本文研究对象为应用于电驱动车辆的驱动电机与两挡大阶比行星自动变速器集成的电驱动系统,具有传动效率高、传递扭矩大等优点,而且能够通过换挡过程的驱动电机与组合式离合器进行协调控制改善换挡品质。本文结合增程式电动车辆项目课题,通过建立两挡大阶比行星变速器动力学模型,研究换挡过程中的动态特性,揭示影响换挡品质的影响因素产生机理,提出了分阶段的驱动电机与组合式离合器一体化协调换挡控制策略,并进行离线和硬件在环仿真验证。首先,根据大阶比行星变速器传动系统结构特点,利用拉格朗日方程和等效集中质量方法建立行星变速器的换挡过程动力学方程。根据汽车动力学建立整车动力学模型,包括驱动电机模型、传动系统及负载模型、换挡液压控制系统模型,进行了仿真验证。驱动电机-大阶比行星变速器系统的换挡过程具有分阶段多约束的动力学特性,根据系统动力学特点将分为五个阶段的换挡过程,并分析每个阶段的控制对象和控制目标,分析换挡品质的主要影响因素,研究影响因素对换挡品质的影响规律。电机调速阶段的剩余速差会影响离合器的接合时间、冲击度和滑摩功;转矩卸载和恢复阶段的转矩变化速率会影响车辆的纵向加速度进而造成冲击。将换挡冲击度、时间和换挡滑摩功作为换挡品质评价指标,采用三者的加权建立换挡综合品质评价指标,合理分配换挡过程电机转速和换挡时间。设计了分阶段多一体化的协调换挡控制器,通过各阶段电机和液压系统的协调控制和各切换条件的合理设置实现了高品质换挡。基于Speedgoat和整车控制器、真实踏板、上位机显示搭建了的硬件在环仿真实验平台,通过RTW(Real Time Workshop)生成控制策略代码,并将其嵌入到整车控制器,利用Speedgoat模拟车辆进行仿真实验,验证了控制策略的实时性和可靠性。基于液压系统自然油压输出曲线,通过驱动电机的力矩补偿进行换挡品质优化。构建了换挡控制优化问题,包括控制系统的状态方程,目标泛函,状态约束等。利用伪谱优化控制算法,得出了驱动电机转矩补偿控制轨迹,获得了合理的换挡品质。
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