基于电动汽车自动变速器的平滑换挡控制研究

基于电动汽车自动变速器的平滑换挡控制研究

传统电控机械式自动变速器（AMT）采用电动机代替液压执行元件控制离合器接合/断开发动机输出功率，易于控制、误操作少且精度更高。然而，离合器的存在使得系统结构复杂且成本较高，为此提出了一种无离合器的机械式自动变速器（CLAMT）结构及控制方法。

为对该控制方法进行功能测试，搭建了CLAMT试验台（图1），主要包括无刷直流驱动电机、商用5挡变速器（拆除离合器）、换挡机构（由互相垂直的2个直流电机驱动）。CLAMT系统采用TI32位单片机（DSP）作为换挡控制及驱动电机伺服控制的数字处理器。传动系统的工作状态分为内部同步状态（齿轮释放阶段）和功率输出状态（齿轮结合阶段）。AMT的DSP根据车速和加速踏板信号计算出最适合的齿轮位置目标值，包括换挡电机的转速和力矩，驱动电机的DSP根据AMTDSP的输入信号判断是否进行换挡操作，根据车速确定的换挡特性曲线经事先调试储存在主控制器内。车辆处于加速/减速状态时，传动系统进入内部同步状态进行换挡操作，换挡电机通过PID反馈控制齿轮运动。换挡操作结束后，车辆重新进入功率输出状态。

此外，为确定无刷驱动电机参数及车速同步控制，搭建了CLAMT系统模型并采用递归最小二乘算法（RLS）对电机参数进行了辨识，RLS算法辨识参数速度快，鲁棒性好，能够有效消除白噪声的影响。为进行车速同步控制则设计了滑模变（SMC）控制器，并且通过对滑模曲面设置阈值范围消除了系统颤振。通过仿真结果可以看出，通过参数辨识和滑模控制，系统响应良好。

换挡质量及平顺与否由扭矩坑（输出扭矩下降）决定，这点可以通过减少换挡时间间隔来改善。为此，对CLAMT系统及换挡控制方法进行了试验验证，通过控制踏板信号依次进行升/降挡操作能够得到：升挡过程车速同步时间要大于降挡过程；齿轮传动比越大，换挡时间越长。通过电子控制单元，提出了无离合变速器控制方法改善了换挡平顺性，有效缩短了换挡时间。

Chih-Hsien Yu et al.The 2012 IEEE/ASMEInternational Conference onAdvancedIntelligentMechatronics.

编译：张为荣