基于最优控制理论的电动汽车AMT控制策略的研究

浙江工业大学硕士学位论文（专业型）

摘要...........................................................................................................I ABSTRACT ............................................................................................. III 目录..........................................................................................................V 第1章绪论.. (1)

1.1课题背景与意义 (1)

1.2AMT概述及关键技术 (2)

1.2.1 AMT概述 (2)

1.2.2 AMT关键技术 (2)

1.3两挡AMT控制系统结构与工作原理 (3)

1.3.1 两挡AMT控制系统结构 (3)

1.3.2 两挡AMT工作原理 (3)

1.4AMT研究现状 (4)

1.4.1 AMT国外研究现状 (4)

1.4.2 AMT国内研究现状 (5)

1.4.3 最优控制理论在AMT控制中的研究现状 (6)

1.5课题来源及主要研究内容 (6)

第2章AMT换挡规律制定 (9)

2.1引言 (9)

2.2自动变速器换挡规律的类型 (9)

2.2.1 单参数换挡规律 (9)

2.2.2 两参数换挡规律 (10)

2.3两参数最佳动力性换挡规律制定 (11)

2.3.1 汽车动力性的评价方法 (11)

2.3.2 汽车行驶动力学分析 (11)

2.3.3 动力性换挡规律的制定 (14)

2.4两参数经济性换挡策略的制定 (16)

2.4.1 电动汽车经济性能评价 (16)

2.4.2 电动汽车最佳经济性换挡规律制定 (17)

2.5本章小结 (19)

第3章AMT换挡过程分析 (21)

3.1引言 (21)

3.2AMT换挡机构及控制流程 (21)

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3.2.1 换挡机构工作原理 (21)

3.2.2 换挡电机选型 (22)

3.2.3 换挡电机控制策略 (23)

3.2.4 AMT换挡控制流程 (24)

3.3换挡品质评价指标 (25)

3.3.1 换挡品质主观评价法 (25)

3.3.2 换挡品质客观评价法 (26)

3.4换挡过程各阶段分析 (26)

3.4.1 动力中断阶段 (27)

3.4.2 摘空挡阶段 (29)

3.4.3 调速阶段 (29)

3.4.4 同步挂挡阶段 (31)

3.4.5 动力恢复阶段 (33)

3.5本章小结 (33)

第4章最优控制问题 (35)

4.1引言 (35)

4.2最优问题 (35)

4.2.1 最优问题的描述 (35)

4.2.2 线性二次型问题 (35)

4.3换挡过程最优控制 (39)

4.3.1 摘空挡阶段最优控制 (39)

4.3.2 同步过程最优控制 (40)

4.3.3 同步过程最优控制律求解 (42)

4.4本章小结 (45)

第5章换挡过程仿真 (47)

5.1引言 (47)

5.2驱动电机模型 (47)

5.3AMT及控制系统模型 (47)

5.3.1AMT变速器模型 (48)

5.3.2电动电控执行机构模型 (48)

5.3.3AMT换挡过程控制整车仿真模型 (50)

5.4换挡过程最优算法仿真 (51)

5.4.1 性能指标泛函值寻优 (52)

5.4.2 冲击度、滑摩功仿真 (54)

5.5本章小结 (56)

第6章AMT控制系统台架与实车试验 (57)

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6.1引言 (57)

6.2AMT控制系统台架测试 (57)

6.3道路试验 (59)

6.4本章小结 (60)

第7章结论和展望 (61)

7.1结论 (61)

7.2创新点 (61)

7.3展望 (62)

参考文献 (63)

致谢 (67)

VII

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第1章绪论

1.1 课题背景与意义

近年来持续恶化的环境问题和能源紧缺问题促进了全球范围内的能源战略转型，为应对上述问题，作为能源消耗巨大的汽车产业也将发展的主旋律转变成节能和环保，故研发并推广具有低排放、低污染特点的新能源汽车就具有与时俱进的现实意义。现阶段主要研发的新能源汽车类型有：燃料电池型、混合动力型、纯电动型。而其中的纯电动汽车由于环保、实用、经济的优点是当今国内外汽车的研究热点。纯电动汽车的主要组成包括：电力驱动总成、传动系统总成、转向系统总成、行驶系统总成以及相关的控制系统等，其中电力驱动总成代替了内燃机汽车的发动机成为了电动汽车的核心。当前我国电动汽车技术层面存在诸多急需解决的问题如：电池续航能力和充电速率问题、车辆制动能量回收再利用问题、车辆自动变速问题以及相关的控制算法问题等。

作为车辆传动系统最主要部件之一的变速器也是当前电动汽车的研究重点，为电动汽车匹配一个合适的变速器是纯电动汽车的研发过程中必须优先考虑的，自动变速器由于在操作稳定性、乘坐舒适性上比手动变速器具有优势，所以在电动汽车上匹配自动变速器是合理的同样也是符合整体发展趋势的。因此开展自动变速器关键技术的研究，开发自动变速器控制系统也是当前纯电动汽车发展的需要。

作为动力源的驱动电机的优点在于其稳定性既：低速恒转矩、高速恒功率[1,2]。故在电动汽车上只需要匹配单挡固定速比的变速器或者两个挡位的变速器就可以满足车辆的不同行驶需求。固定速比变速器具有结构简单、易加工的特点故在低成本小型电动车上应用广泛。但是不能换挡带来的不良影响就是电动汽车高速工况下驱动电机的效率变低，电能消耗量加剧，从而缩短了原本就不长的续航里程，而采用两个挡位的自动速器就可以解决上述问题。当车辆负载大的时候采用速比大的挡位，当车辆负载小的时候切换成速比小的挡位。这样的选择既可以降低电机的负荷，提高电机的工作效率，也可以提高纯电动汽车的续航里程。

由于车辆行驶时要应对不同的工况，故对于搭载了两挡变速器的电动汽车在不同工况下选择合理的挡位是决定了车辆动力性、经济性、乘坐舒适性的关键因素。纯电动汽车若想逐渐取代内燃机汽车就必须在各个性能上达到内燃机型汽车的标准，而提高乘坐时能直观感受到的换挡品质就必然是纯电动汽车自动变速器的研发重点。换挡品质的优劣决定了车辆的动力性、平顺性、舒适性。故针对搭载了两挡变速器的电动汽车开展换挡品质的改善工作具有重要的现实意义。

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