基于H∞滤波的传动力矩估计

李学军，穆宏慧，卢星如

(1.长春科技学院 信息工程学院，长春 130022； 2.吉林农业大学 工程技术学院，长春 130117)

基于H∞滤波的传动力矩估计

李学军1，穆宏慧1，卢星如2

(1.长春科技学院 信息工程学院，长春 130022； 2.吉林农业大学 工程技术学院，长春 130117)

针对发动机传动系力矩无法直接测量问题，提出基动力学分析方法，建立传动系扭矩估计系统数学模型，针对未建模动态和参数蠕变等不确定因素，设计H∞滤波器估计传动系的输出力矩，仿真结果表明，设计的H∞滤波器能有效模拟传动系力矩的变化趋势。

力矩估计；H∞滤波器；建模

车辆起步过程中，发动机扭矩和离合器扭矩的协调控制是车辆平稳、快速运行的关键[1]。发动机扭矩通常采取与发动机控制器(ECU)通信或对试验数据进行处理的方法获取[1]。由于离合器工作过程存在很强的非线性和参数蠕变，且传动系转矩测量系统成本高和安装条件有限，使得离合器扭矩无法直接测量。为实现发动机扭矩和离合器扭矩的直接控制[2]，目前常采用各种估计方法或设计观测器估计离合器传递扭矩[3-4]。文献[1，4]基于离合器动力学模型设计Kalman滤波器估计离合器输出扭矩，利用成熟的Kalman滤波方法估计包含离合器扭矩在内的状态变量。文献[5]将模型误差视为系统输入，在ISS框架下设计降维的非线性观测器。本文基于动力传动系统动力学分析方法，建立传动系扭矩估计系统模型，考虑未建模动态和参数蠕变等不确定因素，设计H∞滤波器估计传动系的输出力矩，采用Matlab仿真验证本文方法在估计传动力矩的有效性。

1 传动系建模

车辆传动系主要部件包括离合器、变速箱、传动轴、差速器和半轴。传动系系统在建模过程中，很多文献将传动系简化为弹簧—双转动惯量系统来研究[5]。基于动力传动系统动力学分析方法，假设传动轴是刚性体，变速器、主传动和轮边减速模型简化为转速比增矩的结构，驱动轴是简化为弹簧—双转动惯量系统，得到传动系动力学方程为：

(1)

(2)

状态矩阵和输入矩阵、干扰矩阵分别为：

2 传动系力矩估计与仿真

设计H滤波器的状态空间描述为：

(3)

(4)

确定滤波器参数的原则是误差系统的‖Tew‖小于给定的一个正数γ。 该原则转化为求解下列矩阵不等式的解：

(5)

以一款GDI发动机为例，其功率为160 kW，转速3 000 r/min，变矩系数为3，传动比约为4.3、2.3、1.2、0.7，主传动比为23，驱动刚度约为400 Nm/deg。采用本文提出的H滤波器估计传动系输出力矩。图1给出发动机电子节门开度，等效为发动机输出力矩。采用Matlab仿真软件，搭建估计系统，传动系输出力矩估计值如图2所示。图2中黑色实线为实验获取的实际输出扭矩。由仿真结果可知，仿真曲线和实际曲线的变化趋势相同且相近，存在的偏差不显著，对于预测传动系的运动状态是有效的。

图1 电子节气门开度Fig.1 Electronic throttle opening

图2 仿真曲线Fig.2 Simulation curve

3 结语

本文基于动力传动系统动力学分析方法，建立传动系扭矩估计系统模型，考虑建模过程忽略的非线性和参数蠕变等带来的未建模不确定因素，设计H∞滤波器估计传动系的输出力矩，采用Matlab仿真验证本文方法在估计传动力矩的有效性。

[1] 邬学斌，张欣，陈宏伟.基于Kalman滤波的AMT车辆起步时离合器传递扭矩估计[J].汽车安全与节能学报，2015，6(3)：224-229.

[2] Bin Wang，Bingzhao Gao，Hong Chen.Adaptive Optimal Control of Starting-up of Automated Manual Transmission[C]//Proceeding of the 11th World Congress on Intelligent Control and Automation (WCICA)，Shenyang，China，June 29 - July 4，2014.

[3] 万国强.换挡过程动力传动系统协调控制[D].北京：北京理工大学，2012.

[4] 高炳钊.汽车动力传动系的若干非线性估计与控制研究[D].长春：吉林大学，2009.

[5] 胡彦超.工程车辆动力传动系系统的建模与仿真[D].长春：吉林大学，2005.

Transmission torque estimation based onH∞filter

LI Xue-jun1, MU Hong-hui1, LU Xing-ru2

(1. School of Information Engineering, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022, China; 2. College of Engineering and Technology, Jilin Agricultural University, Changchun 130117, China)

Aiming at the problem that the torque of engine transmission system can not be directly measured, the basic dynamic analysis method is put forward to establish the mathematical model of the torque estimation system of the driveline. According to the uncertain factors such as unmodeled dynamic and parameter creep, theH∞filter is designed. The simulation results show that the designedH∞filter can effectively simulate the trend of the driveline torque.

Torque estimation;H∞filter; Modeling

2017-04-12

吉林省教育厅十二五科学技术(吉教科合字2014-B059)

李学军(1968-)，女，教授，博士。

TK41

A

1674-8646(2017)12-0018-02