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原文传递电磁直驱变速系统换挡位移估算与控制研究

论文题名：	电磁直驱变速系统换挡位移估算与控制研究
关键词：	新能源汽车;电磁直驱变速系统;电磁直线执行器;换挡位移估算;无位移传感器控制
摘要：	新能源汽车对车辆控制执行技术特别是底层驱动装置提出了更高的要求，高效节能的、高品质的直接驱动技术成为了驱动领域中的研究焦点。其中电磁直线执行器在需求直线运动控制的领域，与旋转电机及运动转换装置结合的方案相比在质量、体积、响应等性能上具有显著的优势。电磁直线执行器在市场化过程中面临着一些共性基础问题：昂贵的位移传感器的使用直接影响执行器的经济性、市场竞争力以及在复杂环境中工作的可靠性。执行器位移估算与控制问题是国内外学者最为迫切希望尽快解决的共性基础问题，也是电磁直线直驱装置市场化过程中需要尽快突破的技术瓶颈。　　本文以基于电磁直线执行器的电磁直驱变速器（Direct-DrivingAutomatedMechanicalTransmission，DAMT）为研究对象，针对由于位移传感器存在而产生的结构紧凑性下降、成本升高以及可靠性降低等问题，通过理论分析、数学建模、仿真模拟和试验验证相结合的方法，研究了一种基于最小二乘支持向量机（LeastSquareSupportVectorMachine,LSSVM）的位移估算方法，实现了电磁执行器与DAMT的无位移传感器控制。具体工作内容包括以下几个方面：　　（1）对基于电磁直线执行器的电磁直驱变速系统进行了分析与建模。对电磁直驱变速系统的结构与原理进行了分析，其以动圈式电磁直线执行器作为换挡驱动装置，分析了执行器的结构与原理，并建立了数学模型；在对换挡过程进行分析的基础上建立了换挡力的数学模型，由此提出了基于换挡过程的换挡控制策略。　　（2）研究了一种应用于电磁直线执行器的位移估算方法。基于LSSVM提出了一种位移估算方法，克服了现有位移估算方法准确度低、稳定性差、泛化能力弱以及需要大量训练样本等缺点，可以在较小的训练样本下实现较高的估算准确度；并建立了数学模型，基于Sobol灵敏度分析方法确定了位移估算模型的输入变量及输出变量。基于多目标粒子群优化算法以准确度和均方根误差为优化目标对正则化参数和核宽度参数进行了多目标优化，进一步提高了位移估算模型的性能。此外对评价指标与位移估算模型性能参数进行了相关性分析，明晰了性能参数对位移估算模型性能的影响规律，并由此建立了适用于全工况条件的改进全工况位移估算模型。制定了位移估算模型训练数据的采集规则，采集数据并进行了仿真试验，结果表明：在特定工况条件下，估算准确度都在95%以上，均方根误差在1×10-4以下，估算时间在0.1ms以下。　　（3）研究了电磁直线执行器的无位移传感器控制方法。对电磁直线执行器控制系统控制器进行了设计，对分别应用PID控制算法、模糊控制算法和模糊自适应PID控制算法的控制系统进行了设计与分析；与基于LSSVM的位移估算模型相结合，实现了直线执行器的无位移传感器控制。并在不同条件下进行仿真验证，结果表明控制估算精度在94%以上；搭建了电磁直线执行器动态试验台架，对试验过程进行了设计，由试验台架采集数据并对位移进行了估算，结果表明估算准确度在92%以上，由此验证了位移估算模型在实际应用中的可行性。　　（4）研究了DAMT的无位移传感器控制方法。在对换挡过程进行了建模分析的基础上建立了电磁直驱变速系统控制模型，并构建了换挡品质的评价体系；由电磁直驱变速系统控制模型采集数据，建立训练集与测试集并进行了模型训练；将位移估算模型应用于电磁直驱变速系统，实现了电磁直驱变速系统的无位移传感器控制。在典型工况下进行了进挡、退挡以及换挡仿真验证，结果表明估算准确度在94%以上；搭建了电磁直驱变速系统通用试验台架，对试验过程进行了设计，由试验台架采集数据并进行了试验，并应用基于LSSVM的位移估算模型对换挡位移进行了估算，结果表明准确度在93%以上。
作者：	于杰
专业：	车辆工程
导师：	李波
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东理工大学
学位年度：	2022