详情

原文传递混合动力汽车AMT无离合器换挡控制策略研究

论文题名：	混合动力汽车AMT无离合器换挡控制策略研究
关键词：	混合动力汽车;机械式自动变速器;换挡过程;控制策略
摘要：	机械式自动变速器（Automatic Mechanical Transmission，AMT）具有结构简单，传动效率高的特点，采用电机与机械式自动变速器组成的单轴并联式混合动力复合传动系统可以明显提升电动车辆的换挡性能。本文以搭载AMT变速器的该构型商用车换挡过程为研究对象，以减少换挡冲击度，缩短换挡时间，提高换挡质量为目的，提出无离合器参与的换挡控制策略，并与有离合器参与换挡的换挡性能进行了对比分析，最后通过dSPACE半实物仿真平台对本文所提控制策略进行了实时验证。　　针对搭载AMT变速器的单轴并联式混合动力汽车传动系统构型，通过对换挡时机电耦合动力传递过程的分析，使用AMESim软件平台搭建了换挡仿真模型，包括发动机模型、电机模型、离合器模型、电池模型，AMT变速器模型和整车纵向动力学模型等。　　根据单轴并联式混合动力汽车的工作模式需求制定整车工作模式划分策略，并根据电池SOC状态和动力源使用状态，将换挡模式分为传统模式，动态协调标准模式和动态协调性能模式三种。然后利用电机快速响应的特点，在换挡过程中的转矩卸载阶段设计动态协调控制策略，使用电机发电抵消发动机转矩，使动力源输出转矩快速下降并接近0N?m，从而起到虚拟“离合器分离，动力源中断”的效果，与传统的转矩卸载方式相比，该方式可以缩短转矩卸载时间38.9%，降低冲击度25.4%。基于无迹卡尔曼滤波原理，设计转矩观测器，对驱动轴传递转矩进行估计，确保变速器传递转矩小于10N?m后再摘挡，避免了摘挡瞬间由于转矩瞬时变化对传动系统各子部件造成的冲击。最后以变速器转速尽快同步和电机转矩平稳变化为控制目标，以电机转矩为控制量，并基于模型预测原理设计了电机主动同步控制器，通过求解同步阶段电机转矩的最优序列，实现对电机主动同步过程的控制。相较于传统的机械同步，所提主动同步方法可使转速同步时间有效缩短16%，从而节省换挡时间。以5挡升6挡为例，结果表明本文提出的无离合器换挡控制策略相较于传统的有离合器换挡控制，可以使整个换挡过程的换挡时间和冲击度最大值都有所减少，其中整个换挡时间减少20%，换挡冲击度最大值减少25.4%，且该控制策略对发动机单独驱动和混合驱动两种驱动方式都适用。　　针对MPC中最优控制量u?(t)的计算需要通过求解二次规划，使求解问题的维度随预测时域NP的增加呈指数增加，继而增加计算量和计算时间，降低求解速度的问题。引入待定矩阵P(t)和反馈增益矩阵为K(t)，通过对里卡蒂方程求解，实现对最优控制量u?(t)的快速求解。相较于传统的MPC控制，基于最优控制原理设计的转速同步控制器可有效提高算法实时性，更加明显缩短转速同步时间33.3%。　　基于dSPACE实时测试工具和配套软件，搭建了混合动力汽车换挡控制实时试验平台。将MicroAutoBoxⅡ中的控制策略与SCALAXIO中的被控对象系统二者联合进行实时开环测试和实时闭环测试。观测实验中车速实时跟随目标车速和挡位实时变化情况，通过对测试过程中10次换挡的实时动态数据进行分析，发现无论在发动机单独驱动还是混合驱动的情况下，单次换挡总时长不超过380ms，最大冲击度不超过13.71m/s3，进一步验验证了换挡控制策略的可靠性和实时性。
作者：	张欢
专业：	车辆工程
导师：	杜常清
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2021