自動變速箱執行機構的控制系統的製作方法
2023-08-01 12:45:46
本發明涉及自動變速箱控制領域，尤其是一種自動變速箱執行機構的控制系統。
背景技術：
在傳動系統中，當電磁閥的控制電流變化時，電磁閥開度會改變，由於在電磁閥開度相對穩定時，磁點處於靜止狀態，因此，當電磁閥開度改變時，磁點從靜止到移動的響應時間會過長。進一步的，由於執行機構處於變速箱傳動油中，為了抵消傳動油粘滯增加電磁閥芯的動態響應，在電磁閥控制裝置當中引入了震顫功能。震顫即為，在電磁閥開度相對穩定時，不讓磁點靜止，而是讓磁點在穩定位置處上下顫抖，這樣當電磁閥開度改變時就沒有靜摩擦的阻礙，從而不會影響響應的及時性。在實際的電磁閥控制中，電磁閥的目標控制電流和流過電磁閥中的電磁線圈的實際電流往往並不一致，因此，需要對電磁閥的控制電路進行修正，以使電磁閥的目標控制電流與流過電磁閥中的電磁線圈的實際電流之間的差異在容許的範圍內。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種自動變速箱執行機構的控制系統，以實現執行機構的實際信號能夠跟隨其目標信號。
為了達到上述目的，本發明提供了一種自動變速箱執行機構的控制系統，包括：PI控制器、PWM調製器、執行機構以及反饋迴路；其中，所述反饋迴路將所述執行機構的實際信號反饋至所述PI控制器，所述PI控制器根據所述執行機構的一目標信號和所述實際信號控制所述PWM調製器，以實現所述實際信號跟隨所述目標信號。
優選的，在上述的自動變速箱執行機構的控制系統中，當所述執行機構為一電磁閥時，所述PI控制器的積分係數由以下公式獲得：
其中，KI表示PI控制器的積分係數，LC表示所述電磁閥的電感，Vbat表示所述電磁閥的供電電壓，a表示所述反饋迴路的增益，fs表示所述PWM調製器的調製頻率，ξ表示所述自動變速箱執行機構的控制系統的阻尼比，n表示大於等於3的正整數。
優選的，在上述的自動變速箱執行機構的控制系統中，當所述執行機構為一電磁閥時，所述PI控制器的比例係數由以下公式獲得：
其中，KP表示PI控制器的比例係數，LC表示所述電磁閥的電感，Rs表示採樣流經所述電磁閥的電流的採樣電阻，RC表示所述電磁閥內阻，KI表示PI控制器的積分係數，ω表示所述目標信號的角頻率，Vbat表示所述電磁閥的供電電壓，a表示所述反饋迴路的增益。
優選的，在上述的自動變速箱執行機構的控制系統中，所述採樣電阻由以下公式獲得：
Rs＝f1(tx)＝Rs0[1+η(tx-t0)]，
其中，Rs∈[f1(ta)，f(tb)]，其[ta，tb]表示所述自動變速箱執行機構的控制系統的工作溫度的範圍，t0表示室溫，η表示電阻溫度係數，Rs0表示室溫時的採樣電阻，f1表示所述採樣電阻與所述工作溫度的函數關係，tx表示x時刻的工作溫度。
優選的，在上述的自動變速箱執行機構的控制系統中，所述電磁閥內阻由以下公式獲得：
Rc＝f2(tx)＝Rc0[1+η(tx-t0)]，
其中，Rc∈[f2(ta)，f(tb)]，其[ta，tb]表示所述自動變速箱執行機構的控制系統的工作溫度的範圍，t0表示室溫，η表示電阻溫度係數，Rc0表示室溫時的電磁閥內阻，f2表示所述電磁閥與所述工作溫度的函數關係，tx表示x時刻的工作溫度。
優選的，在上述的自動變速箱執行機構的控制系統中，室溫時的電磁閥內阻由以下公式獲得：
其中，Vbat0表示標準工況下所述電磁閥的供電電壓，τ表示所述電磁閥的電磁時間常數，λ表示所述PI控制器輸出信號的佔空比，Ts表示所述PWM調製器的調製周期，is1表示零輸入響應的初始電流。
優選的，在上述的自動變速箱執行機構的控制系統中，所述電磁閥的電感由以下公式獲得：
Lc＝τRc，
其中，τ表示所述電磁閥的電磁時間常數，RC表示所述電磁閥內阻。
優選的，在上述的自動變速箱執行機構的控制系統中，所述電磁閥的電磁時間常數由以下公式獲得：
其中，λ表示所述PI控制器輸出信號的佔空比，Ts表示所述PWM調製器的調製周期，is1表示所述電磁閥零輸入響應的初始電流，is2表示所述電磁閥零輸入響應的結束電流。
優選的，在上述的自動變速箱執行機構的控制系統中，所述目標信號的角頻率的範圍由以下公式獲得：
其中，ω表示所述目標信號的角頻率，C(jω)表示所述實際信號，R(jω)表示所述目標信號。
優選的，在上述的自動變速箱執行機構的控制系統中，當所述執行機構為一電機時，所述PI控制器的積分係數由以下公式獲得：
其中，KI表示PI控制器的積分係數，r表示所述電機的電樞繞組的平均電阻，J表示所述電機的轉動慣量，a表示所述反饋迴路的增益，Km表示所述電機的電磁準據常數，Vbat表示所述電機的供電電壓，fs表示所述PWM調製器的調製頻率，ξ表示所述自動變速箱執行機構的控制系統的阻尼比，n表示大於等於3的正整數。
優選的，在上述的自動變速箱執行機構的控制系統中，當所述執行機構為一電機時，所述PI控制器的比例係數由以下公式獲得：
其中，KP表示PI控制器的比例係數，r表示所述電機的電樞繞組的平均電阻，J表示所述電機的轉動慣量，Km表示所述電機的電磁轉矩常數，Ke表示所述電機的反電勢常數，f表示所述電機的轉子阻尼係數，KI表示PI控制器的積分係數，Vbat表示所述電磁閥的供電電壓，a表示所述反饋迴路的增益，ω表示所述目標信號的角頻率。
優選的，在上述的自動變速箱執行機構的控制系統中，所述電機的電樞繞組的平均電阻由以下公式獲得：
r＝f3(tx)＝r0[1+η(tx-t0)]，
其中，r∈[f3(ta)，f(tb)]，其[ta，tb]表示所述自動變速箱執行機構的控制系統的工作溫度的範圍，t0表示室溫，η表示電阻溫度係數，r0表示室溫時的電機的電樞繞組的平均電阻，f3表示所述電機與所述工作溫度的函數關係，tx表示x時刻的工作溫度。
優選的，在上述的自動變速箱執行機構的控制系統中，室溫時的電機的電樞繞組的平均電阻由以下公式獲得：
其中，Vbat0表示標準工況下所述電機的供電電壓，λ表示所述PI控制器輸出信號的佔空比，Ts表示所述PWM調製器的調製周期，is1表示所述電機的電樞繞組零輸入響應的初始電流，τ表示所述電機的電磁時間常數。
優選的，在上述的自動變速箱執行機構的控制系統中，所述電機的電磁時間常數由以下公式獲得：
其中，λ表示所述PI控制器輸出信號的佔空比，Ts表示所述PWM調製器的調製周期，is1表示所述電機的電樞繞組零輸入響應的初始電流，is2表示零輸入響應的結束電流。
優選的，在上述的自動變速箱執行機構的控制系統中，所述目標信號的角頻率的範圍由以下公式獲得：
其中，ω表示所述目標信號的角頻率，C(jω)表示所述實際信號，R(jω)表示所述目標信號。
在本發明提供的自動變速箱執行機構的控制系統中，PI控制器獲取反饋迴路反饋的執行機構的實際信號，根據所述實際信號以及一目標信號來控制PWM調製器，以達到所述實際信號跟隨所述目標信號的目的。
附圖說明
圖1為本發明實施例中自動變速箱執行機構的控制系統示意圖；
圖2為本發明實施例一中對電磁閥負載進行一次充放電的過程；
圖3為本發明實施例二中對電機電樞繞組進行一次充放電的過程。
具體實施方式
下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和權利要求書，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
實施例一
本發明實施例提供了一種自動變速箱執行機構的控制系統，如圖1所示，包括：PI控制器100、PWM調製器200、執行機構300以及反饋迴路400；其中，所述反饋迴路400將所述執行機構300的實際信號反饋至所述PI控制器100，所述PI控制器100根據所述執行機構300的一目標信號和所述實際信號控制所述PWM調製器200，以實現所述實際信號跟隨所述目標信號。
當所述執行機構300為一電磁閥時，所述目標信號為所述電磁閥的目標電流，所述實際信號為所述電磁閥的實際電流。所述PI控制器的積分係數由以下公式獲得：
其中，KI表示PI控制器的積分係數，LC表示所述電磁閥的電感，Vbat表示所述電磁閥的供電電壓，a表示所述反饋迴路的增益，fs表示所述PWM調製器的調製頻率，ξ表示所述自動變速箱執行機構的控制系統的阻尼比，n表示大於等於3的正整數。
進一步的，n是一個經驗值，較優的，n的取值範圍為5～10。其作用是為了滿足所述PWM調製器的周期小於所述自動變速箱執行機構的控制系統的時間常數。
進一步的，所述PI控制器的比例係數由以下公式獲得：
其中，KP表示PI控制器的比例係數，LC表示所述電磁閥的電感，Rs表示採樣流經所述電磁閥的電流的採樣電阻，RC表示所述電磁閥內阻，KI表示PI控制器的積分係數，ω表示所述目標信號的角頻率，Vbat表示所述電磁閥的供電電壓，a表示所述反饋迴路的增益。
根據式1和式2即可確定所述KI控制器的參數，進而可以控制所述PWM調製器，以達到所述電磁閥的實際電流跟隨其目標電流的目的。
在上述式1和式2中，所述電磁閥的供電電壓Vbat是一個變化的量，由實際的具體工況決定的，其取值範圍為[Va，Vb]，採樣流經所述電磁閥的電流的採樣電阻以及所述電磁閥內阻均為變量，且均與自動變速箱的工作溫度相關。
上式2中的採樣電阻Rs隨著自動變速箱的工作溫度的變化而變化，具體的，由以下公式獲得：
Rs＝f1(tx)＝Rs0[1+η(tx-t0)]， (式3)
其中，Rs∈[f1(ta)，f(tb)]，其[ta，tb]表示所述自動變速箱執行機構的控制系統的工作溫度的範圍，t0表示室溫，η表示電阻溫度係數，Rs0表示室溫時的採樣電阻，可以直接獲取，f1表示所述採樣電阻與所述工作溫度的函數關係，tx表示x時刻的工作溫度。
式2中的所述電磁閥內阻Rc也隨著自動變速箱的工作溫度的變化而變化，具體的，由以下公式獲得：
Rc＝f2(tx)＝Rc0[1+η(tx-t0)]， (式4)
其中，Rc∈[f2(ta)，f(tb)]，其[ta，tb]表示所述自動變速箱執行機構的控制系統的工作溫度的範圍，t0表示室溫，η表示電阻溫度係數，Rc0表示室溫時的電磁閥內阻，f2表示所述電磁閥與所述工作溫度的函數關係，tx表示x時刻的工作溫度。
其中，式4中的室溫時的電磁閥內阻Rc0由以下公式獲得：
其中，Vbat0表示標準工況下所述電磁閥的供電電壓，τ表示所述電磁閥的電磁時間常數，λ表示所述PI控制器輸出信號的佔空比，Ts表示所述PWM調製器的調製周期，is1表示零輸入響應的初始電流。
然後再由Lc＝τRc獲得所述電磁閥的電感，其中，τ表示所述電磁閥的電磁時間常數，RC表示所述電磁閥內阻。
進一步的，式5中的電磁閥的電磁時間常數τ由以下公式獲得：
其中，λ表示所述PI控制器輸出信號的佔空比，Ts表示所述PWM調製器的調製周期，is1表示所述電磁閥零輸入響應的初始電流，is2表示所述電磁閥零輸入響應的結束電流。
具體的，採用脈寬調製法測定所述電磁閥內阻RC和電磁閥的電感LC，如圖2所示，當電流處於下降過程中時，電流從is1衰減到is2，此過程為零輸入響應。
為電磁時間常數。
一階RL感性負載電流調製過程可用如下公式表示：
由推導出當電流處於上升過程時，其狀態響應為：
由此式可以推導出式5。
進一步的，式2中的所述目標信號的角頻率ω的範圍由以下公式獲得：
其中，ω表示所述目標信號的角頻率，C(jω)表示所述實際信號，R(jω)表示所述目標信號。即，所述目標信號的角頻率的範圍需落在所述自動變速箱執行機構的控制系統的增益為1的頻率區間。
實施例二
在本實施例中，所述執行機構300為一電機，在此實施例中，所述目標信號為所述電機的目標轉速，實際信號為所述電機的實際轉速。所述PI控制器的積分係數由以下公式獲得：
其中，KI表示PI控制器的積分係數，r表示所述電機的電樞繞組的平均電阻，J表示所述電機的轉動慣量，a表示所述反饋迴路的增益，Km表示所述電機的電磁準據常數，Vbat表示所述電機的供電電壓，fs表示所述PWM調製器的調製頻率，ξ表示所述自動變速箱執行機構的控制系統的阻尼比，n表示大於等於3的正整數。
進一步的，所述PI控制器的比例係數由以下公式獲得：
其中，KP表示PI控制器的比例係數，r表示所述電機的電樞繞組的平均電阻，J表示所述電機的轉動慣量，Km表示所述電機的電磁轉矩常數，Ke表示所述電機的反電勢常數，f表示所述電機的轉子阻尼係數，KI表示PI控制器的積分係數，Vbat表示所述電磁閥的供電電壓，a表示所述反饋迴路的增益，ω表示所述目標信號的角頻率。
在上述式8和式9中，所述電機的供電電壓Vbat是一個變化的量，由實際的具體工況決定的，其取值範圍為[Va，Vb]。所述電機的電樞繞組的平均電阻r也是一個變量，且與所述自動變速箱的工作溫度相關。
在上述式8和式9中，所述電機的電樞繞組的平均電阻r由以下公式獲得：
r＝f3(tx)＝r0[1+η(tx-t0)]，
其中，r∈[f3(ta)，f(tb)]，其[ta，tb]表示所述自動變速箱執行機構的控制系統的工作溫度的範圍，t0表示室溫，η表示電阻溫度係數，r0表示室溫時的電機的電樞繞組的平均電阻，f3表示所述電機與所述工作溫度的函數關係，tx表示x時刻的工作溫度。
其中，室溫時的電機的電樞繞組的平均電阻r0由以下公式獲得：
其中，Vbat0表示標準工況下所述電機的供電電壓，λ表示所述PI控制器輸出信號的佔空比，Ts表示所述PWM調製器的調製周期，is1表示所述電機的電樞繞組零輸入響應的初始電流，τ表示所述電機的電磁時間常數。
在上述式10中，所述電機的電磁時間常數τ由以下公式獲得：
其中，λ表示所述PI控制器輸出信號的佔空比，Ts表示所述PWM調製器的調製周期，is1表示所述電機的電樞繞組零輸入響應的初始電流，is2表示零輸入響應的結束電流。
具體的，採用單相實驗測定所述電機的電樞繞組的平均電阻r，如圖3所示，當電流處於下降過程中時，電流從is1衰減到is2，此過程為零輸入響應。
為電磁時間常數。
一階RL感性負載電流調製過程可用如下公式表示：
由推導出當電流處於上升過程時，其狀態響應為：
由此式可以推導出式10。
進一步的，式9中的所述目標信號的角頻率ω的範圍由以下公式獲得：
其中，ω表示所述目標信號的角頻率，C(jω)表示所述實際信號，R(jω)表示所述目標信號。即，所述目標信號的角頻率的範圍需落在所述自動變速箱執行機構的控制系統的增益為1的頻率區間。
在本發明的實施例一、實施例二以及其他實施中，在TCU(Transmission Control Uni，自動變速箱控制單元)上電後，根據實際採集的所述自動變速箱中的油溫(即工作溫度)、供電電壓以及給定的所述目標信號的角頻率即可獲得所述PI控制器的積分係數KI和比例係數KP。
進一步的，還可以在確定的運行工況範圍內預先計算出所有工況下的PI控制器的積分係數KI和比例係數KP，並存儲於所述TCU中，在實際運行中，直接從所述TCU中獲取與實際工況相匹配的PI控制器的積分係數KI和比例係數KP即可。提高了數據處理的速度，減少了所述TCU的開銷。
綜上，在本發明實施例提供的自動變速箱執行機構的控制系統中，PI控制器獲取反饋迴路反饋的執行機構的實際信號，根據所述實際信號以及一目標信號來控制PWM調製器，以達到所述實際信號跟隨所述目標信號的目的。
上述僅為本發明的優選實施例而已，並不對本發明起到任何限制作用。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明的技術方案的範圍內，對本發明揭露的技術方案和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發明的技術方案的內容，仍屬於本發明的保護範圍之內。