純電動(dòng)汽車(chē)兩擋變速器換擋最優(yōu)控制

【摘要】：目前，電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)相對(duì)成熟的時(shí)機(jī)，市場(chǎng)上純電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)層出不窮。由于越來(lái)越多的純電動(dòng)汽車(chē)出現(xiàn)，人們對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)的要求不再停留在最初的期望上，而是希望純電動(dòng)汽車(chē)不僅具有較好的駕駛舒適性、經(jīng)濟(jì)性，而且具有傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)強(qiáng)勁的動(dòng)力性。 由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有比較大的轉(zhuǎn)速范圍，市面上現(xiàn)有的純電動(dòng)汽車(chē)大多都是采用單電機(jī)和固定傳動(dòng)比的減速裝置，如果想滿(mǎn)足動(dòng)力性需求，那么驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電源的性能要求就比較高，無(wú)形中增加了成本?？紤]到經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能需求的同時(shí)，我們提出了一種新型的基于機(jī)械式自動(dòng)變速器（AMT-Automated ManualTransmission）的純電動(dòng)汽車(chē)兩擋變速器傳動(dòng)系統(tǒng)。這種配置兩擋變速器的新型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、一個(gè)兩擋機(jī)械式自動(dòng)變速器、一個(gè)倒置干式離合器、主減速器和差速器等。采用兩擋機(jī)械式自動(dòng)變速器不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單布置方便，而且采用干式離合器傳動(dòng)效率比較高，操縱離合器能實(shí)現(xiàn)無(wú)動(dòng)力中斷換擋，從而提高純電動(dòng)汽車(chē)的綜合性能。相對(duì)于單擋傳動(dòng)裝置來(lái)說(shuō)，增加了一個(gè)兩擋變速器可以提高純電動(dòng)轎車(chē)的低速爬坡能力和高速運(yùn)行時(shí)的效率。 本文主要通過(guò)搭建一種新型的純電動(dòng)汽車(chē)兩擋變速器傳動(dòng)系統(tǒng)仿真平臺(tái)，在驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性之后，進(jìn)行變速器無(wú)動(dòng)力中斷換擋控制。換擋控制器主要基于最優(yōu)控制方法實(shí)現(xiàn)，并且與傳統(tǒng)PID控制方法進(jìn)行對(duì)比。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下： 1、詳細(xì)介紹純電動(dòng)汽車(chē)的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，分析純電動(dòng)汽車(chē)的性能，并介紹純電動(dòng)汽車(chē)擋位選擇的原則，以及純電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀。 2、詳細(xì)介紹新型純電動(dòng)汽車(chē)兩擋變速器傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，并分析其工作模式。重點(diǎn)研究換擋過(guò)程工作原理，對(duì)比分析不同換擋控制方法，確定本文所采用的基于最優(yōu)控制的換擋控制方法。 3、搭建仿真實(shí)驗(yàn)車(chē)輛的等效AMESim整車(chē)仿真模型，并進(jìn)行整車(chē)仿真模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 4、對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)兩擋變速器換擋過(guò)程進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)換擋控制器。以升擋過(guò)程為例，在力矩相應(yīng)用比較易于實(shí)現(xiàn)的前饋控制器對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和離合器的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確的控制。在慣性相，以最小化離合器的滑摩功、車(chē)身縱向沖擊度和變速器的輸出轉(zhuǎn)矩平順變化為目標(biāo)，設(shè)計(jì)了一個(gè)線(xiàn)性二次型最優(yōu)控制器。然后進(jìn)行最優(yōu)控制器的離線(xiàn)仿真，得到驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和離合器轉(zhuǎn)速差的最優(yōu)軌跡曲線(xiàn)。 5、基于最優(yōu)控制器的離線(xiàn)仿真結(jié)果，擬合出驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和離合器轉(zhuǎn)速差的歸一化曲線(xiàn)用于在線(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩用于前饋輸入，為了補(bǔ)償干擾和模型誤差，增加了一個(gè)PID控制器增加閉環(huán)控制性能，離合器的轉(zhuǎn)速差軌跡作為參考軌跡。 6、最后，在不同工況下進(jìn)行換擋控制器的在線(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)的前饋反饋控制器與傳統(tǒng)的PID控制器進(jìn)行對(duì)比分析，參數(shù)調(diào)整比較容易，因?yàn)榭刂破鞯那梆伈糠挚紤]了重要的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)。即使有較大的模型誤差依然能夠很好地完成換擋過(guò)程，并且較好地優(yōu)化了離合器滑磨功、車(chē)身縱向沖擊度并且保證變速器的輸出轉(zhuǎn)矩平順變化沒(méi)有動(dòng)力中斷。 【關(guān)鍵詞】：純電動(dòng)汽車(chē) 兩擋變速器 換擋控制 最優(yōu)控制 軌跡規(guī)劃
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：U469.72
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 純電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)形式11-13
• 1.3 純電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)性能要求13-15
• 1.4 純電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀15-18
• 1.5 本文研究?jī)?nèi)容18-20
• 第2章 純電動(dòng)汽車(chē)兩擋變速器結(jié)構(gòu)與原理20-30
• 2.1 純電動(dòng)汽車(chē)兩擋變速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)20-22
• 2.2 純電動(dòng)汽車(chē)兩擋變速系統(tǒng)工作原理22-28
• 2.2.1 驅(qū)動(dòng)模式22-23
• 2.2.2 制動(dòng)模式23
• 2.2.3 換擋模式23-28
• 2.3 本章小結(jié)28-30
• 第3章 整車(chē)仿真模型搭建與模型驗(yàn)證30-38
• 3.1 整車(chē)仿真模型30-36
• 3.1.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊31-33
• 3.1.2 變速器模塊33-34
• 3.1.3 電源模塊34
• 3.1.4 整車(chē)控制器模塊34-36
• 3.1.5 車(chē)身模塊36
• 3.2 模型驗(yàn)證36-37
• 3.3 本章小結(jié)37-38
• 第4章 基于最優(yōu)控制方法的換擋過(guò)程控制器設(shè)計(jì)與驗(yàn)證38-60
• 4.1 最優(yōu)控制問(wèn)題的基本思想38-43
• 4.1.1 現(xiàn)代控制理論38-39
• 4.1.2 優(yōu)化概念39-40
• 4.1.3 最優(yōu)控制40-43
• 4.2 換擋控制器設(shè)計(jì)43-53
• 4.2.1 最優(yōu)控制問(wèn)題數(shù)學(xué)描述43-45
• 4.2.2 最優(yōu)控制問(wèn)題求解45-47
• 4.2.3 最優(yōu)控制器設(shè)計(jì)47-49
• 4.2.4 最優(yōu)控制器離線(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)49-51
• 4.2.5 驅(qū)動(dòng)電機(jī)力矩和離合器轉(zhuǎn)速差軌跡規(guī)劃51-52
• 4.2.6 前饋反饋控制器設(shè)計(jì)52-53
• 4.3 控制器仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證53-58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 第5章 全文總結(jié)與展望60-62
• 5.1 全文工作總結(jié)60-61
• 5.2 未來(lái)工作展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-68
• 作者簡(jiǎn)介及研究成果68-70
• 致謝70

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國(guó)家電網(wǎng)公司純電動(dòng)汽車(chē)研究取得重大進(jìn)展    

環(huán)保型(電池+電容)純電動(dòng)汽車(chē)前景廣闊    

我國(guó)純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展方向及能源供給模式的探討    張文亮;武斌;李武峰;來(lái)小康;

中大青山純電動(dòng)汽車(chē)突破續(xù)航500公里大關(guān)    路智軍;

細(xì)分市場(chǎng)純電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)與推廣    徐占林;

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純電動(dòng)汽車(chē)研究與開(kāi)發(fā)    李年根;

純電動(dòng)汽車(chē)電氣性能測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究    劉保國(guó);

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加速長(zhǎng)沙純電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化    長(zhǎng)沙市政協(xié)副主席 謝明德

新疆首批純電動(dòng)汽車(chē)投入使用    石懷平

山西榆次將建純電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)園    記者 楊麗英　張春亮

政策推進(jìn)難掩純電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展困境    本報(bào)記者 劉國(guó)棟

代表建議推動(dòng)純電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)化    記者李雪梅

續(xù)航300公里純電動(dòng)汽車(chē)兩年內(nèi)推出    本報(bào)記者 童曙泉

陸地方舟：中國(guó)純電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域真正的領(lǐng)跑者    張龍飛

純電動(dòng)汽車(chē)或插電式混動(dòng) 誰(shuí)才是當(dāng)前購(gòu)車(chē)首選？    本報(bào)記者 王禁

純電動(dòng)汽車(chē)能量管理關(guān)鍵技術(shù)及高壓安全策略研究    王佳

純電動(dòng)汽車(chē)能量管理關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的研究    石慶升

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基于鋰離子動(dòng)力電池的純電動(dòng)汽車(chē)能量管理系統(tǒng)控制策略與優(yōu)化    董冰

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