電動汽車雙擋自動無縫變速器的仿真建模與控制

電動汽車雙擋自動無縫變速器的仿真建模與控制

變速器的主要作用是傳遞動力與控制轉速。主要對電動汽車雙擋自動無縫變速器的仿真建模與控制進行了說明。該變速器通過兩級行星齒輪組和2個機械制動裝置實現換擋。換擋過程中，通過控制電動機與嵌入制動器的輸入功率來提供持續的動力。通過對行星齒輪系功率和運動方程以及機械裝置自由體簡圖的分析，建立該裝置的動態模型。通過建立在Matlab/Simulink基礎上的仿真模型研究其性能。其控制算法是受雙離合變速器（DCT）的2個主要控制階段（扭矩階段和慣性階段）啟發而來的。PID控制器的輸入輸出反饋線性化控制技術用于扭矩階段，同時，最佳的MIMO H1控制器用于慣性階段。仿真結果表明，使用控制算法的換擋過程是一個平穩的過程，在輸出轉矩和轉速過程中沒有額外的振蕩。

手自一體變速器與雙離合變速器一個顯著的不同在于，其變速時傳動系統先斷開再重新與動力系統連接，減少了乘員的舒適度并且降低了同步器的壽命。然而，在雙離合變速器中動力則一直是通過離合器表面傳遞。給出了一種適用于電動汽車的雙擋自動變速器。這種裝置在功能上類似于雙離合自動變速器，但結構不同。該變速器主要由一個帶有一般齒環和太陽輪的雙級行星齒輪箱組成，齒環與太陽輪的節圓直徑比在輸入側與輸出側是不同的，這使得其具有2個不同的傳動比。變速器中有2個摩擦制動器用于控制功率流，保證換擋過程快速且平穩。同時，這2個摩擦制動器控制著齒圈和太陽輪的轉速。

給出了一個雙擋自動變速器的動態分析模型。基于升擋時的控制算法設計了控制器，并通過Matlab/Simulink對其進行了驗證。仿真結果表明，換擋時輸出轉矩在90Nm左右不超過10%的范圍內波動，幾乎可以忽略不計。所述變速器的2個嵌入式制動器不僅保證無縫換擋，還能減少發動機與驅動系同步所需的時間。顯然，獲得升擋控制算法的方法同樣適用于降擋，主要區別在于慣性階段與轉矩階段的順序。

Mir Saman Rahimi Mousavi. 2014 American Control Conference(ACC)Portland,Oregon,USA,June 4-6,2014.

編譯：王祥