为撑杆电机5的转速最小值。

由于在离散情况下，速度误差变化率的计算是EC=E_t-E_t-1，考虑两种极端情况，当上一时刻误差E_t-1为Vmin-Vmax，当前速度误差E_t为Vmax-Vmin，那么E_t-E_t-1＝2Vmax-2Vmin＝2(Vmax-Vmin)，若将两个时刻的值进行调换，则有E_t-E_t-1＝2(Vmin-Vmax)，即EC的变化范围是E_t的2倍，因此，上述f(EC)的公式还可以是：

示例性的，如果当前速度误差的论域的取值范围为[-6,6]，则公式中的H_E为6，如果当前速度误差的论域的取值范围为[-4,4]，则公式中的H_E为4。

实际上，量化后的当前速度误差也就是当前速度误差对应的论域值，量化后的速度误差变化率也就是速度误差变化率对应的论域值。

在得到量化后的当前速度误差和量化后的速度误差变化率后，模糊控制器2确定模糊化后的当前速度误差对应的第一模糊集和模糊化后的速度误差变化率对应的第二模糊集。

其中，模糊控制器2确定模糊化后的当前速度误差对应的第一模糊集和模糊化后的速度误差变化率对应的第二模糊集可以为：

模糊控制器2根据预设三角形隶属图确定模糊化后的当前速度误差对应的第一模糊集和模糊化后的速度误差变化率对应的第二模糊集，其中，预设三角形隶属图用于将量化后的当前速度误差和量化后的速度误差变化率分别映射到对应的模糊集中。

预设三角形隶属图是基于预设三角形隶属函数生成的，具体生成方式为现有生成三角形隶属图的方式中的任意一种，本发明对此并不做任何限定。

其中，预设三角形隶属函数的公式可以为：

其中，f(x)为x对应的预设三角形隶属函数，x为论域值，a为预设三角形隶属函数对应的三角形的左顶点的值，b为预设三角形隶属函数对应的三角形的上顶点的值，c为预设三角形隶属函数对应的三角形的右顶点的值。

图4为预设三角形隶属图，图5为图4中以PM为顶点的预设三角形隶属函数图，图4和图5中的横坐标为论域的取值范围，纵坐标为模糊集的取值范围，这里以论域的取值范围为[-6,6]，模糊集的取值范围为[0,1]为例，参见图5，b表示预设三角形隶属函数对应的三角形的上顶点，a和c分别表示三角形的左顶点和右顶点。顶点为a、b和c的三角形一般构成等腰三角形，这样使得每个模糊集的隶属度相同，当然，实际中也可以通过不断地调试，来找到一个合适的顶点位置，底边的宽度也会调节，因此，顶点为a、b和c的三角形也可以不为等腰三角形，a、b和c的取值可以为标定值或经验值。

例如：参见图4，假设量化后的当前速度误差为5，则根据预设三角形隶属图确定第一模糊集为PM；假设量化后的速度误差变化率为-2，则根据预设三角形隶属图确定第二模糊集为NS。

在确定第一模糊集和第二模糊集后，模糊控制器2根据第一模糊集、第二模糊集和预设模糊规则确定PID控制器3的比例环节参数增量对应的第三模糊集、积分环节参数增量对应的第四模糊集和微分环节参数增量对应的第五模糊集，其中，预设模糊规则用于表征每个速度误差对应的模糊集和每个速度误差变化率对应的模糊集分别与一个设定的比例环节参数增量对应的模糊集对应、一个设定的积分环节参数增量对应的模糊集对应和一个设定的微分环节参数增量对应的模糊集对应。

具体的，可以根据不同类型的尾门和不同类型的撑杆电机建立不同的模糊规则，还可以根据各种实际工况来建立模糊规则，例如：当撑杆电机启动或停止运行时，当前速度误差较大，为了加快响应速度，ΔK_p对应的模糊集可以取较大值例如取PB；为了避免撑杆电机启动时当前速度误差的瞬时变大，可能出现积分过饱和的情况，ΔK_d对应的模糊集可以取中等值如取PM；为了防止撑杆电机转速出现较大的超调，可以设置ΔK_i＝0。当撑杆电机正常运行后，当前速度误差和速度误差变化率处于中等大小例如PM时，为了使转速有一个较小的超调，ΔK_p对应的模糊集可以取较小值如取PS值以及ΔK_i对应的模糊集可以取中等值例如取PM，同时为了保证汽车电动尾门控制器的响应速度，ΔK_d对应的模糊集可以取中等值例如取PM。当撑杆电机转速稳定时，此时当前速度误差较小，为了增加汽车电动尾门控制器的稳定性，ΔK_p对应的模糊集和ΔK_i对应的模糊集均可以取较小值例如取PS，ΔK_d对应的模糊集可以取ZO。

示例性的，预设模糊规则可以如下表所示：

上表中的从最左侧第二栏往下至最后一栏代表当前速度误差对应的第一模糊集的取值，从第一行的第二列往右至最后一列代表速度误差变化率对应的第二模糊集的取值，最左侧的第一栏代表PID控制器3的比例环节参数增量ΔK_p、积分环节参数增量ΔK_i和微分环节参数增量ΔK_d，剩余各栏中的三个元素分别代表PID控制器3的比例环节参数增量ΔK_p对应的第三模糊集的取值、积分环节参数增量ΔK_i对应的第四模糊集的取值和微分环节参数增量ΔK_d对应的第五模糊集的取值。

在确定PID控制器3的比例环节参数增量对应的第三模糊集、积分环节参数增量对应的第四模糊集和微分环节参数增量对应的第五模糊集后，模糊控制器2对第三模糊集进行解模糊处理得到比例环节参数增量、对第四模糊集进行解模糊处理得到积分环节参数增量和对第五模糊集进行解模糊处理得到微分环节参数增量。

其中，模糊控制器2对第三模糊集进行解模糊处理得到比例环节参数增量、对第四模糊集进行解模糊处理得到积分环节参数增量和对第五模糊集进行解模糊处理得到微分环节参数增量的方式可以为：

模糊控制器2通过预设重心法公式对第三模糊集进行解模糊处理得到比例环节参数增量，通过预设重心法公式对第四模糊集进行解模糊处理得到积分环节参数增量，通过预设重心法公式对第五模糊集进行解模糊处理得到微分环节参数增量。

具体的，预设重心法公式可以为：

x＝[a,c]

其中，X^*为比例环节参数增量，f(x)为x对应的预设三角形隶属函数，x为第三模糊集的论域值，a为预设三角形隶属函数对应的三角形的左顶点的值，c为预设三角形隶属函数对应的三角形的右顶点的值；

或者，

X^*为所述积分环节参数增量，f(x)为x对应的预设三角形隶属函数，x为所述第四模糊集的论域值，a为预设三角形隶属函数对应的三角形的左顶点的值，c为所述预设三角形隶属函数对应的三角形的右顶点的值；

或者，

X^*为所述微分环节参数增量，f(x)为x对应的预设三角形隶属函数，x为所述第五模糊集的论域值，a为预设三角形隶属函数对应的三角形的左顶点的值，c为所述预设三角形隶属函数对应的三角形的右顶点的值。

上述公式中的X^*为f(x)所覆盖区域的重心的橫坐标，因此，上述公式是在求模糊集的重心的横坐标，是一个量化值。

在得到PID控制器3的比例环节参数增量、积分环节参数增量和微分环节参数增量，模糊控制器2将比例环节参数增量、积分环节参数增量和微分环节参数增量输入至PID控制器3，PID控制器3接收微控制单元1输入的当前速度误差和速度误差变化率以及模糊控制器2输入的比例环节参数增量、积分环节参数增量和微分环节参数增量，根据比例环节参数增量计算得到当前比例环节参数、根据积分环节参数增量计算得到当前积分环节参数和根据微分环节参数增量计算得到当前微分环节参数，根据当前比例环节参数、当前积分环节参数、当前微分环节参数、当前速度误差和速度误差变化率计算得到当前时刻占空比。

其中，当PID控制器3根据比例环节参数增量计算得到当前比例环节参数、根据积分环节参数增量计算得到当前积分环节参数和根据微分环节参数增量计算得到当前微分环节参数的方式可以为：

PID控制器3用于通过以下公式计算得到当前比例环节参数、当前积分环节参数和当前微分环节参数：

K_p=K′_p+αΔK_p

K_i=K′_i+βΔK_i

K_d=K′_d+γΔK_d

其中，K_p为当前比例环节参数，K′p为初始比例环节参数，α为预设比例增量系数，ΔK_p为比例环节参数增量，K_i为当前积分环节参数，K′_i为初始积分环节参数，β为预设积分增量系数，ΔK_i为积分环节参数增量，K_d为当前微分环节参数，K′_d为初始微分环节参数，γ为预设微分增量系数，ΔK_d为微分环节参数增量。

K′_p、K′_i和K′_d可以为经验值也可以为标定值，也可以设定为0，本发明实施例对此不作任何限定，α、β和γ可以为经验值也可以为标定值，也可以根据实际需求进行设定。

上述PID控制器3根据当前比例环节参数、当前积分环节参数、当前微分环节参数、当前速度误差和速度误差变化率计算得到当前时刻占空比的方式可以为：

PID控制器3用于通过以下公式计算得到当前时刻占空比：

其中，U(t)为当前时刻占空比，K_p为当前比例环节参数，K_i为当前积分环节参数，K_d为当前微分环节参数，E_t为当前速度误差，n为第n时刻，E_t-1为上一时刻速度误差，E_t-E_t-1为速度误差变化率，

为当前速度误差及当前速度误差之前的所有速度误差的总和。

在得到当前时刻占空比后，PID控制器3将当前时刻占空比输入至PWM器4。PWM器4接收PID控制器3输入的当前时刻占空比，根据当前时刻占空比计算得到目标电压。

其中，PWM器4根据当前时刻占空比计算得到目标电压的方式可以为：

计算额定电压与当前时刻占空比之间的乘积作为目标电压。

例如：假设额定电压为12V，当前占空比为50％，那么目标电压为12*50％＝6V。

在得到目标电压后，PWM器4将目标电压输出至撑杆电机5以控制尾门的下一时刻速度。也就是说，PWM器4输出目标电压控制撑杆电机5的转速，进而控制尾门的下一时刻速度，并且通过上述计算可看出目标电压是根据目标速度所得到的，因此，可以使得尾门的下一时刻速度可以更接近目标速度。

当开关门命令为开门命令时，PWM器4控制的是尾门的下一时刻开门速度，当开关门命令为关门命令时，PWM器4控制的是尾门的下一时刻关门速度。

由上述内容可知，本发明实施例提供的一种汽车电动尾门控制器，包括微控制单元、模糊控制器、比例积分微分PID控制器和脉冲宽度调制PWM器；微控制单元用于获取当前车速，当当前车速小于预设车速且接收到开关门命令时，获取尾门的当前霍尔位置和当前时刻速度，根据当前霍尔位置确定目标速度，计算当前时刻速度与目标速度之间的当前速度误差以及速度误差变化率，将当前速度误差和速度误差变化率分别输入至模糊控制器和PID控制器；模糊控制器用于根据当前速度误差、速度误差变化率和模糊控制算法计算得到PID控制器的比例环节参数增量、积分环节参数增量和微分环节参数增量，将比例环节参数增量、积分环节参数增量和微分环节参数增量输入至PID控制器；PID控制器用于根据比例环节参数增量计算得到当前比例环节参数，根据积分环节参数增量计算得到当前积分环节参数和根据微分环节参数增量计算得到当前微分环节参数，根据当前比例环节参数、当前积分环节参数、当前微分环节参数、当前速度误差和速度误差变化率计算得到当前时刻占空比，将当前时刻占空比输入至PWM器，PWM器根据当前时刻占空比计算得到目标电压，将目标电压输出至撑杆电机以控制尾门的下一时刻速度。本发明实施例中，通过将当前时刻速度输入到微控制单元，计算出当前速度误差以及速度误差变化率并输入到模糊控制器和PID控制器，通过模糊控制器计算得到PID控制器的比例环节参数增量、积分环节参数增量和微分环节参数增量并输入至PID控制器，再通过PID控制器计算得到当前比例环节参数、当前积分环节参数和当前微分环节参数，再根据当前比例环节参数、当前积分环节参数、当前微分环节参数、当前速度误差和速度误差变化率计算得到当前时刻占空比输入至PWM器中计算得到目标电压，由此通过PID控制器自动生成当前比例环节参数、当前积分环节参数和当前微分环节参数，这种方式使得PID控制器的当前比例环节参数、当前积分环节参数和当前微分环节参数不再是固定参数，而是可以随着当前时刻速度而改变的可变参数，进一步使得通过该可变参数计算得到的目标电压可以更精确的来控制尾门的下一时刻速度，提高了对尾门的控制效果。

并且，由于PID控制器的当前比例环节参数、当前积分环节参数和当前微分环节参数不再是固定参数，而是可以随着当前时刻速度而改变的可变参数，达到了自动调节PID控制器的比例环节参数、积分环节参数和微分环节参数的目的，相比于现有的不可调节的固定参数而言，提高了对尾门的控制的灵活性。

以及，由于比例环节参数增量对应的第三模糊集、积分环节参数增量对应的第四模糊集和微分环节参数增量对应的第五模糊集是基于预设模糊规则确定的，而预设模糊规则是可以基于不同类型的尾门和不同类型的撑杆电机来确定的，因此，本发明实施例中可以根据不同的扰动来调节比例环节参数增量、积分环节参数增量和微分环节参数增量，进一步调节当前比例环节参数、当前积分环节参数和当前微分环节参数，相比于面对扰动时不可调节的固定参数而言，有效增加了鲁棒性。

以及，由于当前比例环节参数是由初始比例环节参数和比例环节参数增量累加得到的，当前积分环节参数是由初始积分环节参数和积分环节参数增量累加得到的，当前微分环节参数是由初始微分环节参数和微分环节参数增量累加得到的，因此，在本发明实施例中，只需要设置初始比例环节参数、初始积分环节参数和初始微分环节参数的大概变化范围即可，无需对当前比例环节参数、当前积分环节参数和当前微分环节参数进行准确设置就能够得到较好的对尾门的控制效果，避免了调参人员进行参数调节，大大减少了调参人员的工作量。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种汽车电动尾门控制器，其特征在于，所述汽车电动尾门控制器包括微控制单元、模糊控制器、比例积分微分PID控制器和脉冲宽度调制PWM器；

所述微控制单元用于获取当前车速，当所述当前车速小于预设车速且接收到开关门命令时，获取尾门的当前霍尔位置和当前时刻速度，根据所述当前霍尔位置确定目标速度，计算所述当前时刻速度与所述目标速度之间的当前速度误差以及速度误差变化率，将所述当前速度误差和所述速度误差变化率分别输入至所述模糊控制器和所述PID控制器；

所述模糊控制器用于根据所述当前速度误差、所述速度误差变化率和模糊控制算法计算得到所述PID控制器的比例环节参数增量、积分环节参数增量和微分环节参数增量，将所述比例环节参数增量、所述积分环节参数增量和所述微分环节参数增量输入至所述PID控制器；

所述PID控制器用于根据所述比例环节参数增量计算得到当前比例环节参数，根据所述积分环节参数增量计算得到当前积分环节参数和根据所述微分环节参数增量计算得到当前微分环节参数，根据所述当前比例环节参数、所述当前积分环节参数、所述当前微分环节参数、所述当前速度误差和所述速度误差变化率计算得到当前时刻占空比，将所述当前时刻占空比输入至所述PWM器；

所述PWM器用于根据所述当前时刻占空比计算得到目标电压，将所述目标电压输出至撑杆电机以控制所述尾门的下一时刻速度；

所述模糊控制器用于对所述当前速度误差和所述速度误差变化率分别进行量化处理得到量化后的当前速度误差和量化后的速度误差变化率；

所述模糊控制器用于确定所述量化后的当前速度误差对应的第一模糊集和量化后的速度误差变化率对应的第二模糊集；

所述模糊控制器用于根据所述第一模糊集、所述第二模糊集和预设模糊规则确定所述比例环节参数增量对应的第三模糊集、所述积分环节参数增量对应的第四模糊集和所述微分环节参数增量对应的第五模糊集，其中，所述预设模糊规则用于表征每个速度误差对应的模糊集和每个速度误差变化率对应的模糊集分别与一个设定的比例环节参数增量对应的模糊集对应、一个设定的积分环节参数增量对应的模糊集对应以及一个设定的微分环节参数增量对应的模糊集对应；

所述模糊控制器用于对所述第三模糊集进行解模糊处理得到所述比例环节参数增量、对所述第四模糊集进行解模糊处理得到所述积分环节参数增量和对所述第五模糊集进行解模糊处理得到所述微分环节参数增量。

2.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，

所述微控制单元用于根据霍尔位置与尾门速度之间的预设对应关系，确定所述当前霍尔位置对应的目标速度，其中，所述预设对应关系为尾门的每个霍尔位置与一个设定的尾门速度对应。

3.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，

所述微控制单元用于通过以下公式计算所述当前时刻速度与所述目标速度之间的当前速度误差以及速度误差变化率：

E_t＝V_t ^target-V_t ^real

EC＝E_t-E_t-1

其中，E_t为所述当前时刻速度与所述目标速度之间的当前速度误差，V_t ^target为当前时刻的所述目标速度，V_t ^real为所述当前时刻速度，EC为速度误差变化率，E_t-1为上一时刻速度误差，

为上一时刻的目标速度，/>

为上一时刻速度，t为当前时刻，t-1为上一时刻。

4.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，

所述模糊控制器用于通过以下公式计算得到量化后的当前速度误差和量化后的速度误差变化率：

其中，f(E_t)为量化后的当前速度误差，f(EC)为量化后的速度误差变化率，H_E为所述当前速度误差的论域中的最大值，E_t为所述当前速度误差，H_EC为所述速度误差变化率的论域中的最大值，V_max为所述撑杆电机的转速最大值，V_min为所述撑杆电机的转速最小值。

5.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，

所述模糊控制器用于通过预设重心法公式对所述第三模糊集进行解模糊处理得到所述比例环节参数增量，通过所述预设重心法公式对所述第四模糊集进行解模糊处理得到所述积分环节参数增量，通过所述预设重心法公式对所述第五模糊集进行解模糊处理得到所述微分环节参数增量；

其中，所述预设重心法公式为：

x＝[a,c]

其中，X^*为所述比例环节参数增量，f(x)为x对应的预设三角形隶属函数，x为所述第三模糊集的论域值，a为预设三角形隶属函数对应的三角形的左顶点的值，c为所述预设三角形隶属函数对应的三角形的右顶点的值；

或者，

X^*为所述积分环节参数增量，f(x)为x对应的预设三角形隶属函数，x为所述第四模糊集的论域值，a为预设三角形隶属函数对应的三角形的左顶点的值，c为所述预设三角形隶属函数对应的三角形的右顶点的值；

或者，

X^*为所述微分环节参数增量，f(x)为x对应的预设三角形隶属函数，x为所述第五模糊集的论域值，a为预设三角形隶属函数对应的三角形的左顶点的值，c为所述预设三角形隶属函数对应的三角形的右顶点的值。

6.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，

所述PID控制器用于通过以下公式计算得到所述当前比例环节参数、所述当前积分环节参数和所述当前微分环节参数：

K_p＝K′_p+αΔK_p

K_i＝K′_i+βΔK_i

K_d＝K′_d+γΔK_d

其中，K_p为所述当前比例环节参数，K′_p为初始比例环节参数，α为预设比例增量系数，ΔK_p为所述比例环节参数增量，K_i为所述当前积分环节参数，K′_i为初始积分环节参数，β为预设积分增量系数，ΔK_i为所述积分环节参数增量，K_d为所述当前微分环节参数，K′_d为初始微分环节参数，γ为预设微分增量系数，ΔK_d为所述微分环节参数增量。

7.如权利要求6所述的控制器，其特征在于，

所述PID控制器用于通过以下公式计算得到所述当前时刻占空比：

其中，U(t)为所述当前时刻占空比，K_p为所述当前比例环节参数，K_i为所述当前积分环节参数，K_d为所述当前微分环节参数，E_t为所述当前速度误差，n为第n时刻，E_t-1为上一时刻速度误差，E_t-E_t-1为所述速度误差变化率，

为所述当前速度误差及所述当前速度误差之前的所有速度误差的总和。

8.如权利要求4所述的控制器，其特征在于，所述当前速度误差的论域的取值范围为[-6,6]。

9.如权利要求4所述的控制器，其特征在于，所述速度误差变化率的论域的取值范围为[-6,6]。

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