电动汽车机械式自动变速器换挡控制策略研究

摘要

随着中国汽车保有量和销售量的不断上升，汽车产业对于石油的依赖越来越强烈，而石油燃烧带来的环境问题却成为现代人生活中的一大困扰。为了治理环境污染和缓解能源危机，一方面，中国实施了更为严格的“国六”排放标准，以控制汽车尾气中污染物的排放量；另一方面，制定一系列电动汽车补贴政策和规划方案用于促进纯新能源汽车产业的成长。作为纯电动汽车的核心控制技术之一，变速器换挡控制技术也越来越受到世界各大汽车厂商和国内外研究机构的重视。采用合适的换挡控制策略，可以在保证纯电动汽车动力性的同时，提升能耗经济性，改善驾驶舒适性。 由于纯电动汽车的驱动电机具有转矩上升快、转速范围广的特点，目前市面上推出的纯电动汽车大多采用固定速比减速器，但是这种结构形式失去了变速器的变速作用，对于驱动电机性能的要求较高，电机的成本也大大增加。现在国内外学者研究对象都集中于两档式变速器，对于纯电动公交车、越野车、长途客车、卡车等工况复杂、对档位要求较多的汽车而言，两档式变速器显然不能满足其工作要求，本文研究重点为适用于多档位动力中断式机械式自动变速器换挡过程的控制策略。 本文主要研究内容如下： 1、分析了纯电动汽车主要采用的布局方式，根据基本参数和设计要求为目标车型匹配了合适的驱动电机和机械式自动变速器，并以最大化汽车的动力性能和经济性能为原则，设计了适合目标车型的换挡规律。 2、通过建立模型仿真了纯电动汽车一档变化到四挡的行驶过程和低档换入高档过程中离合器主从动部分的状态变化和冲击变化的情况。 3、根据线性二次型性能指标的最优控制方法，制定了转矩恢复过程中驱动电机和离合器状态的控制策略，以改善汽车换挡品质为目的构建了评价函数，求解了最优换挡控制作用下的驱动电机和离合器的转速、转矩状态的最优轨迹。 4、在最优控制结果的基础上，为了提升整个系统适应外界干扰的性能，采用了模型预测控制（MPC）的方法精确跟随了最优控制轨迹，综合了最优控制和模型预测控制的优点，实现了换挡过程的最优化控制。 5、研究了纯电动汽车无离合直驱式AMT换挡特点，按动力学的不同将换档过程划分为多个执行阶段，仿真了整个换挡过程中同步器的状态和换挡冲击的变化情况并进行了分析。

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