电动汽车机械自动变速器控制策略优化的研究

胡梦赢

【摘 要】随着经济的发展，我国的汽车数量正在迅速扩大，身为现代工业文明的象征之一，一方面它代表了我国工业水平的进步，国民经济水平的提高，另一方面，它对于环境也造成了一定程度的污染，对资源造成了一定的危机。电动汽车的出现对此问题具有良好的规避作用，本文对电动汽车机械自动变速器控制好策略优化进行研究。

【关键词】电动汽车；自动变速器；控制策略

0 前言

电动汽车的系统主要是由动力电机、动力电池组、变速器和减速器等部件和助力转向系统和空调系统等电气设备共同组成。电控机械式自动变速器因其具有投入成本小、生产继承性好等特点，目前正在被广泛应用于电动汽车之中，本文主要对它进行分析，进而得出电动汽车机械自动变速器的控制策略优化方向。

1 电动汽车机械自动变速器概述

电动汽车的研发涉及了多个学科，其系统工程相对复杂。现阶段，自动变速系统中的自动变速器可以分为四种类型，即液力机械式、双离合自动变速器、无级自动变速器和电控机械式自动变速器[1]。电控机械式自动变速器，英文为Automated Mechanical Transmission，简称AMT，它是通过加入电控单元来改变手动换挡等操作部分，它可以实现自动化的换挡。控制系统的结构组成为传感器信号的采集、TCU控制好的系统选换挡执行的机构这三部分。

这种AMT控制器具有着生产继承性较好且投入成本不大的优点，因此受到了很多厂家的青睐。电动汽车机械自动变速器控制策略优化的研究主要就是对AMT变速箱对于电动汽车的动力性与经济性的作用进行研究。

2 电动汽车机械自动变速器控制策略优化的研究

2.1 换挡过程

电动汽车无离合器AMT的选换挡过程是利用电动汽车动力电机的工作模式和控制变速器选换挡执行机构共同实现的。执行机构主要有三种类型，即电控液动、电控气动和电控电动。本文所选择的是电控电动式，这种类型的直流电机驱动是利用主控芯片产生PWM对电机的转速和矩阵予以控制，它能够利用传感器，按照选换挡的位置变化而对PWM波进行调整，以此来对此进行控制。

2.2 优化策略

2.2.1 缩短换挡时间与减小换挡冲击度

无离合器式两档AMT系统的换挡品质就是为满足车辆传递转速和转矩进行改变的目的，而对变速器進行改变的传动比。而对其品质进行评价主要是看两个方面，一是换挡的时间，如何做到快速而平稳的换挡需要考虑到ECU运算速率、执行机构的反映、换挡速度、动力电机的协调控制与变速器的工作效率；二是换挡的冲击度，可以使用车辆纵向加速度变化率对其进行标识，设jg为变速器从动部分转动惯量，那么车辆纵向加速度公式为：

结合公式，将换挡时间在一定程度上进行缩短，将换挡冲击度在一定程度上进行减小，可以让电动汽车机械自动变速器控制策略得到优化。

2.2.2 控制模式切换的变化率

动力电机三种工作模式为调速模式、自由模式和力矩模式。力矩模式是普通行驶时所处的模式，在档位被摘除之前，会变成自由的模式，等摘挡完成，会变成调速模式，三者之间在档位切换中互相变换[2]。由公式（1）可以看出，在输出矩阵突变为0的情况下，转矩变化率j≤13m/s3很大，这样换挡的冲击度会很大，对换挡造成影响，因此，在换挡之前，应该在三种模式的切换过程中对其变化率进行控制。而模式切换的过渡冲击度也是和j≤13m/s3互相成正比的，所以在挂挡完成之后，动力电机的矩阵变化率同样需要限制。

2.2.3 综合控制策略

首先，需要对动力电机矩阵最大变化率（dT/dt）max进行确认，在实时的变化率小于此前提下，让它的状态值缩小到0，可以将力矩模式和自由模式进行切换。在进行动力电机的调速时，设n1是调速之后的目标转速值，n2是机械自动变速器中间轴转速，Δn时候转速的修正量。那么我们可以列出公式为：

n1=ign2+Δn（2）

结合公式，因同步之后的转速和同步之前转速有所提升，所以需要进行修正。结合上文，可以得出调节轴向力变化率值，可以达到对同步冲击进行减小的效果。

为保证对选位动作和换档的控制，可以采取经典PD控制算法。

在此算法之内，选换挡的位置传感器对目前位值和目标位值偏差是e（t），选换挡执行机构电机驱动电压U（t）和它的关系是，

U（t）=Kpe（k）+Kd[e（k）-e（k-1）]（3）

在挂挡结束后，驾驶员的目的会被控制器自动识别，进而完成动力电机的目标转矩，以此来让其增大到目标转矩花费最少的时间，实现自由模式到力矩模式的变换。

3 采用两参数和换档策略进行动力性与经济性的控制策略优化

3.1 动力性控制策略优化

动力换挡有两种最为恰当的情况，一是一、二档的加速度曲线交汇，其交点为车速转换，二是一、二档没有交汇，那么就需要在一档的电机转速最高的时候进行转换。

因此，可以得出公式

假如在相对平坦的道路上行驶，那么，依照行驶的方程，可以列出公式

根据公式的计算和推倒，我们可以计算出电动汽车在不同点位的牵引力曲线，进而可以解出电门开度相等下一、二档位的牵引力交点车速，然后将交点车速和电门开度相等数值形成数据组，通过拟合进行换挡策略曲线一档到二档的绘制，然后利用速度差值的给定就可以汇出从二档到一档的曲线。

3.2 经济性控制策略优化

经济性控制策略优化首先需要我们获得电机效率的MAP图，然后依照此图，列出电机高效率范围的电机转速范围和对应转矩范围，接着对高效率运行时的电门开度范围进行确定，然后依照公式ua=0.337·n·r/（ig·i0）km/h，就可以计算当一档到二档的经济性控制策略优化曲线，然后通过换档速度差的给定就可以得到二档到一档的经济性换挡策略优化曲线。

在此基础上，可以利用SIMULINK/Matlab平台建立仿真模型，然后ADVISOR等软件对电动汽车进行仿真分析，在具体的模型建立程中，可以按照整车模型建立、动力电机和控制器模型的建立、变速器模型的建立、主减速器模型的建立及车轮模型建立的顺序，其仿真分析结果为匹配两档AMT变速箱的电动汽车对于整体动力性与经济性有提高的效果。

结论：综上所述，电动汽车机械自动变速器控制策略优化需要从缩短换档时间、减小换挡冲击度与控制模式切换的变化率三方面入手，通过公式的计算与仿真的分析可以计算出匹配两档AMT变速箱的电动汽车对于整体动力性与经济性有提高的作用。

【参考文献】

[1]孙胜登.电动汽车机械自动变速器控制策略优化[D].浙江工业大学，2015.

[2]胡东坡.纯电动汽车两挡机械变速器效率分析及考虑工况和变速器效率的换挡策略[D].重庆大学，2016.

[责任编辑：朱丽娜]endprint