摘要
发展以纯电动汽车为主的新能源汽车是我国解决气候变化和能源问题的重要战略目标。目前，电动汽车的动力系统多采用单级减速方案，会导致驱动电机在车辆运行时无法在高效区长时间工作。电动汽车装配多挡变速器可以降低驱动电机的峰值转矩，通过挡位切换确保驱动电机在高效范围内运行，降低整车电能消耗。由于驱动电机具有良好的调速特性，装备在电动汽车上的机械自动变速器(AMT,Automated Mechanical Transmission)可以取消机械式同步器，从而实现快速换挡。电动汽车无同步器AMT具有结构简单、制造成本低的优点，但换挡的控制难度也明显提高，如控制不当，会存在换挡冲击大、动力中断时间长的问题。本文以纯电动汽车两挡无同步器AMT为研究对象，对换挡冲击及其控制策略进行理论及试验研究，主要研究内容如下: (1)对纯电动汽车两挡无同步器AMT换挡过程进行了建模与分析。纯电动汽车两挡无同步器AMT的换挡过程具有分阶段、多约束的动力学特性。将纯电动汽车两挡无同步器AMT传统系统进行了简化，建立了包括接合齿圈驱动端、接合套以及整车负载端的三自由度模型，并充分考虑了弹性轴的影响。在此基础之上，对接合齿圈、接合套在周向的碰撞过程进行了动力学分析，得到了碰撞前接合齿圈与接合套的角加速度差、角速度差会影响换挡冲击的大小。 (2)对基于CAN(Controller Area Network)总线的驱动电机调速特性进行了分析，提出并设计了考虑CAN总线时变延迟的调速控制策略。采用递推最小二乘法(RLS，Recursive Least Square)对驱动电机模型进行了辨识，并经过试验得到了 CAN通讯时变延迟的规律，建立了调速系统的传递函数模型。采用根轨迹法(Root locus)分析了 CAN通讯时变延迟对控制性能的影响。为改善系统的调速性能，提出了一种前馈与反馈相结合的调速控制策略。通过分析，该策略不仅能够缩短调速时间，还实现了驱动电机转矩的稳定控制，提高了控制精度。 (3)为进一步改善调速系统的动态性能，设计了一种基于模糊P算法的前馈与反馈相结合的调速控制策略。建立了以角加速度差、角速度差为模糊输入、比例系数kp为模糊输出、并根据系统响应特性与比例系数大小关系确定隶属度规则的模糊P控制器，使得调速系统在任一时间下的动态响应性能达到最优。通过仿真结果对比，验证了基于模糊P算法下的前馈与反馈相结合的调速控制策略的有效性和优越性。 (4)进行了纯电动汽车两挡无同步器AMT换挡试验。搭建了电动汽车两挡无同步器AMT试验台架，设计并开发了相应的换挡程序。分别进行了闭环控制的换挡试验和基于模糊P下的前馈与反馈控制的换挡试验，试验结果表明，基于模糊P下的前馈与反馈控制的换挡时间得到了缩短，换挡冲击进一步减小，验证了所设计控制策略的可行性和有效性。
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