纯电动汽车传动系统冲击抑制控制

【摘要】：随着汽车工业的快速发展和汽车保有量的增加,日益严峻的环境问题和能源问题日益凸显,空气质量恶化,温室效应和石油资源的匮乏已经严重影响到现代社会生活和持续发展,各国政府对这些问题也更加关注。近年来严格的燃烧效率和排放的标准促进了节能、高效车辆的快速发展。纯电动汽车作为新能源汽车的代表是实现节能与环保的重要突破口。纯电动轿车和纯电动客车是纯电动汽车发展的重点。纯电动汽车一般采用电机直驱方案或电机+机械式自动变速器(AMT-Automatic Mechanical Transmission)的传动形式。直驱方案对电机、电池要求较高,同时车辆动力性受限。电机+AMT的传动方案是电动汽车发展的趋势,通过不同速比的变换可以提高纯电动汽车动力性和经济性,降低对电机和电池的设计要求,提高纯电动汽车的综合性能。在电机+AMT传动方案中由于传动轴的弹性变形以及传动系存在的传动间隙等因素的影响会引起车辆的纵向振动,即所谓的“拖拽”现象。这种问题几乎在所有的驱动工况下都会出现,在瞬态工况下尤其明显,例如换挡以及急加速急减速等工况。瞬态条件下的传动系扭转振动会严重降低汽车的驾驶舒适性。本文主要针对纯电动汽车电机+AMT的传动形式,进行传动系统冲击抑制控制。本文研究依托国家863计划项目(2011AA11A221)“全新结构IG纯电动轿车设计与技术开发”,国家863计划项目(2011AA11A242)“电动汽车远程监控和信息终端系统研究与开发”,国家863计划项目(2011AA11A288)“电动汽车能源环境效益分析与电池回收系统研究”,进行纯电动轿车与纯电动客车的传动系统冲击抑制控制研究。具体体现在换挡过程冲击抑制控制性能分析,重点研究齿轮啮合间隙对传动系统性能的影响,并提出考虑齿轮啮合间隙的换挡控制策略,以及急加速急减速工况下的传动系扭转振动抑制控制策略。本文的主要研究内容如下:1.详细介绍纯电动轿车和客车传动系统的研究现状,以及两者的传动系统结构形式。提出纯电动汽车多挡化发展的需求。针对目前纯电动汽车传动系统的发展趋势,提出新型纯电动轿车后置离合器的2挡AMT传动系统和纯电动客车无离合器的4挡AMT传动系统。2.针对两种不同的纯电动汽车传动系统结构,详细介绍纯电动汽车变速器的换挡过程及齿轮间隙补偿的研究现状,重点研究齿轮啮合间隙对传动系扭振的影响,提出并验证本文齿轮间隙补偿的控制策略。3.针对纯电动轿车后置离合器的2挡AMT传动系统,进行换挡过程仿真实验研究。通过仿真分析三种不同的换挡原理,对全动力补偿换挡过程设计了考虑间隙的自抗扰换挡控制器并在不同加速命令下进行全动力补偿换挡控制器的实验验证。4.基于纯电动客车无离合器的4挡AMT传动系统,设计了驱动电机主动同步调速控制器进行换挡控制,并在李雅普诺夫稳定性框架下证明系统的闭环稳定性,进一步通过输入到状态稳定性理论,分析了控制系统的鲁棒稳定性。最后,通过换挡过程仿真实验,以及对比分析有无间隙补偿的控制策略,验证了带有间隙补偿的反馈控制策略的有效性。5.基于纯电动客车无离合器的4挡AMT传动系统,进行急加速急减速(Tip-in,Tip-out)仿真实验研究。提出了一种考虑间隙的急加速急减速冲击抑制控制器。通过静止、滑行以及满载情况下进行急加速急减速仿真实验验证策略的有效性。6.最后,在纯电动客车的试验台架和实车上验证所设计的换挡控制策略以及急加速急减速冲击抑制控制器。 【关键词】：纯电动汽车 机械式自动变速器 换挡控制 齿轮间隙 冲击抑制
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第1章 绪论15-25
• 1.1 研究背景15
• 1.2 纯电动汽车研究现状15-18
• 1.2.1 国外研究现状15-17
• 1.2.2 国内研究现状17-18
• 1.3 纯电动汽车传动系统结构形式18-21
• 1.3.1 纯电动轿车传动系统19-20
• 1.3.2 纯电动客车传动系统20-21
• 1.4 纯电动汽车传动系统多挡化21-22
• 1.5 传动系统间隙22-23
• 1.6 本文研究内容23-24
• 1.7 本章小结24-25
• 第2章 纯电动汽车换挡过程与传动系间隙控制25-41
• 2.1 纯电动轿车2挡AMT结构分析25-26
• 2.2 纯电动轿车2挡AMT换挡过程与评价指标26-30
• 2.1.1 2挡AMT换挡过程26-27
• 2.1.2 2挡AMT换挡评价指标27-30
• 2.3 纯电动客车4挡AMT结构分析30
• 2.4 纯电动客车4挡AMT换挡过程与评价指标30-33
• 2.4.1 4 挡AMT换挡过程30-32
• 2.4.2 4 挡AMT换挡评价指标32-33
• 2.5 传动系间隙33-39
• 2.5.1 间隙的模型33-35
• 2.5.2 间隙对传动系的影响35-36
• 2.5.3 间隙补偿的控制策略36-39
• 2.6 本章小结39-41
• 第3章 纯电动轿车2挡AMT换挡过程间隙补偿控制41-67
• 3.1 换挡过程控制策略41-43
• 3.2 换挡控制器设计43-49
• 3.2.1 系统动态方程44-45
• 3.2.2 控制律推导45-49
• 3.3 传动系统建模49-62
• 3.3.1 驱动电机模块50-57
• 3.3.2 变速器模块57-58
• 3.3.3 电源模块58-59
• 3.3.4 整车控制器模块59
• 3.3.5 车身模块59-60
• 3.3.6 间隙模块60-61
• 3.3.7 模型验证61-62
• 3.4 2挡AMT换挡控制策略验证62-64
• 3.5 本章小结64-67
• 第4章 纯电动客车4挡AMT换挡过程间隙补偿控制67-83
• 4.1 换挡过程控制器设计67-72
• 4.2 传动系统建模72-77
• 4.2.1 驱动电机模块73-74
• 4.2.2 变速器模块74-76
• 4.2.3 电源模块76-77
• 4.2.4 整车控制器模块77
• 4.2.5 底盘模块77
• 4.2.6 间隙模块77
• 4.3 模型动力性验证77-80
• 4.3.1 最高车速及加速性78
• 4.3.2 最大爬坡度78-80
• 4.4 挡AMT换挡控制策略验证80-82
• 4.5 本章小结82-83
• 第5章 纯电动客车4挡AMT急加速急减速冲击抑制控制83-95
• 5.1 急加速急减速冲击抑制控制方法83-85
• 5.2 急加速急减速冲击抑制控制器设计85-87
• 5.2.1 转速控制85-86
• 5.2.2 转矩控制86-87
• 5.3 急加速急减速冲击抑制控制器验证87-92
• 5.3.1 静止急加速急减速工况仿真实验87-89
• 5.3.2 滑行急加速急减速工况仿真实验89-91
• 5.3.3 满载急加速急减速工况仿真实验91-92
• 5.4 本章小结92-95
• 第6章 硬件在环实验以及实车验证95-111
• 6.1 整车控制器的硬件在环实验95-97
• 6.1.1 系统组成介绍95-96
• 6.1.2 系统实验方法96-97
• 6.2 换挡试验和测功试验97-103
• 6.2.1 换挡试验台98-99
• 6.2.2 测功试验台99-103
• 6.3 实车试验验证103-109
• 6.3.1 间隙补偿抑制控制实车验证105-106
• 6.3.2 急加速急减速冲击抑制控制实车验证106-109
• 6.4 本章小结109-111
• 第7章 全文总结与展望111-115
• 7.1 全文工作总结111-113
• 7.2 创新点113-114
• 7.3 未来工作展望114-115
• 参考文献115-125
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果125-127
• 致谢127

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