基于动态规划的纯电动汽车换挡规律研究
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摘要 以降低纯电动汽车在实际行驶时的能量消耗为目标，针对两挡机械自动变速器的换挡规 律进行优化设计。依据太原市市区、郊区及综合行驶工况的实际需求，对汽车的驱动电机进行匹配， 并基于电机效率制定出传统经济性换挡规律;通过动态规划算法求解出太原市各循环工况下的最佳挡 位工作点，并提取出最优的双参数换挡规律。通过 Matlab/Simulink 建模和仿真，比较了不同工况下 两种换挡规律的能耗差异。与传统经济性换挡规律相比，规划后的双参数换挡规律可以更好的降低 汽车能耗，提升续航里程。
略[6]，满足实际行驶工况需求来制定经济性换挡规律 的研究很少。
动态规划算法是一种在动态过程中逆向求解最 佳目标轨迹的数学方法，其在汽车能量管理方面得 到了有效的运用[7-9]。本文中依据电机效率 MAP 制定 了传统经济性换挡规律，并在建立的太原市市区、 郊区和综合 3 种形式工况下，通过动态规划算法求解 并提取出最佳换挡规律，在不同工况下验证了两种 换挡策略的能耗表现。
Key words Pure electric vehicle Economical shift schedule Dynamic programming Driving cycle
0 引言
纯电动汽车通常只匹配单级减速器，以降低传 动系统的质量及制造成本，但为满足汽车的动力性 需求，对电机性能有更高的要求，且汽车在不同工 况下行驶时，驱动电机往往处于低效率工作区 。 [1-2] 匹配多挡变速器能极大提高汽车低速时的转矩，并 且拓宽最高车速范围，提高电机的工作效率[3]。换挡 规律作为变速器的核心问题，对汽车的经济性、动 力性及对环境的适应能力有重要影响[4]。目前国内外 对电动汽车变速器换挡规律的研究多是为更好的满 足动力需求[5]，或是依据提高电机效率而制定换挡策
采集、分析和处理太原市的各类道路行驶数据， 构建了市区、郊区及综合 3 种行驶工况。如图 1 所示 为各行驶工况下的车速曲线，表 1 为各工况的特征参 数。由表 1 可见，不同工况下的各项特征参数有较大 差异，因而对电动汽车的能耗需求也存在较大差异。
1 太原市行驶工况的构建
在现有的电动汽车续航里程评价体系中，行驶
第 43 卷 第 12 期
基于动态规划的纯电动汽车换挡规律研究
39
工况对电动汽车的能耗有很大影响，不同工况下同 一 辆 电 动 汽 车 的 续 航 里 程 存 在 较 大 的 差 异[10]。 而 汽 车经济性换挡的主要目标为提高电动汽车在行驶工 况下的续驶里程，因此，建立符合汽车实际行驶条 件的道路工况，可以为汽车在制定换挡规律时提供 有效的依据和评估标准。
38
文章编号：1004-2539（2019）12-0038-07
机械传动
2019 年
DOI：10. 16578/j. issn. 1004. 2539. 2019. 12. 007
基于动态规划的纯电动汽车换挡规律研究
Байду номын сангаас
许 鑫 1 牛志刚 1 汪 洋 2 赖 昶 1
（1 太原理工大学 机械与运载工程学院， 山西 太原 030024） （2 中国汽车技术研究中心， 天津 300162）
Abstract In order to reduce the energy consumption of pure electric vehicles in actual driving, the gear shift law of the two-speed mechanical automatic transmission is optimized. According to the actual needs of ur‐ ban, suburban and comprehensive driving cycle in Taiyuan city, the driving motors of the vehicles are matched, and the traditional economic shifting rules are formulated based on the motor efficiency. Then, the optimal gear shifting points under different driving cycle in Taiyuan city are solved by dynamic programming, and the optimal two-parameter shift schedule is discovered. Through Matlab/Simulink modeling and simulation, the energy con‐ sumption of the two shifting laws under different Driving cycle is compared. The results show that compared with the traditional economic shift law, the optimized two-parameter shift law can better reduce vehicle energy con‐ sumption and improve the endurance mileage.
关键词 纯电动汽车 经济性换挡规律 动态规划 行驶工况
Research of Shift Strategy of Pure Electric Vehicle based on Dynamic Programming
Xu Xin1 Niu Zhigang1 Wang Yang2 Lai Chang1
（1 College of Mechanical and Vehicle Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China） （2 China Automotive Technology and Research Center，Tianjin 300162，China）
略[6]，满足实际行驶工况需求来制定经济性换挡规律 的研究很少。
动态规划算法是一种在动态过程中逆向求解最 佳目标轨迹的数学方法，其在汽车能量管理方面得 到了有效的运用[7-9]。本文中依据电机效率 MAP 制定 了传统经济性换挡规律，并在建立的太原市市区、 郊区和综合 3 种形式工况下，通过动态规划算法求解 并提取出最佳换挡规律，在不同工况下验证了两种 换挡策略的能耗表现。
Key words Pure electric vehicle Economical shift schedule Dynamic programming Driving cycle
0 引言
纯电动汽车通常只匹配单级减速器，以降低传 动系统的质量及制造成本，但为满足汽车的动力性 需求，对电机性能有更高的要求，且汽车在不同工 况下行驶时，驱动电机往往处于低效率工作区 。 [1-2] 匹配多挡变速器能极大提高汽车低速时的转矩，并 且拓宽最高车速范围，提高电机的工作效率[3]。换挡 规律作为变速器的核心问题，对汽车的经济性、动 力性及对环境的适应能力有重要影响[4]。目前国内外 对电动汽车变速器换挡规律的研究多是为更好的满 足动力需求[5]，或是依据提高电机效率而制定换挡策
采集、分析和处理太原市的各类道路行驶数据， 构建了市区、郊区及综合 3 种行驶工况。如图 1 所示 为各行驶工况下的车速曲线，表 1 为各工况的特征参 数。由表 1 可见，不同工况下的各项特征参数有较大 差异，因而对电动汽车的能耗需求也存在较大差异。
1 太原市行驶工况的构建
在现有的电动汽车续航里程评价体系中，行驶
第 43 卷 第 12 期
基于动态规划的纯电动汽车换挡规律研究
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工况对电动汽车的能耗有很大影响，不同工况下同 一 辆 电 动 汽 车 的 续 航 里 程 存 在 较 大 的 差 异[10]。 而 汽 车经济性换挡的主要目标为提高电动汽车在行驶工 况下的续驶里程，因此，建立符合汽车实际行驶条 件的道路工况，可以为汽车在制定换挡规律时提供 有效的依据和评估标准。
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文章编号：1004-2539（2019）12-0038-07
机械传动
2019 年
DOI：10. 16578/j. issn. 1004. 2539. 2019. 12. 007
基于动态规划的纯电动汽车换挡规律研究
Байду номын сангаас
许 鑫 1 牛志刚 1 汪 洋 2 赖 昶 1
（1 太原理工大学 机械与运载工程学院， 山西 太原 030024） （2 中国汽车技术研究中心， 天津 300162）
Abstract In order to reduce the energy consumption of pure electric vehicles in actual driving, the gear shift law of the two-speed mechanical automatic transmission is optimized. According to the actual needs of ur‐ ban, suburban and comprehensive driving cycle in Taiyuan city, the driving motors of the vehicles are matched, and the traditional economic shifting rules are formulated based on the motor efficiency. Then, the optimal gear shifting points under different driving cycle in Taiyuan city are solved by dynamic programming, and the optimal two-parameter shift schedule is discovered. Through Matlab/Simulink modeling and simulation, the energy con‐ sumption of the two shifting laws under different Driving cycle is compared. The results show that compared with the traditional economic shift law, the optimized two-parameter shift law can better reduce vehicle energy con‐ sumption and improve the endurance mileage.
关键词 纯电动汽车 经济性换挡规律 动态规划 行驶工况
Research of Shift Strategy of Pure Electric Vehicle based on Dynamic Programming
Xu Xin1 Niu Zhigang1 Wang Yang2 Lai Chang1
（1 College of Mechanical and Vehicle Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China） （2 China Automotive Technology and Research Center，Tianjin 300162，China）