一种换档同步过程中的最优指数搅油阻力模型辨识方法

专利查询7月前  53



1.本发明涉及纯电动汽车、增程式电动汽车以及并联和混联式混合动力汽车的换档控制技术领域,尤其涉及一种换档同步过程中的最优指数搅油阻力模型辨识方法。


背景技术:

2.电驱动机械变速器(emt)系统具有结构简单、成本低、系统效率高、体积小和重量轻等综合优势,近年来得到了业界的重视,并在纯电动汽车和混合动力汽车中得到越来越多的应用。
3.当前对于换档的控制主要有两大方向:(1)有同步器的电驱动机械变速器系统;(2)无同步器的电驱动机械变速器系统。有同步器的电驱动机械变速器需要快速地进行主动同步转速过程;无同步器的电驱动机械变速器需要快速地进行主动同步转速和转角过程。在上述的同步过程中,为了更快地完成同步过程以提升换档性能,需要补偿来自变速器内部的搅油阻力,即需要对变速器内部的搅油阻力进行辨识。
4.对搅油阻力进行辨识需要较为精确的搅油阻力模型,当前模型的来源主要有两种:(1)理论模型;(2)实验模型。理论模型根据流体力学知识,在准静态下建立(即转速恒定),只考虑转速和温度对搅油阻力的影响,未考虑驱动转矩的影响及搅油阻力的动态响应;实验模型根据实验数据拟合,公式由经验公式得到。一方面局限于经验公式,不能灵活变动,另一方面由于非线性特征,不利于在线辨识。
5.为解决上述搅油阻力辨识的局限性进而改善电驱动机械变速器的换档性能,本发明提供了一种换档同步过程中的最优指数搅油阻力模型辨识方法。


技术实现要素:

6.本发明的目的是提出一种换档同步过程中的最优指数搅油阻力模型辨识方法,其特征在于,包括以下步骤:
7.步骤1:设定搅油阻力与驱动电机的转矩和转速的关系式,然后转到步骤2;
8.步骤2:在空档时,利用接合套与接合齿圈脱开的状态,采集不同驱动转矩工况下驱动电机的转速与转矩,然后转到步骤3;
9.步骤3:以不同工况下最小二乘辨识得到的不同系数的方差之和相加的总和最小为目标函数建立最优指数模型,然后转到步骤4;
10.步骤4:利用遗传算法求解步骤3中的最优指数,然后转到步骤5;
11.步骤5:采集一次空档下驱动电机转矩值和转速值,并判断本次数据是否有效,若是,则转到步骤6;若否,则输出当前多项式系数;
12.步骤6:利用递推最小二乘法在线辨识搅油阻力多项式系数,同时将本次驱动电机转矩和转速值添加入本次同步过程数据队列,扩充求解最优指数数据库,再转到步骤3。
13.所述步骤1中设定搅油阻力与驱动电机的转矩和转速的关系式如下:
14.15.式中参数均为k时刻的物理量,为搅油阻力的估计值,ω(k)为驱动电机的转速,t
t
(k)为驱动电机的转矩,xi(i=1,2,3,4)为待求解的指数,ai(k)(i=1,2,3,4)为待辨识的系数;其中ω(k)的指数个数根据实际运行情况增加或减少。
16.所述步骤2中不同驱动转矩工况指的是以5nm为间隔,从5nm开始至驱动电机的最大驱动转矩。
17.所述步骤3中的目标函数如下:
[0018][0019]
式中,4代表式(1)中共有4个系数,n代表总工况数;变量为[x1,x2,x3,x4]。
[0020]
步骤5中本次数据无效的判据为电磁干扰导致采集的转速值发生突变,即所求平均加速度超过驱动电机当前可实现的最大加速度。
[0021]
本发明的有益效果在于:
[0022]
1、本发明搅油阻力模型加入了驱动转矩的影响因素,具有最优指数;
[0023]
2、本发明在长时间尺度上用于求解最优指数的数据库可扩充,最优指数可离线更新;短时间尺度上搅油阻力模型系数可在线辨识;
[0024]
3、本发明方法可剔除不合理数据,一定程度上提高了抗电磁干扰能力,从而提高了在线搅油阻力辨识精度,为电驱动机械变速器(有同步器或无同步器)的同步过程中阻力补偿提供技术支撑,进而加速同步过程,使其进一步接近最优控制水平。
附图说明
[0025]
图1为本发明换档同步过程中的最优指数搅油阻力模型辨识方法程序流程图。
具体实施方式
[0026]
本发明提出一种换档同步过程中的最优指数搅油阻力模型辨识方法,下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
[0027]
图1为本发明换档同步过程中的最优指数搅油阻力模型辨识方法程序流程图。具体实施如下:
[0028]
1)设定搅油阻力与驱动电机转矩及转速的关系式。本发明设定搅油阻力为驱动电机转矩和转速的多项式形式,且转速对应指数有3个。即
[0029][0030]
式中均为k时刻的物理量,为搅油阻力的估计值,ω(k)为驱动电机的转速,t
t
(k)为驱动电机的转矩,xi为待求解的指数,ai(k)为待辨识的系数。转至2);
[0031]
2)在空档时,利用接合套与接合齿圈脱开的状态,采集不同驱动转矩工况下(从5nm至驱动电机最大驱动转矩,间隔为5nm)驱动电机的转速与转矩。以驱动电机最大转矩为25nm为例,则应分别设定驱动电机转矩为5nm,10nm,15nm,20nm,25nm,将驱动电机从转速为零升至转速最大,之后将驱动该电机转矩设为0,从而降速至零。之后取升速阶段的驱动电机的转矩和转速作为步骤3)中所用的工况数据序列。则可得到5种不同工况数据序列。转至
3);
[0032]
3)建立最优问题模型。设定最优目标为:不同工况下,利用最小二乘辨识得到的不同系数的方差之和相加的总和最小,即目标函数为:
[0033][0034]
式中,4代表式(3)中共有4个系数,n代表总工况数,根据步骤2)中所述,n的初始值为5;变量为[x1,x2,x3,x4]。转至4);
[0035]
4)利用遗传算法求解3)中的最优问题。具体操作步骤可参考如下所述:
[0036]

随机生成100个群体,每个个体的基因个数为20,每5个基因编码代表一个幂级数xi;
[0037]

选择适应度函数为fitness(x)=1/j(x),以存活率为60%,进行淘汰;
[0038]

随机选择双亲进行交配(交配概率为60%),随机选择将某一位基因后的所有基因交换,得到与

中淘汰个数相等的子代;
[0039]

经过以上环节得到

中淘汰过后的双亲群和

得到的子代群,将这些个体以3.3%的概率进行基因变异,得到新一轮的群体,若前一轮中适应度最大个体与当前轮适应度最大个体平方差和小于0.2则迭代结束,否则转至


[0040]
得到最优指数后转至5);
[0041]
5)在空档时,将4)中求解得到的最优指数作为当前的最优指数,利用递推最小二乘辨识算法在线辨识式(1)中的系数ai(k),进而在线得到搅油阻力值用于之后的换档控制中,以改善换档品质。对于某次同步过程中递推最小二乘辨识的操作可参考如下所述:
[0042]

假设在δt时间内驱动电机加速度不变,对电机输入轴及变速器的输入轴受力分析可得变速器内部的搅油阻力tf如式(5)所示
[0043][0044]
式(5)中j
in
为变速器输入端转动惯量。若求得的搅油阻力值小于0,则剔除这一组数据点;若求得搅油阻力值大于等于0,则进行下述最小二乘辨识;
[0045]

若为初始时刻,则置初值p(0)=0。其中p(0)=0。其中若不是初始时刻,直接转至


[0046]

根据采样构造
[0047]

计算修正系数
[0048]

计算参数估计值,
[0049]

更新中间转移矩阵,
[0050]

递推一步k+1

k,接着转至2),进行下一步参数辨识。
[0051]
转至6);
[0052]
6)在步骤5)的同时可采集同步过程工况下的驱动电机转矩值和转速值,用于扩充求解最优指数的数据库,即增加3)中n的值;转至3)。
[0053]
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征:
1.一种换档同步过程中的最优指数搅油阻力模型辨识方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:设定搅油阻力与驱动电机的转矩和转速的关系式,然后转到步骤2;步骤2:在空档时,利用接合套与接合齿圈脱开的状态,采集不同驱动转矩工况下驱动电机的转速与转矩,然后转到步骤3;步骤3:以不同工况下最小二乘辨识得到的不同系数的方差之和相加的总和最小为目标函数建立最优指数模型,然后转到步骤4;步骤4:利用遗传算法求解步骤3中的最优指数,然后转到步骤5;步骤5:采集一次空档下驱动电机转矩值和转速值,并判断本次数据是否有效,若是,则转到步骤6;若否,则输出当前多项式系数;步骤6:利用递推最小二乘法在线辨识搅油阻力多项式系数,同时将本次驱动电机转矩和转速值添加入本次同步过程数据队列,扩充求解最优指数数据库,再转到步骤3。2.根据权利要求1所述换档同步过程中的最优指数搅油阻力模型辨识方法,其特征在于,所述步骤1中设定搅油阻力与驱动电机的转矩和转速的关系式如下:式中参数均为k时刻的物理量,为搅油阻力的估计值,ω(k)为驱动电机的转速,t
t
(k)为驱动电机的转矩,x
i
(i=1,2,3,4)为待求解的指数,a
i
(k)(i=1,2,3,4)为待辨识的系数;其中ω(k)的指数个数根据实际运行情况增加或减少。3.根据权利要求1所述换档同步过程中的最优指数搅油阻力模型辨识方法,其特征在于,所述步骤2中不同驱动转矩工况指的是以5nm为间隔,从5nm开始至驱动电机的最大驱动转矩。4.根据权利要求1所述换档同步过程中的最优指数搅油阻力模型辨识方法,其特征在于,所述步骤3中的目标函数如下:式中,4代表式(1)中共有4个系数,n代表总工况数;变量为[x1,x2,x3,x4]。5.根据权利要求1所述换档同步过程中的最优指数搅油阻力模型辨识方法,其特征在于,步骤5中本次数据无效的判据为电磁干扰导致采集的转速值发生突变,即所求平均加速度超过驱动电机当前可实现的最大加速度。

技术总结
本发明公开了属于电动汽车换档控制技术领域的一种换档同步过程中的最优指数搅油阻力模型辨识方法。包括以下步骤:步骤1:设定搅油阻力与驱动电机的转矩和转速的关系式;步骤2:采集不同驱动转矩工况下驱动电机的转速与转矩;步骤3:选取目标函数建立最优指数模型;步骤4:利用遗传算法求解步骤3中的最优指数;步骤5:采集一次空挡下驱动电机转矩值和转速值,并判断本次数据是否有效,若是,则转到步骤6;若否,则输出当前多项式系数;步骤6:在线辨识搅油阻力多项式系数,同时将本次驱动电机转矩和转速值添加入本次同步过程数据队列,再转到步骤3。本发明可剔除不合理数据,提高了抗电磁干扰能力,从而提高了在线搅油阻力辨识精度。度。度。


技术研发人员:卢紫旺 田光宇 黄勇
受保护的技术使用者:清华大学
技术研发日:2021.08.30
技术公布日:2022/3/8

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