基于H∞濾波的傳動力矩估計

李學軍，穆宏慧，盧星如

(1.長春科技學院 信息工程學院，長春 130022； 2.吉林農業大學 工程技術學院，長春 130117)

基于H∞濾波的傳動力矩估計

李學軍1，穆宏慧1，盧星如2

(1.長春科技學院 信息工程學院，長春 130022； 2.吉林農業大學 工程技術學院，長春 130117)

針對發動機傳動系力矩無法直接測量問題，提出基動力學分析方法，建立傳動系扭矩估計系統數學模型，針對未建模動態和參數蠕變等不確定因素，設計H∞濾波器估計傳動系的輸出力矩，仿真結果表明，設計的H∞濾波器能有效模擬傳動系力矩的變化趨勢。

力矩估計；H∞濾波器；建模

車輛起步過程中，發動機扭矩和離合器扭矩的協調控制是車輛平穩、快速運行的關鍵[1]。發動機扭矩通常采取與發動機控制器(ECU)通信或對試驗數據進行處理的方法獲取[1]。由于離合器工作過程存在很強的非線性和參數蠕變，且傳動系轉矩測量系統成本高和安裝條件有限，使得離合器扭矩無法直接測量。為實現發動機扭矩和離合器扭矩的直接控制[2]，目前常采用各種估計方法或設計觀測器估計離合器傳遞扭矩[3-4]。文獻[1，4]基于離合器動力學模型設計Kalman濾波器估計離合器輸出扭矩，利用成熟的Kalman濾波方法估計包含離合器扭矩在內的狀態變量。文獻[5]將模型誤差視為系統輸入，在ISS框架下設計降維的非線性觀測器。本文基于動力傳動系統動力學分析方法，建立傳動系扭矩估計系統模型，考慮未建模動態和參數蠕變等不確定因素，設計H∞濾波器估計傳動系的輸出力矩，采用Matlab仿真驗證本文方法在估計傳動力矩的有效性。

1 傳動系建模

車輛傳動系主要部件包括離合器、變速箱、傳動軸、差速器和半軸。傳動系系統在建模過程中，很多文獻將傳動系簡化為彈簧—雙轉動慣量系統來研究[5]。基于動力傳動系統動力學分析方法，假設傳動軸是剛性體，變速器、主傳動和輪邊減速模型簡化為轉速比增矩的結構，驅動軸是簡化為彈簧—雙轉動慣量系統，得到傳動系動力學方程為：

(1)

(2)

狀態矩陣和輸入矩陣、干擾矩陣分別為：

2 傳動系力矩估計與仿真

設計H濾波器的狀態空間描述為：

(3)

(4)

確定濾波器參數的原則是誤差系統的‖Tew‖小于給定的一個正數γ。 該原則轉化為求解下列矩陣不等式的解：

(5)

以一款GDI發動機為例，其功率為160 kW，轉速3 000 r/min，變矩系數為3，傳動比約為4.3、2.3、1.2、0.7，主傳動比為23，驅動剛度約為400 Nm/deg。采用本文提出的H濾波器估計傳動系輸出力矩。圖1給出發動機電子節門開度，等效為發動機輸出力矩。采用Matlab仿真軟件，搭建估計系統，傳動系輸出力矩估計值如圖2所示。圖2中黑色實線為實驗獲取的實際輸出扭矩。由仿真結果可知，仿真曲線和實際曲線的變化趨勢相同且相近，存在的偏差不顯著，對于預測傳動系的運動狀態是有效的。

圖1 電子節氣門開度Fig.1 Electronic throttle opening

圖2 仿真曲線Fig.2 Simulation curve

3 結語

本文基于動力傳動系統動力學分析方法，建立傳動系扭矩估計系統模型，考慮建模過程忽略的非線性和參數蠕變等帶來的未建模不確定因素，設計H∞濾波器估計傳動系的輸出力矩，采用Matlab仿真驗證本文方法在估計傳動力矩的有效性。

[1] 鄔學斌，張欣，陳宏偉.基于Kalman濾波的AMT車輛起步時離合器傳遞扭矩估計[J].汽車安全與節能學報，2015，6(3)：224-229.

[2] Bin Wang，Bingzhao Gao，Hong Chen.Adaptive Optimal Control of Starting-up of Automated Manual Transmission[C]//Proceeding of the 11th World Congress on Intelligent Control and Automation (WCICA)，Shenyang，China，June 29 - July 4，2014.

[3] 萬國強.換擋過程動力傳動系統協調控制[D].北京：北京理工大學，2012.

[4] 高炳釗.汽車動力傳動系的若干非線性估計與控制研究[D].長春：吉林大學，2009.

[5] 胡彥超.工程車輛動力傳動系系統的建模與仿真[D].長春：吉林大學，2005.

Transmission torque estimation based onH∞filter

LI Xue-jun1, MU Hong-hui1, LU Xing-ru2

(1. School of Information Engineering, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022, China; 2. College of Engineering and Technology, Jilin Agricultural University, Changchun 130117, China)

Aiming at the problem that the torque of engine transmission system can not be directly measured, the basic dynamic analysis method is put forward to establish the mathematical model of the torque estimation system of the driveline. According to the uncertain factors such as unmodeled dynamic and parameter creep, theH∞filter is designed. The simulation results show that the designedH∞filter can effectively simulate the trend of the driveline torque.

Torque estimation;H∞filter; Modeling

2017-04-12

吉林省教育廳十二五科學技術(吉教科合字2014-B059)

李學軍(1968-)，女，教授，博士。

TK41

A

1674-8646(2017)12-0018-02