CN102494125B - 用于装载机自动变速控制的驾驶员意图识别***及识别方法 - Google Patents
用于装载机自动变速控制的驾驶员意图识别***及识别方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于装载机自动变速控制的驾驶员意图识别***及识别方法。其特点是包括信号提取计算装置，驾驶员意图的计算采用工作泵油压、油门变化率、整车制动踏板、整车车速信号作为输入参数，对所提取的信号使用滤波算法提取有效信号；包括动力性权重计算装置，用于对接收的数据使用模糊算法计算行驶动力性权重和工作装置动力性权重，输出行驶动力性权重和工作装置动力性权重数据；包括驾驶员意图类型判定装置，用于根据输出的行驶动力性权重和工作装置动力性权重，判定驾驶员意图类型。其优点是通过提取工作泵油压、制动踏板、油门变化率、当前车速信号，综合考虑装载机驾驶员对于行驶动力性和燃油经济性的需求和装载机驾驶员对于整车行驶速度求和工作装置工作速度的需求，并通过行驶动力性权重和工作装置动力性权重判定驾驶员意图类型。
Description
技术领域
本发明是涉及装载机自动变速控制***，特别是一种用于装载机自动变速控制的驾驶员意图识别***及识别方法。
背景技术
目前国内外生产或使用的装载机自动变速控制***中使用的驾驶员意图识别***和识别方法，通常参考汽车的驾驶员意图识别，使用发动机转速、油门开度、车速等对驾驶员的意图进行判断，进而对换挡控制作出修正。如使用油门开度变化率判断驾驶员的加速、减速意图等。
但这种方法无法全面反映装载机驾驶人员的意图。由于装载机作为自行式土石方铲运机械，不仅存在汽车那样为单纯的行走作业工况，同时也存在行走和液压***铲装作业同时进行的工况，如在铲装过程中，驾驶员踩下油门的意图有两种，一种是加速，另一种是加快工作装置的动作，在传统变速控制器中并没有考虑，在另一种情况下，如在长距离下坡时，为减少制动器的磨损，避免过热失效，通常可利用发动机的反拖进行车辆减速，此时应当降档，但由于此时车速在增加，传统变速控制器却是在进行升档操作，与驾驶员的操作意图洽洽相反。如何正确识别操作人员的意图成为装载机自动变速的首要问题。
发明内容
本发明的目的就是针对传统变速控制中对驾驶员意图缺乏全面考虑的缺点，提供一种通过对驾驶员操纵信号的收集和整机运行状态的检测，准确判断装载机驾驶员的操作意图的***及方法，为下一步变速控制修正提供基础的用于装载机自动变速控制的驾驶员意图识别***及识别方法。
本发明的解决方案是这样的：
本发明的识别***包括有：
（1）、信号提取计算装置，驾驶员意图的计算采用工作泵油压、油门变化率、整车制动踏板、整车车速信号作为输入参数，信号提取计算装置用于提取油门开度信号、工作泵油压信号、整车制动信号和整车车速信号，对所提取的信号进行计算，输出油门开度变化度、工作泵油压、整车制动、整车车速的数据；对所提取的信号使用滤波算法提取有效信号，利用油门开度单位采样时间的变化值计算得到油门变化率；
（2）、动力性权重计算装置，用于对接收的输出油门开度变化度、工作泵油压、整车制动、整车车速的数据使用模糊算法计算行驶动力性权重和工作装置动力性权重，输出行驶动力性权重和工作装置动力性权重数据；分别对应驾驶员整车行驶的动力性需求和工作装置的工作速度需求。
（3）驾驶员意图类型判定装置，用于接收输出的行驶动力性权重和工作装置动力性权重，并根据行驶动力性权重和工作装置动力性权重，采用阈值比较的方法计算驾驶员意图类型。
在上述识别***中本发明所采用的识别方法包括：
提取油门开度信号、工作泵油压信号、整车制动信号和整车车速信号，使用滤波算法提取有效信号，利用油门开度单位采样时间的变化值计算得到油门变化率；
油门开度信号、整车制动信号、整车车速信号和经油门开度变化度计算后的油门变化率进行输入量模糊化计算；
以所述的输入量模糊化计算后的数据为模糊输入量，以行驶动力性权重和工作装置动力性权重为模糊输出量，参照制定的行驶动力性权重模糊规则库和制定的工作装置动力性权重模糊规则库，使用模糊算法计算行驶动力性权重和工作装置动力性权重。
以所述的行驶动力性权重和工作装置动力性权重数据为输入量，以驾驶员意图类型为输出量，采用阈值比较的方法，判定驾驶员意图类型。
本发明的识别方法还包括：
所述的输入量模糊化计算方法是以工作泵油压P、制动踏板brake、油门踏板变化率δα、整车车速V为模糊输入量，行驶动力性权重I1和工作装置动力性权重I2为模糊输出量；对于工作泵油压P采用2个模糊集合来描述：无S、有B；对于制动踏板brake采用2个模糊集合来描述：无S、有B；对于油门变化率δα，采用5个模糊集合来描述：负大NB、负小NS、零O、正小PS、正大PB)；对于整车车速，采用4个模糊集合来描述：极小VS、小S、大B、极大VB；对于行驶动力性权重I1，采用4个模糊集合来描述：极小VS、小S、大B、极大VB；对于工作装置动力性权重I2，采用4个模糊集合来描述：极小VS、小S、大B、极大VB；各输入、输出量选取隶属度函数对其模糊化计算；
所述的制定的行驶动力性权重模糊规则库为：
；所述的制定的工作装置动力性权重模糊规则库为：
；
对所述进行模糊计算后的行驶动力性权重和工作装置动力性权重的模糊数进行去模糊化，得到权重的准确数值；
所述的去模糊化是采用重心法对行驶动力性权重和工作装置动力性权重的模糊数进行去模糊化，得到0-1的权重值；其中行驶动力性权重值由0至1，整车行驶的动力性需求由弱到强；工作装置动力性权重值由0至1，对于工作装置的工作速度需求由弱到强；
对所述油门开度信号、工作泵油压信号、整车制动信号和整车车速信号，是使用中值滤波算法提取有效信号；
所述的隶属度函数采用高斯函数的形式或者三角型函数的形式；
用于计算行驶动力性权重和工作装置动力性权重的模糊算法为Mamdani算法进行模糊计算。
所述的驾驶员意图类型分为4类，当工作装置动力性权重高于设定值I2a时判定为铲装举升意图，当工作装置动力性权重低于I2a且行驶动力性权重高于设定值I1b时判定为加速行驶意图，当工作装置动力性权重低于I2a且行驶动力性权重低于I1a时判定为减速停车意图，当工作装置动力性权重低于I2a且行驶动力性权重在I1a至I1b之间时判定为匀速行驶意图。
本发明的优点是通过提取工作泵油压、制动踏板、油门变化率、当前车速信号，综合考虑装载机驾驶员对于行驶动力性和燃油经济性的需求，综合考虑装载机驾驶员对于整车行驶速度求和工作装置工作速度的需求，并通过行驶动力性权重和工作装置动力性权重分别反映驾驶员对这两类需求的需求程度，进而判定驾驶员意图类型，为下一步变速控制提供基础。
附图说明
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明***的结构图。
图2是本发明方法的流程图。
图3是本发明的实施例结构图。
图4是整车车速隶属度函数图。
图5是制动踏板隶属度函数图。
图6是工作泵油压隶属度函数图。
图7是油门踏板变化率隶属度函数图。
图8是行驶动力性权重隶属度函数图。
图9是工作装置动力性隶属度函数图。
具体实施方式
如附图1所示，本发明的识别***包括：
（1）、信号提取计算装置，用于提取油门开度信号、工作泵油压信号、整车制动信号和整车车速信号，对所提取的信号进行计算，输出油门开度变化度、工作泵油压、整车制动、整车车速的数据；
（2）、动力性权重计算装置，用于对接收的输出油门开度变化度、工作泵油压、整车制动、整车车速的数据使用模糊算法计算行驶动力性权重和工作装置动力性权重，输出行驶动力性权重和工作装置动力性权重数据。
（3）驾驶员意图类型判定装置，用于根据输出的行驶动力性权重和工作装置动力性权重，判定驾驶员意图类型。
上述识别***信号提取、计算装置、动力性权重计算装置通过编程在微处理器中以串联形式实现；工作泵油压、油门开度、整车制动、整车车速分别取自工作泵液压压力开关、油门位置传感器、制动踏板开关、变速箱末级齿轮转速传感器；***输出行驶动力性权重信号和工作装置动力性权重信号，分别对应驾驶员整车行驶的动力性需求和工作装置的工作速度需求，如附图3所示。
对本发明的识别***，采用的识别方法步骤包括：
提取油门开度信号、工作泵油压信号、整车制动信号和整车车速信号，使用滤波算法提取有效信号，利用油门开度单位采样时间的变化值计算得到油门变化率；
油门开度信号、整车制动信号、整车车速信号和经油门开度变化度计算后的油门变化率进行输入量模糊化计算；
以所述的输入量模糊化计算后的数据为模糊输入量，以行驶动力性权重和工作装置动力性权重为模糊输出量，参照制定的行驶动力性权重模糊规则库和制定的工作装置动力性权重模糊规则库，使用模糊算法计算行驶动力性权重和工作装置动力性权重。
以所述的行驶动力性权重和工作装置动力性权重数据为输入量，以驾驶员意图类型为输出量，采用阈值比较的方法，判定驾驶员意图类型。
更具体的识别方法步骤，参见附图2作详细的说明：
1、从外部读入工作泵油压、整车制动、油门开度、整车车速信号，利用中值滤波算法提取其有效值，利用油门开度单位采样时间的变化值计算得到油门变化率。
2、油门开度信号、整车制动信号、整车车速信号和经油门开度变化度计算后的油门变化率进行输入量模糊化计算，具体方法为：以工作泵油压P、制动踏板brake、油门踏板变化率δα、整车车速V为模糊输入量，行驶动力性权重I1和工作装置动力性权重I2为模糊输出量。对于工作泵油压P采用2个模糊集合来描述：无S、有B；对于制动踏板brake采用2个模糊集合来描述：无S、有B；对于油门变化率δα，采用5个模糊集合来描述：负大NB、负小NS、零O、正小PS、正大PB ；对于整车车速，采用4个模糊集合来描述：极小VS、小S、大B、极大VB；对于行驶动力性权重I1，采用4个模糊集合来描述：极小VS、小S、大B、极大VB；对于工作装置动力性权重I2，采用4个模糊集合来描述：极小VS、小S、大B、极大VB。各输入、输出量的隶属度函数采用高斯函数的形式进行模糊化，参见附图4至附图9；为便于算法实现，隶属度函数也可采用三角型函数的形式。
3、根据专家经验，分别制定模糊控制规则表如下表；
制定的行驶动力性权重模糊规则库为：
所述的制定的工作装置动力性权重模糊规则库为：
4、利用Mamdani算法进行模糊计算，分别得到行驶动力性权重和工作装置动力性权重的模糊数值。
5、利用重心法对行驶动力性权重和工作装置动力性权重的模糊数进行去模糊化，得到0-1的权重值。其中行驶动力性权重值由0至1，整车行驶的动力性需求由弱到强；工作装置动力性权重值由0至1，对于工作装置的工作速度需求由弱到强。
6、输出行驶动力性权重值和工作装置动力性权重值。
7、比较驶动力性权重值和工作装置动力性权重值与预设的阈值（I1a=0.25，I1b=0.5，I2a=0.5）的大小，当工作装置动力性权重高于I2a时判定为铲装举升意图，当工作装置动力性权重低于I2a且行驶动力性权重高于I1b时判定为加速行驶意图，当工作装置动力性权重低于I2a且行驶动力性权重低于I1a时判定为减速停车意图，当工作装置动力性权重低于I2a且行驶动力性权重在I1a至I1b之间时判定为匀速行驶意图，驾驶员意图识别过程结束。
对于不同的车辆，不同的发动机和变矩器匹配，以及不同的传动***，均可采用该发明来实现装载机自动变速控制，具体参数可根据实际整机机型灵活调整。此外，为降低算法在控制器中的运算难度，节省控制器的存储资源，计算计算行驶动力性权重和工作装置动力性权重的模糊算法可离线计算，得到各输入信号下模糊算法的输出值，并以数据表的形式预存在控制器中，使用时采用查表法获得行驶动力性权重值和工作装置动力性权重值。
Claims (8)
1.一种用于装载机自动变速控制的驾驶员意图识别的方法，其特征在于其方法步骤包括：
提取油门开度信号、工作泵油压信号、整车制动信号和整车车速信号，使用滤波算法提取有效信号，利用油门开度单位采样时间的变化值计算得到油门变化率；
工作泵油压信号、整车制动信号、整车车速信号和经油门开度变化度计算后的油门变化率进行输入量模糊化计算；
以所述的输入量模糊化计算后的数据为模糊输入量，以行驶动力性权重和工作装置动力性权重为模糊输出量，参照制定的行驶动力性权重模糊规则库和制定的工作装置动力性权重模糊规则库，使用模糊算法计算行驶动力性权重和工作装置动力性权重。
以所述的行驶动力性权重和工作装置动力性权重数据为输入量，以驾驶员意图类型为输出量，采用阈值比较的方法，判定驾驶员意图类型。
2.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于所述的输入量模糊化计算方法是以工作泵油压(P)、制动踏板(brake)、油门踏板变化率(δα)、整车车速（V）为模糊输入量，行驶动力性权重（I1）和工作装置动力性权重（I2）为模糊输出量；对于工作泵油压（P）采用2个模糊集合来描述：无(S)、有(B)；对于制动踏板（brake）采用2个模糊集合来描述：无(S)、有(B)；对于油门变化率（δα），采用5个模糊集合来描述：负大(NB)、负小(NS)、零(O)、正小(PS)、正大(PB) ；对于整车车速，采用4个模糊集合来描述：极小(VS)、小(S)、大(B)、极大(VB)；对于行驶动力性权重（I1），采用4个模糊集合来描述：极小(VS)、小(S)、大(B)、极大(VB)；对于工作装置动力性权重（I2），采用4个模糊集合来描述：极小(VS)、小(S)、大(B)、极大(VB)；各输入、输出量选取隶属度函数对其模糊化计算；所述的制定的行驶动力性权重模糊规则库为：
；所述的制定的工作装置动力性权重模糊规则库为：
。
3.根据权利要求2所述的识别方法，其特征在于所述的隶属度函数采用高斯函数的形式或者三角型函数的形式。
4.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于用于计算行驶动力性权重和工作装置动力性权重的模糊算法为Mamdani算法进行模糊计算。
5.根据权利要求1或4所述的识别方法，其特征在于对所述进行模糊计算后的行驶动力性权重和工作装置动力性权重的模糊数进行去模糊化，得到权重的准确数值。
6.根据权利要求5所述的识别方法，其特征在于所述的去模糊化是采用重心法对行驶动力性权重和工作装置动力性权重的模糊数进行去模糊化，得到0-1的权重值；其中行驶动力性权重值由0至1，整车行驶的动力性需求由弱到强；工作装置动力性权重值由0至1，对于工作装置的工作速度需求由弱到强。
7.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于对所述油门开度信号、工作泵油压信号、整车制动信号和整车车速信号，是使用中值滤波算法提取有效信号。
8.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于所述的驾驶员意图类型分为4类，当工作装置动力性权重高于设定值I2a时判定为铲装举升意图，当工作装置动力性权重低于I2a且行驶动力性权重高于设定值I1b时判定为加速行驶意图，当工作装置动力性权重低于I2a且行驶动力性权重低于I1a时判定为减速停车意图，当工作装置动力性权重低于I2a且行驶动力性权重在I1a至I1b之间时判定为匀速行驶意图；其中I2a、I1b、I1a为预先设定的阈值，可为0-1之间的小数。
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