汽車電控理論-變速器-換擋策略課件

第三章智能電控自動變速器換檔策略研究一.簡介１．國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀在國外，自動變速器的研究始于汽車。1985年，日本五十鈴公司率先研制成功NAVI-5型全自動機(jī)械式變速器，并裝于飛鳥(ASKA)轎車，投放市場獲得成功。此后，美國的福特(FORD)公司、法國雷諾(RENAULT)公司、意大利的菲亞特(FIAT)公司都相繼開發(fā)了這種變速器，全自動AMT已進(jìn)入產(chǎn)品化和實(shí)用化階段。由于自動換擋和起步時都受到環(huán)境、駕駛員駕駛水平和車況等因素的影響，日本的五十鈴(ISUZU)、尼桑(NISSAN)等開始采用模糊推理的智能化方法進(jìn)行此方面的研究，包括模糊換擋策略和離合器接合速度的模糊控制。三菱公司新的自動變速車“FuzzyShift4AT”在自動變速系統(tǒng)中加入了“模糊控制”的概念。在工程機(jī)械領(lǐng)域，日本川崎重工公司開發(fā)的輪式裝載機(jī)KLD97ZIII匹配15ZIII自動換擋變速器。意大利薩姆(SAME)公司Rubin系列拖拉機(jī)采用了全自動換擋變速箱，美國卡特彼勒(CATERPILLAR)公司的Challenger35/45/55橡膠履帶拖拉機(jī)從第10擋至第16擋可以實(shí)現(xiàn)自動換擋。在國內(nèi)，吉林大學(xué)、北京理工大學(xué)、重慶醫(yī)療機(jī)械工業(yè)公司等多家單位均在自動變速器的研究方面取得了科研成果。其中，吉林大學(xué)率先將智能控制理論應(yīng)用到工程機(jī)械中，對工程機(jī)械模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檔位控制進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研制出推土機(jī)的模糊換擋系統(tǒng)并進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)；對輪式裝載機(jī)的模糊換擋策略也進(jìn)行了研究。1998年8月吉林大學(xué)自主研制桑塔納2000AMT樣車通過了國家鑒定，目前正進(jìn)一步加強(qiáng)系統(tǒng)可靠性等方面的研究。神龍公司也向市場投放了裝備進(jìn)口AL4智能型自動變速器的富康988“領(lǐng)導(dǎo)者”以及富康1.6L轎車，它們采用了模糊控制理論和動力傳動系統(tǒng)綜合控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能化控制，電子控制單元有10種換擋規(guī)律，按需分別調(diào)用幾種換擋規(guī)律或同時或交替工作，共同控制變速器的狀態(tài)。

2022/12/211哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院第三章智能電控自動變速器換檔策略研究2022/12/18２．自動換擋規(guī)律研究展望隨著自動變速器換擋規(guī)律在使用中出現(xiàn)的問題和智能控制理論的迅速發(fā)展以及人們對車輛性能要求的提高，各種最新的監(jiān)測、控制技術(shù)將不斷引入車輛領(lǐng)域，以改善自動變速器的性能，使檔位決策、換擋控制與車輛、環(huán)境和駕駛員意圖相適應(yīng)。在已有智能控制理論與車輛工程相結(jié)合的基礎(chǔ)上，運(yùn)用最新的智能控制理論修正傳統(tǒng)的二參數(shù)、三參數(shù)換擋規(guī)律，使車輛換擋更加經(jīng)濟(jì)、可靠；將模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)及混沌理論等新學(xué)科單獨(dú)或者結(jié)合使用，以擴(kuò)大處理信息的范圍和能力，進(jìn)行綜合控制，形成綜合智能控制換擋規(guī)律。所有這些都將大大提高自動換擋的穩(wěn)定性和智能化水平，將成為未來研究的熱點(diǎn)．

二．自動變速器的基本組成與工作原理１．基本組成

電子控制自動變速器一般由液力變矩器、行星輪變速器、電子控制系統(tǒng)3部分組成。

液力變矩器通常由與發(fā)動機(jī)飛輪連接的泵輪、與變速器輸入軸連接的渦輪及與單向離合器連接的導(dǎo)輪組成，其主要作用是通過油液的運(yùn)動傳遞動力并在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)降速增扭、無級變速。行星輪變速器是由一系列的行星齒輪系、液壓離合器與制動器組成的有級式的變速器，該變速器易于通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動換檔，并且與液力變矩器配合可在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級變速

。電子控制系統(tǒng)由反應(yīng)汽車工況的傳感器、自動變速器控制電腦、變速電磁閥及換檔離合器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，其主要功用是由自動變速器控制電腦根據(jù)傳感器反應(yīng)的車況信息進(jìn)行自動運(yùn)算和判斷，發(fā)出科學(xué)的換檔指令到換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)自動換檔變速。２．工作原理如圖3.1所示，電子控制式自動變速器是通過傳感器裝置將汽車的運(yùn)行工況轉(zhuǎn)化為電信號，并通2022/12/212哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院２．自動換擋規(guī)律研究展望2022/12/182哈爾濱工業(yè)大學(xué)過自動變速器電腦對電信號處理，然后輸出控制指令給相應(yīng)的電磁閥，來實(shí)現(xiàn)變速器的換檔操作。發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)電腦節(jié)氣門位置傳感器車速傳感器冷卻水溫傳感器變速器油溫傳感器發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器檔次開關(guān)制動燈開關(guān)模式選擇開關(guān)自動變速閥體電磁閥自動變速器電腦行星齒輪變速器液力變矩器圖3.1電子控制式自動變速器的工作原理2022/12/213哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院過自動變速器電腦對電信號處理，然后輸出控制指令給相應(yīng)的電磁閥（１）功率流傳遞路線汽車發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率流通過液力變矩器的一次放大（可達(dá)到2-4倍）后，傳給行星輪變速器進(jìn)行有級變速，然后通過輸出軸傳到驅(qū)動橋；其中液力變矩器可在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級變速，根據(jù)汽車的行駛阻力及車速自動調(diào)整負(fù)荷。

（２）傳感器監(jiān)測的主要信息

1）節(jié)氣門位置傳感器反應(yīng)節(jié)氣門的開度大小的比例，該信息與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速汽車行駛速度等參數(shù)配合提供電腦換檔的決策依據(jù)；2）車速傳感器反應(yīng)汽車的行駛速度；3）發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器反應(yīng)發(fā)動機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)速度；4）冷卻水溫傳感器反應(yīng)發(fā)動機(jī)熱平衡狀況信息，水溫較低時不適宜加檔，應(yīng)在低負(fù)荷下繼續(xù)預(yù)熱；5）變速器油溫傳感器反應(yīng)變速器潤滑油熱平衡狀況，其是控制散熱器的散熱強(qiáng)度的依據(jù)；6）檔位開關(guān)反應(yīng)駕駛?cè)藛T的意圖并間接反應(yīng)出道路情況，自動變速器仍然需要將變速手柄置于某一確定的位置（至少分為前進(jìn)、倒退、空位等）；7）模式選擇開關(guān)決定汽車行駛的基本模式：是以經(jīng)濟(jì)車速行駛還是以高動力性行駛；8）制動燈開關(guān)，反應(yīng)汽車是否處于制動狀態(tài)，決定發(fā)動機(jī)工況及各傳動部件的工況；2022/12/214哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院（１）功率流傳遞路線2022/12/184哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威（３）自動變速系統(tǒng)的控制內(nèi)容

1）檔位控制：當(dāng)變速手柄在前進(jìn)檔時，自動變速器電腦根據(jù)汽車行駛情況選擇最佳的時刻換到最合適的檔位，以使汽車充分發(fā)揮動力性和經(jīng)濟(jì)性；2）變速液壓系統(tǒng)的油壓控制：自動變速器電腦根據(jù)汽車的工況需要調(diào)整液壓系統(tǒng)的壓力，以達(dá)到既減少能耗，又滿足傳遞功率流的需要，同時保證換檔平穩(wěn)無沖擊；3）發(fā)動機(jī)控制：自動換檔過程中，自動變速器電腦通知發(fā)動機(jī)電腦適當(dāng)減小噴油量，保證換檔平穩(wěn)；特殊路況下需發(fā)動機(jī)制動汽車運(yùn)行時，自動變速器電腦發(fā)出信號使發(fā)動機(jī)與變速器強(qiáng)制連接（通過強(qiáng)制離合器），以實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的制動效果。高檔低檔50%100%車速加速時的升檔規(guī)律加速時的降檔規(guī)律節(jié)氣門開度圖3.2自動換檔圖2022/12/215哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院（３）自動變速系統(tǒng)的控制內(nèi)容高檔低檔50%100%車速加速（４）自動變速的控制原理

1）自動換檔的決策模型：如圖3.2所示，汽車換檔的主要決定因素是節(jié)氣門開度和汽車行駛速度，當(dāng)汽車在某一節(jié)氣門開度下，車速上升達(dá)到升檔規(guī)律線時，則自動變速器電腦發(fā)出升檔指令使自動變速器實(shí)現(xiàn)升檔操作；反之，車速下降達(dá)到降檔規(guī)律線時，則自動變速器電腦發(fā)出降檔指令使自動變速器實(shí)現(xiàn)降檔操作，該模型也稱為自動換檔圖。

2）自動換檔的控制過程：如圖3.3所示，自動變速電腦根據(jù)汽車檔位開關(guān)及換檔模式開關(guān)的信息決定選擇相應(yīng)的自動換檔圖，然后按節(jié)氣門位置傳感器及車速傳感器檢測到的信息進(jìn)行判斷得出結(jié)果，最后向換檔電磁閥發(fā)出換檔指令。

2022/12/216哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院（４）自動變速的控制原理2022/12/186哈爾濱工業(yè)大檔位開關(guān)和換檔模式選擇開關(guān)選擇自動換檔圖車速判斷車速傳感器節(jié)氣門位置傳感器換檔電池閥節(jié)氣門位置傳感器圖3.3自動換檔控制過程2022/12/217哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院檔位開關(guān)和換檔模式選擇開關(guān)選擇自動換檔圖車速判斷車速傳感器節(jié)三.當(dāng)前檔位決策方法及其局限性1．傳統(tǒng)換檔規(guī)律

（１）單參數(shù)換檔規(guī)律汽車用單參數(shù)換檔規(guī)律一般選擇相對穩(wěn)定的車速作為控制參數(shù)。國外大功率拖拉機(jī)以發(fā)動機(jī)速n來限定。如圖3.4所示,當(dāng)車速達(dá)到時升入2擋；反之，當(dāng)車速降至?xí)r換回到1擋。和之間是兩檔均可能出現(xiàn)的工作區(qū),這種在控制參數(shù)相同的情況下，升擋和降擋的時刻不同，降擋時刻較升擋時刻晚的現(xiàn)象稱為降擋重疊或降擋延遲。其作用是:1）換入新?lián)鹾?不會因油門的振動或車速引起的輕度變化,而重新?lián)Q回原來擋位,保證換擋過程的穩(wěn)定性。2）有利于減小換擋循環(huán),防止控制系統(tǒng)元件的加速磨損,并防止乘坐舒適性的降低。1212降檔升檔Vaa油門開度n發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速v車速圖3.4單參數(shù)換檔規(guī)律2022/12/218哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院三.當(dāng)前檔位決策方法及其局限性1212降檔升檔Vaa油門開單參數(shù)換擋規(guī)律結(jié)構(gòu)簡單,但無論油門開度如何變化,換擋點(diǎn)、換擋延遲大小都不變,不能實(shí)現(xiàn)駕駛員干預(yù)換擋。為了保證動力性，一般把升檔點(diǎn)設(shè)計(jì)在發(fā)動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，而不考慮車輛的功率需求狀況。這將造成車輛在小油門開度行駛時，也需要達(dá)到最高轉(zhuǎn)速才能換檔，故換檔過程中不僅噪聲較大，機(jī)件的磨損也較大，因此這種換檔規(guī)律是不合理的。此外，這種單參數(shù)的系統(tǒng)也難以兼顧車輛動力性和經(jīng)濟(jì)性的要求,故目前已很少采用。（２）二參數(shù)換擋規(guī)律二參數(shù)換擋規(guī)律克服了單參數(shù)換擋規(guī)律的缺點(diǎn),其控制參數(shù)類型有車速與油門開度、液力變矩器泵輪轉(zhuǎn)速與渦輪轉(zhuǎn)速、車速與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩等,但當(dāng)前采用最多的形式仍為車速與油門開度。如下圖3.5所示，根據(jù)降擋延遲的不同可劃分為以下幾種：1）等延遲型其降擋延遲的大小不隨油門開度變化，但可實(shí)現(xiàn)駕駛員的干預(yù)，在小油門時可提前換入高檔，即減小發(fā)動機(jī)噪聲，又可延遲換回低檔，改善了燃油經(jīng)濟(jì)性。2）發(fā)散型其降擋延遲的大小隨油門開度增大而增大，特點(diǎn)是：大油門升檔時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高，接近最大功率點(diǎn)，動力性好，換檔延遲大，減少了換檔次數(shù)，提高了舒適性。但大油門升檔時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速要降的很低，降低時大，功率利用差，故該型使用于功率大的轎車上。3）收斂型其降擋延遲隨油門開度增大而減小，呈收斂狀分布，特點(diǎn)是：在大油門換檔延遲最小，小，所以升檔時有較好的功率利用，動力性好。減小油門時，增大，避免了過多換檔，且發(fā)動機(jī)可在較低轉(zhuǎn)速下工作，燃料經(jīng)濟(jì)性好，噪聲低，行駛平穩(wěn)舒適，常用于貨車上。4）組合型它由兩段或多段不同類型的變化規(guī)律組合而成,優(yōu)點(diǎn)是便于在不同油門下獲得不同的車輛性能，小油門時舒適、穩(wěn)定、污染少；中油門時經(jīng)濟(jì)性好；大油門時動力性好。實(shí)際車輛一般用組2022/12/219哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院單參數(shù)換擋規(guī)律結(jié)構(gòu)簡單,但無論油門開度如何變化,換擋合型。a/%V,(a)等延遲型a/%V,(c)發(fā)散型a/%V,(b)收斂型a/%V,(d)組合型圖3.4兩參數(shù)換檔規(guī)律2022/12/2110哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院合型。a/%V,(a)等延遲型a/%V,(c)發(fā)散型兩參數(shù)換檔規(guī)律的特點(diǎn)是：當(dāng)油門開度較小、發(fā)動機(jī)負(fù)荷較小時，換檔點(diǎn)的車速較低；而油門開度增大、發(fā)動機(jī)負(fù)荷較大時，換檔點(diǎn)的車速也較大。這種換檔規(guī)律提供了駕駛員干預(yù)換檔的可能性，可提前實(shí)現(xiàn)升檔和換檔，以此來反映駕駛員的意圖。在車輛穩(wěn)定行駛的前提下，能夠按照預(yù)先設(shè)定的動力型或經(jīng)濟(jì)型換檔規(guī)律進(jìn)行換檔，能夠滿足對車輛最佳動力性或最佳經(jīng)濟(jì)性的要求。二參數(shù)換擋規(guī)律已被廣泛應(yīng)用于轎車、貨車等車輛上。（３）動態(tài)三參數(shù)換擋規(guī)律

根據(jù)優(yōu)化計(jì)算時所選取得目標(biāo)函數(shù)的不同分為最佳動力性動態(tài)三參數(shù)換擋規(guī)律和最佳燃油經(jīng)濟(jì)性動態(tài)三參數(shù)換擋規(guī)律兩種基本類型:

①最佳動力性換檔規(guī)律。由汽車?yán)碚撝嚨男旭偡匠淌綖?/p>

或由汽車?yán)碚撝?，發(fā)動機(jī)扭矩，可用二次曲線擬合，則（3.1）另外，滾動阻力系數(shù)為：因此，由汽車行駛方程（3.1）式得：f=f(V)

2022/12/2111哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院兩參數(shù)換檔規(guī)律的特點(diǎn)是：當(dāng)油門開度較小、發(fā)動機(jī)負(fù)荷較（3.2）（3.3）最佳動力性換檔應(yīng)該是在同一油門開度下相鄰兩檔加速曲線的交點(diǎn)處換檔，即

（3.4）根據(jù)（3.2）、（3.3）以及（3.4）的三式，可得上式的解中為正值，且之根即為最佳換檔時刻所對應(yīng)的車速。

②最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律它的目標(biāo)函數(shù)是在某一油門開度下，汽車從原地起步連續(xù)換I檔加速至某一要求車速T時，總的油耗Q應(yīng)最小。由汽車?yán)碚撝?022/12/2112哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院（3.2）（3.3）最佳動力性換檔應(yīng)該是在同一油門開考慮到于是根據(jù)汽車?yán)碚撝?，發(fā)動機(jī)的動態(tài)小時油耗是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)，一般可擬合為三次多項(xiàng)式，即：

欲使加速油耗Q為最小，這是一個求極值的問題。令，則

再由式（3.2）和（3.3）可知：

2022/12/2113哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院考慮到于是根據(jù)汽車?yán)碚撝傻檬街?、、、、、為轉(zhuǎn)換系數(shù)，由移項(xiàng)、并項(xiàng)后求得。解出上式的根，即為加速時保證車輛最佳燃料經(jīng)濟(jì)性的相鄰兩檔n與（n+1）之間的最佳換檔點(diǎn)車速。同理，可求出其它油門開度及換檔點(diǎn)車速。2.基于模糊邏輯和專家知識的檔位決策方法隨著智能控制理論的發(fā)展,出現(xiàn)了綜合利用道路環(huán)境、駕駛員的操作特點(diǎn)、車輛的運(yùn)行狀況等信息的模糊邏輯檔位決策方法,其結(jié)構(gòu)原理如圖3.5所示。其工作原理是采集系統(tǒng)采集車輛運(yùn)行狀況和駕駛員的操作信息,由模糊推理Ⅰ判斷出駕駛員的操作意圖，如加速、超車、制動減速等。模糊推理Ⅱ判斷出路面狀況,如坡道、彎道等。模糊推理Ⅲ根據(jù)上述的推理結(jié)論和專家經(jīng)驗(yàn)知識輸出一個相應(yīng)檔位，是否換檔由約束條件來決定。三菱公司研制的模糊換檔系統(tǒng)，可以模仿優(yōu)秀駕駛員的駕駛經(jīng)驗(yàn)，在下坡或彎道行駛時，謹(jǐn)慎降速換檔，并且在彎道上或當(dāng)駕駛員踩加速踏板時，還避免了汽車不恰當(dāng)?shù)募铀贀Q檔。采用這種技術(shù)后可以節(jié)省燃油12%-17%。在特定的路面上(如彎道、坡道等),模糊邏輯的檔位決策方法能夠充分體現(xiàn)出駕駛員的意圖，符合在同一路面條件下駕駛員的實(shí)際操作過程，有效解決了頻繁和意外換檔問題。但在良好路面上,其給出的檔位就不是最佳的。再有,這種檔位決策方法是基于統(tǒng)計(jì)和分析意義上的，模糊換檔規(guī)則庫和知識庫的建立要咨詢大量有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員和專家，所形成的換檔規(guī)律不可能覆蓋車輛使用過程中的所有工況。因此，這種方法在解決傳統(tǒng)換檔規(guī)律存在的問題時也喪失了傳統(tǒng)換檔規(guī)律的一些優(yōu)勢。

2022/12/2114哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院可得式中、、、、車輛采集系統(tǒng)車速檔位油門制動器方向盤駕駛員意圖模糊推理I模糊推理II專家知識模糊推理約束條件檔位圖3.4模糊邏輯檔位決策系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖2022/12/2115哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院車采車速駕駛員意圖模糊推理I模糊推理II專家知識模糊推理約束四.智能化檔位決策方法綜述智能檔位決策主要有兩種：一是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，二是基于模糊邏輯的綜合能力。1.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能檔位決策方法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自適應(yīng)性，它可以被訓(xùn)練，網(wǎng)絡(luò)在訓(xùn)練過程中學(xué)習(xí)并記住經(jīng)驗(yàn)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)本身就決定了它是大規(guī)模并行機(jī)制，以數(shù)據(jù)作為驅(qū)動，擅長通過大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和發(fā)現(xiàn)模式或規(guī)律。因此，從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的角度看，車輛的最佳換檔問題，是一個非線性映射分類問題?？梢灾苯佑民{駛員換檔時所獲得的數(shù)據(jù)對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行離線訓(xùn)練，也可以如圖3.5所示，讓網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)駕駛員的最佳換檔點(diǎn)，使自動變速系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)的能力。駕駛員神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)車速油門開度制動程度轉(zhuǎn)向角度12341000010000100001檔位誤差圖3.5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檔位決策原理圖2022/12/2116哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院四.智能化檔位決策方法綜述駕神車速油門開度制動程度轉(zhuǎn)向角度在實(shí)際工程應(yīng)用方面，三菱汽車公司率先應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)邏輯電路成功開發(fā)了能最優(yōu)選擇變速檔位的ＩＮＶＥＣＳⅡ型軟件系統(tǒng).該系統(tǒng)增加了坡道、彎道以及制動器操作等信息，可以對上坡、下坡、彎曲路段進(jìn)行檢測，以適應(yīng)各種路況的變化。例如，當(dāng)車輛下坡時，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)能使車輛自動從4檔降到3檔、2檔，逐漸向發(fā)動機(jī)制動狀態(tài)過渡；而在上坡或彎曲道路行駛時，避免了高、低檔間的循環(huán)換檔，提高了最佳變速操作和行駛的舒適性.在該系統(tǒng)基礎(chǔ)上，又開發(fā)了最優(yōu)控制和學(xué)習(xí)控制兩大功能(如圖3.6所示)。最優(yōu)控制是以多數(shù)駕駛員在各種不同的道路條件下，手動變速操作信息(油門開度、車速、制動程度、轉(zhuǎn)向角)作為輸入，由微機(jī)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)邏輯電路根據(jù)車輛的運(yùn)行狀況和道路條件輸出最佳檔位，從而進(jìn)行最優(yōu)控制。道路條件運(yùn)行情況多數(shù)駕駛員操縱特性單個駕駛員操縱特性車速油門開度制動程度轉(zhuǎn)向角度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)控制學(xué)習(xí)控制最佳檔位適應(yīng)個性的檔位圖3.6神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能換檔系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖不同的駕駛員具有不同駕駛風(fēng)格，這就要求自動變速系統(tǒng)應(yīng)對不同的駕駛員具有適應(yīng)性，即根據(jù)不同的駕駛風(fēng)格選擇不同的最佳換檔點(diǎn)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)控制功能不但能完成上述任務(wù)，而且進(jìn)一步擴(kuò)大了自動變速器的使用范圍。它能根據(jù)行駛過程中輸入的信息，由微機(jī)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)邏輯電路判斷每個駕駛員的駕駛風(fēng)格和習(xí)慣，自動修正變速時間和換檔點(diǎn)，所以不同類型的駕駛員都能對車輛進(jìn)行良好的操縱。2022/12/2117哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院在實(shí)際工程應(yīng)用方面，三菱汽車公司率先應(yīng)用神經(jīng)2.模糊邏輯綜合智能檔位決策方法

自動變速車輛的檔位決策必須綜合考慮車輛的行駛狀況、道路環(huán)境以及駕駛員的操作意圖等3方面的信息，即車輛必須具有模仿優(yōu)秀駕駛員的檔位決策能力。圖3.7所示為一種模糊綜合智能化的檔位決策結(jié)構(gòu)原理圖。

車速油門開度油門開度變化率車

速加速度檔

位制動程度轉(zhuǎn)向角度

坡道辨識器車重辨識器彎道辨識器道路辨識器發(fā)動機(jī)性能辨識器加示意圖辨識器駕駛風(fēng)格辨識器規(guī)則庫模糊綜合智能換檔系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫換檔可行性分析器換檔指令圖3.7模糊綜合智能化檔位決策結(jié)構(gòu)原理圖2022/12/2118哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院2.模糊邏輯綜合智能檔位決策方法車油門開度坡道辨識器車重五.電控自動變速器換檔策略研究1.電控機(jī)械式有級自動變速器智能換檔策略（1）AMT最佳換檔自學(xué)習(xí)控制方法

換檔規(guī)律指相鄰兩檔間自動換檔時刻隨控制參數(shù)變化的規(guī)律，而最佳動力性換檔規(guī)律則是指相鄰兩檔在換檔前后的加速度保持相等，車輛可獲得最大平均加速度時，換檔時刻與三個狀態(tài)參數(shù)——加速度a，油門開度β，車速ｖ(亦稱換檔點(diǎn))之間的變化關(guān)系。最佳動力性換檔規(guī)律的迭代自學(xué)習(xí)算法：迭代自學(xué)習(xí)控制算法是一種將前一次控制結(jié)果與控制目標(biāo)之間的誤差通過一定的學(xué)習(xí)率學(xué)習(xí)后修正下一次控制信號并使控制誤差趨向收斂的算法。這種算法的應(yīng)用前提是控制過程必須具有重復(fù)性。汽車變速器的換檔具有重復(fù)性控制的特點(diǎn)，因此，適宜采用迭代自學(xué)習(xí)方法來改善換檔控制的性能，以達(dá)到逼近最佳換檔規(guī)律的目的。討論汽車升檔加速過程的自學(xué)習(xí)算法。當(dāng)汽車以第ｉ檔和第ｉ+1檔行駛時，其參數(shù)a，β，ν間動態(tài)關(guān)系為非線性函數(shù)，可分別表示為

(3.5)(3.6)對于五檔變速器，式中ｉ=1，2，3，4.由于β和ｖ又分別為時間ｔ的函數(shù)，所以加速度也可表示為時間ｔ的一元函數(shù)。即

和2022/12/2119哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院五.電控自動變速器換檔策略研究(3.5)(3.6)對按照定義，最佳動力性換檔點(diǎn)應(yīng)為式(3.5)和式(3.6)所表示的兩條曲線的交點(diǎn)。該交點(diǎn)由a，β，ｖ三個參數(shù)決定，且有。凡是不在交點(diǎn)上的換檔點(diǎn)均為存在動力損失的非最佳換檔點(diǎn)，有，而自學(xué)習(xí)的目標(biāo)是。這樣，每一次換檔前后的加速度差與目標(biāo)量之間的誤差為。于是，根據(jù)迭代自學(xué)習(xí)控制思想，提出一種最佳動力性換檔規(guī)律的自學(xué)習(xí)逼近算法。其算法過程如下：①預(yù)先給定一組從第i檔換入第i+1檔的初始狀態(tài)參數(shù)(初始換檔點(diǎn))，并存入自學(xué)習(xí)控制器的記憶單元中。當(dāng)車輛以第i檔行駛時，一旦檢測到當(dāng)前狀態(tài)參數(shù)和滿足條件（其中，3個誤差的許可值，，為給定的小量

）換檔控制器便發(fā)出指令，將變速器換入第i+1檔，并及時測出換檔后的加速度。

②比較換檔前后加速度的變化，若(為加速度變化量容許值)，表明換檔點(diǎn)并非最佳，需對其參數(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)并更新。為此，令式中：，稱為加速度學(xué)習(xí)速率；，稱為油門開度控制學(xué)習(xí)率。

2022/12/2120哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院按照定義，最佳動力性換檔點(diǎn)應(yīng)為式(3.5)和式(3.③分別以取代存入記憶器中，作為第1次對第i檔換檔點(diǎn)參數(shù)的學(xué)習(xí)結(jié)果，也是下一次的換檔參數(shù)。一般地，若在第i檔下經(jīng)過第ｋ次學(xué)習(xí)后得到的換檔點(diǎn)參數(shù)值記為，而當(dāng)前狀態(tài)參數(shù)測量值表示為，當(dāng)條件得到滿足時，便換入第i+1檔，并測出。

當(dāng)條件成立時，表明，已是最佳動力性換檔點(diǎn)。否則，令（3.7）這就是對最佳動力換檔點(diǎn)的第ｋ+1次學(xué)習(xí)值，加以記憶，作為下一次換檔點(diǎn)參數(shù)的預(yù)測值，迭代初始值為，自學(xué)習(xí)的目標(biāo)是使。實(shí)際上，由于人體對水平方向加速度變化的敏感程度有限，滿足條件足矣。式(3.7)中，比值實(shí)際是曲線在為定值的條件下，過曲線上的點(diǎn)的切線斜率的絕對量。事實(shí)上，有，所以

2022/12/2121哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院③分別以令式（5-3）成為式中，ρ稱為速度學(xué)習(xí)速率。如以上算法所示，通過不斷對換檔點(diǎn)參數(shù)的判佳和修正，達(dá)到逼近最佳換檔規(guī)律和自學(xué)習(xí)目的。AMT最佳換檔的自學(xué)習(xí)控制器結(jié)構(gòu)可用下圖3.8所示的控制原理框圖表示。狀態(tài)特征識別查詢環(huán)節(jié)換檔決策控制環(huán)節(jié)AMT車輛知識庫學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)監(jiān)督環(huán)節(jié)傳感器自學(xué)習(xí)控制器圖3.8AMT最佳換檔自學(xué)習(xí)控制器2022/12/2122哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院令式（5-3）成為狀態(tài)特查詢環(huán)節(jié)換檔決策AM（2）車輛檔位模糊——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)決策研究①車輛檔位模糊——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)決策方法

如上圖3.9所示的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檔位決策的方法，其特點(diǎn)是采用蘊(yùn)藏了優(yōu)秀駕駛員換檔經(jīng)驗(yàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檔位模型和對駕駛意圖進(jìn)行模糊推理，綜合選擇最適合的車輛檔位。它包括三個步驟：

1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檔位模型決定預(yù)選檔位

獲得換檔規(guī)律有兩種方法：一是依據(jù)車輛變速理論，它在一定約束條件下，按某個或某些目標(biāo)函數(shù)通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)來獲取換檔規(guī)律；二是通過學(xué)習(xí)優(yōu)秀駕駛員的換檔數(shù)據(jù)，提取最佳換檔規(guī)律。但無論采用這兩種方法中的哪一種，所獲得的換檔規(guī)律都是包含換檔控制參數(shù)與對應(yīng)最佳檔位的一組組離散的數(shù)據(jù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檔位模型駕駛員意圖推理綜合車速v油門開度圖3.9車輛檔位模糊——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)決策方法2022/12/2123哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院（2）車輛檔位模糊——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)決策研究如上圖3.9所即由換檔參數(shù)，，…，至檔位g的對應(yīng)關(guān)系，因此可以看作由輸入?yún)?shù)空間（如車速、油門）到輸出空間（檔位）的非線性映射分類。駕駛員神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出檔位誤差油門開度車速V駕駛員選擇檔位圖3.10駕駛員換檔規(guī)律的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)過程2022/12/2124哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院即由換檔參數(shù)，，…，至檔位g的對應(yīng)關(guān)系，因此可上圖3.10為駕駛員換檔規(guī)律的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檔位模型的輸出個數(shù)選擇等于變速箱的檔位數(shù)，對于5檔的變速箱，模型具有輸出5個信號：，，，，。駕駛員對車輛換檔過程構(gòu)成了復(fù)雜的人機(jī)系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)相當(dāng)于對這一系統(tǒng)的正向逼近（或建模）。在網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練前，先將駕駛員的換檔數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理：包括對車速、油門開度數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化，對駕駛員選擇的檔位信號按表3.1的轉(zhuǎn)換；然后作為輸入輸出樣本對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。由于換檔數(shù)據(jù)可視為輸入?yún)?shù)空間（如車速、油門開度）到輸出空間（檔位）的非線性映射分類，因此網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練中允許存在一定程度的誤差，只要滿足網(wǎng)絡(luò)輸出值，，，，中最大值與樣本中對應(yīng)檔位一致。經(jīng)過學(xué)習(xí)后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檔位模型完全繼承了優(yōu)秀駕駛員的換檔規(guī)律，因此這種換檔規(guī)律也是符合目前車輛狀況的最佳換檔規(guī)律。只要選擇恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)模型、學(xué)習(xí)算法和采用高速數(shù)字信號處理器，就有可能完成學(xué)習(xí)過程。

表3.1訓(xùn)練樣本中檔位信號轉(zhuǎn)換關(guān)系2022/12/2125哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院上圖3.10為駕駛員換檔規(guī)律的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，神經(jīng)通過學(xué)習(xí)后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檔位模型就可以應(yīng)用于自動換檔過程中。網(wǎng)絡(luò)的輸入信號采用與訓(xùn)練是相同的歸一化處理，網(wǎng)絡(luò)輸出值，，，中最大值對應(yīng)的檔位最佳檔位。設(shè)目前車輛運(yùn)行檔位為(i為1，2，3，4，5等)，當(dāng)采集到輸入?yún)?shù)車速v、油門開度后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檔位模型將輸出對應(yīng)的最佳檔位，將作為車輛換檔的預(yù)選檔位。

2）推理駕駛意圖駕駛員對車輛運(yùn)行環(huán)境的判斷及駕駛員的意圖都通過操縱油門踏板體現(xiàn)出來。將駕駛意圖分為減速、保持和加速運(yùn)行三類。這些意圖通過駕駛員油門踏板大小及其變化率體現(xiàn)出來。因此，根據(jù)對駕駛員駕車過程總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，構(gòu)成對駕駛意圖的模糊推理。一般在良好路面下，駕駛員總是使油門踏板開度保持在一定的大小，只在較小范圍變化；只有當(dāng)車輛拐彎或運(yùn)行在起伏路面時，駕駛員確定需要車輛減速、加速時，油門才有較劇烈的變化。定義I表示駕駛員要求車輛加速強(qiáng)度的模糊變量。

00.30.51.0-0.500.5100.51.0I-1ZMBNZPZMB(a)油門踏板(b)踏板變化率(c)駕駛意圖I隸屬度圖3.11各模糊變量2022/12/2126哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院通過學(xué)習(xí)后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檔位模型就可以應(yīng)用于自動換檔過程對于圖3.11所示的模糊變量，根據(jù)這些駕駛經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，制定以下九條推理規(guī)則：ifβ=Zanddβ=NthenI=Mifβ=Zanddβ=ZthenI=Mifβ=Zanddβ=PthenI=Bifβ=Manddβ=NthenI=Zifβ=Manddβ=ZthenI=Mifβ=Manddβ=PthenI=Bifβ=Banddβ=NthenI=Zifβ=Banddβ=ZthenI=Mifβ=Banddβ=PthenI=B對于某一時刻采樣獲得的β，dβ的數(shù)值，經(jīng)過模糊推理后的I值表示了此時駕駛意圖。設(shè)置閾值為d1，d2（d1>d2）。當(dāng)I>=d1，表示駕駛員意圖是使車輛加速；d2<I<d1，表示駕駛員無明顯的加速和減速意圖，稱為保持；I<=d2，表示駕駛員意圖是使車輛加速；2022/12/2127哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院對于圖3.11所示的模糊變量，根據(jù)這些駕駛經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)

3）綜合得到最佳檔位如果I的推理結(jié)果為“保持”，說明駕駛員無明顯的加速或減速意圖，最佳檔位由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出決定，即。如果I的推理結(jié)果為“加速”，當(dāng)，，換為新檔；否則，保持原檔位。如果I的推理結(jié)果為“減速”，當(dāng)，，換為新檔；否則，保持原檔位。②徑向基函數(shù)的學(xué)習(xí)算法徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)RBFN是一個只含一個隱層的三層前向網(wǎng)絡(luò)，其輸入層到隱層按徑向基函數(shù)計(jì)算隱層輸出，從隱層到輸出層按線性網(wǎng)絡(luò)計(jì)算輸出結(jié)點(diǎn)的輸出；它不僅有全局逼近性質(zhì)，而且具有最佳逼近性能，同時訓(xùn)練方法快速，不存在局部最優(yōu)問題。對于圖3.12所示MIMO網(wǎng)絡(luò)，設(shè)是N維輸入向量，，i=1，2，…S，是隱層第i個徑向基函數(shù)中心，是與X同維數(shù)的向量，網(wǎng)絡(luò)有M個輸出.隱層第i結(jié)點(diǎn)的輸出i=1，2，…，S，

其中，表示隱層中心與輸入向量的Euclidean距離;當(dāng)徑向基取為Gaussian函數(shù)時，，i=1，2，…S網(wǎng)絡(luò)的輸出是隱層輸出與連接權(quán)值線性組合，第j個輸出為:

，j=1，2，…M2022/12/2128哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院3）綜合得到最佳檔位i=1，2，…，S，其其中，，圖3.12RBFN網(wǎng)絡(luò)模型RBFN的學(xué)習(xí)分為兩個可相互獨(dú)立兩個階段:隱層中心的學(xué)習(xí)算法和隱層與輸出層間連接權(quán)值的學(xué)習(xí)算法。RBF網(wǎng)絡(luò)的輸出層和隱含層所完成的任務(wù)各不相同，因此它們的學(xué)習(xí)策略也不相同。隱含層是對作用函數(shù)（徑向基函數(shù)）的參數(shù)（中心c，寬度δ）進(jìn)行調(diào)整，采用非線性化策略；輸出層是對線性權(quán)值w進(jìn)行調(diào)整，采用線性化策略。通常采用直接計(jì)算法和自組織學(xué)習(xí)選取RBF中心法。

1）直接計(jì)算法：在此方法中，隱單元RBF的中心是隨機(jī)地在輸入樣本數(shù)據(jù)中選取，且中心固定。當(dāng)RBF的中心確定之后，隱單元的輸出是已知的，網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值就可以通過求解線性方程組確定。但由于采用了固定的RBF中心，隱單元數(shù)目要求很多（比如與訓(xùn)練樣本數(shù)相同），同時也降低了RBF網(wǎng)絡(luò)的逼近能力。2022/12/2129哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院其中，，圖3.12RBFN網(wǎng)絡(luò)模型RBFN的學(xué)

2）自組織學(xué)習(xí)選取RBF中心：此時RBF的中心不固定，隱單元數(shù)目比訓(xùn)練樣本數(shù)目少的多。整個訓(xùn)練過程分為非監(jiān)督學(xué)習(xí)和監(jiān)督學(xué)習(xí)兩個階段?？紤]到需要在線完成換擋規(guī)律的學(xué)習(xí)，采用簡單且很有效的K-means法調(diào)整隱層中心，采用遞推最小二乘算法RLS調(diào)節(jié)權(quán)值。（一）K-means聚類算法是模式識別領(lǐng)域中非監(jiān)督學(xué)習(xí)算法，其原理是首先初始化中心，然后將輸入樣本按最臨近規(guī)則分組，調(diào)整RBF網(wǎng)絡(luò)隱層中心的K-means算法如下：（1）隨機(jī)給出初始中心和初始學(xué)習(xí)率a(0)∈(0，1);對于全部樣本N反復(fù)進(jìn)行以下2、3步驟：

（2）輸入樣本與隱層中心的距離，并找出與樣本k距離最小的中心l：，

1≤i≤S，k=1,2,…N式中，k-——樣本號,N——樣本總數(shù)

i——隱層中心號，S——隱層中心總數(shù)。（3）調(diào)整中心及重新計(jì)算第l結(jié)點(diǎn)的距離：

1≤i≤S，當(dāng)i≠l2022/12/2130哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院2）自組織學(xué)習(xí)選取RBF中心：此時RBF的中心不固定其中，為學(xué)習(xí)率。

（二）RBFN網(wǎng)絡(luò)權(quán)值的遞推最小二乘算法RLS如下:對于多輸入多輸出的RBF網(wǎng)絡(luò)，由上可知網(wǎng)絡(luò)的輸出為

j=1，2，…M

在第n時刻，定義誤差評價函數(shù)為式中，λ稱為遺忘因子，其作用是將過去樣本對當(dāng)前估計(jì)值的影響逐漸忘掉，使估計(jì)值盡量反映當(dāng)前樣本特性，，，分別表示輸出節(jié)點(diǎn)j的誤差、期望輸出和實(shí)際輸出。為了通過訓(xùn)練學(xué)習(xí)來調(diào)整權(quán)值，對評價函數(shù)求導(dǎo)數(shù)，并令其為零，可以得到調(diào)整權(quán)值的遞推最小二乘算法RLS如下：2022/12/2131哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院其中，為學(xué)習(xí)率。（二）R令其中，進(jìn)一步，令，利用矩陣求逆可得遞推公式。（1）給定初始權(quán)值，訓(xùn)練樣本逆相關(guān)陣初始值PSXS(0)和遞推迭代的結(jié)束值，對于輸入的樣本，遞推過程如下:（2）根據(jù)輸入的樣本和調(diào)整好的中心，計(jì)算隱層結(jié)點(diǎn)的輸出，i=1，2，...S（3）計(jì)算增益矩陣其中，λ為遺忘因子。2022/12/2132哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院令其中，進(jìn)一步，令，利用矩陣求逆（4）更新連接權(quán)值，j=1，2，…M其中，誤差,是網(wǎng)絡(luò)輸入樣本時第j個輸出結(jié)點(diǎn)的期望輸出。（5）更新矩陣P（6）誤差評價函數(shù)E(n)，如果E>轉(zhuǎn)（3）繼續(xù)計(jì)算，否則迭代結(jié)束。

2022/12/2133哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院（4）更新連接權(quán)值（6）誤差評價函數(shù)E(n)，如果E>2.電控液力機(jī)械式自動變速器人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動變速研究以裝備有4D180型液力機(jī)械式自動變速器的ZL50C裝載機(jī)為參考，分析了一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）控制的，可以根據(jù)作業(yè)工況實(shí)現(xiàn)工程車輛液力機(jī)械式自動變速器自動換檔的換檔策略。液力機(jī)械式自動變速器中，由于液力變矩器的液力損失，加上駕駛員操縱不當(dāng)，使得變矩器可能經(jīng)常工作在低效率區(qū)，影響了整機(jī)的使用效率，加大了作業(yè)成本，從這種情況下出發(fā)，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模式識別能力，對輸入的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，辨別最佳換檔時刻，確定合適的檔位，從而改變變矩器的工作狀態(tài)，使其工作在高效區(qū)。以此實(shí)現(xiàn)車輛保證動力性的同時兼顧經(jīng)濟(jì)性之操作目的。（1）換檔控制策略4D180型液力機(jī)械式變速器具有前進(jìn)、后退檔位各4個。由裝載機(jī)液力機(jī)械變速器試驗(yàn)結(jié)果，作出了發(fā)動機(jī)與變速器共同工作時的變速器效率與輸出動力的特性曲線，當(dāng)發(fā)動機(jī)油門開度一定時，即發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)速一定時，液力機(jī)械式變速器升檔時各檔位效率和輸出轉(zhuǎn)矩的統(tǒng)計(jì)特性如圖3.13所示。效率η/%040080012001600200020406080IIIIIIIV02022/12/2134哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院2.電控液力機(jī)械式自動變速器人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動變速研究效率η輸出轉(zhuǎn)矩/kN.m1234IIIIIIIV00480800120016002000液力機(jī)械變速器輸出轉(zhuǎn)速/圖3.134D180型液力機(jī)械式變速器輸出轉(zhuǎn)速/（2）控制原理在不同的油門開度下將相鄰兩檔的換檔點(diǎn)連結(jié)起來形成換檔線，這樣有3條換檔線將整個工作區(qū)分為4個檔位區(qū)，當(dāng)工作點(diǎn)通過該線時，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)換檔。應(yīng)用具有誤差反向傳播的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以識別出系統(tǒng)工作點(diǎn)所在的檔位區(qū)，從而進(jìn)行換檔操作。由于實(shí)際換檔時有“速差”存在，即系統(tǒng)升檔與降檔曲線不重合，這樣就應(yīng)該有2個網(wǎng)絡(luò)分別識別升、降檔狀態(tài)。升、降檔網(wǎng)絡(luò)都采用3-7-3BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即輸入層3個節(jié)點(diǎn)，輸入油門、車速、加速度信號，中間隱層7個節(jié)點(diǎn)，輸出層3個節(jié)點(diǎn)，輸出3位檔位編碼。隱層的節(jié)點(diǎn)k的輸出2022/12/2135哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院輸出轉(zhuǎn)矩/kN.m1234IIIIIIIV004808001式中:為連接隱層第k節(jié)點(diǎn)和輸入層的權(quán)向量，，k=1，2，…，7；θ為隱層的閾值向量，；x為網(wǎng)絡(luò)的輸入向量，。輸出層的輸出形式與隱層類似。給定輸入輸出樣本(X，Y)，權(quán)值按下式調(diào)整式中:為各層的輸入向量;為學(xué)習(xí)率。使得誤差最小，式中:Y為網(wǎng)絡(luò)希望輸出，。對于輸出層對于隱層式中:Φ′為函數(shù)對其自變量的導(dǎo)數(shù)。閾值的調(diào)整具有和權(quán)值類似的形式。設(shè)定檔位編碼Yi(out)=000、001、010、100，i=1、2、3、4分別代表I、II、III、IV檔。利用合適的輸入輸出樣本訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)的權(quán)、閾值，然后，任給一個測試數(shù)據(jù)x，網(wǎng)絡(luò)將輸出這個數(shù)據(jù)的中心，通過判斷它到各個檔位編碼的歐氏距離，實(shí)現(xiàn)了對輸入數(shù)據(jù)分類。2022/12/2136哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院式中:為連接隱層第k節(jié)點(diǎn)和輸入層的權(quán)向量，（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用離線訓(xùn)練的方式，即運(yùn)行整車模型，利用它產(chǎn)生的工作信號（油門開度、車速、加速度），由函數(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練運(yùn)算，然后將訓(xùn)練好的前、后檔網(wǎng)絡(luò)權(quán)值、閾值存入相應(yīng)的控制器模型?？刂破骺筛鶕?jù)工況正確識別換檔點(diǎn)，通過換檔使變速器工作在各檔高效率區(qū)。3.電控機(jī)械式無級變速器的模糊控制策略

無級變速傳動是汽車?yán)硐氲膫鲃臃绞?，使各國研究者和汽車公司研究的重點(diǎn)。金屬帶式無級變速器的出現(xiàn)和電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用，使得轎車無級變速迅速發(fā)展。金屬帶式無級變速器使發(fā)動機(jī)輸出功率和路面行駛阻力達(dá)到動態(tài)匹配，使發(fā)動機(jī)穩(wěn)定在最佳工作點(diǎn)，即經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速下工作，節(jié)油率在10%以上。即使無級變速器由于靠摩擦傳動，效率較低，但具有傳動比連續(xù)、傳動動力平穩(wěn)、操縱動力平穩(wěn)，操縱方便等特點(diǎn)。因此，只要內(nèi)燃機(jī)仍作為車用發(fā)動機(jī)，開發(fā)無級變速傳動將是必然的趨勢。無級變速控制包括速比控制和線壓控制。速比控制要求在所有行駛路況下汽車行使性能達(dá)到最優(yōu)，通過控制CVT的傳動比克保證發(fā)動機(jī)在理想的工作線上運(yùn)行；線壓控制則要求系統(tǒng)壓力與傳遞力矩之間相適應(yīng)，提高無級變速系統(tǒng)的效率。為了使發(fā)動機(jī)在所有行使路況下性能達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，研究以模糊控制算法為基礎(chǔ)的電液控制系統(tǒng)，電液無級變速系統(tǒng)可以很好地適應(yīng)各種行使路況，克服功率不足，平滑性差等缺點(diǎn)。（1）電液控制系統(tǒng)工作原理①無級傳動原理金屬帶式無級變速器屬于摩擦式無級變速器，其無級變速系統(tǒng)由成V型槽的主動錐盤、從動錐盤以及金屬傳動帶構(gòu)成。主從錐盤均為組合結(jié)構(gòu)，一端固定，另一端可軸向移動，2個軸向移動錐盤分別由2022/12/2137哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練3.電控機(jī)械式無級變速器的模糊控制策略液壓缸驅(qū)動。調(diào)節(jié)兩錐盤的軸向作用力，金屬傳動帶即在主從動錐盤間徑向移動，主從動錐盤的作用半徑相應(yīng)地發(fā)生變化，無級地改變了系統(tǒng)的傳動比。②控制系統(tǒng)原理

控制系統(tǒng)原理見下圖3.14。發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)傳感器傳動傳感器電子控制壓力傳感器從動輪主動輪液壓缸駕駛員意圖顯示圖3.14控制系統(tǒng)圖2022/12/2138哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院液壓缸驅(qū)動。調(diào)節(jié)兩錐盤的軸向作用力，金屬傳動帶即在主從動錐盤（2）模糊控制算法的實(shí)現(xiàn)①模糊控制算法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一個模糊控制器以實(shí)現(xiàn)語言控制，必須解決模糊控制器結(jié)構(gòu)的3個方面的問題:①精確量的模糊化，把語言變量的語言值化為某適當(dāng)論域上的模糊子集；②模糊控制算法的設(shè)計(jì)，通過一組模糊條件語句構(gòu)成模糊控制規(guī)則，并計(jì)算模糊控制規(guī)則決定的模糊關(guān)系；③輸出信息的模糊判決，并完成由模糊到精確量的轉(zhuǎn)化。模糊化模糊控制算法模糊判決被控對象YUEECesC圖3.15含模糊控制器的系統(tǒng)框圖具有上述模糊控制器的系統(tǒng)方程框圖見圖3.15。圖中s為系統(tǒng)設(shè)定值(精確量)，e、C分別為系統(tǒng)誤差和誤差變化率(精確量)，E、EC分別為反映系統(tǒng)誤差和誤差變化的語言變量的模糊集合(模糊量)，U為模糊控制器輸出的控制作用(精確量)，Y為系統(tǒng)輸出(精確量)。②模糊信息相對于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的控制區(qū)域內(nèi)，將描述轉(zhuǎn)速偏差的語言變量E、偏差變化率C以及轉(zhuǎn)速補(bǔ)償?shù)恼Z言2022/12/2139哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院（2）模糊控制算法的實(shí)現(xiàn)模糊模糊模糊被變量E、偏差變化率C以及轉(zhuǎn)速補(bǔ)償?shù)恼Z言變量U劃分為如下7個最優(yōu)模糊區(qū):正大(PB)——在控制區(qū)域內(nèi)靠近上邊界附近;負(fù)大(NB)——在控制區(qū)域內(nèi)靠近下邊界附近;零(ZE)——在控制區(qū)域中心左右;正中(PM)、正小(PS)——依次介于PB和ZE之間，負(fù)中(NM)、負(fù)小(NS)——依次介于NB和ZE之間。語言變量的論域分別為E={-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6}C={-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6}U={-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6，+7}③模糊控制規(guī)則模糊控制規(guī)則是建立在具體過程行為規(guī)律的基礎(chǔ)上，憑借人的知識和經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)和提煉，制定出的推理語言式控制策略，其特點(diǎn)是將注意力只集中在被控效果上，依據(jù)人對過程規(guī)律經(jīng)驗(yàn)上的把握，達(dá)到對目標(biāo)的精確控制。根據(jù)無級變速器控制特點(diǎn)及操作者的操作經(jīng)驗(yàn)得到以下事實(shí):（1）若偏差e小，選取控制量要注意防止超調(diào)，以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主要出發(fā)點(diǎn)；（2）若偏差e大，選取控制量要以盡快消除誤差為主。無級變速器液壓系統(tǒng)模糊控制規(guī)則見表3.1，用該表就可以根據(jù)偏差E及其變化率C來決定無級變速器液壓系統(tǒng)的補(bǔ)償量U。2022/12/2140哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院變量E、偏差變化率C以及轉(zhuǎn)速補(bǔ)償?shù)恼Z言變量U劃分為如下7個最表3.1模糊控制規(guī)則2022/12/2141哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院表3.1模糊控制規(guī)則2022/12/1841哈爾濱工業(yè)大第三章智能電控自動變速器換檔策略研究一.簡介１．國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀在國外，自動變速器的研究始于汽車。1985年，日本五十鈴公司率先研制成功NAVI-5型全自動機(jī)械式變速器，并裝于飛鳥(ASKA)轎車，投放市場獲得成功。此后，美國的福特(FORD)公司、法國雷諾(RENAULT)公司、意大利的菲亞特(FIAT)公司都相繼開發(fā)了這種變速器，全自動AMT已進(jìn)入產(chǎn)品化和實(shí)用化階段。由于自動換擋和起步時都受到環(huán)境、駕駛員駕駛水平和車況等因素的影響，日本的五十鈴(ISUZU)、尼桑(NISSAN)等開始采用模糊推理的智能化方法進(jìn)行此方面的研究，包括模糊換擋策略和離合器接合速度的模糊控制。三菱公司新的自動變速車“FuzzyShift4AT”在自動變速系統(tǒng)中加入了“模糊控制”的概念。在工程機(jī)械領(lǐng)域，日本川崎重工公司開發(fā)的輪式裝載機(jī)KLD97ZIII匹配15ZIII自動換擋變速器。意大利薩姆(SAME)公司Rubin系列拖拉機(jī)采用了全自動換擋變速箱，美國卡特彼勒(CATERPILLAR)公司的Challenger35/45/55橡膠履帶拖拉機(jī)從第10擋至第16擋可以實(shí)現(xiàn)自動換擋。在國內(nèi)，吉林大學(xué)、北京理工大學(xué)、重慶醫(yī)療機(jī)械工業(yè)公司等多家單位均在自動變速器的研究方面取得了科研成果。其中，吉林大學(xué)率先將智能控制理論應(yīng)用到工程機(jī)械中，對工程機(jī)械模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檔位控制進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研制出推土機(jī)的模糊換擋系統(tǒng)并進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)；對輪式裝載機(jī)的模糊換擋策略也進(jìn)行了研究。1998年8月吉林大學(xué)自主研制桑塔納2000AMT樣車通過了國家鑒定，目前正進(jìn)一步加強(qiáng)系統(tǒng)可靠性等方面的研究。神龍公司也向市場投放了裝備進(jìn)口AL4智能型自動變速器的富康988“領(lǐng)導(dǎo)者”以及富康1.6L轎車，它們采用了模糊控制理論和動力傳動系統(tǒng)綜合控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能化控制，電子控制單元有10種換擋規(guī)律，按需分別調(diào)用幾種換擋規(guī)律或同時或交替工作，共同控制變速器的狀態(tài)。

2022/12/2142哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院第三章智能電控自動變速器換檔策略研究2022/12/18２．自動換擋規(guī)律研究展望隨著自動變速器換擋規(guī)律在使用中出現(xiàn)的問題和智能控制理論的迅速發(fā)展以及人們對車輛性能要求的提高，各種最新的監(jiān)測、控制技術(shù)將不斷引入車輛領(lǐng)域，以改善自動變速器的性能，使檔位決策、換擋控制與車輛、環(huán)境和駕駛員意圖相適應(yīng)。在已有智能控制理論與車輛工程相結(jié)合的基礎(chǔ)上，運(yùn)用最新的智能控制理論修正傳統(tǒng)的二參數(shù)、三參數(shù)換擋規(guī)律，使車輛換擋更加經(jīng)濟(jì)、可靠；將模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)及混沌理論等新學(xué)科單獨(dú)或者結(jié)合使用，以擴(kuò)大處理信息的范圍和能力，進(jìn)行綜合控制，形成綜合智能控制換擋規(guī)律。所有這些都將大大提高自動換擋的穩(wěn)定性和智能化水平，將成為未來研究的熱點(diǎn)．

二．自動變速器的基本組成與工作原理１．基本組成

電子控制自動變速器一般由液力變矩器、行星輪變速器、電子控制系統(tǒng)3部分組成。

液力變矩器通常由與發(fā)動機(jī)飛輪連接的泵輪、與變速器輸入軸連接的渦輪及與單向離合器連接的導(dǎo)輪組成，其主要作用是通過油液的運(yùn)動傳遞動力并在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)降速增扭、無級變速。行星輪變速器是由一系列的行星齒輪系、液壓離合器與制動器組成的有級式的變速器，該變速器易于通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動換檔，并且與液力變矩器配合可在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級變速

。電子控制系統(tǒng)由反應(yīng)汽車工況的傳感器、自動變速器控制電腦、變速電磁閥及換檔離合器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，其主要功用是由自動變速器控制電腦根據(jù)傳感器反應(yīng)的車況信息進(jìn)行自動運(yùn)算和判斷，發(fā)出科學(xué)的換檔指令到換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)自動換檔變速。２．工作原理如圖3.1所示，電子控制式自動變速器是通過傳感器裝置將汽車的運(yùn)行工況轉(zhuǎn)化為電信號，并通2022/12/2143哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院２．自動換擋規(guī)律研究展望2022/12/182哈爾濱工業(yè)大學(xué)過自動變速器電腦對電信號處理，然后輸出控制指令給相應(yīng)的電磁閥，來實(shí)現(xiàn)變速器的換檔操作。發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)電腦節(jié)氣門位置傳感器車速傳感器冷卻水溫傳感器變速器油溫傳感器發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器檔次開關(guān)制動燈開關(guān)模式選擇開關(guān)自動變速閥體電磁閥自動變速器電腦行星齒輪變速器液力變矩器圖3.1電子控制式自動變速器的工作原理2022/12/2144哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院過自動變速器電腦對電信號處理，然后輸出控制指令給相應(yīng)的電磁閥（１）功率流傳遞路線汽車發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率流通過液力變矩器的一次放大（可達(dá)到2-4倍）后，傳給行星輪變速器進(jìn)行有級變速，然后通過輸出軸傳到驅(qū)動橋；其中液力變矩器可在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級變速，根據(jù)汽車的行駛阻力及車速自動調(diào)整負(fù)荷。

（２）傳感器監(jiān)測的主要信息

1）節(jié)氣門位置傳感器反應(yīng)節(jié)氣門的開度大小的比例，該信息與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速汽車行駛速度等參數(shù)配合提供電腦換檔的決策依據(jù)；2）車速傳感器反應(yīng)汽車的行駛速度；3）發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器反應(yīng)發(fā)動機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)速度；4）冷卻水溫傳感器反應(yīng)發(fā)動機(jī)熱平衡狀況信息，水溫較低時不適宜加檔，應(yīng)在低負(fù)荷下繼續(xù)預(yù)熱；5）變速器油溫傳感器反應(yīng)變速器潤滑油熱平衡狀況，其是控制散熱器的散熱強(qiáng)度的依據(jù)；6）檔位開關(guān)反應(yīng)駕駛?cè)藛T的意圖并間接反應(yīng)出道路情況，自動變速器仍然需要將變速手柄置于某一確定的位置（至少分為前進(jìn)、倒退、空位等）；7）模式選擇開關(guān)決定汽車行駛的基本模式：是以經(jīng)濟(jì)車速行駛還是以高動力性行駛；8）制動燈開關(guān)，反應(yīng)汽車是否處于制動狀態(tài)，決定發(fā)動機(jī)工況及各傳動部件的工況；2022/12/2145哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院（１）功率流傳遞路線2022/12/184哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威（３）自動變速系統(tǒng)的控制內(nèi)容

1）檔位控制：當(dāng)變速手柄在前進(jìn)檔時，自動變速器電腦根據(jù)汽車行駛情況選擇最佳的時刻換到最合適的檔位，以使汽車充分發(fā)揮動力性和經(jīng)濟(jì)性；2）變速液壓系統(tǒng)的油壓控制：自動變速器電腦根據(jù)汽車的工況需要調(diào)整液壓系統(tǒng)的壓力，以達(dá)到既減少能耗，又滿足傳遞功率流的需要，同時保證換檔平穩(wěn)無沖擊；3）發(fā)動機(jī)控制：自動換檔過程中，自動變速器電腦通知發(fā)動機(jī)電腦適當(dāng)減小噴油量，保證換檔平穩(wěn)；特殊路況下需發(fā)動機(jī)制動汽車運(yùn)行時，自動變速器電腦發(fā)出信號使發(fā)動機(jī)與變速器強(qiáng)制連接（通過強(qiáng)制離合器），以實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的制動效果。高檔低檔50%100%車速加速時的升檔規(guī)律加速時的降檔規(guī)律節(jié)氣門開度圖3.2自動換檔圖2022/12/2146哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院（３）自動變速系統(tǒng)的控制內(nèi)容高檔低檔50%100%車速加速（４）自動變速的控制原理

1）自動換檔的決策模型：如圖3.2所示，汽車換檔的主要決定因素是節(jié)氣門開度和汽車行駛速度，當(dāng)汽車在某一節(jié)氣門開度下，車速上升達(dá)到升檔規(guī)律線時，則自動變速器電腦發(fā)出升檔指令使自動變速器實(shí)現(xiàn)升檔操作；反之，車速下降達(dá)到降檔規(guī)律線時，則自動變速器電腦發(fā)出降檔指令使自動變速器實(shí)現(xiàn)降檔操作，該模型也稱為自動換檔圖。

2）自動換檔的控制過程：如圖3.3所示，自動變速電腦根據(jù)汽車檔位開關(guān)及換檔模式開關(guān)的信息決定選擇相應(yīng)的自動換檔圖，然后按節(jié)氣門位置傳感器及車速傳感器檢測到的信息進(jìn)行判斷得出結(jié)果，最后向換檔電磁閥發(fā)出換檔指令。

2022/12/2147哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院（４）自動變速的控制原理2022/12/186哈爾濱工業(yè)大檔位開關(guān)和換檔模式選擇開關(guān)選擇自動換檔圖車速判斷車速傳感器節(jié)氣門位置傳感器換檔電池閥節(jié)氣門位置傳感器圖3.3自動換檔控制過程2022/12/2148哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院檔位開關(guān)和換檔模式選擇開關(guān)選擇自動換檔圖車速判斷車速傳感器節(jié)三.當(dāng)前檔位決策方法及其局限性1．傳統(tǒng)換檔規(guī)律

（１）單參數(shù)換檔規(guī)律汽車用單參數(shù)換檔規(guī)律一般選擇相對穩(wěn)定的車速作為控制參數(shù)。國外大功率拖拉機(jī)以發(fā)動機(jī)速n來限定。如圖3.4所示,當(dāng)車速達(dá)到時升入2擋；反之，當(dāng)車速降至?xí)r換回到1擋。和之間是兩檔均可能出現(xiàn)的工作區(qū),這種在控制參數(shù)相同的情況下，升擋和降擋的時刻不同，降擋時刻較升擋時刻晚的現(xiàn)象稱為降擋重疊或降擋延遲。其作用是:1）換入新?lián)鹾?不會因油門的振動或車速引起的輕度變化,而重新?lián)Q回原來擋位,保證換擋過程的穩(wěn)定性。2）有利于減小換擋循環(huán),防止控制系統(tǒng)元件的加速磨損,并防止乘坐舒適性的降低。1212降檔升檔Vaa油門開度n發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速v車速圖3.4單參數(shù)換檔規(guī)律2022/12/2149哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院三.當(dāng)前檔位決策方法及其局限性1212降檔升檔Vaa油門開單參數(shù)換擋規(guī)律結(jié)構(gòu)簡單,但無論油門開度如何變化,換擋點(diǎn)、換擋延遲大小都不變,不能實(shí)現(xiàn)駕駛員干預(yù)換擋。為了保證動力性，一般把升檔點(diǎn)設(shè)計(jì)在發(fā)動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，而不考慮車輛的功率需求狀況。這將造成車輛在小油門開度行駛時，也需要達(dá)到最高轉(zhuǎn)速才能換檔，故換檔過程中不僅噪聲較大，機(jī)件的磨損也較大，因此這種換檔規(guī)律是不合理的。此外，這種單參數(shù)的系統(tǒng)也難以兼顧車輛動力性和經(jīng)濟(jì)性的要求,故目前已很少采用。（２）二參數(shù)換擋規(guī)律二參數(shù)換擋規(guī)律克服了單參數(shù)換擋規(guī)律的缺點(diǎn),其控制參數(shù)類型有車速與油門開度、液力變矩器泵輪轉(zhuǎn)速與渦輪轉(zhuǎn)速、車速與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩等,但當(dāng)前采用最多的形式仍為車速與油門開度。如下圖3.5所示，根據(jù)降擋延遲的不同可劃分為以下幾種：1）等延遲型其降擋延遲的大小不隨油門開度變化，但可實(shí)現(xiàn)駕駛員的干預(yù)，在小油門時可提前換入高檔，即減小發(fā)動機(jī)噪聲，又可延遲換回低檔，改善了燃油經(jīng)濟(jì)性。2）發(fā)散型其降擋延遲的大小隨油門開度增大而增大，特點(diǎn)是：大油門升檔時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高，接近最大功率點(diǎn)，動力性好，換檔延遲大，減少了換檔次數(shù)，提高了舒適性。但大油門升檔時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速要降的很低，降低時大，功率利用差，故該型使用于功率大的轎車上。3）收斂型其降擋延遲隨油門開度增大而減小，呈收斂狀分布，特點(diǎn)是：在大油門換檔延遲最小，小，所以升檔時有較好的功率利用，動力性好。減小油門時，增大，避免了過多換檔，且發(fā)動機(jī)可在較低轉(zhuǎn)速下工作，燃料經(jīng)濟(jì)性好，噪聲低，行駛平穩(wěn)舒適，常用于貨車上。4）組合型它由兩段或多段不同類型的變化規(guī)律組合而成,優(yōu)點(diǎn)是便于在不同油門下獲得不同的車輛性能，小油門時舒適、穩(wěn)定、污染少；中油門時經(jīng)濟(jì)性好；大油門時動力性好。實(shí)際車輛一般用組2022/12/2150哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院單參數(shù)換擋規(guī)律結(jié)構(gòu)簡單,但無論油門開度如何變化,換擋合型。a/%V,(a)等延遲型a/%V,(c)發(fā)散型a/%V,(b)收斂型a/%V,(d)組合型圖3.4兩參數(shù)換檔規(guī)律2022/12/2151哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院合型。a/%V,(a)等延遲型a/%V,(c)發(fā)散型兩參數(shù)換檔規(guī)律的特點(diǎn)是：當(dāng)油門開度較小、發(fā)動機(jī)負(fù)荷較小時，換檔點(diǎn)的車速較低；而油門開度增大、發(fā)動機(jī)負(fù)荷較大時，換檔點(diǎn)的車速也較大。這種換檔規(guī)律提供了駕駛員干預(yù)換檔的可能性，可提前實(shí)現(xiàn)升檔和換檔，以此來反映駕駛員的意圖。在車輛穩(wěn)定行駛的前提下，能夠按照預(yù)先設(shè)定的動力型或經(jīng)濟(jì)型換檔規(guī)律進(jìn)行換檔，能夠滿足對車輛最佳動力性或最佳經(jīng)濟(jì)性的要求。二參數(shù)換擋規(guī)律已被廣泛應(yīng)用于轎車、貨車等車輛上。（３）動態(tài)三參數(shù)換擋規(guī)律

根據(jù)優(yōu)化計(jì)算時所選取得目標(biāo)函數(shù)的不同分為最佳動力性動態(tài)三參數(shù)換擋規(guī)律和最佳燃油經(jīng)濟(jì)性動態(tài)三參數(shù)換擋規(guī)律兩種基本類型:

①最佳動力性換檔規(guī)律。由汽車?yán)碚撝嚨男旭偡匠淌綖?/p>

或由汽車?yán)碚撝?，發(fā)動機(jī)扭矩，可用二次曲線擬合，則（3.1）另外，滾動阻力系數(shù)為：因此，由汽車行駛方程（3.1）式得：f=f(V)

2022/12/2152哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院兩參數(shù)換檔規(guī)律的特點(diǎn)是：當(dāng)油門開度較小、發(fā)動機(jī)負(fù)荷較（3.2）（3.3）最佳動力性換檔應(yīng)該是在同一油門開度下相鄰兩檔加速曲線的交點(diǎn)處換檔，即

（3.4）根據(jù)（3.2）、（3.3）以及（3.4）的三式，可得上式的解中為正值，且之根即為最佳換檔時刻所對應(yīng)的車速。

②最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律它的目標(biāo)函數(shù)是在某一油門開度下，汽車從原地起步連續(xù)換I檔加速至某一要求車速T時，總的油耗Q應(yīng)最小。由汽車?yán)碚撝?022/12/2153哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院（3.2）（3.3）最佳動力性換檔應(yīng)該是在同一油門開考慮到于是根據(jù)汽車?yán)碚撝?，發(fā)動機(jī)的動態(tài)小時油耗是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)，一般可擬合為三次多項(xiàng)式，即：

欲使加速油耗Q為最小，這是一個求極值的問題。令，則

再由式（3.2）和（3.3）可知：

2022/12/2154哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院考慮到于是根據(jù)汽車?yán)碚撝傻檬街?、、、、、為轉(zhuǎn)換系數(shù)，由移項(xiàng)、并項(xiàng)后求得。解出上式的根，即為加速時保證車輛最佳燃料經(jīng)濟(jì)性的相鄰兩檔n與（n+1）之間的最佳換檔點(diǎn)車速。同理，可求出其它油門開度及換檔點(diǎn)車速。2.基于模糊邏輯和專家知識的檔位決策方法隨著智能控制理論的發(fā)展,出現(xiàn)了綜合利用道路環(huán)境、駕駛員的操作特點(diǎn)、車輛的運(yùn)行狀況等信息的模糊邏輯檔位決策方法,其結(jié)構(gòu)原理如圖3.5所示。其工作原理是采集系統(tǒng)采集車輛運(yùn)行狀況和駕駛員的操作信息,由模糊推理Ⅰ判斷出駕駛員的操作意圖，如加速、超車、制動減速等。模糊推理Ⅱ判斷出路面狀況,如坡道、彎道等。模糊推理Ⅲ根據(jù)上述的推理結(jié)論和專家經(jīng)驗(yàn)知識輸出一個相應(yīng)檔位，是否換檔由約束條件來決定。三菱公司研制的模糊換檔系統(tǒng)，可以模仿優(yōu)秀駕駛員的駕駛經(jīng)驗(yàn)，在下坡或彎道行駛時，謹(jǐn)慎降速換檔，并且在彎道上或當(dāng)駕駛員踩加速踏板時，還避免了汽車不恰當(dāng)?shù)募铀贀Q檔。采用這種技術(shù)后可以節(jié)省燃油12%-17%。在特定的路面上(如彎道、坡道等),模糊邏輯的檔位決策方法能夠充分體現(xiàn)出駕駛員的意圖，符合在同一路面條件下駕駛員的實(shí)際操作過程，有效解決了頻繁和意外換檔問題。但在良好路面上,其給出的檔位就不是最佳的。再有,這種檔位決策方法是基于統(tǒng)計(jì)和分析意義上的，模糊換檔規(guī)則庫和知識庫的建立要咨詢大量有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員和專家，所形成的換檔規(guī)律不可能覆蓋車輛使用過程中的所有工況。因此，這種方法在解決傳統(tǒng)換檔規(guī)律存在的問題時也喪失了傳統(tǒng)換檔規(guī)律的一些優(yōu)勢。

2022/12/2155哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院可得式中、、、、車輛采集系統(tǒng)車速檔位油門制動器方向盤駕駛員意圖模糊推理I模糊推理II專家知識模糊推理約束條件檔位圖3.4模糊邏輯檔位決策系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖2022/12/2156哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院車采車速駕駛員意圖模糊推理I模糊推理II專家知識模糊推理約束四.智能化檔位決策方法綜述智能檔位決策主要有兩種：一是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，二是基于模糊邏輯的綜合能力。1.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能檔位決策方法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自適應(yīng)性，它可以被訓(xùn)練，網(wǎng)絡(luò)在訓(xùn)練過程中學(xué)習(xí)并記住經(jīng)驗(yàn)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)本身就決定了它是大規(guī)模并行機(jī)制，以數(shù)據(jù)作為驅(qū)動，擅長通過大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和發(fā)現(xiàn)模式或規(guī)律。因此，從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的角度看，車輛的最佳換檔問題，是一個非線性映射分類問題。可以直接用駕駛員換檔時所獲得的數(shù)據(jù)對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行離線訓(xùn)練，也可以如圖3.5所示，讓網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)駕駛員的最佳換檔點(diǎn)，使自動變速系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)的能力。駕駛員神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)車速油門開度制動程度轉(zhuǎn)向角度12341000010000100001檔位誤差圖3.5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檔位決策原理圖2022/12/2157哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院四.智能化檔位決策方法綜述駕神車速油門開度制動程度轉(zhuǎn)向角度在實(shí)際工程應(yīng)用方面，三菱汽車公司率先應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)邏輯電路成功開發(fā)了能最優(yōu)選擇變速檔位的ＩＮＶＥＣＳⅡ型軟件系統(tǒng).該系統(tǒng)增加了坡道、彎道以及制動器操作等信息，可以對上坡、下坡、彎曲路段進(jìn)行檢測，以適應(yīng)各種路況的變化。例如，當(dāng)車輛下坡時，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)能使車輛自動從4檔降到3檔、2檔，逐漸向發(fā)動機(jī)制動狀態(tài)過渡；而在上坡或彎曲道路行駛時，避免了高、低檔間的循環(huán)換檔，提高了最佳變速操作和行駛的舒適性.在該系統(tǒng)基礎(chǔ)上，又開發(fā)了最優(yōu)控制和學(xué)習(xí)控制兩大功能(如圖3.6所示)。最優(yōu)控制是以多數(shù)駕駛員在各種不同的道路條件下，手動變速操作信息(油門開度、車速、制動程度、轉(zhuǎn)向角)作為輸入，由微機(jī)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)邏輯電路根據(jù)車輛的運(yùn)行狀況和道路條件輸出最佳檔位，從而進(jìn)行最優(yōu)控制。道路條件運(yùn)行情況多數(shù)駕駛員操縱特性單個駕駛員操縱特性車速油門開度制動程度轉(zhuǎn)向角度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)控制學(xué)習(xí)控制最佳檔位適應(yīng)個性的檔位圖3.6神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能換檔系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖不同的駕駛員具有不同駕駛風(fēng)格，這就要求自動變速系統(tǒng)應(yīng)對不同的駕駛員具有適應(yīng)性，即根據(jù)不同的駕駛風(fēng)格選擇不同的最佳換檔點(diǎn)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)控制功能不但能完成上述任務(wù)，而且進(jìn)一步擴(kuò)大了自動變速器的使用范圍。它能根據(jù)行駛過程中輸入的信息，由微機(jī)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)邏輯電路判斷每個駕駛員的駕駛風(fēng)格和習(xí)慣，自動修正變速時間和換檔點(diǎn)，所以不同類型的駕駛員都能對車輛進(jìn)行良好的操縱。2022/12/2158哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院在實(shí)際工程應(yīng)用方面，三菱汽車公司率先應(yīng)用神經(jīng)2.模糊邏輯綜合智能檔位決策方法

自動變速車輛的檔位決策必須綜合考慮車輛的行駛狀況、道路環(huán)境以及駕駛員的操作意圖等3方面的信息，即車輛必須具有模仿優(yōu)秀駕駛員的檔位決策能力。圖3.7所示為一種模糊綜合智能化的檔位決策結(jié)構(gòu)原理圖。

車速油門開度油門