AMT 混合动力汽车换挡过程控制

Jv Jp 00
J p Jv 0
Jv 0
J vi0 0
x3 x4
1 0
0 u1
1
u2
x5
x6
0 0
00
0
00
0
0 0
0 0
x5 x6
0 0
0 0
KL
KL 0
0
0 0
X
A
X BU
电机换挡
惯性相—控制需求分析
控制需求分析 为了保持变速器的输出转矩平顺变化，需要控制离合器的摩擦转矩保持不变。 为了保证平顺换挡，在换挡结束时刻，离合器的转速差应该趋于零。 为了减小换挡冲击度，在换挡结束时刻，电机的输出转矩应该等于离合器的摩擦转矩。 换挡时间固定
1
0 m1
c1
c0
束
(t ) 0,T (t ) T (t ) T
条
2
m2
c2
c0
0 T (t) T , T T (t) T
件
m
m _ max
c _ max
c
c _ max
选择合适的权重矩阵将控制目标体现在目标函数中
0
0 0 0 0 0 0
权 重 矩
F
f 22 f 33 f 44
(t
-
t0
)
转速
输出转矩
t0
t1
tf
控制驱动电机输出转矩线性增加是为了消除在换挡过程中 变速器输出转矩动力中断现象
电机换挡
惯性相—状态空间方程
动态微分方程
J pm Tm Tc cmm Jcc Tci2 TL i0 ccci2
Jp
J
：等效转动惯量
c
TL：负载转矩
C Av2
T L
=T f
q25 q24
Tc0
r1Tm2
r2Tc2
离合器的转 速差趋于零
保持离合器的转矩 跟随目标转矩
最小化 滑磨损失
最小化 冲击度
能量指标
电机换挡
惯性相—最优控制求解
电机换挡
0
q 22
0
q 24
q 25
0
0 0 q 0
Q
33
0 q 0 q
42
44
0 0
0 0
R
r
1
r 2
阵
0 0
0 q 0 0 0 0
52
0 0 0 0 0 0
电机换挡
惯性相—最优控制
驱动电机主动调速控制， 即离合器主从动盘转速差控制
T 驱动电机输出转矩控制 m
离合器摩擦转矩控制 Tc
终值约束
+T w
+T i
=
fMgcos( )+
D
2
Mg sin( ) r
T ：作为常值处理 f
TL KLc
J 3.6C Ar 2 i i
L
D
02
状态变量 X 控制变量U
x x1, x2 , x3 , x4 , x5 , x6 T m , ,Tm Tc0 ,Tc Tc0 ,Tc0 ,TL T
研究基础
转矩/Nm 功率/KW
1500
1200
187.91
900
190
600
300
0 800
1000
1200
195
200
205 210 220 230 250 240
1400转速/rpm1600
1800
2000
发动机万有特性曲线图
260 230 200 170 140 110 80 50
2200
发动机高效范围小， 需要挡位数多， 5-6个挡位
为了最小化冲击度， Tm (t2 ) Tc (t2 ) Tc0 (t2 ) 0
为了最小化滑摩功，离合器转速差尽量小、
换挡时间尽量短。
电机换挡
力矩相—线性前馈控制（以升挡过程为例）
控 驱动电机的输出转矩控制 Tm
制
量 离合器摩擦转矩控制 Tc
初始值
Tm(t0 )= Tm0，Tc(t0 )= 0
离合器完全分离
降挡过程示意图
电机换挡
升挡过程示意图
降挡过程示意图
控 1、最小化离合器接合时间； 制 2、最小化换挡冲击度； 目 3、最小化离合器滑磨功 标 4、保证变速器输出转矩平顺变化并且无动力中断
为了无动力中断，Tm (t1) Tc (t1) Tc0
控
惯性相 Tc (t) Tc0
制 需 求
最优控制问题转化为一个有限时间状态调节器问题，终止时间固定，终止状态约束
电机换挡
惯性相—最优控制
目 J 1 X T FX 1 t2 X TQX U T RU dt
标
2
2 t1
函
权重矩阵
数
, F R66 , Q R66 R R22
约 (t ) ,T (t ) T (t ) T
研究基础
纯电动工况下动力传递路线
当电池电量充足时，动力驱动装置工作在纯电动驱动模式下。
一挡动力传递路线
二挡动力传递路线
研究基础
混合驱动工况下动力传递路线（以电机为一挡为例）
当电池电量水平SOC小于某一最小值时，发动机启动，动力驱动装置进入混合动力驱动模式。
发动机一挡动力传递路线
发动机二挡动力传递路线
u u1, u2 T Tm ,Tc T
线性状态方程
x Ax Bu
电机换挡
惯性相—状态空间方程
系统状态空间方程
x1
cm Jp
1
1
0
Jp
Jp
0
0
x1
00Biblioteka x2Jpcci2
J v cm
i2cc
1 Jv J pi2 i2
1
x2
0
0
x3 x4
=
J p Jv 0
研究基础
发动机换挡 发动机主动调速
电机换挡
控制电机与离合器协 调控制完成换挡过程
电机换挡
升挡过程
一挡
力矩相
惯性相
二挡
啮合套力 矩减小
啮合套力矩 降为0
离合器力矩增加
离合器力矩不变
离合器锁止
升挡过程示意图
电机换挡
降挡过程
二挡
惯性相
力矩相
一挡
离合器分离
啮合套结合
离合器转矩保持不变 电机调速
继续分离离合器
Tm t2 Tc t2 Tc0
J
1 2
f11m2
f 22 2
f33
Tm Tc0
2 f44
Tc Tc0
2
f55Tc20
f
T2
66 L
1
2
t2 t1
q11m2
q22 2
q33
Tm Tc0
2 q44
Tc Tc0
2 q55Tc20 q66TL2 2q24Tc 2
目标值
Tc(t1 )= Tm(t1 )= Tc0 = βTm-max
力矩相
惯性相
β ：加速踏板开度 Tm-max：电机最大输出转矩
Tm
转矩
Tc 离合器摩擦转矩控制率
Ts
电机输出转矩控制率
ωm ωc ω1
Tc (t) =
Tc0 t1 - t0
(t
-
t0
)
Tm (t) =
Tc0 t1
- Tm0 - t0
US patent CHEN, Hong；GAO, Bingzhao； GUO, Lulu, et al. HYBRID POWER DRIVING DEVICE FOR VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREOF 专 利 号：US9370993B2
电机效率MAP图
电机高效范围大， 需要挡位数少， 2-3个挡位