電動(dòng)汽車用無離合器AMT的換擋控制策略優(yōu)化

李景蒲

摘要：眾所周知，電動(dòng)汽車已經(jīng)成為未來汽車行業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展方向，以清潔能源為基礎(chǔ)的電動(dòng)汽車將會(huì)逐步占據(jù)更大的汽車市場，成為汽車市場中的核心角色。無論是對(duì)于燃油汽車還是電動(dòng)汽車來說，無離合器AMT換擋控制操作質(zhì)量都會(huì)在很大程度上對(duì)汽車的動(dòng)力性能、舒適程度、動(dòng)力系統(tǒng)壽命以及安全性能等等產(chǎn)生至關(guān)重要的影響作用。本文將針對(duì)電動(dòng)汽車用無離合器AMT的換擋控制策略優(yōu)化進(jìn)行深入的分析和探究。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;無離合器;AMT;換擋控制;優(yōu)化策略

0 ?引言

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的向前發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與進(jìn)步，汽車的出現(xiàn)以及更新?lián)Q代讓人類的生活變得更加方便和快速，但是，燃油汽車所產(chǎn)生的環(huán)境污染以及資源短缺等問題也不得不引起大眾的廣泛關(guān)注。在這樣的大背景下，電動(dòng)汽車應(yīng)運(yùn)而生，其所具備的零排放、零污染的優(yōu)點(diǎn)讓其更適合于當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展需求。縱觀當(dāng)前各大汽車公司的電動(dòng)汽車研發(fā)以及推廣銷售工作，會(huì)分為兩級(jí)減速，這樣做的目的是為了更好地滿足電動(dòng)汽車在經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性方面的要求，電動(dòng)汽車對(duì)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求是非常高的，因此，這也使得電動(dòng)汽車的成本也是比較高的。以下是筆者結(jié)合自己多年相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，就此相關(guān)議題提出自己的幾點(diǎn)看法和建議。

1 ?關(guān)于電動(dòng)汽車無離合器AMT系統(tǒng)的簡要介紹

我們都知道，傳統(tǒng)的燃油汽車動(dòng)力是內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)在轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的控制方面并沒有達(dá)到比較高的精度，因此，其必須要借助離合器來實(shí)現(xiàn)更高的精度。燃油汽車的換擋過程是：首先切斷動(dòng)力，然后換擋機(jī)構(gòu)選定方位，最后閉合離合器恢復(fù)動(dòng)力輸出。而今天筆者要講述的電動(dòng)汽車無離合器AMT變速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)則是借助驅(qū)動(dòng)電機(jī)的快速跟蹤響應(yīng)，在換擋的過程中實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輸入軸和輸出軸轉(zhuǎn)速的同步，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更高品質(zhì)換擋過程，其對(duì)于傳統(tǒng)燃油汽車的換擋過程而言是一個(gè)質(zhì)的跨越。

2 ?電動(dòng)汽車無離合器AMT系統(tǒng)存在的價(jià)值和意義分析

電動(dòng)汽車中采用AMT系統(tǒng)擁有著非常重要的價(jià)值和意義，其不僅很好地滿足了電動(dòng)汽車加速以及爬坡方面的能力需求，而且其在滿足最高車速需求的同時(shí)還有效提升了電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)效率，這就大大提升了電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，電動(dòng)汽車也可以跑更遠(yuǎn)的路程了。

目前，我國普遍使用的電動(dòng)汽車AMT系統(tǒng)主要包括換擋過程和換擋規(guī)律兩方面的研究工作。在之前較長的一段時(shí)間內(nèi)，我國對(duì)于電動(dòng)汽車AMT系統(tǒng)的研究工作都集中在了換擋規(guī)律方面，諸如多參數(shù)換擋或者雙參數(shù)換擋，其在實(shí)際換擋過程的研究還是比較少的，而針對(duì)電動(dòng)式無離合器AMT系統(tǒng)換擋過程更是非常少，可是在影響電動(dòng)汽車換擋品質(zhì)的諸多因素中，換擋過程卻是其中非常重要的一項(xiàng)影響因素。所以，我們必須要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)AMT系統(tǒng)在更多方面的研究和研發(fā)力度，尋找到更優(yōu)質(zhì)、更高效的換擋控制策略。

3 ?關(guān)于AMT換擋沖擊的原因分析

從目前的所發(fā)生的的諸多AMT換擋沖擊問題來看，其原因是比較多方面的。但是，其可以總結(jié)為主要的幾個(gè)方面：第一，電動(dòng)汽車機(jī)械方面的故障;第二，電動(dòng)汽車電路方面的故障;而導(dǎo)致上述兩方面故障出現(xiàn)的原因則是更加復(fù)雜多樣的，諸如電動(dòng)汽車?yán)锩娴臏p震器活塞卡住，不能起到減震作用;單向閥鋼球漏裝，換擋執(zhí)行元件接合過快;電子控制單元出現(xiàn)故障和問題等等，這些都可能會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)汽車的機(jī)械或者電路出現(xiàn)故障問題。

4 ?關(guān)于換擋過程的分析與建模

電動(dòng)汽車用無離合器AMT的換擋控制策略當(dāng)中，需要完善和優(yōu)化的一項(xiàng)重要內(nèi)容便是的如何選擇并且實(shí)現(xiàn)對(duì)換擋力的合理控制，有效避免換擋沖擊，與此同時(shí)更要兼顧換擋時(shí)動(dòng)力性，因?yàn)槿绻麚Q擋力太大，其很有可能會(huì)直接導(dǎo)致?lián)Q擋沖擊的出現(xiàn)。關(guān)于換擋電機(jī)的控制優(yōu)化，目前比較好的優(yōu)化措施主要包括以下幾種：第一，全電式AMT的選換擋，將模糊控制的策略引入到選換擋電機(jī)孔控制當(dāng)中，明確清楚各項(xiàng)模糊變量，制定模糊控制規(guī)則，進(jìn)而建立起模糊控制器。第二，根據(jù)結(jié)合套位移調(diào)節(jié)換擋電機(jī)PWM來實(shí)現(xiàn)，調(diào)節(jié)站空比實(shí)現(xiàn)掛擋力精確控制。這兩種方式都在很大程度上縮減了換擋的時(shí)間，電動(dòng)汽車的換擋品質(zhì)和加速性能都得到了很大的提升。

如圖1所示，該圖即為無離合器AMT換擋過程簡化模型：如果電動(dòng)汽車進(jìn)入到換擋機(jī)械同步過程時(shí)，從升檔的角度來說明，變速箱的輸入軸轉(zhuǎn)速將會(huì)大于輸出軸轉(zhuǎn)速。所以，換擋電機(jī)所施加的水平驅(qū)動(dòng)力F將促使輸入軸轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)速逐漸迫近，直到與輸出軸轉(zhuǎn)速相同。因?yàn)楫?dāng)前機(jī)械同步過程通常都控制在100ms之內(nèi)，所以，在這段時(shí)間內(nèi)我們可以認(rèn)為車輛的轉(zhuǎn)速基本上是保持不變的，所以便可以將機(jī)械同步過程簡化為通過換擋電機(jī)施加的驅(qū)動(dòng)力，確保輸入軸轉(zhuǎn)速和輸出軸轉(zhuǎn)速保持相等的狀態(tài)。

5 ?關(guān)于無離合器AMT換擋控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖2是電動(dòng)汽車無離合器AMT換擋過程控制SIMULINK模型圖，從圖中可以看出：如果將初始轉(zhuǎn)速設(shè)定為1000rpm，機(jī)械同步的目標(biāo)轉(zhuǎn)速為980rpm，轉(zhuǎn)速差即20rpm。

實(shí)驗(yàn)中根據(jù)既定的油門踏板變化曲線，分別針對(duì)等效油門開度大和等效油門開度進(jìn)行了仿真，并且將仿真結(jié)果和無優(yōu)化之前的控制結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，最終仿真結(jié)果如表1所示。

從這一組仿真對(duì)比結(jié)果來分析：在等效油門開度大的情況下，同步時(shí)間會(huì)明顯縮小，但是，輸入軸的沖擊度和滑磨功率相應(yīng)也會(huì)增加一些。在等效油門開度小的情況下，同步時(shí)間會(huì)有所增加，而且輸入抽的沖擊度和滑磨功率也會(huì)隨之減小一些。

6 ?關(guān)于電動(dòng)汽車無離合器AMT換擋沖擊控制策略的發(fā)展分析

電動(dòng)汽車無離合器AMT換擋沖擊優(yōu)化控制策略之一便是采用模糊——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車檔位的決策。采用現(xiàn)代模糊控制技術(shù)來進(jìn)一步增強(qiáng)AMT對(duì)駕駛員操作意識(shí)和路況、車況的適應(yīng)能力，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則幫助駕駛員們學(xué)習(xí)和掌握換擋數(shù)據(jù)以及最佳的換擋規(guī)律。

從現(xiàn)階段AMT技術(shù)的發(fā)展情況來看，其在技術(shù)層面存在的主要困難還體現(xiàn)在運(yùn)算速度、傳動(dòng)部件慣性以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)速度等方面，未來AMT技術(shù)也將會(huì)將其作為攻克的主要難關(guān)和方向。未來電動(dòng)汽車無離合器AMT換擋控制會(huì)將高速數(shù)字信號(hào)處理器融入其中，用來完成軟件中比較負(fù)責(zé)的控制算法，也會(huì)借助電動(dòng)執(zhí)行器來提高電動(dòng)汽車的檔位速度。

7 ?結(jié)束語

綜上所述，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的大背景下，我國發(fā)展過程中暴露出的能源危機(jī)、環(huán)境污染問題以及溫室效應(yīng)等現(xiàn)象越來越顯著，這是推動(dòng)我國汽車行業(yè)向電動(dòng)汽車邁進(jìn)的一個(gè)重要原因。現(xiàn)階段的汽車行業(yè)的研發(fā)領(lǐng)域面臨著更高的節(jié)能減排要求，電動(dòng)汽車所具備的節(jié)能、高效、零污染的獨(dú)特優(yōu)勢讓其成為了未來汽車行業(yè)的主流發(fā)展趨勢，而電動(dòng)汽車用無離合器AMT的換擋控制也亟待得到有效的創(chuàng)新和優(yōu)化，相信伴隨著更多更具先進(jìn)性和高效性的科學(xué)技術(shù)的引進(jìn)和應(yīng)用，電動(dòng)汽車的整體質(zhì)量水平將會(huì)得到更高程度的提升。

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