【正文】 （ 5） 更新矩陣 P (n)K(n)e1)(nW)n(W jTjTj ?? )n(1)Z(nW)n(y)n(y)n(yn(e Tjdjjdjj ????)n(ydj ? ? ?/)1n(PZ(n)K(n)1)P(n)n(P ????（ 6）誤差評(píng)價(jià)函數(shù) E(n)， 如果 E 轉(zhuǎn)（ 3）繼續(xù)計(jì)算，否則迭代結(jié)束。 min2023/2/28 33 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(dòng)變速器人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)變速研究 以裝備有 4D180型液力機(jī)械式自動(dòng)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(dòng)變速器自動(dòng)換檔的換檔策略 。 液力機(jī)械式自動(dòng)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(shí)別能力 ， 對(duì)輸入的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分類 ， 辨別最佳換檔時(shí)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(dòng)力性的同時(shí)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(gè) 。 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(dòng)機(jī)與變速器共同工作時(shí)的變速器效率與輸出動(dòng)力的特性曲線 ， 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)油門開度一定時(shí) ， 即發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速一定時(shí) ， 液力機(jī)械式變速器升檔時(shí)各檔位效率和輸出轉(zhuǎn)矩的統(tǒng)計(jì)特性如圖 。 效率η/% 0 400 800 1200 1600 2023 20 40 60 80 I II III IV 0 2023/2/28 34 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院 輸出轉(zhuǎn)矩/kN.m 1 2 3 4 I II III IV 0 0 480 800 1200 1600 2023 液力機(jī)械變速器輸出轉(zhuǎn)速 / 1min??r圖 4D180型液力機(jī)械式變速器輸出轉(zhuǎn)速 / 1min??r（ 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(lái)形成換檔線 ， 這樣有 3條換檔線將整個(gè)工作區(qū)分為 4個(gè)檔位區(qū) ， 當(dāng)工作點(diǎn)通過(guò)該線時(shí) ， 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(shí)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(shí)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(gè)網(wǎng)絡(luò)分別識(shí)別升 、 降檔狀態(tài) 。 升 、 降檔網(wǎng)絡(luò)都采用 373BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ， 即輸入層 3個(gè)節(jié)點(diǎn) ， 輸入油門 、 車速 、 加速度信號(hào) ， 中間隱層 7個(gè)節(jié)點(diǎn) ， 輸出層 3個(gè)節(jié)點(diǎn) ， 輸出 3位檔位編碼 。 隱層的節(jié)點(diǎn) k的輸出 k31j jkjkk xwxWy ?? ???? ??2023/2/28 35 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院 )y(exp1 1)y(y kkk ????? 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 W ? ?k3k2k1k w,w,wW ?? ?721 , ???? ?? ? ?321 x,x,xx ? ],[ )(3)(2)(1)( outoutoutout yyyY ? piii xWEW ??? ?????? 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(duì)于輸出層 對(duì)于隱層 式中 :Φ′ 為函數(shù)對(duì)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、 00 0 100， i= 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(gè)測(cè)試數(shù)據(jù) x，網(wǎng)絡(luò)將輸出這個(gè)數(shù)據(jù)的中心 ， 通過(guò)判斷它到各個(gè)檔位編碼的歐氏距離 ， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入數(shù)據(jù)分類 。 px?2)out(YY21)(E ??? ?31 Y,Y,YY ? )Y()YY( )out(i)out(ii)out(i ? ??? )Y(w)out(ijkj31jk ? ?? ?? ??xY?2023/2/28 36 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 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(hào) （ 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 。控制器可根據(jù)工況正確識(shí)別換檔點(diǎn) ， 通過(guò)換檔使變速器工作在各檔高效率區(qū) 。 3. 電控機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器的模糊控制策略 無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)是汽車?yán)硐氲膫鲃?dòng)方式 ， 使各國(guó)研究者和汽車公司研究的重點(diǎn) 。 金屬帶式無(wú)級(jí)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(wú)級(jí)變速迅速發(fā)展 。 金屬帶式無(wú)級(jí)變速器使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率和路面行駛阻力達(dá)到動(dòng)態(tài)匹配 ， 使發(fā)動(dòng)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(wú)級(jí)變速器由于靠摩擦傳動(dòng) ， 效率較低 ， 但具有傳動(dòng)比連續(xù) 、 傳動(dòng)動(dòng)力平穩(wěn) 、 操縱動(dòng)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(dòng)機(jī) ， 開發(fā)無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)將是必然的趨勢(shì) 。 無(wú)級(jí)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(guò)控制 CVT的傳動(dòng)比克保證發(fā)動(dòng)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(wú)級(jí)變速系統(tǒng)的效率 。 為了使發(fā)動(dòng)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(wú)級(jí)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(wú)級(jí)傳動(dòng)原理 金屬帶式無(wú)級(jí)變速器屬于摩擦式無(wú)級(jí)變速器 ， 其無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)由成 V型槽的主動(dòng)錐盤 、 從動(dòng)錐盤以及金屬傳動(dòng)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(dòng) ， 2個(gè)軸向移動(dòng)錐盤分別由 2023/2/28 37 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院 液 壓缸 驅(qū)動(dòng)。調(diào)節(jié)兩錐盤的軸向作用力，金屬傳動(dòng)帶即在主從動(dòng)錐盤間徑向移動(dòng)，主從動(dòng)錐盤的作用半徑相應(yīng)地發(fā)生變化，無(wú)級(jí)地改變了系統(tǒng)的傳動(dòng)比。 ② 控制系統(tǒng)原理 控制系統(tǒng)原理見下圖 。 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī) 傳感器 傳動(dòng) 傳感器 電子控制 壓力傳感器 從動(dòng)輪 主動(dòng)輪 液壓缸 駕駛員意圖 顯示 圖 控制系統(tǒng)圖 2023/2/28 38 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) ① 模糊控制算法結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)一個(gè)模糊控制器以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言控制 ， 必須解決模糊控制器結(jié)構(gòu)的 3個(gè)方面的問(wèn)題 :① 精確量的模糊化 ，把語(yǔ)言變量的語(yǔ)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(guò)一組模糊條件語(yǔ)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(duì) 象 Y U E EC e s dtd/C 圖 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 。 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(yǔ)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(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制區(qū)域內(nèi) ， 將描述轉(zhuǎn)速偏差的語(yǔ)言變量 E、 偏差變化率 C以及轉(zhuǎn)速補(bǔ)償?shù)恼Z(yǔ)言 2023/2/28 39 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(yǔ)言變量 U劃分為如下 7個(gè)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(yǔ)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(guò)程行為規(guī)律的基礎(chǔ)上 ， 憑借人的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)和提煉 ， 制定出的推理語(yǔ)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(duì)過(guò)程規(guī)律經(jīng)驗(yàn)上的把握 ， 達(dá)到對(duì)目標(biāo)的精確控制 。 根據(jù)無(wú)級(jí)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(wú)級(jí)變速器液壓系統(tǒng)模糊控制規(guī)則見表 ， 用該表就可以根據(jù)偏差 E及其變化率 C來(lái)決定無(wú)級(jí)變速器液壓系統(tǒng)的補(bǔ)償量 U。 2023/2/28 40 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院 表 模糊控制規(guī)則 2023/2/28 41 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院