本發(fā)明涉及汽車自動變速器技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及可以用于有級式自動變速器換擋規(guī)律多性能指標(biāo)綜合優(yōu)化的駕駛意圖識別方法。
背景技術(shù):
汽車有級自動變速器包括液力自動變速器(AT)、電控機械式自動變速器(AMT)及雙離合器自動變速器(DCT)等具有固定數(shù)量擋位的自動變速器。作為有級自動變速器核心技術(shù)環(huán)節(jié)之一的換擋規(guī)律,定義了自動變速器擋位決策的控制參數(shù)以及由這些參數(shù)所確定的換擋時機(換擋點),對整車的動力性、經(jīng)濟性和排放性能有重要影響?;隈{駛操縱特征和車輛運行狀態(tài)信息的駕駛意圖識別、并在換擋規(guī)律中合理體現(xiàn)不同駕駛員對換擋性能的期望以適應(yīng)個性化駕駛風(fēng)格,是自動變速技術(shù)發(fā)展的必然要求。目前對駕駛意圖的識別方法多采用模式分類法和貝葉斯估計法,利用駕駛員決策行為的混合特征,通過離散模型和連續(xù)子系統(tǒng)的行為估計參數(shù)來跟蹤瞬時離散狀態(tài),從而實現(xiàn)駕駛意圖的識別,以及采用粒子濾波遞歸逼近狀態(tài)概率分布的模糊邏輯模型,通過估計下一時刻的行駛狀態(tài)來識別駕駛意圖,從而預(yù)測駕駛員路徑選擇。然而,現(xiàn)有的駕駛意圖識別方法由于缺乏有效手段將駕駛意圖識別結(jié)果應(yīng)用于體現(xiàn)駕駛風(fēng)格的換擋規(guī)律計算,難以滿足對自動換擋的個性化要求。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有駕駛意圖識別方法的以上不足,提供一套適用于換擋規(guī)律多性能指標(biāo)綜合優(yōu)化的駕駛意圖識別方法,旨在綜合考慮整車動力性、經(jīng)濟性以及排放指標(biāo),將根據(jù)駕駛操縱特征參數(shù)和車輛運行狀態(tài)信息識別駕駛員的性能期望,用于對換擋規(guī)律的優(yōu)化,從而使裝備有級自動變速器的汽車在實現(xiàn)個性化換擋的基礎(chǔ)上使動力性、燃油經(jīng)濟性和排放性能達(dá)到綜合最優(yōu)。
一種適用于換擋規(guī)律多性能指標(biāo)綜合優(yōu)化的駕駛意圖識別方法,包括以下步驟:
采用動力性期望模糊推理器和經(jīng)濟性期望模糊推理器分別對駕駛員的動力性期望和經(jīng)濟性期望進(jìn)行量化,并在對駕駛員的動力性期望和經(jīng)濟性期望進(jìn)行量化的基礎(chǔ)上確定排放性能期望;針對動力性期望和經(jīng)濟性期望模糊推理器的構(gòu)造,分別確定模糊推理器的輸入?yún)?shù)和模糊推理器的輸出參數(shù),然后確定各輸入、輸出參數(shù)的隸屬函數(shù),最后建立經(jīng)濟性期望模糊推理規(guī)則庫、動力性期望模糊推理規(guī)則庫;以各性能期望量化值為加權(quán)系數(shù),構(gòu)造作為換擋規(guī)律多性能指標(biāo)綜合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的換擋性能綜合評價函數(shù);
所述的在對駕駛員的動力性期望和經(jīng)濟性期望進(jìn)行量化的基礎(chǔ)上確定排放性能期望,是指所有排放性期望量化值與動力性期望量化值和經(jīng)濟性期望量化值之和為1,且各排放性能指標(biāo)的期望量化值均取相同的值;
所述的模糊推理器的輸入?yún)?shù),是指油門開度、油門開度變化率和發(fā)動機轉(zhuǎn)速;所述的模糊推理器的輸出參數(shù),針對動力性和經(jīng)濟性期望模糊推理器分別為動力性期望和燃油經(jīng)濟性期望的量化值,取值范圍均為[0,1];
所述的確定各輸入、輸出參數(shù)的隸屬函數(shù),是根據(jù)優(yōu)秀駕駛員的操作經(jīng)驗確定油門開度、油門開度變化率、發(fā)動機轉(zhuǎn)速以及輸出的駕駛員對動力性和燃油經(jīng)濟性的期望值的模糊子集和論域,并確定表示各參數(shù)的各模糊語言對應(yīng)的隸屬度;
所述的建立模糊推理規(guī)則庫,是根據(jù)優(yōu)秀駕駛員的操作經(jīng)驗、專家知識以及發(fā)動機特性,以油門開度、油門開度變化率以及發(fā)動機轉(zhuǎn)速為輸入,駕駛員對動力性和經(jīng)濟性的期望量化值為輸出,建立動力性期望模糊推理規(guī)則和經(jīng)濟性期望模糊推理規(guī)則;
所述的以各性能期望量化值為加權(quán)系數(shù),構(gòu)造作為換擋規(guī)律多性能指標(biāo)綜合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的換擋性能綜合評價函數(shù),是指將動力性、經(jīng)濟性和各排放性能期望的量化值,分別與歸一化后的動力性分目標(biāo)函數(shù)、經(jīng)濟性分目標(biāo)函數(shù)和各排放性能分目標(biāo)函數(shù)相乘,然后采用線性加權(quán)方法累加求和作為換擋性能綜合評價函數(shù);最后采用適當(dāng)?shù)姆椒▽Q擋規(guī)律進(jìn)行多性能指標(biāo)綜合優(yōu)化。
所述油門開度α分為5個模糊子集,其模糊語言為:{很小(VS),小(S),中(M),大(B),很大(VB)};
所述門開度變化率dα/dt分為5個模糊子集,其模糊語言為{負(fù)大(NB),負(fù)小(NS),保持(0),正小(PS),正大(PB)};
所述發(fā)動機轉(zhuǎn)速ne分為5個模糊子集,其模糊語言為{很小(VS),小(S),中(M),大(B),很大(VB)};
所述駕駛員對動力性和經(jīng)濟性的期望值均分為7個模糊子集,其模糊語言均為{很差(VB),差(B),較差(LB),中(Z),較高(LH),高(H),很高(VH)};
所述動力性期望模糊推理規(guī)則庫中的動力性期望推理規(guī)則為125條,見下表
所述經(jīng)濟性期望模糊推理規(guī)則庫中的經(jīng)濟性期望推理規(guī)則為125條,見下表
將所述油門開度及其變化率、發(fā)動機轉(zhuǎn)速在其論域內(nèi)等分并構(gòu)造輸入組合:油門開度分別取20%、40%、60%、80%和100%;油門開度變化率分別取-8、-4、0、4和8;發(fā)動機轉(zhuǎn)速分別取1500、2500、3500、4500和5500;共125種輸入組合;然后針對每一種輸入組合,分別調(diào)用動力性和經(jīng)濟性期望模糊推理器,計算出動力性期望量化值和經(jīng)濟性期望量化值;駕駛員對排放性指標(biāo)的期望值即排放性期望量化值按下式計算
ωco=ωhc=ωnox=(1-ωd-ωfc)/3
式中,ωco、ωhc、ωnox以及ωd和ωfc分別表示一氧化碳排放量、碳?xì)浠衔锱欧帕俊⒌趸锱欧帕?、動力性和?jīng)濟性期望量化值(即加權(quán)系數(shù))。
所述動力性分目標(biāo)函數(shù)fd(ua)采用同一油門開度下相鄰兩擋加速度之差的絕對值表示,如下式所示
式中,ua為車速,為行駛加速度,i表示擋位。
所述經(jīng)濟性分目標(biāo)函數(shù)ffc(ua)采用同一油門開度下相鄰兩擋燃油消耗率之差的絕對值表示,如下式所示
ffc(ua)=|bei-be(i+1)|
式中,be為發(fā)動機的燃油消耗率,i表示擋位,ua為車速。
所述各排放性能分目標(biāo)函數(shù)采用同一油門開度下相鄰兩擋污染物比排放量之差的絕對值表示,CO、HC和NOx排放目標(biāo)函數(shù)分別如下所示
fco(ua)=|bcoi-bco(i+1)|
fhc(ua)=|bhci-bhc(i+1)|
fnox(ua)=|bnoxi-bnox(i+1)|
式中,bco、bhc、bnox分別為CO、HC和NOx比排放量,i表示擋位。
上述各個分目標(biāo)函數(shù)值按以下公式做歸一化處理,轉(zhuǎn)換到[0,1]的范圍內(nèi),歸一化公式如下
式中,x′表示歸一化后的數(shù)據(jù),x為樣本原始數(shù)據(jù),xmax為樣本數(shù)據(jù)中的最大值,xmin為樣本數(shù)據(jù)中的最小值;
所述采用線性加權(quán)方法按以下公式構(gòu)造多性能指標(biāo)綜合評價函數(shù)f(ua),
式中,fd'(ua)、ff'c(ua)、f'co(ua)、f'hc(ua)、f'nox(ua)分別為歸一化后的動力性分目標(biāo)函數(shù),經(jīng)濟性分目標(biāo)函數(shù),CO、HC和NOx排放分目標(biāo)函數(shù);ωd、ωfc、ωco、ωhc、ωnox分別為動力性分目標(biāo)函數(shù)、經(jīng)濟性分目標(biāo)函數(shù)、CO排放分目標(biāo)函數(shù)、HC排放分目標(biāo)函數(shù)以及NOx排放分目標(biāo)函數(shù)的加權(quán)系數(shù);
所述對換擋規(guī)律進(jìn)行多性能指標(biāo)綜合優(yōu)化采用的適當(dāng)方法為模擬退火算法或遺傳算法,以得到125種多性能指標(biāo)綜合優(yōu)化的換擋規(guī)律。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是:在采用本發(fā)明技術(shù)方案得到的在動力性、經(jīng)濟性以及排放性期望量化值的基礎(chǔ)上制定的汽車有級自動變速器換擋規(guī)律,能夠在體現(xiàn)駕駛員駕駛意圖的基礎(chǔ)上使整車動力、經(jīng)濟和排放綜合性能達(dá)到最優(yōu),解決了目前有級自動變速器換擋規(guī)律主要考慮使動力性、經(jīng)濟性或排放性三者其中某單一性能最優(yōu)的不足,也使得自動換擋更加個性化;且能彌補現(xiàn)有技術(shù)對駕駛意圖簡單分類的不足。
附圖說明
圖1是用于換擋規(guī)律多性能指標(biāo)綜合優(yōu)化的駕駛意圖識別方法的總體方案;
圖2是動力性期望模糊推理器示意圖;
圖3是經(jīng)濟性期望模糊推理器示意圖;
圖4是油門開度隸屬度函數(shù);
圖5是油門開度變化率隸屬函數(shù);
圖6是發(fā)動機轉(zhuǎn)速隸屬函數(shù);
圖7是動力性和經(jīng)濟性期望值隸屬函數(shù);
圖8是換擋性能綜合評價函數(shù)構(gòu)造方法示意圖;
圖9是多性能指標(biāo)綜合最優(yōu)換擋規(guī)律示例一;
圖10是多性能指標(biāo)綜合最優(yōu)換擋規(guī)律示例二;
具體實施方式
下面結(jié)合附圖、結(jié)合某5擋電控機械式自動變速器(AMT)換擋規(guī)律多性能綜合優(yōu)化中駕駛意圖識別方法的運用,對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
圖1是用于有級自動變速器換擋規(guī)律多性能指標(biāo)綜合優(yōu)化的駕駛意圖識別方法的總體方案,采用模糊推理器對駕駛員的動力性期望和經(jīng)濟性期望進(jìn)行量化,并在對駕駛員的動力性期望和經(jīng)濟性期望進(jìn)行量化的基礎(chǔ)上確定排放性能期望。針對動力性期望和經(jīng)濟性期望模糊推理器的構(gòu)造,分別確定模糊推理器的輸入?yún)?shù)和模糊推理器的輸出參數(shù),然后確定各輸入、輸出參數(shù)的隸屬函數(shù),最后建立經(jīng)濟性、動力性期望模糊推理規(guī)則庫。以各性能期望量化值為加權(quán)系數(shù),構(gòu)造作為換擋規(guī)律多性能指標(biāo)綜合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的換擋性能綜合評價函數(shù)。
圖2是動力性期望模糊推理器示意圖,油門開度、油門開度變化率及發(fā)動機轉(zhuǎn)速經(jīng)模糊化后作為模糊推理器的輸入?yún)?shù),動力性期望作為模糊推理器的輸出參數(shù),在確定各輸入、輸出參數(shù)的隸屬函數(shù)的基礎(chǔ)上建立動力性期望模糊推理規(guī)則庫,去模糊化后,輸出動力性期望量化值。
圖3是經(jīng)濟性期望模糊推理器圖,油門開度、油門開度變化率及發(fā)動機轉(zhuǎn)速經(jīng)模糊化后作為模糊推理器的輸入?yún)?shù),經(jīng)濟性期望為模糊推理器的輸出參數(shù),在確定各輸入、輸出參數(shù)的隸屬函數(shù)的基礎(chǔ)上建立經(jīng)濟性期望模糊推理規(guī)則庫,去模糊化后,輸出經(jīng)濟性期望量化值。
針對動力性期望模糊推理器:輸入?yún)?shù)為油門開度、油門開度變化率和發(fā)動機轉(zhuǎn)速;輸出參數(shù)為動力性期望的量化值,取值范圍為[0,1]。
針經(jīng)濟性期望模糊推理器:輸入?yún)?shù)為油門開度、油門開度變化率和發(fā)動機轉(zhuǎn)速;輸出參數(shù)為經(jīng)濟性期望的量化值,取值范圍為[0,1]。
而輸出的排放性能期望的量化值是在對駕駛員的動力性期望和經(jīng)濟性期望進(jìn)行量化的基礎(chǔ)上確定的,分別為一氧化碳排放量化值、碳?xì)浠衔锱欧帕炕岛偷趸锱欧帕炕?,各排放性能指?biāo)的期望量化值均取相同的值,且所有排放性能期望的量化值與動力性量化值和經(jīng)濟性期望量化值之和為1。
圖4是油門開度隸屬函數(shù)示意圖。油門開度分為5個模糊子集,其模糊語言為:{很小(VS),小(S),中(M),大(B),很大(VB)},圖中橫坐標(biāo)表示油門開度各模糊語言的論域范圍,縱坐標(biāo)表示油門開度各模糊語言對應(yīng)的隸屬度。
圖5是油門開度變化率隸屬函數(shù)示意圖。油門開度變化率分為5個模糊子集,其模糊語言為{負(fù)大(NB),負(fù)小(NS),保持(0),正小(PS),正大(PB)},圖中橫坐標(biāo)表示油門開度變化率各模糊語言的論域范圍,縱坐標(biāo)表示油門開度變化率各模糊語言對應(yīng)的隸屬度。
圖6是發(fā)動機轉(zhuǎn)速隸屬函數(shù)示意圖。發(fā)動機轉(zhuǎn)速分為5個模糊子集,其模糊語言為{很小(VB),小(S),中(M),大(B),很大(VB)},圖中橫坐標(biāo)表示發(fā)動機轉(zhuǎn)速各模糊語言的論域范圍,縱坐標(biāo)表示發(fā)動機轉(zhuǎn)速各模糊語言對應(yīng)的隸屬度。
圖7是動力性和經(jīng)濟性期望值隸屬函數(shù)示意圖。駕駛員對動力性和經(jīng)濟性的期望值均分為7個模糊子集,其模糊語言均為{很差(VB),差(B),較差(LB),中(Z),較高(LH),高(H),很高(VH)},圖中橫坐標(biāo)表示動力性和經(jīng)濟性期望值各模糊語言的論域范圍,縱坐標(biāo)表示動力性和經(jīng)濟性期望值各模糊語言對應(yīng)的隸屬度。
下表是動力性期望模糊推理規(guī)則表,是根據(jù)駕駛員的操作經(jīng)驗、專家知識和發(fā)動機特性制定的。本實施例制定了125條動力性期望模糊推理規(guī)則,
部分推理規(guī)則的描述如下:
R1:IFα=VS AND dα/dt=NB AND ne=VS THENωd=LB;
R2:IFα=VS AND dα/dt=NB AND ne=S THENωd=LB;
……
R125:IFα=VB AND dα/dt=PB AND ne=VB THENωd=H.
以第一條規(guī)則為例,其含義是當(dāng)油門開度很小、油門開度變化率負(fù)大、發(fā)動機轉(zhuǎn)速很小時,推理結(jié)果為駕駛員對動力性的期望較低。
下表是經(jīng)濟性期望值模糊推理規(guī)則表,是根據(jù)駕駛員的操作經(jīng)驗、專家知識和發(fā)動機特性制定。本實施例制定了125條經(jīng)濟性期望模糊推理規(guī)則,
部分推理規(guī)則的描述如下:
R1:IFα=VS AND dα/dt=NB AND ne=VS THENωfc=Z;
R2:IFα=VS AND dα/dt=NB AND ne=S THENωfc=Z;
……
R125:IFα=VB AND dα/dt=PB AND ne=VB THENωfc=VB.
以第一條規(guī)則為例,其含義是當(dāng)油門開度很小、油門開度變化率負(fù)大、發(fā)動機轉(zhuǎn)速很小時,推理結(jié)果為駕駛員對經(jīng)濟性的期望為中等。
在本實施例中,將油門開度及其變化率、發(fā)動機轉(zhuǎn)速在其論域內(nèi)等分并構(gòu)造輸入組合,具體地,油門開度分別取20%、40%、60%、80%和100%;油門開度變化率分別取-8、-4、0、4和8;發(fā)動機轉(zhuǎn)速分別取1500、2500、3500、4500和5500;共125種輸入組合。然后針對每一種輸入組合:分別調(diào)用動力性和經(jīng)濟性期望模糊推理器,計算出動力性和經(jīng)濟性期望值;駕駛員對排放性指標(biāo)的期望值按下式計算
ωco=ωhc=ωnox=(1-ωd-ωfc)/3
式中,ωco、ωhc、ωnox以及ωd和ωfc分別表示一氧化碳排放量、碳?xì)浠衔锱欧帕?、氮氧化物排放量、動力性和?jīng)濟性期望值(即加權(quán)系數(shù))。
下面結(jié)合某5擋電控機械式自動變速器(AMT)換擋規(guī)律多性能綜合優(yōu)化優(yōu)化,進(jìn)一步說明本發(fā)明駕駛意圖識別方法的運用。
圖8是換擋性能綜合評價函數(shù)構(gòu)造方法示意圖,首先分別構(gòu)造汽車動力性、燃油經(jīng)濟性和排放性能的評價函數(shù),即動力性分目標(biāo)函數(shù)、經(jīng)濟性分目標(biāo)函數(shù)和各排放性能分目標(biāo)函數(shù),然后對三類分目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行歸一化處理,最后采用線性加權(quán)方法構(gòu)造可用于有級自動變速器換擋規(guī)律優(yōu)化的換擋性能綜合評價函數(shù)(即多性能指標(biāo)綜合評價函數(shù))。
本實施例中,動力性分目標(biāo)函數(shù)采用同一油門開度下相鄰兩擋加速度之差的絕對值表示,如下式所示
式中,ua為車速,為行駛加速度,i表示擋位。
本實施例中,經(jīng)濟性分目標(biāo)函數(shù)采用同一油門開度下相鄰兩擋燃油消耗率之差的絕對值表示,如下式所示
ffc(ua)=|bei-be(i+1)|
ffc(ua)=|bei-be(i+1)|
式中,be為發(fā)動機的燃油消耗率,i表示擋位。
本實施例中,各排放性能分目標(biāo)函數(shù)采用同一油門開度下相鄰兩擋污染物比排放量之差的絕對值表示,CO、HC和NOx排放目標(biāo)函數(shù)分別如下所示
fco(ua)=|bcoi-bco(i+1)|
fhc(ua)=|bhci-bhc(i+1)|
fnox(ua)=|bnoxi-bnox(i+1)|
式中,bco、bhc、bnox分別為CO、HC和NOx比排放量。
本實施例中,采用極差法對各個分目標(biāo)函數(shù)值做無量綱化處理,轉(zhuǎn)換到[0,1]的范圍內(nèi)。歸一化公式如下
式中,x′表示歸一化后的數(shù)據(jù),x為樣本原始數(shù)據(jù),xmax為樣本數(shù)據(jù)中的最大值,xmin為樣本數(shù)據(jù)中的最小值。
采用線性加權(quán)方法構(gòu)造多性能指標(biāo)綜合評價函數(shù),如下式所示。
式中,f'd(ua)、f'fc(ua)、f'co(ua)、f'hc(ua)、f'nox(ua)分別為歸一化后的各項性能所對應(yīng)的分目標(biāo)函數(shù);ωd、ωfc、ωco、ωhc、ωnox分別為動力性分目標(biāo)函數(shù)、經(jīng)濟性分目標(biāo)函數(shù)、CO排放分目標(biāo)函數(shù)、HC排放分目標(biāo)函數(shù)以及NOx排放分目標(biāo)函數(shù)的權(quán)系數(shù)。
上式中各分目標(biāo)函數(shù)對應(yīng)權(quán)值的不同大小組合用來體現(xiàn)駕駛者不同的換擋性能傾向,比如:ωd的值相對大一些,表示駕駛者希望此時以動力性為主;若駕駛者對燃油經(jīng)濟性的期望高于對動力性和排放性能的期望,則ωfc應(yīng)取得相對大一些。
在本實施例中,針對前述125種輸入組合,采用本發(fā)明駕駛意圖識別方法可計算出各種輸入組合對應(yīng)的動力性、經(jīng)濟性和各排放性能期望值,再以這些期望值作為對應(yīng)的經(jīng)歸一化的各性能指標(biāo)的加權(quán)系數(shù),去構(gòu)造多性能指標(biāo)綜合評價函數(shù)、并以其為優(yōu)化目標(biāo),采用適當(dāng)?shù)膬?yōu)化算法(如模擬退火或遺傳算法)進(jìn)行離線優(yōu)化,可得到125種換擋規(guī)律。
若油門開度75%、油門開度變化率為7、發(fā)動機轉(zhuǎn)速為4200r/min時,可計算得到ωd=0.67,ωfc=0.15,ωco=ωhc=ωnox=0.06,采用模擬退火算法優(yōu)化計算得到的多性能指標(biāo)綜合最優(yōu)換擋規(guī)律如圖9所示。
若油門開度35%、油門開度變化率為0、發(fā)動機轉(zhuǎn)速為3200r/min時,可計算得到ωd=0.37,ωfc=0.45,wco=whc=wnox=0.06,采用模擬退火算法優(yōu)化計算得到的多性能指標(biāo)綜合最優(yōu)換擋規(guī)律如圖10所示。
在具體實施中,以上通過離線優(yōu)化計算得到的換擋規(guī)律均以換擋表的形式存儲在變速器控制單元(TCU)中,且能根據(jù)油門開度、油門開度變化率和發(fā)動機轉(zhuǎn)速進(jìn)行查找。在車輛運行過程中,TCU通過實時采集油門開度、油門開度變化率和發(fā)動機轉(zhuǎn)速,并從存儲的換擋表中找出輸入?yún)?shù)與實時采集的油門開度、油門開度變化率和發(fā)動機轉(zhuǎn)速最為接近的換擋表作為擋位決策的依據(jù)。
最后應(yīng)說明的是,以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改,或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改或者替換,并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實施例技術(shù)方案的精神和范圍。