【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）誤差評價函數(shù) E(n)， 如果 E 轉(zhuǎn)（ 3）繼續(xù)計算，否則迭代結(jié)束。 min2023/3/2 33 哈爾濱工業(yè)大學（威海）汽車工程學院 2. 電控液力機械式自動變速器人工神經(jīng)網(wǎng)絡自動變速研究 以裝備有 4D180型液力機械式自動變速器的 ZL50C裝載機為參考 ， 分析了一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ ANN） 控制的 ， 可以根據(jù)作業(yè)工況實現(xiàn)工程車輛液力機械式自動變速器自動換檔的換檔策略 。 液力機械式自動變速器中 ， 由于液力變矩器的液力損失 ， 加上駕駛員操縱不當 ， 使得變矩器可能經(jīng)常工作在低效率區(qū) ， 影響了整機的使用效率 ， 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)絡的模式識別能力 ， 對輸入的采樣數(shù)據(jù)進行分類 ， 辨別最佳換檔時刻 ， 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) 。 以此實現(xiàn)車輛保證動力性的同時兼顧經(jīng)濟性之操作目的 。 （ 1） 換檔控制策略 4D180型液力機械式變速器具有前進 、 后退檔位各 4個 。 由裝載機液力機械變速器試驗結(jié)果 ， 作出了發(fā)動機與變速器共同工作時的變速器效率與輸出動力的特性曲線 ， 當發(fā)動機油門開度一定時 ， 即發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)速一定時 ， 液力機械式變速器升檔時各檔位效率和輸出轉(zhuǎn)矩的統(tǒng)計特性如圖 。 效率η/% 0 400 800 1200 1600 2023 20 40 60 80 I II III IV 0 2023/3/2 34 哈爾濱工業(yè)大學（威海）汽車工程學院 輸出轉(zhuǎn)矩/kN.m 1 2 3 4 I II III IV 0 0 480 800 1200 1600 2023 液力機械變速器輸出轉(zhuǎn)速 / 1min??r圖 4D180型液力機械式變速器輸出轉(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連結(jié)起來形成換檔線 ， 這樣有 3條換檔線將整個工作區(qū)分為 4個檔位區(qū) ， 當工作點通過該線時 ， 系統(tǒng)實現(xiàn)換檔 。 應用具有誤差反向傳播的 BP神經(jīng)網(wǎng)絡可以識別出系統(tǒng)工作點所在的檔位區(qū) ， 從而進行換檔操作 。 由于實際換檔時有 “ 速差 ” 存在 ， 即系統(tǒng)升檔與降檔曲線不重合 ， 這樣就應該有 2個網(wǎng)絡分別識別升 、 降檔狀態(tài) 。 升 、 降檔網(wǎng)絡都采用 373BP網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) ， 即輸入層 3個節(jié)點 ， 輸入油門 、 車速 、 加速度信號 ， 中間隱層 7個節(jié)點 ， 輸出層 3個節(jié)點 ， 輸出 3位檔位編碼 。 隱層的節(jié)點 k的輸出 k31j jkjkk xwxWy ?? ???? ??2023/3/2 35 哈爾濱工業(yè)大學（威海）汽車工程學院 )y(exp1 1)y(y kkk ????? 式中 : 為連接隱層第 k節(jié)點和輸入層的權(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 。 為學習率 。 使得誤差 最小 ， 式中 :Y為網(wǎng)絡希望輸出 ， 。 對于輸出層 對于隱層 式中 :Φ′ 為函數(shù)對其自變量的導數(shù) 。 閾值的調(diào)整具有和權(quán)值類似的形式 。 設定檔位編碼 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練網(wǎng)絡的權(quán) 、 閾值 ， 然后 ， 任給一個測試數(shù)據(jù) x，網(wǎng)絡將輸出這個數(shù)據(jù)的中心 ， 通過判斷它到各個檔位編碼的歐氏距離 ， 實現(xiàn)了對輸入數(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?2023/3/2 36 哈爾濱工業(yè)大學（威海）汽車工程學院 （ 3） 神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練 神經(jīng)網(wǎng)絡采用離線訓練的方式 ， 即運行整車模型 ， 利用它產(chǎn)生的工作信號 （ 油門開度 、 車速 、 加速度 ） ， 由函數(shù)進行網(wǎng)絡的訓練運算 ， 然后將訓練好的前 、 后檔網(wǎng)絡權(quán)值 、 閾值存入相應的控制器模型 。控制器可根據(jù)工況正確識別換檔點 ， 通過換檔使變速器工作在各檔高效率區(qū) 。 3. 電控機械式無級變速器的模糊控制策略 無級變速傳動是汽車理想的傳動方式 ， 使各國研究者和汽車公司研究的重點 。 金屬帶式無級變速器的出現(xiàn)和電子技術(shù)在汽車上的應用 ， 使得轎車無級變速迅速發(fā)展 。 金屬帶式無級變速器使發(fā)動機輸出功率和路面行駛阻力達到動態(tài)匹配 ， 使發(fā)動機穩(wěn)定在最佳工作點 ， 即經(jīng)濟轉(zhuǎn)速下工作 ， 節(jié)油率在 10%以上 。即使無級變速器由于靠摩擦傳動 ， 效率較低 ， 但具有傳動比連續(xù) 、 傳動動力平穩(wěn) 、 操縱動力平穩(wěn) ， 操縱方便等特點 。 因此 ， 只要內(nèi)燃機仍作為車用發(fā)動機 ， 開發(fā)無級變速傳動將是必然的趨勢 。 無級變速控制包括 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到最優(yōu) ，通過控制 CVT的傳動比克保證發(fā)動機在理想的工作線上運行；線壓控制則要求系統(tǒng)壓力與傳遞力矩之間相適應 ， 提高無級變速系統(tǒng)的效率 。 為了使發(fā)動機在所有行使路況下性能達到最優(yōu)狀態(tài) ， 研究以模糊控制算法為基礎的電液控制系統(tǒng) ， 電液無級變速系統(tǒng)可以很好地適應各種行使路況 ， 克服功率不足 ， 平滑性差等缺點 。 （ 1） 電液控制系統(tǒng)工作原理 ① 無級傳動原理 金屬帶式無級變速器屬于摩擦式無級變速器 ， 其無級變速系統(tǒng)由成 V型槽的主動錐盤 、 從動錐盤以及金屬傳動帶構(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 ， 2個軸向移動錐盤分別由 2023/3/2 37 哈爾濱工業(yè)大學（威海）汽車工程學院 液 壓缸 驅(qū)動。調(diào)節(jié)兩錐盤的軸向作用力，金屬傳動帶即在主從動錐盤間徑向移動，主從動錐盤的作用半徑相應地發(fā)生變化，無級地改變了系統(tǒng)的傳動比。 ② 控制系統(tǒng)原理 控制系統(tǒng)原理見下圖 。 發(fā) 動 機 發(fā)動機 傳感器 傳動 傳感器 電子控制 壓力傳感器 從動輪 主動輪 液壓缸 駕駛員意圖 顯示 圖 控制系統(tǒng)圖 2023/3/2 38 哈爾濱工業(yè)大學（威海）汽車工程學院 （ 2） 模糊控制算法的實現(xiàn) ① 模糊控制算法結(jié)構(gòu) 設計一個模糊控制器以實現(xiàn)語言控制 ， 必須解決模糊控制器結(jié)構(gòu)的 3個方面的問題 :① 精確量的模糊化 ，把語言變量的語言值化為某適當論域上的模糊子集； ② 模糊控制算法的設計 ， 通過一組模糊條件語句構(gòu)成模糊控制規(guī)則 ， 并計算模糊控制規(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 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 相對于發(fā)動機轉(zhuǎn)速的控制區(qū)域內(nèi) ， 將描述轉(zhuǎn)速偏差的語言變量 E、 偏差變化率 C以及轉(zhuǎn)速補償?shù)恼Z言 2023/3/2 39 哈爾濱工業(yè)大學（威海）汽車工程學院 變量 E、 偏差變化率 C以及轉(zhuǎn)速補償?shù)恼Z言變量 U劃分為如下 7個最優(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，負中 (NM)、 負小 (NS)—— 依次介于 NB和 ZE之間。語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)則是建立在具體過程行為規(guī)律的基礎上 ， 憑借人的知識和經(jīng)驗加以總結(jié)和提煉 ， 制定出的推理語言式控制策略 ， 其特點是將注意力只集中在被控效果上 ， 依據(jù)人對過程規(guī)律經(jīng)驗上的把握 ， 達到對目標的精確控制 。 根據(jù)無級變速器控制特點及操作者的操作經(jīng)驗得到以下事實 : （ 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； （ 2） 若偏差 e大 ， 選取控制量要以盡快消除誤差為主 。 無級變速器液壓系統(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來決定無級變速器液壓系統(tǒng)的補償量 U。 2023/3/2 40 哈爾濱工業(yè)大學（威海）汽車工程學院 表 模糊控制規(guī)則 2023/3/2 41 哈爾濱工業(yè)大學（威海）汽車工程學院