孔慧芳， 徐 超， 鮑 偉， 尹良杰

（1.合肥工業(yè)大學(xué) 電氣與自動化工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

車輛起步過程中，離合器的控制具有非線性、時變、強耦合和難于建模的特點，且工況復(fù)雜，而控制要求做到壽命長、舒適性好，因此雙離合器接合過程的控制是 DCT（dual－clutches transmission）起步控制的核心和難點［1］。傳統(tǒng)控制方法需要建立離合器的精確模型，而模糊控制技術(shù)則不需要［2－3］，所以更適合于離合器的控制，該技術(shù)已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。文獻［4］采用模糊方法控制離合器壓力，文獻［5］采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法控制離合器接合速度，文獻［6］采用基于FCMAC智能方法控制離合器壓力等，都取得了滿意的控制效果。但DCT起步模糊控制系統(tǒng)在綜合考慮人、車、路諸多因素時，輸入維數(shù)多，在語言變量值較多的情況下，易出現(xiàn)模糊規(guī)則數(shù)量暴增、冗余嚴重、推理時間增長等現(xiàn)象，不利于實際應(yīng)用。粒計算可以從大量數(shù)據(jù)中分析、推理、挖掘隱含知識及規(guī)律，與模糊控制結(jié)合后，可提取、簡化決策過程中的控制規(guī)則［7］，提高控制效率。

本文將模糊控制技術(shù)與粒計算相結(jié)合，提出了一種對模糊規(guī)則約簡的方法，減少了起步過程離合器控制的模糊規(guī)則數(shù)量，在滿足起步控制要求［8］的前提下，能有效提升控制的實時性。

1 基于粒計算優(yōu)化的模糊控制

1.1 粒計算定義

定義1 高階粒［9－11］。設(shè)S＝（U，A，V，f）為一個信息系統(tǒng)，已知基本粒G1＝（φ1，m（φ1））和G2＝（φ2，m（φ2）），通過合取聯(lián)結(jié)詞∧構(gòu)成二元對G＝ （φ，m（φ））＝（φ1∧φ2，m（φ1∧φ2）），由階數(shù)求取公式λ＝Num（φ）表示φ包含的合取聯(lián)結(jié)項的個數(shù)。λ＝2的粒稱為二階粒，由信息系統(tǒng)S上的所有二階粒組成的集合稱為二階粒庫，類似可推及λ＝n時的n階粒和n階粒庫，λ≥2的粒稱為高階粒。

定義2 規(guī)則覆蓋度和置信度［9－11］。設(shè)S＝（U，C∪D，V，f）為一個決策信息系統(tǒng)，已知G1＝（φ，m（φ））、G2＝（ψ，m（ψ））分別為條件知識粒和決策知識粒，｜＊｜表示＊對象的個數(shù)，如｜m（φ）｜表示m（φ）對象的個數(shù)。鄰域是基于Rough集劃分理論的一個擴展［12］，使用它作為粒計算表達，假設(shè)粒G1、G2對應(yīng)的決策規(guī)則的描述為φ→ψ，則定義該規(guī)則覆蓋度與置信度的計算公式分別為：

其中，（1）式反映決策規(guī)則φ→ψ對U中對象的覆蓋程度；（2）式反映決策規(guī)則φ→ψ的確定性程度。

1.2 基于粒計算優(yōu)化的模糊控制方法

基于粒計算優(yōu)化的模糊控制方法主要由模糊規(guī)則的制定和規(guī)則約簡2個部分組成。

模糊規(guī)則的制定可通過專家經(jīng)驗和工程知識、操作人員實際控制過程、自學(xué)習(xí)等方法實現(xiàn)。

根據(jù)粒計算理論，針對制定的模糊規(guī)則，引用不同粒度層次的簡潔規(guī)則提取算法［8］，以規(guī)則覆蓋度與置信度為啟發(fā)信息，對大數(shù)量級的冗余模糊規(guī)則進行簡化、優(yōu)化，具體算法步驟如下。

輸入：原始模糊規(guī)則表R＝（U，C∪D，V，f）。

輸出：R的簡化決策規(guī)則。

（1）根據(jù)條件屬性集C、決策屬性集D計算相應(yīng)的條件基本粒庫GC＝（φ，m（φ））和決策基本粒庫GD＝（ψ，m（ψ））。

（2）計算GC中每個條件粒GCi對于決策粒GD1的覆蓋度，獲取知識粒庫GR＝｛?GRi＝（φi，m（φi））∈GC｜Cov（φi→ψ1）≥Cov0｝。

（3）對于GR中的每個粒GRi，計算其對于決策粒 GD1＝（ψ1，m（ψ1））的置信度 AC（φi→ψ1）。若 AC（φi→ψ1）≥AC0，則輸出覆蓋此決策粒GD1的決策規(guī)則φi→ψ1。

（4）將GR中規(guī)則未覆蓋到且分屬不同條件屬性的條件粒合并成高階粒，生成高階粒庫GCh，計算每個高階粒G′i對于 GD1＝（ψ1，m（ψ1））的覆蓋度Cov（Gi′），若 Cov（Gi′）≥Cov0且該高階粒未被覆蓋過，則轉(zhuǎn)步驟（3）計算高階粒對決策粒GD1＝（ψ1，m（ψ1））的置信度。逐步增加高階粒的階次，重復(fù)步驟（4），直至所有高階粒均被覆蓋。

（5）重復(fù)步驟（2）～（4）對決策粒庫GD中的其余決策粒 GDi＝（ψi，m（ψi））進行規(guī)則提取。

（6）收集所有輸出的決策規(guī)則，創(chuàng)建決策規(guī)則庫。

將上述步驟提取的簡化決策規(guī)則作為模糊控制器的規(guī)則，來控制系統(tǒng)的行為。

2 DCT起步過程模糊控制規(guī)則優(yōu)化

粒計算優(yōu)化的DCT車輛起步離合器模糊控制器的設(shè)計主要分為3個部分：模糊控制器結(jié)構(gòu)及參數(shù)確定、起步控制規(guī)則制定、簡化的決策規(guī)則獲取。

2.1 DCT車輛起步模糊控制器結(jié)構(gòu)及參數(shù)確定

本文通過控制離合器油壓以控制離合器接合速度，實現(xiàn)車輛平穩(wěn)快捷起步?；趶?fù)雜工況，選定2層模糊控制器，并設(shè)計了DCT車輛起步控制系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示，其中，電磁閥電流計算模塊由標定獲得的電磁閥執(zhí)行機構(gòu)的P－I特性曲線表構(gòu)成。

圖1 DCT車輛起步控制系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)框圖

模糊控制器的第1層為駕駛意圖推理，根據(jù)油門開度α及其變化率α˙推理出駕駛意圖I；第2層為離合器接合油壓推理，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化率˙ne、離合器主從動盤轉(zhuǎn)速差Δnc和駕駛意圖I推理出離合器目標油壓P；再由P經(jīng)查P－I特性曲線表得電磁閥電流i和控制離合器實際油壓Pr，Pr與α輸入至整車模型后可以實時得到Δnc、˙ne，并反饋給模糊控制器。

模糊控制器的各輸入輸出變量的模糊語言集和論域定義見表1所列。

表1 模糊控制器各變量的模糊語言集和論域

2.2 DCT車輛起步模糊規(guī)則制定

根據(jù)駕駛員經(jīng)驗和專家知識，制定DCT起步模糊規(guī)則控制離合器油壓，主要原則如下：① 通過油門踏板開度及其變化率識別駕駛意圖，為離合器油壓的確定提供依據(jù)；② 快起步時，要求在保證車輛不熄火前提下，盡量縮短起步時間；③ 慢起步和正常起步時，要求在保證車輛不熄火并滿足相應(yīng)沖擊度的前提下，盡量減小滑摩功。

歸納制定第1層駕駛意圖推理規(guī)則見表2所列，第2層離合器油壓推理規(guī)則共有245條，篇幅所限，僅列出I＝VS時的規(guī)則，見表3所列。

表2 駕駛意圖I推理規(guī)則表

表3 I＝VS時DCT起步離合器油壓P模糊規(guī)則表

2.3 DCT車輛起步的簡化決策規(guī)則獲取

對第2層離合器油壓推理的245條規(guī)則進行簡化，以表3為例進行規(guī)則簡化說明：選擇條件屬性集C＝｛I，˙ne，Δnc｝、決策屬性集D＝｛P｝，歸納得到條件基本粒庫GKV＝ ｛I＝VS，˙ne＝NB，˙ne＝ NM，˙ne＝ NS，˙ne＝Z，˙ne＝ PS，˙ne＝ PM，˙ne＝PB，Δnc＝ VS，Δnc＝S，Δnc＝ LS，Δnc＝M，Δnc＝LB，Δnc＝B，Δnc＝ VB｝和決策粒庫GD＝ ｛P＝VS，P＝S，P＝LS｝；根據(jù)1.2節(jié)中算法步驟進行規(guī)則的覆蓋度和置信度計算，并選擇Cov0＝1／49、AC0＝0.7對表3進行簡化，獲得的簡化規(guī)則見表4所列。

表4 I＝VS時DCT起步離合器油壓P簡化決策規(guī)則表

比較表3和表4可以看出，簡化后模糊規(guī)則由49條減少為26條。

表4中規(guī)則1、2、10、25、26共覆蓋表3中的32條規(guī)則，但其中包含置信度不為1的規(guī)則；表4中剩余21條規(guī)則對表3中未覆蓋到的規(guī)則進行表述，并對置信度不為1的規(guī)則進行更細致的表述。綜上可知，表4的26條規(guī)則實際已覆蓋表3的49條規(guī)則，但規(guī)則數(shù)量減少，達到簡化效果。選擇Cov0＝1／245、AC0＝0.7，對第2層的245條模糊規(guī)則進行簡化，最終得到145條置信度超過0.7的簡化決策規(guī)則。

3 仿真分析

利用 Matlab／Simulink軟件建立DCT車輛起步控制系統(tǒng)的仿真模型對DCT起步過程進行仿真。

DCT快起步和慢起步的仿真結(jié)果如圖2所示。

圖2中實線和虛線分別為未優(yōu)化的和粒計算優(yōu)化后的模糊規(guī)則下的仿真結(jié)果，其中圖2a和圖2d為離合器接合過程仿真曲線，圖2b和圖2e為沖擊度仿真曲線，圖2c和圖2f為滑摩功［6］仿真曲線。

比較圖2中各虛線與實線可知，兩者均能滿足平滑快捷的起步要求，且效果基本一致，具體指標及相應(yīng)規(guī)則數(shù)由表5、表6列出。

圖2 粒計算優(yōu)化前、后的模糊控制仿真結(jié)果對比圖

表5 快起步粒計算優(yōu)化前、后的模糊控制仿真結(jié)果對比

表6 慢起步粒計算優(yōu)化前、后的模糊控制仿真結(jié)果對比

由表5和表6可知，同等工況、同等仿真條件下DCT車輛的起步品質(zhì)指標在2種規(guī)則控制下基本保持不變，但基于粒計算優(yōu)化后的模糊控制規(guī)則數(shù)目僅占未優(yōu)化的模糊控制規(guī)則的60%，規(guī)則存儲空間減小，仿真程序?qū)嶋H運行時間縮短，表明模糊推理時間縮短，控制系統(tǒng)效率提升。

綜上可知，基于粒計算優(yōu)化的模糊控制可以簡化規(guī)則，并較好地控制離合器接合，實現(xiàn)DCT車輛平穩(wěn)快捷起步。

4 結(jié) 論

（1）本文提出的基于粒計算優(yōu)化的模糊控制方法為解決多輸入、多語言變量的復(fù)雜結(jié)構(gòu)下模糊規(guī)則指數(shù)增長、冗余嚴重且難以簡化導(dǎo)致實際應(yīng)用困難的問題提供了一種新思路。

（2）本文方法為DCT車輛起步離合器控制的一項新探索，仿真結(jié)果顯示，基于粒計算優(yōu)化的模糊控制減少了模糊規(guī)則、提升了控制效率，且基本不影響DCT車輛起步性能。

（3）本文方法中最小覆蓋度與最小置信度的選取對規(guī)則的簡化程度影響較大，選擇不當可能對控制性能產(chǎn)生不利影響，需要進一步研究。

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