電動(dòng)汽車雙擋自動(dòng)無(wú)縫變速器的仿真建模與控制

電動(dòng)汽車雙擋自動(dòng)無(wú)縫變速器的仿真建模與控制

變速器的主要作用是傳遞動(dòng)力與控制轉(zhuǎn)速。主要對(duì)電動(dòng)汽車雙擋自動(dòng)無(wú)縫變速器的仿真建模與控制進(jìn)行了說(shuō)明。該變速器通過(guò)兩級(jí)行星齒輪組和2個(gè)機(jī)械制動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)換擋。換擋過(guò)程中，通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)與嵌入制動(dòng)器的輸入功率來(lái)提供持續(xù)的動(dòng)力。通過(guò)對(duì)行星齒輪系功率和運(yùn)動(dòng)方程以及機(jī)械裝置自由體簡(jiǎn)圖的分析，建立該裝置的動(dòng)態(tài)模型。通過(guò)建立在Matlab/Simulink基礎(chǔ)上的仿真模型研究其性能。其控制算法是受雙離合變速器（DCT）的2個(gè)主要控制階段（扭矩階段和慣性階段）啟發(fā)而來(lái)的。PID控制器的輸入輸出反饋線性化控制技術(shù)用于扭矩階段，同時(shí)，最佳的MIMO H1控制器用于慣性階段。仿真結(jié)果表明，使用控制算法的換擋過(guò)程是一個(gè)平穩(wěn)的過(guò)程，在輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速過(guò)程中沒(méi)有額外的振蕩。

手自一體變速器與雙離合變速器一個(gè)顯著的不同在于，其變速時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)先斷開(kāi)再重新與動(dòng)力系統(tǒng)連接，減少了乘員的舒適度并且降低了同步器的壽命。然而，在雙離合變速器中動(dòng)力則一直是通過(guò)離合器表面?zhèn)鬟f。給出了一種適用于電動(dòng)汽車的雙擋自動(dòng)變速器。這種裝置在功能上類似于雙離合自動(dòng)變速器，但結(jié)構(gòu)不同。該變速器主要由一個(gè)帶有一般齒環(huán)和太陽(yáng)輪的雙級(jí)行星齒輪箱組成，齒環(huán)與太陽(yáng)輪的節(jié)圓直徑比在輸入側(cè)與輸出側(cè)是不同的，這使得其具有2個(gè)不同的傳動(dòng)比。變速器中有2個(gè)摩擦制動(dòng)器用于控制功率流，保證換擋過(guò)程快速且平穩(wěn)。同時(shí)，這2個(gè)摩擦制動(dòng)器控制著齒圈和太陽(yáng)輪的轉(zhuǎn)速。

給出了一個(gè)雙擋自動(dòng)變速器的動(dòng)態(tài)分析模型。基于升擋時(shí)的控制算法設(shè)計(jì)了控制器，并通過(guò)Matlab/Simulink對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，換擋時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩在90Nm左右不超過(guò)10%的范圍內(nèi)波動(dòng)，幾乎可以忽略不計(jì)。所述變速器的2個(gè)嵌入式制動(dòng)器不僅保證無(wú)縫換擋，還能減少發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)系同步所需的時(shí)間。顯然，獲得升擋控制算法的方法同樣適用于降擋，主要區(qū)別在于慣性階段與轉(zhuǎn)矩階段的順序。

Mir Saman Rahimi Mousavi. 2014 American Control Conference(ACC)Portland,Oregon,USA,June 4-6,2014.

編譯：王祥