电动客车AMT换挡执行机构状态估计及参数辨识

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.08.013

摘要/Abstract

摘要：

为了改善AMT换挡执行机构参数时变下的换挡性能，在考虑系统模型高度非线性、系统噪声特性未知的情况下，本文中提出了一种基于非线性 $H ∞$ 算法的分层状态估计和参数辨识方法。首先，通过实验发现了换挡执行机构参数时变的问题，并针对换挡执行机构建立了非线性模型。然后，设计了分层状态估计和参数辨识器，上、下两层估计器均基于非线性 $H ∞$ 算法设计。上层估计器对执行机构的状态进行估计，并将结果转移到下层估计器；下层估计器利用上层估计器处理完的状态量作为量测量，利用系统模型作为量测方程对系统参数进行辨识；上、下层估计器的协同运行对换挡执行机构的状态进行估计，对结构参数和电性能参数进行辨识。最后，设计了一种基于自动标定的状态估计和参数辨识流程，在对换挡位置值进行标定修正的同时实现对换挡执行机构的参数辨识。实验结果表明，本文提出的分层状态估计和参数辨识方法能准确的对换挡执行机构的状态、参数进行估计和辨识。修正参数后，系统的换挡性能得到改善。

关键词: AMT, 换挡执行机构, 状态估计, 参数辨识

Abstract:

In order to improve the shifting performance when the parameters of the automatic transmission shifting actuator are time-varying， a hierarchical state estimation and parameter identification method based on the nonlinear $H ∞$ algorithm is proposed， considering both the highly nonlinear system model and the unknown system noise characteristics. Firstly， the problem of time-varying parameters of the shifting actuator is found through experiments， and a nonlinear model is established for the shifting actuator. Then， the hierarchical state estimation layer and parameter identification layer are designed， both of which are based on the nonlinear $H ∞$ algorithm. The upper estimation layer estimates the state of the actuator and transfers the result to the lower identification layer； the lower identification layer applies the state results as the measurement， and uses the system model as the measurement equation to identify the system parameters. Then， the cooperative operation of the two layers estimate the state of the shifting actuator， and identifies the structural and electrical performance parameters. Finally， a state estimation and parameter identification process based on automatic calibration is designed， which realizes the parameter identification of the shift actuator while calibrating and correcting the shift position value. The test results show that the hierarchical state estimation and parameter identification method proposed in this paper can accurately estimate and identify the state and parameters of the shifting actuator. After modifying the parameters， the shifting performance of the system is improved.

Key words: automatic transmission, shifting actuator, state estimation, parameter identification

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图/表 20

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图11

图12

表1

换挡执行机构基本参数"

部件	项目	参数	备注
直流电机	电压平台	27 V
	空载电流	2 A	该电流为最大空载电流
	空载转速	3 900 r·min^-1 $±$ 10%
	0.9 N·m负载电流	22 A	该电流为 0.9 N·m负载最大电流
	0.9 N·m负载转速	2 100 r·min^-1 $±$ 10%
	1.55 N·m堵转电流	38 A	该电流为 1.55 N·m负载最大电流
	电磁转矩系数	0.055 7
	反电势系数	0.055 7
	电枢电阻	0.632 $Ω$
	电枢电感	0.005 H
	空载阻力矩	0.111 N·m
	转子转动惯量	0.000 1 kg·m²
换挡机构	$L a$	35 mm	丝杠到换挡指旋转轴的垂直距离
	$L b$	35 mm	换挡指力臂的最大值
	丝杠转动惯量	0.000 513 267 kg·m²
	螺母质量	0.032 02 kg
	换挡指惯量	0.001 158 416 kg·m²
	丝杠进给效率	0.9

表1

图13

图14

图15

图16

表2

图17

表3

参考文献 26

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参数	平均换挡电流/A	最大换挡电流/A	平均换挡电压/V	最大换挡电压/V	换挡时间/ms	换挡位移跟踪误差/mm
修正系统参数（状态1）	4.48	13.36	12.12	22.98	620	0.23
未修正系统参数（状态2）	3.14	15.85	11.17	23.08	1070	0.44
结果对比（基于状态2）	42.68%	-15.71%	8.50%	-0.43%	-42.06%	-47.73%

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