基于電動汽車自動變速器的平滑換擋控制研究

基于電動汽車自動變速器的平滑換擋控制研究

傳統電控機械式自動變速器（AMT）采用電動機代替液壓執行元件控制離合器接合/斷開發動機輸出功率，易于控制、誤操作少且精度更高。然而，離合器的存在使得系統結構復雜且成本較高，為此提出了一種無離合器的機械式自動變速器（CLAMT）結構及控制方法。

為對該控制方法進行功能測試，搭建了CLAMT試驗臺（圖1），主要包括無刷直流驅動電機、商用5擋變速器（拆除離合器）、換擋機構（由互相垂直的2個直流電機驅動）。CLAMT系統采用TI32位單片機（DSP）作為換擋控制及驅動電機伺服控制的數字處理器。傳動系統的工作狀態分為內部同步狀態（齒輪釋放階段）和功率輸出狀態（齒輪結合階段）。AMT的DSP根據車速和加速踏板信號計算出最適合的齒輪位置目標值，包括換擋電機的轉速和力矩，驅動電機的DSP根據AMTDSP的輸入信號判斷是否進行換擋操作，根據車速確定的換擋特性曲線經事先調試儲存在主控制器內。車輛處于加速/減速狀態時，傳動系統進入內部同步狀態進行換擋操作，換擋電機通過PID反饋控制齒輪運動。換擋操作結束后，車輛重新進入功率輸出狀態。

此外，為確定無刷驅動電機參數及車速同步控制，搭建了CLAMT系統模型并采用遞歸最小二乘算法（RLS）對電機參數進行了辨識，RLS算法辨識參數速度快，魯棒性好，能夠有效消除白噪聲的影響。為進行車速同步控制則設計了滑模變（SMC）控制器，并且通過對滑模曲面設置閾值范圍消除了系統顫振。通過仿真結果可以看出，通過參數辨識和滑模控制，系統響應良好。

換擋質量及平順與否由扭矩坑（輸出扭矩下降）決定，這點可以通過減少換擋時間間隔來改善。為此，對CLAMT系統及換擋控制方法進行了試驗驗證，通過控制踏板信號依次進行升/降擋操作能夠得到：升擋過程車速同步時間要大于降擋過程；齒輪傳動比越大，換擋時間越長。通過電子控制單元，提出了無離合變速器控制方法改善了換擋平順性，有效縮短了換擋時間。

Chih-Hsien Yu et al.The 2012 IEEE/ASMEInternational Conference onAdvancedIntelligentMechatronics.

編譯：張為榮