基于两档双离合器自动变速器的纯电动汽车驱动与换档控制技术研究

【摘要】：纯电动汽车因其具有污染小、噪声低、节约能源、结构和维护简单等优点受到人们的广泛关注，其研发已成为汽车行业的热点。双离合器自动变速器(Dual ClutchTransmission，DCT)既保持了传统手动变速器结构简单、机械传动效率高等优点，又能实现无动力中断换档，提高车辆动力性和经济性，是一种新型自动变速器。因此，DCT已成为现今国际变速器领域研究开发的热点。 基于以上背景，本文将两档双离合器自动变速器应用到纯电动汽车上，对基于两档双离合器自动变速器的纯电动汽车驱动与换档控制技术进行了深入研究，主要研究内容如下： (1)在对所研究的两档DCT纯电动汽车整车控制系统分析的基础上，应用模糊控制算法，以加速踏板开度、加速踏板开度变化率和驱动电机转速为算法输入参数，对纯电动汽车驱动转矩模糊控制策略及两档DCT纯电动汽车的动力性行驶模式和经济性行驶模式进行了较深入研究。应用Matlab/Simulink软件建立了包含驾驶员模型、驱动转矩模糊控制模型、两档DCT控制模型、驱动电机模型、两档DCT模型、动力电池模型、车辆动力学模型等的整车仿真模型，并对两档DCT纯电动汽车进行了ECE、ECE_EUDC循环工况仿真，通过仿真将驱动转矩模糊控制策略下的动力性行驶模式和经济性行驶模式与加速踏板信号线性解析的常规行驶模式进行了对比分析。结果表明两档DCT纯电动汽车按照驱动转矩模糊控制策略的行驶模式在动力性与经济性上优于常规行驶模式。 (2)在对内燃机汽车坡道起步辅助系统分析的基础上，制定了基于两档DCT的纯电动汽车坡道起步控制策略及坡道起步控制流程；计算出坡道起步过程中不同阶段驱动电机的目标转矩，并推导出制动踏板位移与制动器制动力的关系。应用Matlab/Simulink/stateflow软件建立了纯电动汽车坡道起步控制模块模型，并进行坡道起步仿真，结果表明本文制定的坡道起步控制策略可以完成车辆坡道起步辅助功能。 (3)对DCT换档过程中离合器的目标转矩确定方法进行了研究，在对双离合器自动变速器不同工况换档过程进行分析的基础上，制定了换档过程中不同阶段的换档策略，建立了各阶段换档动力学模型。根据换档品质评价指标，以冲击度和滑摩功确定了两个目标函数，建立了换档过程优化算法的约束条件，利用Pareto多目标遗传算法对换档过程中离合器目标转矩的轨迹进行优化，得到了换档过程中多组不同的离合器目标转矩变化轨迹，结合Matlab/Simulink模型对不同的离合器目标转矩变化轨迹的换档过程进行了仿真分析，结果表明，利用Pareto多目标遗传算法对换档过程中离合器目标转矩的轨迹进行优化所得到的换档过程中多组不同的离合器目标转矩变化轨迹都能够获得较好的换档品质，为实车换档过程中离合器目标转矩的确定提供多种可选择方案。 (4)对基于两档DCT的纯电动汽车换档过程的干式离合器位移控制方法进行了研究。建立了干式离合器转矩传递模型，并对杠杆弹簧的负荷特性和比例流量阀特性进行了分析。鉴于传统的控制方法在非线性控制中存在的问题，将广义回归神经网络应用到离合器位移控制中，制定了基于GRNN的离合器位移智能控制方法，并建立了仿真模型，结果表明采用离合器位移GRNN智能控制方法进行离合器位移控制，位移跟随精度高，控制误差小，能够满足干式双离合器位移控制精度要求。 (5)设计了基于两档DCT的纯电动汽车的控制系统，并进行了整车试验，通过试验验证了本文提出的控制策略的有效性。 本文通过理论分析与试验研究相结合的方法，对基于两档双离合器自动变速器的纯电动汽车驱动与换档控制技术进行了较深入研究，仿真与试验结果表明在提高整车动力性与经济性、坡道起步性能、换档品质方面获得了较好的效果，本文对纯电动汽车驱动与换档控制技术的研究具有一定的参考价值。 【关键词】：纯电动汽车 双离合器自动变速器(DCT) 坡道起步 驱动控制 换档控制
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 纯电动汽车发展及现状13-15
• 1.2.1 国外纯电动汽车发展及现状13-14
• 1.2.2 国内纯电动汽车发展及现状14-15
• 1.3 纯电动汽车驱动控制技术研究现状15-20
• 1.3.1 纯电动汽车动力传动系统研究现状15-17
• 1.3.2 纯电动汽车驱动转矩控制及坡道起步控制技术研究现状17-20
• 1.4 双离合器自动变速器工作过程分析与发展现状20-23
• 1.4.1 两档双离合器自动变速器的工作过程20-21
• 1.4.2 国外双离合器自动变速器发展及现状21-22
• 1.4.3 国内双离合器自动变速器发展及现状22-23
• 1.5 本文主要研究内容23-24
• 第2章 基于两档 DCT 的纯电动汽车驱动转矩控制策略研究24-50
• 2.1 两档 DCT 纯电动汽车整车控制系统组成与功能分析24-27
• 2.1.1 整车控制系统组成24-26
• 2.1.2 整车控制系统功能26-27
• 2.2 基于模糊控制的驱动转矩控制策略27-37
• 2.2.1 加速踏板信号线性解析的驱动转矩控制策略28-29
• 2.2.2 模糊控制基本原理29-30
• 2.2.3 驱动转矩模糊控制策略30-37
• 2.3 驱动转矩控制策略对整车性能影响的建模与仿真分析37-48
• 2.3.1 仿真模型的建立37-44
• 2.3.2 仿真结果与分析44-48
• 2.4 本章小结48-50
• 第3章 基于两档 DCT 的纯电动汽车坡道起步控制技术研究50-66
• 3.1 坡道起步过程的评价指标50-51
• 3.2 坡道起步控制策略51-53
• 3.3 坡道起步过程驱动电机目标转矩的确定53-55
• 3.4 制动器制动力的计算模型55-59
• 3.5 坡道起步控制流程分析59-61
• 3.6 坡道起步控制仿真分析61-64
• 3.6.1 坡道起步控制仿真模型61
• 3.6.2 坡道起步控制仿真结果分析61-64
• 3.7 本章小结64-66
• 第4章 基于两档 DCT 的纯电动汽车换档过程离合器目标转矩确定方法研究66-84
• 4.1 DCT 换档动力学模型66-70
• 4.1.1 正转矩升档过程动力学分析67-68
• 4.1.2 正转矩降档过程动力学分析68-70
• 4.2 DCT 换档品质评价指标70-71
• 4.3 基于 Pareto 多目标遗传算法的离合器目标转矩确定方法研究71-81
• 4.3.1 Pareto 多目标遗传算法72-75
• 4.3.2 基于 Pareto 多目标遗传算法的离合器目标转矩确定75-78
• 4.3.3 优化结果与分析78-81
• 4.4 本章小结81-84
• 第5章 基于两档 DCT 的纯电动汽车换档过程离合器位移控制方法研究7384-102
• 5.1 干式双离合器转矩模型84-89
• 5.2 比例流量阀特性分析89-97
• 5.3 离合器位移智能控制策略97-100
• 5.3.1 广义回归神经网络98-99
• 5.3.2 离合器位移控制仿真与分析99-100
• 5.4 本章小结100-102
• 第6章 基于两档 DCT 的纯电动汽车整车试验与分析102-112
• 6.1 基于两档 DCT 的纯电动汽车电控系统102-106
• 6.2 整车试验与分析106-110
• 6.2.1 试验车辆与数据采集106-108
• 6.2.2 驱动转矩控制试验结果与分析108-109
• 6.2.3 换档试验结果与分析109-110
• 6.3 本章小结110-112
• 第7章 全文总结112-114
• 7.1 本文研究内容112-113
• 7.2 本文创新点113
• 7.3 展望113-114
• 参考文献114-121
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果121-122
• 致谢122

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