（控制理论与控制工程专业论文）基于神经网络的amt换档品质评价方法的研究.pdf

业大学 i i ir lf ll lpi i i iirl rlli y 1 8 8 6 614 体委员审查，确认符合合肥工 求。 答辩委员会签名：( 工作单位、职称) 主席：抹么憾 铷毒( 相不祓确毳统私俊锹为 委员： 臌 导师： 凇 据我所 究成果， 也不包含为获得金自曼王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字：尘秫签字日期：如i f 年争月鹞日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金匿王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金g 曼工些太 兰l 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名：立辛汰 签字日期：2 0 l | 年卜月2 沪 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 签字日期：勾f 1 年午月趣日 电话： 邮编： 的研究 由于动力中断而产生 换档品质评价研究是 品质研究领域的重要 论依据，也是提高换 档品质的有效保证。 目前，国内外出现了针对整车行驶平顺性和操纵性的评价方法研究，但是 就换档品质客观评价而言，还没有特别有效的方法。一方面是由于换档品质评 价指标纷繁复杂，而且各个指标之间又相互影响和制约，不易分辨出各个指标 对换档品质的具体影响程度；另外一方面原因也是来自各个汽车厂家和商家不 愿透漏自己具体的评价体系。长期以来，对换档品质的评价各个汽车厂家大多 采用以驾驶员满意程度为衡量标准的主观方法，即请一些受过专门训练的或有 经验的驾驶员进行实时评定，通过试驾打分来评价一个系统换档过程的好坏， 把评定等级定为1 一l0 个级别来主观打分。虽然这种方法在汽车产品开发过程 中起到了至关重要的作用，但是该方法受到测试者主观因素的影响很大，而且 耗费的人力财力要多，延长了产品开发周期，增加了开发成本。 本文由与企业项目研究资助，目的在于基于神经网络的方法实现电控机械 式自动变速器换档品质的客观评价。车辆的换档品质受到很多影响因素的制约， 其评价指标繁杂，且各个指标之间又相互影响，呈现出复杂的非线性关系，它 的评价可视为一个非线性动态系统。b p 神经网络可以逼近任意一个的非线性函 数，其高度的基于神经网络的a m t 换档品质评价方法研究非线性映射能力等 特点为建立换档品质客观评价方法提供了有力的工具。 本文以a m t 样车为研究对象，系统地分析a m t 的换档过程及换档品质影 响因素，确定换档品质评价指标并给出确定依据。在介绍车辆纵向加速度和冲 击度求解方法的基础上，针对冲击度这一影响换档品质的重要评价指标进行 a m t 换档冲击特性的理论分析和评价。利用m a t l a b s i m u l i n k 完成换档品质评 价方法的客观描述并通过m a t l a b g u i 工具开发的车辆换档品质客观评估软件 试验研究换档品质评价技术。此客观评价方法采用神经网络预测原理，以换档 品质评价指标和主观评价等级构成的样本向量进行训练和测试。搭建的换档品 质客观评价模型是一个多输入单输出系统，已训练好的神经网络取代测试者完 成评价任务，即输入换档时的各项评价指标，通过神经网络辨识给出评价结果。 换档品质评价等级r 和评价指标的数学模型可以这样建立r = f ( a ，t ，a w ) ：。其 中a 表示换档时的加速度；j 表示冲击度；t 表示换档时间；a c o 表示发动机转 速波动量。对于不同的车型，视具体情况，还可以对上述影响因素做进一步调 整。必须指出的是，换档品质评价指标的选取要有科学的依据，必须是已经证 明的影响换档品质的重要因素，若选取不当，将会对评价结果带来负面影响。 利用神经网络对a m t 车辆换档品质进行客观评价，具有很好的数值逼近 性和稳定性。经过评价等级结果的对比分析，表明这种方法能够有效客观地评 价换档品质，且与主观评价具有较好的一致性。由此可以验证这种基于神经网 络的评价方法是科学有效的，为今后开发具有在线学习功能的神经网络作了理 论准备。基于神经网络的a m t 换档品质评价方法有广阔的发展前景，由于换 档是个动态过程，在不同驾驶意图、不同工况下对各指标要求不尽相同，在驾 驶意图辨识的基础上，研究不同意图对各指标的要求，确定不同工况下各指标 的权值分配方案，建立能够全面、真实反映换档品质的动态综合评价系统是换 档品质评价体系研究的目标。 关键词：实时显示b p 神经网络混合编程 b i l es h i f t d e v i c e ，w h i c h p r o d u c e sje r kd u r i n gg e a r s h i f t sb e c a u s eo ft h et o r q u ei n t e r r u p t i o n s o ，t h e s m o o t h n e s sp e r f o r m a n c eo fa m ti sw o r s et h a nt h a to fo t h e rt r a n s m i s s i o n s t h e r e s e a r c ho ns h i f tq u a l i t ye v a l u a t i o ni st h ek e yt od e v e l o pa m tp r o d u c t s h o wt o b u i l da ne v a l u a t i o ns y s t e mo ns h i f tq u a l i t yi sa ni m p o r t a n tr e s e a r c ht o p i ci no r d e rt o i np r o v i n gs h i f tq u a l i t y a n da ne x c e l l e n tc o n t r o lt h e o r yf o rg e a r s h i f t si sb a s e do na c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ns y s t e m t o d a yt h e r e e x i s tn os p e c i f i co b je c t i v eg r a d i n gm e t h o d sf o rs h i f tq u a l i t y e x i s t i n g m e t h o d su s u a l l yg i v eac o m m o ng r a d i n gf o rt h ee n t i r ev e h i c l ed r i v ea b i l i t y , a n dn o t t h eg r a d e sf o rs p e c i f i cs u b s y s t e m s o n er e a s o ni st h a tt h ef a c t o r sa r em a n ya n di ti s n o to b v i o u sh o wt h e s ea f f e c tt h et o t a ls h i f tq u a l i t yi m p r e s s i o n a n da n o t h e rr e a s o n i sm a i n l yt h a to b je c t i v ee v a l u a t i o nt o o l sa r ed e v e l o p e db yc o m m e r c i a lc o m p a n i e s t h a t ，o fc o u r s e ，d on o tr e v e a lt h ed e t a i l so ft h e i rm e t h o d s w h e np e o p l ei nv e h i c l e i n d u s t r yp e r f o r ms h i f tq u a l i t ye v a l u a t i o n s ，as c a l ef r o m1t o 10i sn o r m a l l yu s e d ， b a s e do nt h es u b je c t i v ea s s e s s m e n t so fe x p e r i e n c e dt e s td r i v e r sr e c o r d e dd u r i n ga s e q u e n c eo fr e l e v a n tm a n o e u v r e si su s u a l l ye m p l o y e d e a c hd r i v e rh a sh i so rh e r o w np e r c e p t i o no fv i b r a t i o n sa n dt h u st h e i ro w ns u b je c t i v ee v a l u a t i o ns c a l e t h o u g hs u b j e c t i v er a t i n g s o fq u a l i f i e de v a l u a t o r sa r ei m p o r t a n tf o rv e h i c l e d e v e l o p m e n t ，t h e ya r eg e n e r a l l yi n c o n s i s t e n t ，a n dm a k ec o m p a r i s o no fd i f f e r e n t s h i f te v e n t sd i f f i c u l t ；t os a yt h el e a s t l i t t l ed e f i n i t i v ew o r kh a sb e e np u b l i s h e d w h i c hc o r r e l a t e ss h i f t - s p e c i f i cc h a r a c t e r i s t i c sw i t ho b je c t i v e t h eg o a lo ft h i sm a s t e rt h e s i s ，a si sap a r to fs t u d yo fd y n a m i cc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o ns y s t e mo ns h i f tq u a l i t yo fv e h i c l ep r o je c t ，i st od e v e l o pag r a d i n g s y s t e m f o rs h i f tq u a l i t ye v a l u a t i o nb a s e do nn e t w o r kw h i c hi sc o m p a r e dw i t hp r o f e s s i o n a l t e s td r i v e r s s u b je c t i v eg r a d i n g v e h i c l es h i f tq u a l i t y i sd e t e r m i n e db ym a n y c o m p l e xf a c t o r s ，a n di tw i l lb es u b je c t e db yd r i v e r si n t e n ta n ds e n s a t i o n t h e c o u r s eo fe v a l u a t i o ni sd y n a m i ca n dn o n l i n e a r b pn e t w o r kc a na p p r o x i m a t ee v e r y n o n l i n e a rf u n c t i o n ，s oi tc a nb eu s e dt oe v a l u a t et h es h i f tq u a l i t yo fv e h i c l e i m p l e m e n t e di n m a t l a b s i m u l i n ka n das p e c i a l l yd e s i g n e do b j e c t i v ee v a l u a t i o nm o d l eh a sb e e n c o n s t r u c t e d ，w h i c he n a b l e st h ep o s s i b i l i t yo fp r o d u c i n gr a t i n g s ag r a p h i c a lu s e r i n t e r f a c e ( g u i ) i nm a t l a bi su s e dt oc o n t r o lt h ep r o g r a ma n di t so u t p u t t h es y s t e m h a sb e e nn a m e dt ov e h i c l eo b j e c t i v ee v a l u a t o ro fs h i f tq u a l i t y s ow o r kw a s u n d e r t a k e nt o w a r d sas o f t w a r et o o lt op r e d i c ts u b j e c t i v er a t i n g so fs h i f tq u a l i t y f r o mp o w e rt r a i na n dv e h i c l ed a t a t h eo b j e c t i v ee v a l u a t i o nm o d e lo fs h i f tq u a l i t y i sam u t i - i n p u ta n ds i n g l e - o u t p u ts y s t e m t h et r a i n e dn e u r a ln e t w o r ki n s t e a do f h u m a nb e i n g si su s e dt oe v a l u a t es h i f tq u a l i t y t h es h i f tq u a l i t ye v a l u a t i o ni n d i c e s a r ei n p u t t e dt ot h ei n p u tl a y e ro fn e t w o r k ，a n dt h r o u g ht h ei d e n t i f i c a t i o no ft h e n e t w o r k ，t h ee v a l u a t i o nr a t i n g so u t p u ta u t o m a t i c a l l y t h em a t hm o d e lo ft h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e ns h i f tq u a l i t ye v a l u a t i o nr a n ka n de v a l u a t i o ni n d i c e sc a nb e e s t a b l i s h e da s ：r = f ( a ，j ，t ，a w ) ，w h e r eai ss h i f ta c c e l e r a t i o n ；ji sj e r k ；ti ss h i f tt i m e a n da c o i sf l u c t u a t i o no fe n g i n es p e e d 4 - d i m e n s i o n a li n p u tv e c t o r a c c o r d i n gt od i f f e r e n tv e h i c l e s ，t h ep a r a m e t e r sm i g h t b ea d j u s t e d i ti si m p o r t a n tt op o i n to u tt h a tt h es e l e c t i o no fs h i f tq u a l i t ye v a l u a t i o n i n d i c e sm u s tb er e a s o n a b l ea n dw e l l f o u n d e d t h e s ei n d i c e sm u s tb ep r o v e dt ob e s i g n i f i c a n tf a c t o r sa f f e c t i n gs h i f tq u a l i t y , o t h e r w i s e ，t h e ym i g h tp r o d u c en e g a t i v e i n f l u e n c e st oe v a l u a t i o nr a t i n g s u s i n ga r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r kt oe v a l u a t ea m t s h i f t q u a l i t yh a sg o o dd i g i t a la p p r o x i m a t i o na n ds t a b i l i t y b yc o m p a r i n g a n d a n a l y z i n ge v a l u a t i o nr e s u l t s ，i t i ss h o w nt h a tt h i s o b je c t i v em e t h o dc a ne v a l u a t e s h i f t q u a l i t ye f f e c t i v e l ya n dt h er e s u l t s h a v ea b s t r a c tg o o dc o n s i s t e n c yw i t h s u b j e c t i v ea s s e s s m e n t t h e r e f o r e ，t h eo b j e c t i v e e v a l u a t i o nm e t h o db a s e do n a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r ki sp r o v e dt ob er e a s o n a b l ea n dp r o m i s i n g ，w h i c hi sa l s oa t h e o r yb a s ef o rd e v e l o p i n ga d v a n c e dn e u r a ln e t w o r kw i t ho n l i n el e a r n i n gf u n c t i o n k e y w o r d s ： r e a l - t i m e ，e v a l u a t i o no f s h i f tq u a l i t y , b pf u z z yn e u r a ln e t w o r k 谢 导下完成的。本文从选题到理论研究， 导师的精心指导和全力帮助。导师渊博 精神，使我深受教益，铭记在心。从导 此，对尊敬的导师表示衷心的感谢和最 组全体成员的共同努力下完成的。在论 力帮助和支持，在此对课题组成员一并 ，有了他们的全力支持，我才能顺利完 成学业；感谢所有帮助过我的亲人和朋友。 1 1 1 2 课题的意义4 1 3 本文来源与研究的主要内容5 第二章分析a 盯换档过程及确定评价指标6 2 1 a m t 换挡分析6 2 1 1a m t 换档模型6 2 1 2a m t 换档过程建模7 2 1 3a m t 换档过程控制1 0 2 2 评价指标的确定1 4 2 2 1 换档品质影响因素分析1 4 2 2 2 换档品质评价系统指标确定1 6 第三章基于b p 网络的换档品质评价方法研究1 8 3 1 基于b p 神经网络的评价方法可行性分析1 8 3 2b p 神经网络理论1 9 3 2 ib p 网络的结构1 9 3 2 2b p 网络学习规则2 1 3 3 基于b p 网络的客观评价方法仿真研究2 3 3 3 1 建模2 3 3 3 2b p 网络设计2 3 第四章换档品质评价系统硬件及软件设计2 7 4 i 换档品质评价系统硬件设计2 7 4 1 1 单片机选型2 7 4 1 2 输入信号采集模块设计2 8 4 1 3 通信模块2 9 4 2 换档品质评价系统软件设计3 0 4 2 i 下位机软件3 0 4 2 2 上位机数据分析及换档品质评价软件3 2 第五章试验研究与测试结果分析3 7 5 i 试验研究方法3 7 5 2 试验数据采集和数据处理3 8 亡u 7 1 4 4 5 图1 1 图1 2 图1 3 图1 4 图1 5 图1 6 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 6 图2 7 图2 8 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图4 1 0 图4 1 l 插图清单 d a r t 界面一一2 d a r t 界面二2 a v l d r i v e t m 界面一一3 a v l d r i v e t m 界面二一3 v o l v o 评价软件界面一4 v o l v o 评价软件界面二4 离合器接合过程中的简化数学模型6 车辆传动系示意图一 车辆换挡过程示意图8 变速箱空挡阶段示意图9 同步过程示意图9 车辆换挡过程示意图一1 l 换档过程中各个参数的对应变化错误l 未定义书签。 三种车型侧重点示意图一1 6 网络结构及神经元一1 9 s l g m o i d 曲线19 b p 神经网络训练过程2 2 神经元个数为1 3 训练的误差性能曲线一2 3 神经元个数为9 训练的误差性能曲线2 4 神经元个数为7 训练的误差性能曲线2 4 客观评价模型神经网络结构2 4 数据采集器硬件结构图一一2 6 单片机最小系统一2 7 频率量接口电路2 8 模拟量接口电路一2 8 开关量接口电路2 8 数据采集器一2 9 模拟量信号处理流程一3 0 频率量信号处理流程一3 0 换档评价系统上位机界面3 1 上位机软件流程3 2 串口设置流程3 2 图 图 图 图 33 33 3 4 3 4 36 a m t 样车线束改制及传感器数据采集3 6 实车采数据和数据处理3 7 实车采集数据和处理后数据3 7 换挡品质评价系统实车测试界面3 9 二1 38 绪论 随着国民经济的日益发展，汽车的产量和使用量急剧增加，自动变速器也 在各种车辆上得到广泛的应用。换挡规律与换挡品质评价作为自动变速器的主 要内容也愈加受到关注。换档品质是指自动档车辆在换档过程中的平顺性、快 捷性及离合器的寿命，即希望在保证离合器使用寿命的前提下平稳、快速且无 冲击地进行换档。随着自动变速器的广泛应用消费者对自动档车辆的动力性、 经济性、耐久性和舒适性的要求的提高，换档品质及其评价方法也越来越广泛 受到关注。 按照换挡品质评价所采取的方式来分，主要分为主观评价方式和客观评价 方式。目前国内外大都采取主观评价的方式，但这种评价方式耗时耗力，并且 极易受到主观因素的影响例如年龄的差别、性别的不同、个性的差异、驾驶的 经验等等，其评价结果具有一定主观随意性，因此客观评价方式越来越多的受 到关注，而采取适当的方法进行客观评价就成为研究的重点内容。 国内换挡品质的评价，并没有具体的评价标准大多采用以驾驶员满意程度 为衡量标准。大多公司通用的换挡品质评价方法，是采用大量不同年龄段人员 对车辆试乘试驾后进行打分，通过分析不同人员对车辆的评分后综合评价进而 得到某款车型的换挡等级，一般是将评价结果分为1 0 个等级，所评等级越高， 相应该车辆的换档品质也就越好，如表1 1 所示 表1 1换档品质评价等级标准 评价生观许偷体系 产品屣量镎级 等级性艴反映 l o 优良 灏蠢 品质缀 9 b 好蒸奉漕意 7商晶缀 6良好轻鹰不满 5 麓不麓 4 3 次晶敛 2瑶曩；严重不穗 l 由于汽车a m t 换挡过程的评价受到了广泛重视，许多高校和a m t 开发单 位都对其进行过不同程度的研究，如：东南大学曾进行过模糊控制、神经网络 等智能评价方法的研究，在理论上取得了长足进步，从实际控制效果来看，这 些方法都在一定程度上能体现智能评价方法的优越性，从而提高了a m t 的换 挡品质品质的评价方法。可是，由于换挡品质评价复杂性，受影响因素多，而 且受其可靠性、成本等因素的影响，现正处在开发与研究阶段，还没有实现产 品化。 国外很多汽车厂家在车辆换挡品质评价方面取得了研究成果，开发研制了各自的 评价系统。例如下几个所介绍的公司： r i c a r d o 公司制作的d a r t ，其主要是针对的是操纵性，包括硬件和软件两个部分： s c x i 和及p c i 组成的硬件部分和l a b v i e w 编写的软件部分，由硬件数据采集部分采 集车辆换档、行驶中的各类数据数据，现在还在软件中进行扩展还添加了关于排放对 其产生的影响。由实车采集到的加速度曲线给出怠速，减速，加速时的评价等级，界 面如下1 11 2 所示。 图1 1d a r t 界面一 一。 二= = j !陵唾 - 一 b j 翟黪麓瓣鞲爨雾鬟蘧嚣麓鍪爨獭黼瓣鞴鹾蓊瓣鞣麟糙霪臻獭糍缀溯黧鬟糍搿g 露擎s 坩￥ l 恙 = = 舭缈、蝴、： 鹗 ； ” 川 、 l 鼍 ”j 曲7 ，t 。毒。1 赫0 玉o o 和站。印。“吖墙t 5 j 轴- 曷j 窖爿= j 二篡一i 一 一；嚣；舅一一“d f ；雩姜= ? i ，“罴惫2 ：；= ：i ，一w x = ：。 i ：二z t 氛 图1 2d a r t 界面二 2 d r i v e ，其主要组成部分包括数据采 的输入向量为采集到的1 0 0 多个发动 平顺性评价。在评价中其关键作用的 指标有：发动机温度、换档时间、发动机转速、冲击度、车速、变速箱输入轴转速、 纵向加速度、节气门开度、档位踏板位置等。d r i v e 功能十分强大，除用来评价车辆 行驶的平顺性，还可以用来评估车辆燃油的经济性、以及排放是否达标，经过验证误 差保持在5 以内。该系统的缺点是操作复杂且并不是针对换档品质进行动态综合评 价。 一圈_ 圈 圈遗 田 圈膊圈 圈圆圆圆 图1 3a v l d r i v e t m 界面一 i = = 二鹜釜凿：二l 嫱l 1 。- - - 。- 。“。“。- 。“- * - - * - “ 淞州l 陬删轴”_ - - - - _ _ - _ - _ _ _ - - _ _ _ _ - - _ - _ - _ _ - - - - 一 l 湘_ w 1l j - - _ - - _ - _ _ - - - - - - - _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ - 一 f 啦辑l _ _ _ - _ _ - - _ _ _ _ - - _ h _ _ - - _ _ _ _ - - _ - 。- _ 一 f 啦撬l 。+ 。+ “。一 辖晴# # 霹l - 。_ _ 。- _ _ 。- - _ _ _ _ 。- - 。- 。一 脚”- 嘲，s l #l 。- 。4 。 一 h 嘲* h m 0l 。“ t - a e e m 蛳嘏l 。一 n 幽 。- - - - - - - - - - - - - j 协，l 。- 。- - 。_ w 科蛔 嚏魄露露劈臂r ，r 窄熟，簟忡。 图1 4a v l d r i v e t m 界面二 v o l v o 公司制作的评价软件，选取了四个客观评价指标，纵向加速度峰值、 滤波加速度峰值、冲击度峰值平均功率最大值，作为换档平稳性主观感觉的客 观评价指标。这四个指标可以由车辆采集到的原始加速度信号，经过一系列处 理后得到，如图1 4 。将实验得到的数据保存成文件，文件中会包含换档时表 征换档平顺性的四个指标以及司机对换挡品质的主观评价。程序自动对采集的 3 雕_瓤隧瞳融豳嘲_瞳-瞳曩翻瞳獬_幽豳瞳雕豳嘲一嘲删瞄嘲嘲脚麟聪雕黼聪聪缀粼燃糍瓣燃糕藤缀雕脯雕雕臃雕麟麟露雕啊雕髓臌豳 中检索到车辆换档命令和原始加速 得到的各种主客观关系作为评价标 ；e j ! ! 三三量蚕 ；e 王三三三三虽 ；e 王三王三三三蛋 ；e 王；三习 茎e 三三三三圣圜 图15v o l v o 评价软件界而一 图1 6v o l v o 评价软件界面二 上面介绍的三个系统设计都比较复杂而且主要针对车辆可操纵性、换档平 顺性。但是实际的车辆换档品质评价不应该只针对换档平顺性进行评价，还需 要综合考虑车辆的换档时间、换档对传动系部件使用寿命以及换档时引起的噪 声等影响因素，因此研制开发换档品质客观评价系统是很具现实意义的。 1 2 课题的意义 从上面对于换挡品质评价系统的发展简介可以知道，目前国内在这个方向 上的研究与国外还存在着相当大的差距，而且从现实意义上说，目前应用中最 为广泛的是有级式自动变速器，在其换挡过程中不可避免的存在换挡冲击、发 动机转速波动等现象。这些现象对车辆的动力性、耐久性和舒适性等都会产生 比较大的影响，于是提出以换挡品质这个概念来表征换挡过程性能的优劣，通 4 过对车辆换挡品质评价的研究不仅可以真实地反应车辆的换挡性能，而且在开 发车辆数字模型上进行换挡品质的评价研究，还有利于对车辆开发设计提供指 导，可以大大缩短产品的开发周期、降低开发成本。 车辆换挡品质的相关性因素有很多，且相互之间关系复杂，要建立一个客 观的非线性数学模型，利用原始的统计方法是难达到到目的，由查阅文献中看 到神经网络在评价体系方面有着独特的优势，如各类管理体系评价、空气质量 评价等都取得了良好的效果。 本文将神经网络引入换挡品质评价系统，希望对车辆的换挡评价起到良好 的效果。 1 3 本文来源与研究的主要内容 本课题来源于与企业签订的项目“电控机械式自动变速器的产业化研发”本作品 以搭载电控机械式自动变速器( a u t o m a t e dm e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o n ，l m t ) 的某国产自 动档车辆为目标车，应用人工神经网络基本原理，通过构建换档品质评价模型，参照 主观评价经验数据，设计一套客观换档品质评价系统。通过对自动变速器电控系统控 制参数的选取、采集，基于评价模型得到换档品质评价指标，从而判断车辆评价等级。 该系统可有效提高评价合理性，同时为自动变速器控制系统的改进和完善提供依据。 本文将以实验室中的a m t 样车作为评价研究对象，构建基于神将网络的换档品 质评价系统，第一章绪论主要对换挡品质评价的现状以及本文主要研究内容进行了简 单介绍，第二章主要是分析其换档的过程，确定影响换挡品质的因素；第三章研究如 何构建换档品质的神经网络模型；第四章换挡品质评价系统的软硬件实现；第五章结 合试验数据验证该客观评价换挡品质评价系统的准确率；第六章主要是全文总结并且 指出本文所设计的系统需要进一步改进的方面。 过程及确定评价指标 k 唰一k 图2 1 离合器接合过程中的简化数学模型 其结合过程中各要素之间的关系为： l 睨= z 一吮吸一乃 ，呒= 乃一b ，既一 上面公式中： 卜发动机输出扭矩； w 发动机曲轴角速度； 卜发动机等效转动惯量； _ 一离合器从动部分负载扭矩。 6 ( 2 1 ) ( 2 2 ) 2 1 2a m t 换档过程建模 件折合到曲轴上的当量阻尼； 自动挡车辆在换挡过程时影响其换档品质的因素包括： 1 ) ：过程进行中发动机的力矩互和来自车轮的阻力矩零不一致，即存在力矩差； 2 ) ：过程进行时发动机转速会有发牛变化； 3 ) ：在主动齿轮与被动齿轮进行同步过程中，它们之间存在转速差，且值比较 大； 4 ) ：整个过程结束，离合器再次进行接合时主动片与从动片之间存在转速差， 且不可忽略； 只有对发动机、变速器、离合器联合操纵才能顺利完成一次换挡。需要仔细分析 换挡过程，建立其换挡的模型才能准确表达该过程中传动系各部分运动状态以及相互 间协调配合完成换挡。 汽车在低档状态下行驶，传动系传递的扭矩比在高档状态下的大。这就说明传动 轴及半轴的扭转都比较大。也就是说在低档位进行档位切换时，车轮转动速度波动可 能会比较大。因此要分析低档位间的档位切换。假设汽车以下状态运行：行驶的路况 良好，车辆两侧驱动轮的速度相等。行驶过程中，驱动半轴所传递的扭矩与传动轴、 变速器输出轴传递的扭矩相差是一个主减传动比f 。两者之间的差距是很大的，因此只 要认为传动轴是刚体，驱动半轴是扭转弹性体，示意图如下面的图2 2 所示。 图2 2 车辆传动系示意图图2 3 换挡过程示意图 如图2 3 中的上图所示。换档前传动系的模型，所涉及公式包括： ，。口埘= “k ，( 巩一以f 。) i j o 一( 6 ，f ；f ：+ 饥) 屯 ，。o w = 七，( 吒i 8 i o 一0 。) + 以( 巳i 窖i 。一钆) 一r r i m = ie + i t i ：+ i f i ；i ： 七半轴扭转刚度； j 瘦速器转动惯量； 7 ( 2 3 ) ( 2 4 ) ( 2 5 ) 嬲 0 t t ( 2 6 ) j “车轮转动惯量； 乃= 肌v + 主导鲁v 2 + m y + r a g ( s i n 口，) 】 ( 2 7 ) 口，坡度。 ，一速度 ：离合器分离过程的速度快，则传动系简化成图2 3 中所示，所涉及的方程式为： l 眈i i 疋( 2 1 0 ) ( + i i ) q = t ( 钆一包l i o ) + 饥( 氏一1 9 fl i 。) 】f o ( 2 8 ) u 枷+ 朋巧) 氏= 七，( b i 。一钆) + 仇( 只l i o 一钆) 一乃 ( 2 9 ) ：将变速器挂到空挡，那么，会立刻发生突变，变成两个部分，一部分是发动 机变速器输出轴与离合器同步器组构成的惯量l ，另一部分是离合器从动部分及变速 器第一轴、变速器中间轴及离合器齿轮组构成的惯量，矿。如下面的图2 4 中所示。 蛔变 kk 上 图2 4 空挡示意图 这个过程中所涉及的方程组包括： ，。见= 疋 ( 2 1 0 ) 乃= 一 ( 2 1 1 ) ( l + j ，国以= 【k ，( 钆一6 l r 屯) + 饥( 氏一以l i 。) l i o ( 2 1 2 ) ( 诚+ 聊蠢) 钆= 七，( 以屯一钆) + 吃( 以l i 。一钆) 一 ( 2 1 3 ) ：变速器同步阶段，这个过程的长短直接决定整个换档过程时间的长短。因此 更需要详细的讨论离合器的同步过程，同步过程如下面2 5 所示。 8 图2 5 同步过程示意图 a ：向新档位靠近。在换挡拨叉的推动下，结合套发生位移的同时滑块也发生位移， 之后滑块先于与同步环发生接触，结合套则继续运动，这个时候同步环虽然与被动齿 轮的圆锥面已经有接触，但这时还没有产生摩擦力矩，换句话说这个过程中的同步力 矩仍为0 。 b ：滑磨同步过程。a 过程完成后接合套继续向新档移动，在移动过程中不可避免的 与同步环倒角发生接触，于是接合套移动受到阻碍，这个时候同时同步环与被齿轮的 圆锥面进一步接触产生挤压，因此这个过程中产生了摩擦力矩。同步力矩： ：擘华+ ( 2 “j一册， 、。， s i n 缈 在上面的方程式中： 旷一锥面角度( r a d ) ； 只作用在接合套上的换档力； 尺。锥面有效半径； 。工作锥面摩擦系数。 此时，( 2 8 ) 、( 2 - 9 ) 式就可以表示成： 下 乃易= - b 矿0 矿+ ( 2 1 5 ) g ( h + 1 ) ( + 0 芬) 以= 屯( 乱一6 i r i o ) + 仇( 氏一以l i o ) l i o 一 ( 2 1 6 ) 进而可以得到： l 8 矿- - - b 矿o o , + 器 其中l g ( n + 1 ) 是指新档位的齿轮比。通过推导可以得出： 爵却卜钆盏 ( 2 1 7 ) ( 2 1 8 ) 但比较小，并不会影响l 及其以后的部分，因此可以忽略；在换挡过程中， 为了方便对车辆进行分析，可以认为行驶过程中车轮角速度痧。保持不变，所以对其进 行一届求导运算可以得到以表示为： 9 ( c 3s i n ( 扣而i 而) ) + 巩 ( 2 1 9 ) ，它们由开始时的初始条件确定。 由于在离合器未进行接合时，变速箱后的传动部分处于卸荷状态，因此爵和以的初 值也是由空档时的值决定；它们最终值则可以分别表示为： j 吼i 。i g ( 槲) ( 2 2 0 ) 9 * j9 w | t o 换挡结束，紧接着离合器结合过程开始。 2 1 3a m t 换档过程控制 ( 2 2 1 ) 机械式变速器传动比f ，在自动换挡过程中发生突变，进而使车轮牵引矩l ，也产生 变化，如果发动机的工作状态依旧没有发生改变，马上会造成车辆的加速度的突变， 这种突变会使换挡品质变的很糟糕。因此要保持良好的车辆的换档品质，不但需要控 制发动机转速，而且