电动汽车AMT换挡过程研究

【摘要】：电动汽车驱动电机具有理想的驱动外特性和精准的调速调矩控制特性，而自动变速箱AMT（Automated Mechanical Transmission）在电动汽车中的使用可进一步提升汽车行驶的动力性和经济性，同时利用电机的调控优势来达到更加理想的换挡品质。本文结合某款纯电动汽车电机-变速箱集成设计的科研项目，对电动汽车动力传动系统进行参数匹配优化和对采用无离合器无同步器设计的自动变速箱AMT换挡控制过程进行研究。 首先，根据整车参数和行驶性能要求，对传动系统重要参数进行匹配及优化设计。在对驱动电机进行了参数匹配选型之后，依据汽车行驶要求和电机参数，建立了两挡变速箱传动比的约束条件，之后，建立了包括循环工况模型、驾驶员模型、驱动电机模型、变速箱模型、整车行驶模型在内的整车仿真模型及能耗计算模型和加速时间计算模型，然后，利用ISIGHT和MATLAB联合仿真优化，选择多目标遗传算法NSGA-Ⅱ，对传动比进行动力性和经济性的双目标优化，最终确定了两挡变速箱的传动比。 其次，结合换挡品质对变速箱的换挡过程进行了动力学分析并设计了换挡过程控制策略。对AMT无离合器无同步器换挡控制过程的控制原理进行了分析，对其中涉及的各个阶段进行了定义，之后，考虑传动轴处扭转变形建立了变速箱换挡过程各个阶段的动力学模型，并详细分析了其中涉及的关键控制问题，并在此基础上建立了换挡过程协调控制策略。 最后，考虑换挡过程中电机转矩控制对传动系统扭转振动抑制的重要作用，基于现代控制理论中线性二次型最优化控制方法，对电机转矩控制律进行了最优化设计。建立了摘挡前后传动系统的状态空间表达式，为了明确换挡过程中传动系统的关键控制状态量，分析了状态变量初值对摘挡后传动系统扭转振动的影响，之后，结合换挡品质的要求，制定了最优化控制性能指标泛函，并求解得到了换挡过程电机转矩的最优控制律。在MATLAB/Simulink中对控制律进行了仿真验证，仿真结果表明，本文计算得到的电机转矩最优控制律能有效抑制不同挡位摘挡前后传动系统的扭转振动，得到了良好的控制效果。