CN103758994B - 一种自动变速器自适应优化换挡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动变速器自适应优化换挡控制方法，一次换挡过程中，实时监控惯性相阶段的涡轮加速度值，并判断该值是否超过设定的涡轮加速度上下限范围，进而进行自适应调整控制参数的调整，基于李雅普诺夫第二法得到稳定性理论，通过定义李雅普诺夫标量函数，直接分析、判断自动变速器换挡控制系统的稳定性，以保证惯性相阶段涡轮加速度在理想的公差范围为自适应目标，通过离合器控制压力与涡轮转矩之间的关系，拟定了自适应调整控制参数，根据涡轮加速度大小与上下限值的关系，判断惯性相阶段的长短，自适应调整控制参数朝对应的反方向调整，进而对离合器控制压力进行更新，使自动变速器系统始终维持最佳的换挡控制状态。

Description

一种自动变速器自适应优化换挡控制方法

技术领域

本发明涉及一种自动变速器，具体的说，涉及一种自动变速器自适应优化换挡控制方法，属于自动变速器换挡控制技术领域。

背景技术

随着汽车工业的发展，自动变速汽车越来越受到消费者的青睐，市场占有率显著提高。但是，随着自动变速汽车里程累积，离合器摩擦片、钢片等组件磨损，密封老化导致系统泄漏量增大等等，出厂状态的控制软件已经无法满足变速器控制需求，极易引起自动变速器性能衰减，导致换挡品质和驾乘舒适感降低。

自动控制系统要能正常工作，覆盖到被控产品的生命周期，首先必须是一个稳定的系统。系统的稳定性是指系统在受到外界干扰后，系统状态变量或输出变量的偏差量（被调量偏离平衡位置的数值）过渡过程的收敛性，用数学方法可以表示为：

（1）

式中，为系统被调量偏离其平衡位置的变化量；为任意小规定量。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题，在自动变速器换挡过程中，基于传动比的变化，换挡过程包括充油、转矩相和惯性相三个过程，在转矩相阶段，仍然保持原有挡位的传动比数值；而在惯性相，随着发动机转速的跃迁，传动比切换到目标挡位的数值，在换挡过程中，过短的换挡时间将导致涡轮加速度过大并造成换挡冲击；同时，造成换挡时间过长和离合器的过度磨损。控制系统的结构比较复杂，大都存在非线性或时变因素，即使是系统结构本身，往往也需要根据性能指标的要求而加以改变，才能适应新的情况，保证系统的正常或最佳运行状态。

因此，在换挡控制中必须有效地平衡冲击和磨损之间的关系。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种自动变速器自适应优化换挡控制方法，解决了现有技术中自动控制系统无法完全覆盖变速器产品周期，在一定里程累积之后，易造成换挡冲击、抖动或顿挫的缺陷，采用本发明的换挡控制方法后，具有始终保证高效、平顺的自动变速器换挡控制的优点，且在换挡控制中可以有效地平衡冲击和磨损之间的关系。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：一种自动变速器自适应优化换挡控制方法，其特征在于：所述控制方法包括：一次换挡过程中，实时监控惯性相阶段的涡轮加速度值，并判断该值是否超过设定的涡轮加速度上下限范围，进而进行自适应调整控制参数的调整。

一种优化方案，所述控制方法包括以下步骤：

步骤S101，计算涡轮转矩；

步骤S102，确定惯性相阶段的自适应调整控制参数和自适应调整控制参数；

步骤S103，计算涡轮加速度；

步骤S104，判断惯性相阶段的涡轮加速度是否在设定的涡轮加速度上下限[、]范围内，是则说明不需要进行自适应，执行步骤S105；否则执行步骤S106；

步骤S105，设定惯性相阶段的自适应调整控制参数、自适应调整控制参数的调整值为零，执行步骤S110；

步骤S106，判断涡轮加速度与涡轮加速度值的上下限值、的关系，当时，执行步骤S107；当时，执行步骤S108；

步骤S107，根据计算加速度误差e的正定函数V(e)；

步骤S108，根据计算加速度误差e的正定函数V(e)；

步骤S109，根据步骤S107和步骤S108计算的结果推算自适应调整控制参数、自适应调整控制参数的变化率；

步骤S110，按照，获得离合器控制压力，返回开始，继续监控下一次换挡过程。

另一种优化方案，所述步骤S102中，自适应优化换挡控制方法首次工作时，根据自动变速器出厂试验数据设定离合器控制压力与涡轮转矩之间的初始关系；

如果自适应优化换挡控制方法已经开始更新，则根据上一次更新的自适应调整控制参数、自适应调整控制参数，基于设定离合器控制压力与涡轮转矩之间的关系。

再一种优化方案，所述步骤S103中，依据计算当前涡轮加速度。

进一步的优化方案，当时，所述自适应调整控制参数和自适应调整控制参数在下一次惯性相阶段的换挡控制时增大，在相同摩擦转矩下，增大离合器控制压力。

再进一步的优化方案，当时，所述自适应调整控制参数和自适应调整控制参数在下一次惯性相阶段的换挡控制时减小，在相同摩擦转矩下，减小离合器控制压力。

本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：基于李雅普诺夫第二法而得到的稳定性理论，通过定义李雅普诺夫标量函数，直接分析、判断自动变速器换挡控制系统的稳定性，以保证惯性相阶段涡轮加速度在理想的公差范围为自适应目标，通过找到接合离合器控制压力与涡轮转矩之间的关系，拟定了惯性相自适应调整控制参数、。根据换挡涡轮加速度大小与上下限值的关系，判断惯性相阶段是否过长或过短，将控制参数朝对应的反方向调整，进而对接合离合器的电磁阀控制压力进行更新，使自动变速器系统始终维持最佳的换挡控制状态，解决了自动变速器这类复杂系统的整机性能衰减和换挡控制稳定性问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

附图说明

附图1是本发明实施例中自动变速器换挡过程图；

附图2是本发明实施例中惯性相阶段涡轮加速度变化规律图；

附图3是本发明实施例中自适应优化换挡控制程序框图。

具体实施方式

实施例，如图1所示，在自动变速器换挡过程中，基于传动比的变化，换挡过程包括充油、转矩相和惯性相三个过程，在惯性相阶段，通过滑差控制接合离合器的控制电流，来调节输出轴或输入轴转速的变化率，即保持涡轮加速度恒定地维持在某一个合理的目标值，可以显著地减小换挡冲击。因此，本发明涉及的换挡品质优化中，使用惯性相阶段的涡轮加速度作为控制目标和评判标准。基于牛顿第二定律，惯性相阶段的涡轮加速度可以表示为：

（2）

其中，为涡轮转矩，为离合器摩擦转矩，、为式（2）的系数。

离合器控制电流与离合器控制压力之间的关系可以表示为，

（3）

其中，、为式（3）的系数。

离合器摩擦转矩与离合器控制压力的关系如下所示：

（4）

其中，为与离合器接触面积、摩擦副数、有效半径和摩擦因数有关的系数；为由回位弹簧力引起的补偿量。

由式（2）可得，

（5）

涡轮加速度估计值可计算如下：

（6）

其中，、分别为涡轮转速的实际值和估计值；为涡轮加速度的估计值。

如图2所示，正转矩升挡和负转矩升挡过程中，由于发动机转速在惯性相阶段下降，因此涡轮加速度为负值；正转矩降挡和负转矩降挡过程中，由于发动机转速上升，因此涡轮加速度为正值。涡轮加速度的估计值与实际值相吻合，系统可以计算精确的实时涡轮加速度信息用于优化控制。

由于自动变速器系统结构复杂和时变特性，在换挡控制过程中需要处理已知和未知的系统变化。一方面，如式（2）所示，涡轮转矩对接合离合器的摩擦转矩影响很大，但是涡轮转矩可以根据发动机转矩和液力变矩器工作状态进行估算，离合器摩擦转矩也可以通过电流的精确控制来实现调节，所以这些变化尚在可控范围。另一方面，由于变速箱在制造和装配过程中存在差异性，离合器间隙、回位弹簧力等很难通过精确测量得到，属于不可控变化。因此，需要通过估计涡轮转矩，计算离合器需求转矩和控制压力，并在线实时自学习离合器开环控制压力，消除由于系统未知变化对换挡控制带来的影响，保证产品生命周期内，换挡品质和驾乘感一致。

为了深入分析涡轮转矩对换挡控制的影响，将（4）式代入（2）式，可得：

（7）

假设涡轮加速度能够达到目标控制值，式（7）可以改写为

（8）

其中，为了表述方便，定义、，、为惯性相阶段的自适应调整控制参数，换挡控制策略可以通过在惯性相阶段更新自适应调整控制参数、，来消除涡轮转矩变化带来的负面影响。

对于式（8）的开环控制策略来说，最困难的问题是由于式（7）、（8）中、、、的影响，使得自适应调整控制参数、具有不确定性和时变性。通过自动变速器自适应换挡控制策略，使得自适应调整控制参数、经过在线自学习之后，能够消除由于变速箱不一致性和后期性能衰减变化造成的系统未知变化对换挡品质控制的影响。

基于前面的讨论，该发明中，自适应方法的控制目标是通过调整控制参数，使惯性相阶段的涡轮加速度不断逼近理想的控制水平，以提升换挡品质。

根据整车试验阶段反复测定，在能够保证平顺换挡的前提下，涡轮加速度的上下限值确定为、，即假设理想的涡轮加速度区间为[、]，则

（9）

设定理想的涡轮加速度区间来代替最优涡轮加速度，可以有效地避免不必要的自学习，以及在逼近最优解时可能引起的控制参数振颤和系统性能下降。

根据李雅普诺夫稳定性第二定理，李雅普诺夫候选函数可以表示为：

（10）

（11）

其中，为式（10）、（11）中定义的加速度误差，本身为正定函数，其导函数为：

（12）

其中，。

基于式（2）-（4），改写式（12）可得，

（13）

其中，，，，为表述方便，设定，为调整自适应控制参数和的增益系数。

因此，自适应法则如下所示：

（14）

其中，和为自适应调整控制参数和自适应调整控制参数的自适应调整值。

则，

（15）

由此可知，导函数为负定函数，即当时，自适应系统在附近渐近稳定，即可以采用该方法和选定的自适应调整控制参数来进行自动变速器自适应优化换挡控制方法设计。

本发明中的自适应优化换挡控制方法策略程序框图如图3所示。

步骤S101，基于发动机转矩和液力变矩器工作状态计算当前涡轮转矩。

步骤S102，自适应优化换挡控制方法首次工作时，依照自动变速器终端下线试验原始的数据，设定初始的自适应调整控制参数和自适应调整控制参数，由出厂刷写设备设定离合器控制压力与涡轮转矩之间的初始关系；如果自适应优化换挡控制方法已经开始更新，则根据上一次更新的自适应调整控制参数、自适应调整控制参数，基于设定离合器控制压力与涡轮转矩之间的关系。

步骤S103，依据计算当前涡轮加速度。

步骤S104，判断惯性相阶段的涡轮加速度是否在设定的上下限范围内。如果涡轮加速度在设定的涡轮加速度上下限范围[、]内，说明变速器系统未发生明显的衰减变化，仍然可以按照之前设定的自适应调整控制参数进行控制，即执行步骤S105，设定自适应调整控制参数和自适应调整控制参数的调整值为零，继续执行步骤S110；如果涡轮加速度不在设定的涡轮加速度上下限范围内，说明需要采用新的自适应调整控制参数和自适应调整控制参数，则执行步骤S106。

步骤S106，如果涡轮加速度的小于涡轮加速度区间的下限值，即时，由可知，，由可知，，，说明当前涡轮加速度太小导致惯性相阶段太长，因此执行步骤S107，在下一次惯性相阶段的换挡控制时，自适应调整控制参数和自适应调整控制参数分别增大，即增大离合器控制压力，以保证下一次换挡时涡轮加速度增大；如果涡轮加速度的大于涡轮加速度区间的上限值，即时，由可知，，由可知，，，说明当前涡轮加速度太大导致惯性相阶段太短，因此执行步骤S108，在下一次惯性相阶段的换挡控制时，自适应调整控制参数和自适应调整控制参数分别减小，即减小离合器控制压力，以保证下一次换挡时涡轮加速度减小。

步骤S109，基于步骤S107和S108计算自适应调整值、，更新惯性相阶段的自适应调整控制参数变化率和自适应调整控制参数变化率。

步骤S110，按照，更新离合器控制压力，使得下一次换挡能够满足理想的控制要求。

完成后，程序返回开始，继续监控下一次换挡过程，并调整惯性相阶段的自适应调整控制参数和自适应调整控制参数。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自动变速器自适应优化换挡控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：

步骤S101，计算涡轮转矩；

步骤S102，确定惯性相阶段的自适应调整控制参数和自适应调整控制参数；

步骤S103，计算涡轮加速度；

步骤S104，判断惯性相阶段的涡轮加速度是否在设定的涡轮加速度上下限[、]范围内，是则说明不需要进行自适应，执行步骤S105；否则执行步骤S106；

步骤S105，设定惯性相阶段的自适应调整控制参数、自适应调整控制参数的调整值为零，执行步骤S110；

步骤S106，判断涡轮加速度与涡轮加速度值的上下限值、的关系，当时，执行步骤S107；当时，执行步骤S108；

步骤S107，根据计算加速度误差e的正定函数V(e)；

步骤S108，根据计算加速度误差e的正定函数V(e)；

步骤S109，根据步骤S107和步骤S108计算的结果推算自适应调整控制参数、自适应调整控制参数的变化率；

步骤S110，按照，获得离合器控制压力，返回开始，继续监控下一次换挡过程；

一次换挡过程中，实时监控惯性相阶段的涡轮加速度值，并判断该值是否超过设定的涡轮加速度上下限范围，进而进行自适应调整控制参数的调整。

2.如权利要求1所述的一种自动变速器自适应优化换挡控制方法，其特征在于：所述步骤S102中，自适应优化换挡控制方法首次工作时，根据自动变速器出厂试验数据设定离合器控制压力与涡轮转矩之间的初始关系；

如果自适应优化换挡控制方法已经开始更新，则根据上一次更新的自适应调整控制参数、自适应调整控制参数，基于设定离合器控制压力与涡轮转矩之间的关系。

3.如权利要求1所述的一种自动变速器自适应优化换挡控制方法，其特征在于：所述步骤S103中，依据计算当前涡轮加速度；

式中：为涡轮转速的实际值；为涡轮转速的估计值；为涡轮加速度的估计值。

4.如权利要求1所述的一种自动变速器自适应优化换挡控制方法，其特征在于：当时，所述自适应调整控制参数和自适应调整控制参数在下一次惯性相阶段的换挡控制时增大，在相同摩擦转矩下，增大离合器控制压力。

5.如权利要求1所述的一种自动变速器自适应优化换挡控制方法，其特征在于：当时，所述自适应调整控制参数和自适应调整控制参数在下一次惯性相阶段的换挡控制时减小，在相同摩擦转矩下，减小离合器控制压力。