電動汽車機械自動變速器控制策略優化的研究

胡夢贏

【摘 要】隨著經濟的發展，我國的汽車數量正在迅速擴大，身為現代工業文明的象征之一，一方面它代表了我國工業水平的進步，國民經濟水平的提高，另一方面，它對于環境也造成了一定程度的污染，對資源造成了一定的危機。電動汽車的出現對此問題具有良好的規避作用，本文對電動汽車機械自動變速器控制好策略優化進行研究。

【關鍵詞】電動汽車；自動變速器；控制策略

0 前言

電動汽車的系統主要是由動力電機、動力電池組、變速器和減速器等部件和助力轉向系統和空調系統等電氣設備共同組成。電控機械式自動變速器因其具有投入成本小、生產繼承性好等特點，目前正在被廣泛應用于電動汽車之中，本文主要對它進行分析，進而得出電動汽車機械自動變速器的控制策略優化方向。

1 電動汽車機械自動變速器概述

電動汽車的研發涉及了多個學科，其系統工程相對復雜。現階段，自動變速系統中的自動變速器可以分為四種類型，即液力機械式、雙離合自動變速器、無級自動變速器和電控機械式自動變速器[1]。電控機械式自動變速器，英文為Automated Mechanical Transmission，簡稱AMT，它是通過加入電控單元來改變手動換擋等操作部分，它可以實現自動化的換擋。控制系統的結構組成為傳感器信號的采集、TCU控制好的系統選換擋執行的機構這三部分。

這種AMT控制器具有著生產繼承性較好且投入成本不大的優點，因此受到了很多廠家的青睞。電動汽車機械自動變速器控制策略優化的研究主要就是對AMT變速箱對于電動汽車的動力性與經濟性的作用進行研究。

2 電動汽車機械自動變速器控制策略優化的研究

2.1 換擋過程

電動汽車無離合器AMT的選換擋過程是利用電動汽車動力電機的工作模式和控制變速器選換擋執行機構共同實現的。執行機構主要有三種類型，即電控液動、電控氣動和電控電動。本文所選擇的是電控電動式，這種類型的直流電機驅動是利用主控芯片產生PWM對電機的轉速和矩陣予以控制，它能夠利用傳感器，按照選換擋的位置變化而對PWM波進行調整，以此來對此進行控制。

2.2 優化策略

2.2.1 縮短換擋時間與減小換擋沖擊度

無離合器式兩檔AMT系統的換擋品質就是為滿足車輛傳遞轉速和轉矩進行改變的目的，而對變速器進行改變的傳動比。而對其品質進行評價主要是看兩個方面，一是換擋的時間，如何做到快速而平穩的換擋需要考慮到ECU運算速率、執行機構的反映、換擋速度、動力電機的協調控制與變速器的工作效率；二是換擋的沖擊度，可以使用車輛縱向加速度變化率對其進行標識，設jg為變速器從動部分轉動慣量，那么車輛縱向加速度公式為：

結合公式，將換擋時間在一定程度上進行縮短，將換擋沖擊度在一定程度上進行減小，可以讓電動汽車機械自動變速器控制策略得到優化。

2.2.2 控制模式切換的變化率

動力電機三種工作模式為調速模式、自由模式和力矩模式。力矩模式是普通行駛時所處的模式，在檔位被摘除之前，會變成自由的模式，等摘擋完成，會變成調速模式，三者之間在檔位切換中互相變換[2]。由公式（1）可以看出，在輸出矩陣突變為0的情況下，轉矩變化率j≤13m/s3很大，這樣換擋的沖擊度會很大，對換擋造成影響，因此，在換擋之前，應該在三種模式的切換過程中對其變化率進行控制。而模式切換的過渡沖擊度也是和j≤13m/s3互相成正比的，所以在掛擋完成之后，動力電機的矩陣變化率同樣需要限制。

2.2.3 綜合控制策略

首先，需要對動力電機矩陣最大變化率（dT/dt）max進行確認，在實時的變化率小于此前提下，讓它的狀態值縮小到0，可以將力矩模式和自由模式進行切換。在進行動力電機的調速時，設n1是調速之后的目標轉速值，n2是機械自動變速器中間軸轉速，Δn時候轉速的修正量。那么我們可以列出公式為：

n1=ign2+Δn（2）

結合公式，因同步之后的轉速和同步之前轉速有所提升，所以需要進行修正。結合上文，可以得出調節軸向力變化率值，可以達到對同步沖擊進行減小的效果。

為保證對選位動作和換檔的控制，可以采取經典PD控制算法。

在此算法之內，選換擋的位置傳感器對目前位值和目標位值偏差是e（t），選換擋執行機構電機驅動電壓U（t）和它的關系是，

U（t）=Kpe（k）+Kd[e（k）-e（k-1）]（3）

在掛擋結束后，駕駛員的目的會被控制器自動識別，進而完成動力電機的目標轉矩，以此來讓其增大到目標轉矩花費最少的時間，實現自由模式到力矩模式的變換。

3 采用兩參數和換檔策略進行動力性與經濟性的控制策略優化

3.1 動力性控制策略優化

動力換擋有兩種最為恰當的情況，一是一、二檔的加速度曲線交匯，其交點為車速轉換，二是一、二檔沒有交匯，那么就需要在一檔的電機轉速最高的時候進行轉換。

因此，可以得出公式

假如在相對平坦的道路上行駛，那么，依照行駛的方程，可以列出公式

根據公式的計算和推倒，我們可以計算出電動汽車在不同點位的牽引力曲線，進而可以解出電門開度相等下一、二檔位的牽引力交點車速，然后將交點車速和電門開度相等數值形成數據組，通過擬合進行換擋策略曲線一檔到二檔的繪制，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。

3.2 經濟性控制策略優化

經濟性控制策略優化首先需要我們獲得電機效率的MAP圖，然后依照此圖，列出電機高效率范圍的電機轉速范圍和對應轉矩范圍，接著對高效率運行時的電門開度范圍進行確定，然后依照公式ua=0.337·n·r/（ig·i0）km/h，就可以計算當一檔到二檔的經濟性控制策略優化曲線，然后通過換檔速度差的給定就可以得到二檔到一檔的經濟性換擋策略優化曲線。

在此基礎上，可以利用SIMULINK/Matlab平臺建立仿真模型，然后ADVISOR等軟件對電動汽車進行仿真分析，在具體的模型建立程中，可以按照整車模型建立、動力電機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輪模型建立的順序，其仿真分析結果為匹配兩檔AMT變速箱的電動汽車對于整體動力性與經濟性有提高的效果。

結論：綜上所述，電動汽車機械自動變速器控制策略優化需要從縮短換檔時間、減小換擋沖擊度與控制模式切換的變化率三方面入手，通過公式的計算與仿真的分析可以計算出匹配兩檔AMT變速箱的電動汽車對于整體動力性與經濟性有提高的作用。

【參考文獻】

[1]孫勝登.電動汽車機械自動變速器控制策略優化[D].浙江工業大學，2015.

[2]胡東坡.純電動汽車兩擋機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，2016.

[責任編輯：朱麗娜]endprint