工程车辆自动变速智能控制系统开发与试验研究(EI)

工程车辆自动变速智能控制系统开发与试验研究作者：朱振宇，许纯新，智国平，胡彦超作者单位：吉林大学机械科学与工程学院,长春,130025刊名：机械工程学报英文刊名：CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERING年，卷(期)：2004，40(10)被引用次数：5次参考文献(6条)1.许纯新.王国强.赵克利铲土运输机械的技术前沿20032.庄继德汽车电子控制系统工程19983.王凌智能优化算法及其应用20014.何振亚.谭营.王保云一种新的混沌神经网络模型及其动力学分析1998(06)5.朱振宇.许纯新.张鹏基于混沌算法的工程机械自动变速神经网络控制[期刊论文]-农业机械学报2004(01)6.刘复华.谢方纲8097BH(80C196)单片机及其应用1993相似文献(10条)1.期刊论文崔功杰.赵丁选.刘树博.张红彦.邓林工程车辆四参数自动变速控制系统研究-工程机械2007,38(5)对工程车辆四参数自动变速规律进行了新的研究,由发动机油门开度和工作泵压力得出最佳换挡点,从而制订新的换挡策略,重点对其控制系统进行研究.根据四参数变速台架试验数据利用图解法,绘出了工程车辆四参数自动变速规律曲面图.以AT89C55WD单片机为主控芯片采用模块化设计,研制开发了四参数自动变速系统的电子控制单元(ECU--electroniccontrolunit).在硬件和软件两方面分别进行抗干扰设计,保证了自动变速控制器能在工程车辆恶劣的工作环境中稳定可靠的工作;进行了台架试验.结果表明,该控制系统能实现自动变速并进一步提高工程车辆传动系统的效率,达到节能增效的目的,对四参数自动变速控制技术在工程车辆上装机应用具有一定的参考价值.2.学位论文朱振宇工程车辆自动变速智能控制系统试验研究2004车辆自动变速技术的发展已经进入智能化时代，将先进技术融入控制系统已成为车辆发展的趋势。在这其中，工程车辆由于其作业环境复杂、恶劣，作业任务多样，驾驶员频繁换挡导致劳动强度增大，作业生产率不高，传动效率难以保证，迫切要求将机器人技术应用到工程车辆中，开发具有智能化特征的车辆自动变速系统以适应工程车辆特殊的工作环境和提高工程车辆的使用性能。因此，在工程领域中研究和开发具有自主知识产权的车辆自动变速系统对打破外国产品的对我国的垄断、提高我国的经济综合实力具有重要而现实的意义。论文结合国家自然科学基金项目(50075033)“工程机械智能自动变速技术研究”，以ZL50轮式装载机的动力传动系统为研究对象，主要针对工程车辆液力机械传动系统实现自动变速的要求，以提高工程车辆传动系统工作性能、最大程度的发挥车辆动力性兼顾经济性为目的，应用车辆技术、电子技术、计算机技术、人工智能控制技术及传感器技术，在实现车辆自动变速智能控制方面进行了理论与试验研究。现代工程车辆的动力传动系统主要包括发动机、液力变矩器和机械式变速器，液力变矩器在这其中起到了重要的作用，它具有对外载的自动适应性，不但可以减少动载荷冲击、改善车辆起步和低速重载性能，而且还可以实现小范围的`级变速。但是，由于变矩器自身所固有的液力损失大、传动效率低的缺陷，使得车辆传动系统总体传动效率有所降低。如何既能保持其自适应外载荷变化的优点，又解决其平均传动效率较低的缺点，并适应工程机械工作的特点及要求成为亟待开发推广的关键技术。针对工程车辆液力机械传动的特点，研究了工程车辆动力性和经济性换挡规律，并在此基础上提出了采用混沌神经网络智能控制技术的工程车辆自动换挡策略。建立了工程车辆自动变速智能控制系统，使车辆自动变速具有了智能化特征，能够适应外界载荷和环境工况的变化。自动变速系统在继承了神经网络控制技术优点的基础上，利用混沌优化算子进一步改善了系统控制的精度和响应的速度。文中还结合仿真技术，对车辆自动变速系统进行了仿真研究。同时开发了自动变速电子控制系统，进行了系统硬件和软件的设计和调试。最后在液力机械传动试验台上进行了控制算法的验证试验和自动变速控制系统综合性能的测试试验。试验结果表明：系统对工程车辆自动变速的智能控制是实时、有效和可靠的，能够在保证传动系统高效运行的前提下使车辆发挥最佳的动力性。以下将分章节介绍论文的研究工作：第一章绪论。分析了车辆自动变速技术的发展史和国内外自动变速技术的研究动态，介绍了自动变速在工程机械上的应用成果。结合我国国情，论述了在工程车辆(机械)上实现自动变速的重大意义。工程车辆实现自动变速智能控制，从技术上讲可以改善车辆传动性能、减轻驾驶员劳动强度、提高工作效率；从经济上看可以促进自主知识产权产品的开发能力和提高整车电控自动化水平。通过对电控自动变速系统组成原理和各种智能控制方法的介绍，论述了智能化是自动变速技术的发展趋势。对于工程机械自动变速这类结构复杂、过程非线性、控制精度要求较高以及应用多种高新技术的控制问题单靠一种智能控制方式已无法满足控制要求。因此，迫切需要某种综合的、集成的智能控制方法来解决越来越复杂的控制问题，从而可以弥补单一控制策略的不足，这也是智能控制技术发展的趋势。在分析前人研究成果的基础上，明确了论文的主要研究内容。第二章工程车辆动力传动系统控制模型。这一章是工程车辆液力机械传动研究的理论分析部分，以ZL50轮式装载机所装备的动力传动系统为研究对象，首先介绍了传动系统的结构形式及特点，包括X6130柴油机、YJ355型液力变矩器和4D180型动力换挡变速器，然后运用理论分析与试验数据相结合的方法建立了发动机、液力变矩器、发动机与变矩器的匹配工作、动力换挡变速器、车体、工况环境等动力学模型，并在此基础上给出了车辆行驶动力学方程，为后续的工程车辆自动变速控制系统的仿真开发乃至全文的研究工作奠定理论基础。第三章工程车辆自动变速智能控制系统设计。这一章是论文的核心内容，全面、系统地论述了智能控制技术应用于工程机械液力机械传动系统变速控制的理论基础和实现方法。首先对车辆自动变速控制系统做了简单的阐述，明确了控制系统的目标、任务以及控制性能的评价指标。在此基础上介绍了自动变速控制系统的组成原理，重点了解了当前工程车辆自动变速应用最广泛的控制系统——电控液动自动变速系统以及它的液压系统工作原理。然后，对工程车辆自动换挡规律进行了研究。总结了单参数、两参数、三参数换挡规律的特点和应用范围，从动力性、经济性、工作效率的角度介绍了应用自动换挡技术给车辆性能所带来的影响。为了制定工程车辆最佳换挡规律，对具体的研究对象—ZL50轮式装载机的作业方式、工作状态、控制信息、作业工况、外界环境以及驾驶员操纵方式做了一个全面的了解，以便根据装载机各方面的作业特征和工作特点来制定换挡时的目标模式，为装载机各工况下换挡特性的研究打下了理论基础。从装载机实际的作业情况，阐明了工程车辆自动换挡变速控制应该以保持最佳动力性、兼顾经济性为控制目标。实现自动换挡控制目标的前提条件是正确地控制换挡时刻。换挡时刻控制的方法是采用“挡位近似”的方法，即利用神经网络的“函数近似”方法模拟实际的挡位值。但是，由于实际的变速器挡位值是离散的整数量，而“近似”后的挡位值是连续的，所以，要将连续的近似挡位还原成实际的挡位还要经过一个圆整环节。利用人工神经网络控制理论，提出了工程车辆自动变速神经网络控制模型。为了研究神经网络的有效学习算法，克服一般算法收敛速度慢、易陷入局部极小点和泛化适应能力差的缺陷，将混沌优化变量引入到神经网络的结构参数的搜索过程中，利用混沌运动所具有的遍历性、随机性和规律性特点形成了一个强学习能力的混沌神经网络系统。通过对大量样本的训练，验证了所提出的基于混沌优化的神经网络学习算法的有效性。最后，在此基础上提出了工程车辆自动变速混沌神经网络控制方案以及传动系统效率的评价方法。第四章工程车辆自动变速系统仿真研究。计算机仿真是研究工程车辆自动变速智能控制的重要手段之一。以MATLAB仿真软件为支持环境，结合前文建立的ZL50装载机的动力传动系统、车体、作业工况等动力学模型，建立了自动变速系统的仿真模型，其中包括驾驶员、传动系统、工况、车体和混沌神经网络换挡控制器等模型，并利用MATLAB的SIMULINK工具箱对仿真模型进行了测试分析和仿真模拟，最后给出了仿真结果。仿真结果说明了系统仿真模型的建立以及工况选择和初始仿真参数的设定是合理的，从而有力地验证了所提出的工程车辆最佳动力性换挡规律的正确性以及智能换挡控制系统的结构及控制算法的可行性、准确性与可靠性。通过仿真试验，初步确定了基于混沌神经网络的换挡控制系统所必须的外部信息和系统内部的信息，模拟了这些信息的流向和时序，发现了系统设计时需要解决的问题，得出了自动变速控制系统开发的参考依据。第五章自动变速电子控制系统开发设计。这一部分是对工程车辆自动变速智能换挡控制系统设计的具体实施环节。结合系统运行要求和仿真结果分析，阐述了电子控制系统总体的设计思想和开发模式，论述了采用机电一体化的设计思想进行系统化设计的优越性。在明确了电子控制系统工作原理的基础上，完成了系统的功能设计，从而确定了整个系统的技术开发路线。接着介绍了Intel公司MCS-96系列单片机80C196KC的主要性能和内部资源，具体地说明了以其为核心的电子控制系统硬件电路的结构布局、元器件选型和一些有代表性的功能电路的设计等问题。最后，介绍了采用模块化设计思想的软件结构和主控程序流程，同时叙述了论文系统开发过程中所采用的一些抗干扰设计。利用换挡延迟来解决换挡循环问题，从而保证了自动换挡单片机控制的准确性。电子控制单元的开发为整个自动变速系统性能测试提供了试验条件。第六章自动变速系统试验研究及换挡执行机构特性分析。这是全文的实践章节，首先阐明了试验的目的，主要是为了对前文提出的自动换挡规律、混沌神经网络控制算法、仿真试验的结果以及电控自动变速系统设计方案的可行性、控制结果的实时性和准确性、系统的整体性能进行验证，最终评价系统的工作性能是否达到设计要求，为后续的装车试验准备理论基础和物质条件。然后介绍了试验条件和试验设备、传感器的安装方法和标定过程。在装备有ZL50装载机动力传动系统的试验台上作了自动变速控制系统的试验，分别测试了工程车辆自动变速智能控制算法和模型的性能、电子控制单元对车辆运行工况的学习和挡位决策的能力以及自动变速系统自动换挡的综合性能，同时输出了测试结果并进行了结论分析。对工程车辆换挡执行机构性能和换挡品质进行了研究，分析了执行机构的工作过程，在此基础上提出了改善换挡品质的几项措施。最后对车辆自动变速技术的未来发展趋势做出了展望。试验结果表明：自动变速系统可以根据提供的装载机作业样本数据对操作工况和环境变化进行自学习，从中自动修正CNN的结构参数，获得适于工程车辆作业特点的最佳动力性换挡规律。反之，应用这些换挡策略对测试工况进行换挡决策，根据工况环境优化变速器挡位，达到控制目标——发挥车辆最佳动力性。试验同时也测试了系统其它工作部件的可靠性，验证了系统的整体性能已经达到了预定的设计目标。第七章全文总结。阐述了论文的研究成果及创新发现。3.期刊论文赵丁选.ZhaoDingxuan工程车辆自动变速的基本原理-工程机械2006,37(9)工程车辆一边工作一边行走,工作装置的功率输出要占到发动机功率的相当大一部分,最大时可占到60%以上,并且波动很大,这一特点决定了工程车辆的自动变速不能照搬路面交通车辆自动变速的原理.通过理论推导和试验,研究出了比较适合工程车辆使用的3参数与4参数自动变速原理.3参数自动技术适用于工作液压泵功率较小或液压泵的载荷工作时基本没有波动的工程车辆.对于工作液压泵功率较大和液压泵载荷工作时经常波动的工程车辆宜采用4参数自动变速技术.4.学位论文唐新星工程车辆两参数自动变速控制系统研究2004本文结合国家自然基金项目(59705005)“工程车辆液力机械传动系统的电子节能控制研究”及教育部骨干教师基金项目“提高工程车辆液力机械传动系统动力性与经济性的电控方法研究”，针对工程车辆遇到瞬时高强度负载液力变矩器传动效率下降的问题，将发动机、液力