電動(dòng)汽車(chē)機(jī)械自動(dòng)變速器控制策略?xún)?yōu)化的研究

胡夢(mèng)贏

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的汽車(chē)數(shù)量正在迅速擴(kuò)大，身為現(xiàn)代工業(yè)文明的象征之一，一方面它代表了我國(guó)工業(yè)水平的進(jìn)步，國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的提高，另一方面，它對(duì)于環(huán)境也造成了一定程度的污染，對(duì)資源造成了一定的危機(jī)。電動(dòng)汽車(chē)的出現(xiàn)對(duì)此問(wèn)題具有良好的規(guī)避作用，本文對(duì)電動(dòng)汽車(chē)機(jī)械自動(dòng)變速器控制好策略?xún)?yōu)化進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車(chē)；自動(dòng)變速器；控制策略

0 前言

電動(dòng)汽車(chē)的系統(tǒng)主要是由動(dòng)力電機(jī)、動(dòng)力電池組、變速器和減速器等部件和助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)等電氣設(shè)備共同組成。電控機(jī)械式自動(dòng)變速器因其具有投入成本小、生產(chǎn)繼承性好等特點(diǎn)，目前正在被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)之中，本文主要對(duì)它進(jìn)行分析，進(jìn)而得出電動(dòng)汽車(chē)機(jī)械自動(dòng)變速器的控制策略?xún)?yōu)化方向。

1 電動(dòng)汽車(chē)機(jī)械自動(dòng)變速器概述

電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)涉及了多個(gè)學(xué)科，其系統(tǒng)工程相對(duì)復(fù)雜?，F(xiàn)階段，自動(dòng)變速系統(tǒng)中的自動(dòng)變速器可以分為四種類(lèi)型，即液力機(jī)械式、雙離合自動(dòng)變速器、無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器和電控機(jī)械式自動(dòng)變速器[1]。電控機(jī)械式自動(dòng)變速器，英文為Automated Mechanical Transmission，簡(jiǎn)稱(chēng)AMT，它是通過(guò)加入電控單元來(lái)改變手動(dòng)換擋等操作部分，它可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的換擋?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成為傳感器信號(hào)的采集、TCU控制好的系統(tǒng)選換擋執(zhí)行的機(jī)構(gòu)這三部分。

這種AMT控制器具有著生產(chǎn)繼承性較好且投入成本不大的優(yōu)點(diǎn)，因此受到了很多廠家的青睞。電動(dòng)汽車(chē)機(jī)械自動(dòng)變速器控制策略?xún)?yōu)化的研究主要就是對(duì)AMT變速箱對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的作用進(jìn)行研究。

2 電動(dòng)汽車(chē)機(jī)械自動(dòng)變速器控制策略?xún)?yōu)化的研究

2.1 換擋過(guò)程

電動(dòng)汽車(chē)無(wú)離合器AMT的選換擋過(guò)程是利用電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電機(jī)的工作模式和控制變速器選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)共同實(shí)現(xiàn)的。執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有三種類(lèi)型，即電控液動(dòng)、電控氣動(dòng)和電控電動(dòng)。本文所選擇的是電控電動(dòng)式，這種類(lèi)型的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)是利用主控芯片產(chǎn)生PWM對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和矩陣予以控制，它能夠利用傳感器，按照選換擋的位置變化而對(duì)PWM波進(jìn)行調(diào)整，以此來(lái)對(duì)此進(jìn)行控制。

2.2 優(yōu)化策略

2.2.1 縮短換擋時(shí)間與減小換擋沖擊度

無(wú)離合器式兩檔AMT系統(tǒng)的換擋品質(zhì)就是為滿(mǎn)足車(chē)輛傳遞轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行改變的目的，而對(duì)變速器進(jìn)行改變的傳動(dòng)比。而對(duì)其品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)主要是看兩個(gè)方面，一是換擋的時(shí)間，如何做到快速而平穩(wěn)的換擋需要考慮到ECU運(yùn)算速率、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反映、換擋速度、動(dòng)力電機(jī)的協(xié)調(diào)控制與變速器的工作效率；二是換擋的沖擊度，可以使用車(chē)輛縱向加速度變化率對(duì)其進(jìn)行標(biāo)識(shí)，設(shè)jg為變速器從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，那么車(chē)輛縱向加速度公式為：

結(jié)合公式，將換擋時(shí)間在一定程度上進(jìn)行縮短，將換擋沖擊度在一定程度上進(jìn)行減小，可以讓電動(dòng)汽車(chē)機(jī)械自動(dòng)變速器控制策略得到優(yōu)化。

2.2.2 控制模式切換的變化率

動(dòng)力電機(jī)三種工作模式為調(diào)速模式、自由模式和力矩模式。力矩模式是普通行駛時(shí)所處的模式，在檔位被摘除之前，會(huì)變成自由的模式，等摘擋完成，會(huì)變成調(diào)速模式，三者之間在檔位切換中互相變換[2]。由公式（1）可以看出，在輸出矩陣突變?yōu)?的情況下，轉(zhuǎn)矩變化率j≤13m/s3很大，這樣換擋的沖擊度會(huì)很大，對(duì)換擋造成影響，因此，在換擋之前，應(yīng)該在三種模式的切換過(guò)程中對(duì)其變化率進(jìn)行控制。而模式切換的過(guò)渡沖擊度也是和j≤13m/s3互相成正比的，所以在掛擋完成之后，動(dòng)力電機(jī)的矩陣變化率同樣需要限制。

2.2.3 綜合控制策略

首先，需要對(duì)動(dòng)力電機(jī)矩陣最大變化率（dT/dt）max進(jìn)行確認(rèn)，在實(shí)時(shí)的變化率小于此前提下，讓它的狀態(tài)值縮小到0，可以將力矩模式和自由模式進(jìn)行切換。在進(jìn)行動(dòng)力電機(jī)的調(diào)速時(shí)，設(shè)n1是調(diào)速之后的目標(biāo)轉(zhuǎn)速值，n2是機(jī)械自動(dòng)變速器中間軸轉(zhuǎn)速，Δn時(shí)候轉(zhuǎn)速的修正量。那么我們可以列出公式為：

n1=ign2+Δn（2）

結(jié)合公式，因同步之后的轉(zhuǎn)速和同步之前轉(zhuǎn)速有所提升，所以需要進(jìn)行修正。結(jié)合上文，可以得出調(diào)節(jié)軸向力變化率值，可以達(dá)到對(duì)同步?jīng)_擊進(jìn)行減小的效果。

為保證對(duì)選位動(dòng)作和換檔的控制，可以采取經(jīng)典PD控制算法。

在此算法之內(nèi)，選換擋的位置傳感器對(duì)目前位值和目標(biāo)位值偏差是e（t），選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓U（t）和它的關(guān)系是，

U（t）=Kpe（k）+Kd[e（k）-e（k-1）]（3）

在掛擋結(jié)束后，駕駛員的目的會(huì)被控制器自動(dòng)識(shí)別，進(jìn)而完成動(dòng)力電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，以此來(lái)讓其增大到目標(biāo)轉(zhuǎn)矩花費(fèi)最少的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)自由模式到力矩模式的變換。

3 采用兩參數(shù)和換檔策略進(jìn)行動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的控制策略?xún)?yōu)化

3.1 動(dòng)力性控制策略?xún)?yōu)化

動(dòng)力換擋有兩種最為恰當(dāng)?shù)那闆r，一是一、二檔的加速度曲線(xiàn)交匯，其交點(diǎn)為車(chē)速轉(zhuǎn)換，二是一、二檔沒(méi)有交匯，那么就需要在一檔的電機(jī)轉(zhuǎn)速最高的時(shí)候進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

因此，可以得出公式

假如在相對(duì)平坦的道路上行駛，那么，依照行駛的方程，可以列出公式

根據(jù)公式的計(jì)算和推倒，我們可以計(jì)算出電動(dòng)汽車(chē)在不同點(diǎn)位的牽引力曲線(xiàn)，進(jìn)而可以解出電門(mén)開(kāi)度相等下一、二檔位的牽引力交點(diǎn)車(chē)速，然后將交點(diǎn)車(chē)速和電門(mén)開(kāi)度相等數(shù)值形成數(shù)據(jù)組，通過(guò)擬合進(jìn)行換擋策略曲線(xiàn)一檔到二檔的繪制，然后利用速度差值的給定就可以匯出從二檔到一檔的曲線(xiàn)。

3.2 經(jīng)濟(jì)性控制策略?xún)?yōu)化

經(jīng)濟(jì)性控制策略?xún)?yōu)化首先需要我們獲得電機(jī)效率的MAP圖，然后依照此圖，列出電機(jī)高效率范圍的電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍和對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)矩范圍，接著對(duì)高效率運(yùn)行時(shí)的電門(mén)開(kāi)度范圍進(jìn)行確定，然后依照公式ua=0.337·n·r/（ig·i0）km/h，就可以計(jì)算當(dāng)一檔到二檔的經(jīng)濟(jì)性控制策略?xún)?yōu)化曲線(xiàn)，然后通過(guò)換檔速度差的給定就可以得到二檔到一檔的經(jīng)濟(jì)性換擋策略?xún)?yōu)化曲線(xiàn)。

在此基礎(chǔ)上，可以利用SIMULINK/Matlab平臺(tái)建立仿真模型，然后ADVISOR等軟件對(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行仿真分析，在具體的模型建立程中，可以按照整車(chē)模型建立、動(dòng)力電機(jī)和控制器模型的建立、變速器模型的建立、主減速器模型的建立及車(chē)輪模型建立的順序，其仿真分析結(jié)果為匹配兩檔AMT變速箱的電動(dòng)汽車(chē)對(duì)于整體動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性有提高的效果。

結(jié)論：綜上所述，電動(dòng)汽車(chē)機(jī)械自動(dòng)變速器控制策略?xún)?yōu)化需要從縮短換檔時(shí)間、減小換擋沖擊度與控制模式切換的變化率三方面入手，通過(guò)公式的計(jì)算與仿真的分析可以計(jì)算出匹配兩檔AMT變速箱的電動(dòng)汽車(chē)對(duì)于整體動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性有提高的作用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]孫勝登.電動(dòng)汽車(chē)機(jī)械自動(dòng)變速器控制策略?xún)?yōu)化[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2015.

[2]胡東坡.純電動(dòng)汽車(chē)兩擋機(jī)械變速器效率分析及考慮工況和變速器效率的換擋策略[D].重慶大學(xué)，2016.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]endprint