基于模糊控制的AMT換擋電機控制策略

路少中

（雷沃重工股份有限公司天津雷沃阿波斯技術中心，天津 300409）

0 引 言

對于AMT來說，它是在傳統干式離合器、固定軸式變速器基礎上，應用駕駛控制理論、微電子技術，將電子控制器作為核心，通過液壓、啟動以及電動執行機構的使用，操縱車輛的離合器、油門以及換擋機構，以此實現對車輛的換擋、起步等自動操作。該變速器的一項主要優點，是改變了傳統車輛中自動變速器的工作模式，不再使用較為復雜的行星齒輪組和液力變矩器，以此有效提升車輛的加速性能和傳動效率。同手動變速器相比，通過應用AMT電控操縱機構，即可有效完成車輛踩離合、摘擋、掛擋、松離合的一系列操作。即使是新手，也能夠對車輛進行輕松駕駛，具有較為廣闊的市場前景[1]。

然而，AMT使用的是傳統固定軸式結構變速器。在實際變速時，離合器將分離，在換擋操縱后離合器再結合，因此存在動力中斷的問題。實際車輛駕駛中，如果具有較長時間的動力中斷，那么車輛的動力傳輸性能將受到較大影響。該影響不僅體現在車輛加速性能方面，也體現在車輛處于低速擋行駛時的平順性方面。因此，有必要制定更為優良的選換擋控制策略，保證能夠在很短的時間內完成換擋操作，并縮短動力中斷的時間。本研究中，在選換擋執行機構的基礎上，制定選換擋電機的模糊控制規則，在保證擋位能夠實現精確控制的基礎上，以期縮短切換擋位時間、提升車輛的加速性能[2]。

1 AMT選換擋執行機構

對于AMT擋位的轉換來說，需要通過對選、換擋電機的控制實現目標控制。實際進行換擋、選擋控制中，時序方面具有較為嚴格的要求，即在完成選擋后才能夠進行后續的換擋處理，且在擋位處于空擋位置時才能夠選擋。要以更平穩、快速的方式對換擋目標進行實現，在實際變速器選換擋控制方面，需要保證發動機、離合器兩者的協調配合。本研究中，AMT有5個前進擋和1個倒擋。具體機構方面，通過選擋電機的應用驅動選換擋桿，使其在上下移動的過程中達到選擋目標。完成擋位選定后，換擋電機通過旋轉方式的應用，即能夠使選換擋桿在轉動的情況下驅動撥叉，使其在移動中實現換擋功能。實際換擋時，擋桿在左右方向的轉角在-8°～8°。使用的直流電機方面，它的額定功率為100 W，輸出轉速為40 r/min，電壓為+12 V。

2 AMT換擋模糊控制

2.1 控制原理

在駕駛員以手動方式選換擋時，駕駛員將根據感覺與經驗，估計和判斷擋桿是否已經達到正確的換擋位置，并進行相應的調整。該過程中，如果駕駛員覺得換擋位置過多、存在較大的偏差，則需要向后以較快的速度移動換擋手柄。如果駕駛員感覺還沒有達到換擋位置且具有較小的偏差量，則需要繼續向前以較慢的速度移動換擋手柄。該過程中存在一定的模糊性，即駕駛員在實際駕駛車輛時，其無論在換擋位置還是在偏差量感覺方面，都是一種對模糊量進行輸入的過程，即模糊過程的體現。在根據駕駛經驗對相關結果進行推理時，是在以模糊規則基礎上進行判斷后，獲得模糊結果即換擋位置，并經過模糊判斷和相應換擋動作后，獲得具有精確特征的換擋位置。對于AMT來說，因使用電機進行選換擋操縱，并通過擋位傳感器的應用對換擋信號進行采集，會將換擋的偏差變化率、偏差量作為具體模糊控制的輸入量。然后，經過相應模糊規則進行判斷后，將相關結果反饋至換擋電機，再經過調整換擋行為對擋位實現精確控制[3]。此控制策略，在駕駛過程中實現了快速換擋的目的。

2.2 模糊控制器設計

該設計中，使用二維模糊控制器，輸入量為偏差變化率ΔE、偏差E，輸出量為電機電樞電壓U。當被調量沒有達到給定值時，輸出電樞電壓則為一個正值，電機驅動執行機構對位移量進行增加。當被調量同定制相比較大時，此時電樞電壓為一個負值，直流電機將處于反轉狀態，對換擋執行機構的位移量進行減少。在以該方式對模糊控制器進行設計時，具體輸出量計算方面需要從偏差變化率、偏差大小兩方面進行考慮。

其中，模糊變量偏差為：

E=θ0-θ （1）

此時，偏差變化率為：

式中，θ為實際換擋桿的角位移，θ0為預定換擋桿的角位移。

根據AMT模糊控制原理，如果認為擋位存在較大偏差，則將輸出一個大的電樞電壓；否則，該電壓值較小。如果認為擋位偏差存在較大變化率，則將獲得較小的電樞電壓；否則，該電壓值將較大。

2.3 模糊控制模型建立

使用MATLAB建立模糊控制器模型，如圖1所示。

圖1 模糊控制器模型

偏差E、偏差變化率ΔE以及電樞電壓U的隸屬函數，分別如圖2、圖3和圖4所示。

圖2 E的隸屬函數

圖3 ΔE的隸屬函數

圖4 U的隸屬函數

在對模糊控制器設計完成的基礎上，通過擋位偏差變化率、偏差情況獲得的電樞電壓U如圖5所示。

圖5 換擋電機模糊控制輸出

2.4 結果

圖6、圖7分別為根據AMT選換擋電機使用PID控制策略、模糊策略時，車輛在起步過程中的車速變化和擋位切換情況。對比可以發現，在使用模糊控制策略時，車輛具有更短的換擋時間，且具有較好的起步加速性。

圖6 車輛起步擋位切換情況

圖7 車輛起步車速變化情況

3 結 論

車輛運行中，縮短切換擋位的時間具有重要意義。因此，在實際AMT設計中，利用科學控制策略縮短換擋時間至關重要。對基于模糊控制的AMT換擋電機控制策略進行的研究，通過模糊控制方式的應用控制AMT換擋電機，縮短換擋時間的同時，有效提升車輛的加速性能，獲得了較好的應用效果。

參考文獻：

[1] 倪洪飛，鐘軍斌，孫玉剛.基于扭矩控制的AMT換擋控制策略研究[J].汽車科技，2010，（3）：51-54.

[2] 董悅航，殷承良，陳 莉，等.基于機械自動變速器的電動變速驅動轉矩控制最優換擋策略[J].上海交通大學學報，2009，（2）：217-221.

[3] 孟建民，席軍強，陳慧巖.基于正獨立式機械雙流傳動AMT選換擋執行機構[J].北京理工大學學報，2009，29（2）：108-112.