CN103256381A - 超轻度混合动力汽车传动***速比模糊pid控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超轻度混合动力汽车的传动***速比模糊PID控制器，其目的是通过对传动***的速比进行控制使电动机能够运行在其高效区，使发动机工作时运行在最佳燃油经济性或最佳动力性曲线上。取目标发动机(电动机)转速与实际发动机(电动机)转速差值信号，通过控制器判定出变速器目标速比i0。计算目标速比i0和实际速比i的偏差e，速比偏差e输入到模糊控制器，偏差e及其变化率输入到PID调节器。模糊控制器的模糊规则是以速比偏差e在模糊控制器中所得的模糊参数为输入，PID调节器的比例、积分和微分系数分别对应的模糊参数为输出，PID调节器的比例、积分、微分系数就会随着目标速比和实际速比的偏差进行变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种速比控制***，特别是一种超轻度混合动力汽车传动***速比模糊PID控制器。
背景技术
汽车自动变速传动技术能够减轻驾驶员的劳动强度，提高行车安全性，提高驾驶的平顺、舒适性，使汽车在行驶过程中经常处于良好的性能状态，改善汽车排放，是现代汽车的发展趋势之一。变速器作为车辆传动***的一个重要部件，直接影响车辆的动力性、经济性指标，目前可用于混合动力***的自动变速器一般有机械式自动变速器、传统的液力式自动变速器和带传动无级变速器以及电子式无级变速器等。
无级变速技术则是自动变速技术中一种理想的实现方式。金属带式无级变速器(MetalV-belt ContinuouslyVariable Transmission，简称CVT)是依靠金属带与带轮之间的摩擦来传递转矩，通过液压执行机构不断改变主、从动带轮上金属带的工作半径，来实现速比的连续变化，可以使发动机转速独立于负载、车速的变化，有效地控制发动机的工作点，最大限度地发挥发动机的经济性和动力性。CVT的速比控制***是实现其理想传动的一个关键技术，其控制策略的制定对于换挡品质及传动效率有很大影响。PID控制器(比例-积分-微分控制器)，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。通过比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd三个参数的设定。PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的***。在CVT速比控制中，常规PID控制由于原理简单、容易实现、稳态无静差得到广泛应用。但常规的PID控制，由于其控制器的参数难以自动调整，针对非线性、参数时变的CVT***控制效果不佳。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种超轻度混合动力汽车传动***速比模糊PID控制器，采用模糊控制理论的方法来实现控制器参数的自动调整，由于模糊控制不需要精确的数学模型，其动态性能较好，对非线性、参数时变***有一定的适应能力，从而可以使控制器具有较好的自适应性，所谓模糊PID控制器就是将模糊理论与传统的PID控制器相结合，即利用模糊控制理论的特性，结合传统的PID控制理论，其所构造形成的模糊PID控制器可实现控制器参数的自动调整。
为了解决上述技术问题，本发明超轻度混合动力汽车传动***速比模糊PID控制器予以实现的技术方案是：该模糊PID控制器包括回流式无级自动变速器、模糊控制器和PID调节器；所述模糊控制器输入的模糊参数是：所述回流式无级自动变速器的目标速比i0和实际速比i之间速比偏差e的模糊化所得；所述模糊控制器输出的模糊参数由所述输入的模糊参数推理所得：根据输入的模糊参数对所述PID调节器的比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd进行实时优化后分别对应的模糊参数；最终实现减小目标速比i0和实际速比i的速比偏差e。
进一步讲，本发明超轻度混合动力汽车传动***速比模糊PID控制器中，根据输入的模糊参数对所述PID调节器的比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd进行实时优化是：当实际速比不满足目标速比要求时，所述PID调节器的比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd所对应的模糊参数根据模糊规则随着速比偏差e所对应的模糊参数进行相应变化，由模糊参数解模糊后所得的PID调节器的比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd就会随着回流式无级自动变速器的目标速比i0和实际速比i的偏差进行变化，使回流式无级自动变速器的实际速比i能够较好的满足其目标速比i0变化的要求。
另外，本发明超轻度混合动力汽车传动***速比模糊PID控制器中，取目标发动机(或电动机)转速与实际发动机(或电动机)转速差值信号，通过模糊控制器来控制所述回流式无级自动变速器的目标速比i0。
还有，本发明超轻度混合动力汽车传动***速比模糊PID控制器中，根据回流式无级自动变速器输出的实际速比对模糊PID控制器进行反馈调节，从而尽量保证电动机工作时运行在高效区，发动机工作时运行在最佳燃油经济性或最佳动力性曲线上。
与现有技术相比，本发明超轻度混合动力汽车传动***速比模糊PID控制器的有益效果是：可实现参数的自动调整，通过对回流式无级自动变速器中的金属带式无级变速器进行调节，使回流式无级自动变速器的实际速比能够较好的满足目标速比变化的要求，使电动机能够运行在其高效区，使发动机工作时运行在最佳燃油经济性或最佳动力性曲线上。
附图说明
图1超轻度混合动力汽车发动机驱动时的布局结构示意图；
图2是本发明超轻度混合动力汽车传动***速比模糊PID控制器结构框图；
图3是图2中所示模糊控制器原理示意图；
图4是图2中所示PID控制器原理示意图。
图中：
1-动力源 2-金属带式无级变速器 3、6、9-离合器
4-定速比齿轮 5-制动器 7-单向离合器
8-行星排 10-主减速器与差速器 11-车轮
12-回流式无级自动变速器
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
在图1所示的实施例中，超轻度混合动力汽车进行速比控制设计时，只考虑动力源1为发动机或电动机单独驱动车辆时的情况。回流式无级自动变速器12由动力源1、金属带式无级变速器2、离合器3、定速比齿轮4、制动器5、离合器6、单向离合器7、行星排8和离合器9构成。通过调节金属带式无级变速器2的速比和回流式无级自动变速器12中的功率流向可以确保不同油门开度下发动机始终沿最佳燃油经济性曲线运行。
如图2所示，本发明超轻度混合动力汽车传动***速比模糊PID控制器包括回流式无级自动变速器、模糊控制器和PID调节器；所述模糊控制器输入的模糊参数是：所述回流式无级自动变速器的目标速比i0和实际速比i之间的速比偏差e模糊化所得；所述模糊控制器输出的模糊参数由所述输入的模糊参数推理所得：根据输入的模糊参数对所述PID调节器的比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd进行实时优化后分别对应的模糊参数，即：根据输入的模糊参数对所述PID调节器的比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd进行实时优化是：当实际速比不满足目标速比要求时，所述PID调节器的比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd所对应的模糊参数根据模糊规则随着速比偏差e所对应的模糊参数进行相应变化，由模糊参数解模糊后所得的PID调节器的比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd就会随着回流式无级自动变速器的目标速比i0和实际速比i的偏差进行变化，使回流式无级自动变速器的实际速比i能够较好的满足其目标速比i0变化的要求，最终实现减小目标速比i0和实际速比i的速比偏差e。其中，取目标发动机(或电动机)转速与实际发动机(或电动机)转速差值信号，通过模糊控制器来控制所述回流式无级自动变速器的目标速比i0。利用本发明模糊PID控制器根据回流式无级自动变速器输出的实际速比对模糊PID控制器进行反馈调节，从而尽量保证电动机工作时运行在高效区，发动机工作时运行在最佳燃油经济性或最佳动力性曲线上。
汽车在行驶过程中，传动***起着传递转矩和转速的作用，这期间，金属带式无级变速器2的传动速比始终在其转速范围内变化，但汽车运行的档位有倒档、空档、低速档、过渡档和高速档，而工作的工况有起步、加速、稳定行驶、制动减速工况，并且动力的传递路线和方向也有变化，本发明主要根据各档位的变化来进行速比控制。
倒档时，根据整车控制模式，动力源1可以是发动机，也可以是电动机。在正常倒车工况下，由电动机单独驱动，实现倒车，金属带式无级变速器2的速比控制应尽量满足使电动机运行在高效率曲线上；在大功率倒车工况下由发动机单独驱动，并且控制金属带式无级变速器2的速比，使发动机尽量工作在最佳燃油经济性曲线或最佳动力性曲线上，以实现理想的整车行驶性能的控制目标。
低速档和过渡档时，不管是发动机还是电动机驱动，回流式无级自动变速器12在工作的过程中会出现功率经金属带式无级变速器2回流的现象，此时，相对回流式无级自动变速器12纯无级工作，金属带式无级变速器2逆向传递力矩。汽车在起步时，回流式无级自动变速器12的速比应保持最大，金属带式无级变速器2的速比应保持最小，尽量保证电动机工作时运行在最佳工作效率曲线上，发动机工作时运行在最佳燃油经济性或最佳动力性曲线上。
高速档时，回流式无级自动变速器12工作在纯无级变速模式，金属带式无级变速器2正向传递功率，此时，回流式无级自动变速器12的速比等于金属带式无级变速器2的速比，通过调节金属带式无级变速器2的速比使发动机工作时运行在最佳燃油经济性或最佳动力性曲线上。
众所周知，PID调节器实际是一个放大系数可自动调节的放大器，动态时，放大系数较低，可以防止***出现超调与振荡；静态时，放大系数较高，可以蒱捉到小误差信号，提高控制精度。PID控制器是把比例、积分和微分作用结合起来，以利用其各自的优点，通过线性组合作为控制器的输出量，作用于被控对象。PID控制器内各环节作用是：(1)比例环节实时地按照一定比例反映***的偏差量，即一旦偏差出现，控制器立即产生控制作用，以减小偏差。比例系数KP越大，***的调整时间就越短，稳态误差也越小，但KP过大，会造成超调量过大，引起***不稳定。(2)积分环节消除***的稳态误差，提高***的无差度。积分系数KI越大，积分作用越强，稳态误差越小，调整时间越短，但KI大，会造成稳定性变差。(3)微分环节能及时地反映偏差量的变化趋势和变化率，有效改善***的动态性能。通常，微分系数KD大，***超调量减小，但KD大，也会造成***稳定性下降。
在图2所示的实施例中所示的模糊PID控制器是模糊理论与传统的PID控制器的结合。利用模糊控制理论的特性，结合传统的PID控制理论，构造的模糊PID控制器可实现控制器参数的自动调整。取目标发动机(电动机)转速与实际发动机(电动机)转速差值信号，通过模糊控制器来控制回流式无级自动变速器12的目标速比i0。将回流式无级自动变速器12的目标速比i0和实际速比i的偏差e作为模糊控制器的输入，将速比偏差e及其经微分器得到的变化率作为PID调节器的输入。模糊控制器根据模糊规则进行模糊推理，输出PID控制器的比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd，对速比进行调节的PID控制器的比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd从模糊控制器处获得，并由模糊控制器进行实时优化，汽车传动比经模糊PID控制器调节后将控制命令输入金属带式无级变速器2，通过调节金属带式无级变速器2实现回流式无级自动变速器12的速比调节，使发动机工作时具有较高的燃油经济性或动力性，或使电动机工作在其高效区。
模糊逻辑控制(Fuzzy Logic Control)简称模糊控制(Fuzzy Control)，是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种智能控制方法。模糊控制的主要特点是：(1)模糊控制是一种基于规则的控制；(2)适应性强；(3)***的鲁棒性较强，对参数变化不灵敏；(4)***的规则和参数整定方便；(5)结构简单。
如图3所示，所述模糊控制器将目标速比i0和实际速比i的偏差e作为模糊控制器的输入a，经过放大器c后输入模糊控制器F，根据模糊规则进行模糊推理，经过放大器f后输出PID控制器的比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd。
如图4所示，s表示积分，x表示乘积，应用于图3所示的PID控制器的比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd对输入a代表的目标速比i0和实际速比i的偏差e及输入b代表的偏差e的变化率进行调节，将得到的调节后的目标速比i1输入到回流式无级自动变速器12。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (4)
1.一种超轻度混合动力汽车传动***速比模糊PID控制器，包括回流式无级自动变速器、模糊控制器和PID调节器，其特征在于：
所述模糊控制器输入的模糊参数是：所述回流式无级自动变速器的目标速比i0和实际速比i之间的速比偏差e模糊化所得；
所述模糊控制器输出的模糊参数由所述输入的模糊参数推理所得：根据输入的模糊参数对所述PID调节器的比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd进行实时优化后分别对应的模糊参数；
最终实现减小目标速比i0和实际速比i的速比偏差e。
2.根据权利要求1所述超轻度混合动力汽车传动***速比模糊PID控制器，其特征在于：根据输入的模糊参数对所述PID调节器的比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd进行实时优化是：当实际速比不满足目标速比要求时，所述PID调节器的比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd所对应的模糊参数根据模糊规则随着速比偏差e所对应的模糊参数进行相应变化，由模糊参数解模糊后所得的PID调节器的比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd就会随着回流式无级自动变速器的目标速比i0和实际速比i的偏差进行变化，使回流式无级自动变速器的实际速比i能够较好的满足其目标速比i0变化的要求。
3.根据权利要求1所述超轻度混合动力汽车传动***速比模糊PID控制器，其特征在于：取目标发动机或电动机转速与实际发动机或电动机转速差值信号，通过模糊控制器来控制所述回流式无级自动变速器的目标速比i0。
4.根据权利要求1所述超轻度混合动力汽车传动***速比模糊PID控制器，其特征在于：根据回流式无级自动变速器输出的实际速比对模糊PID控制器进行反馈调节，从而尽量保证电动机工作时运行在高效区，发动机工作时运行在最佳燃油经济性或最佳动力性曲线上。
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