混合动力汽车变速器纯电动模式换挡性能仿真分析与试验评价

通过混合动力变速器纯电模式同步过程动力学理论分析,在确认电机必须参与调速的基础上,建立了某混合动力变速器的动力学仿真模型。确认换挡过程仿真分析结果与试验结果的一致性之后,进行了多种转速差下降挡和升挡过程的仿真分析,从同步器同步时间和换挡冲量最小化的角度出发,得到了该混合动力变速器电机的合理调速范围。为混合动力变速器在纯电动模式下快速、平顺的换挡控制策略优化提供了有效的仿真分析手段。     

电驱动机械变速器及测试台架开发

动力耦合系统是混合动力系统关键技术之一,文章提出的电驱动主动同步机械式自动变速器（EMT）通过电机和变速器集成技术．利用电机快速精准调速性能很好地解决了并联混合动力系统动力耦合难题。文章按照EMT系统特点,对比目前测功试验台的优缺点,提出了高效、节能及简单实用的EMT系统对拖试验台,本测试台架结合系统自身便是电驱动系统,所以采用了2套相同EMT系统对拖动试验方式,试验数据表明,电机的快速精准调速功能使得变速器的换挡时间可以缩短到0．4s,接近DCT的换挡时间,该测试台架突出了主动同步的优点。研究成果有助于解决传统AMT的动力中断时间长的难题。     

DCT：双离合器自动变速器

DCT的动力传递通过两个离合器联接两根输入轴，相邻各档的被动齿轮交错与两输入齿轮啮合，配合两离合器的控制，能够实现在不切断动力的情况下转换传动比。从而缩短换档时间，有效提高换档品质。DCT既继承了手动变速器传动效率高、安装空间紧凑、重量轻、价格便宜等许多优点，而且实现了换档过程的动力换档。即在换档过程中不中断动力，这不仅对AMT来说是一个巨大的进步，而且还保留了AT、CVT等换档品质好的优点，因此是自动变速器的发展方向。     

纯电动汽车两档自动变速器换档品质研究

纯电动汽车变速器需要符合驱动电机特性并利用同步器使将要啮合的齿轮达到一致的转速而顺利啮合,从而实现电动汽车换档变速的功能。所研究的纯电动汽车变速器无离合器,仅依靠电机的调速性能和同步器共同作用换档。通过对同步器的滑磨功和换档冲击度进行分析,利用电机自身的调速特性,减小主、被动齿轮转速差,减轻同步器磨损,缩短换档时间,从而提高变速器的换档品质。     

降低内燃机能耗与排放的混合动力系统研究

为提升内燃机性能,减少在行车过程中的能耗与排放,本文以新能源视角出发,分别分析以电机电池作为内燃机辅助动力的串联混合动力系统、并联混合动力系统和混联混合动力系统对降低内燃机能耗与排放的作用;同时在混合动力的基础上,介绍一种新型的混合动力专用变速器DHT (Dedicated Hybrid Transmission),旨在通过全新开发的双输入AMT (Automated Mechanical Transmission)变速器以及空心轴电机来进一步辅助降低内燃机的能耗与排放,从而提升车辆动力总成在动力性、经济性、舒适性等方面的竞争力。     

纯电动车两挡机械自动变速器换挡过程分析及综合控制

为减小纯电动车两挡机械自动变速器换挡动力中断时间,改善换挡品质,文章通过对换挡过程的动力学分析,提出了一种综合换挡控制策略:在调速过程中,通过开环控制的方法,使接合套与结合齿圈之间的转速差快速到达一定范围内;在挂挡过程中,通过驱动电机输出与换挡电机作用下产生的同步摩擦力矩相同方向的转矩,使驱动电机与换挡电机协同作用消除剩余的转速差,从而缩短动力中断时间。使用Simulink设计了换挡控制模型,并在基于TCU、MCU控制下的纯电动车两挡AMT换挡实验台进行实验。实验结果表明,本文提出的综合控制策略可以在保证同步器磨损较小的前提下,有效减小整个换挡过程的动力中断时间。     

混合动力汽车的换档控制策略研究

通过对现有的一款混合动力汽车电驱变速器换档过程中存在的降档抖动和进档失败问题进行分析,并对同步器同步特性进行研究,创新性地提出了基于时间的降档同步力分段控制方法,经过实车验证,该方法有效提高了换档品质;提出了自适应增加同步力控制方法,减少了进档失败的概率。     

插电式混合动力汽车换档动力中断优化研究

基于对插电式混合动力驱动系统的原理研究,介绍了该动力驱动系统的工作原理及换档时序,并考虑到机械式自动变速器在换档动力中断方面的局限性,提出了在降扭、调速、升扭等方面改善动力中断性能的策略方法,最终通过实验测试验证缩短了插电式混合动力汽车的换档动力中断时间。     

纯电动汽车两挡自动变速器研究开发

开发了一种应用于某纯电动汽车的新型两挡自动变速器,并对该变速器结构原理、速比选择原则、整车动力性能、爬坡能力及效率特性进行了研究。结果表明,所开发的两挡自动变速器在减小电机最大转矩的同时,可降低电机最高转速、机械传动噪声和变速器输入转速,同时还可优化电机的工作转速区间,提高动力传动系统效率,且由于其采用双湿式离合系统结构,在挡位切换过程中基本无动力中断。     

基于振动剂量值和动力中断时间的换档控制优化

针对电控机械式自动变速器(AMT)换档时扭矩卸载和加载速度进行优化。以某插电式混合动力汽车为研究对象,介绍了该混合动力汽车的动力系统结构和换档时扭矩控制过程。提出了基于振动剂量值和动力中断时间的换档品质客观评价指标,以此为基础对换档过程的扭矩控制进行优化。测试结果显示,优化以后的换档品质优于主流AMT车型。     

纯电动轿车AMT换挡过程协调匹配控制方法

为实现装备机械式自动变速器（AMT）的纯电动轿车能够快速、准确、平稳地换挡,以建立的换挡过程数学模型为基础,详细分析了换挡过程不同阶段换挡冲击产生的机理,提出了摘挡前驱动电机切换至自由模式的转矩控制方法,确定了摘挡后驱动电机调速目标值和执行机构最优运动速度,提出了挂挡完成后驱动电机转矩恢复方法。针对换挡过程驱动电机的协调控制问题,提出了整车控制器控制驱动电机参与换挡过程的综合协调匹配控制方法。为了验证控制策略的正确性,研制开发了纯电动轿车用AMT样机,并进行了样车道路试验。试验结果表明：所制定的控制策略能很好地实现挡位的自动平顺切换,且换挡时间短。     

复合功率分流系统发动机起动H∞鲁棒优化控制

为改善复合功率分流混合动力系统纯电动至混合动力模式切换过程的车辆驾驶平顺性,同时确保在模型不确定和外部干扰条件下切换控制的鲁棒性,本文中提出了一种发动机起动H∞鲁棒控制策略。首先,建立复合功率分流混合动力系统动力学模型,并对纯电动至混合动力模式切换过程进行分析。其次,以车辆驾驶平顺性和发动机起动时间为优化指标,通过动态规划求解发动机最优拖转转速曲线。然后,考虑到输入轴阻尼参数摄动、驾驶员输入、道路负载、输出端转速的不确定性变化和发动机转速量测噪声的干扰,设计了发动机起动H∞鲁棒控制器。最后,通过离线仿真和台架试验对所提出的控制策略进行验证。结果表明,该策略能有效将冲击度降低至11.52 m/s^3以内,同时对模型不确定性和外部干扰有较强的抑制能力。     

混合动力传动系 Tip-in/out工况的模型预测控制

为抑制混合动力汽车加减速过程中传动系统振荡,以电机转矩为控制量,提出一种基于模型预测主动控制混合动力传动系统振荡的策略,基于 Matlab/Simulink平台搭建动态系统模型,实时计算电机转矩补偿优化发动机输出转矩,准确跟踪目标转矩的同时减少传动系统振荡。探索不同控制器参数设置对于驾驶动力性和舒适性的增益效果,通过硬件在环 （Hardware-in-Loop,HIL） 试验表明,所设计的 MPC控制器能使汽车平稳地加减速,迅速跟踪目标转速,求解时间控制在10 ms以内,具有较好的实时性,同时对传动系统中的非线性因素和参数变化有较好的鲁棒性。     

两挡变速器换挡过程最优控制的伪谱法求解

随着新能源汽车的发展,采用多挡位变速器在保证车辆动力性的前提下,可以提高电机效率。为了减小换挡冲击,提升乘坐舒适性,需要对驱动电机和换挡电机进行协调控制。本文中以两挡变速器为研究对象,提出了一种基于Radau伪谱法的变速器换挡策略,选取冲击度和滑摩功作为两挡变速器换挡品质的评价函数,利用插值多项式对换挡过程中系统的状态变量和控制变量进行逼近,由插值多项式的导数值近似代替动力学方程中状态变量的微分值,将换挡过程的最优控制问题转换为非线性规划问题,并利用现有的非线性规划问题求解器进行求解。采用MATLAB软件对两挡变速器的换挡问题进行伪谱法求解,得到了两挡变速器换挡过程的最优控制轨迹,验证了伪谱法的有效性和优异性。     

Control strategy for clutch engagement during mode change of plug-in hybrid electric vehicle

The plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) has various driving modes used in both internal combustion engine and electric motors. The EV mode uses only an electric motor and the HEV mode uses both an engine and an electric motor. Specifically, when the PHEV of a pre-transmission parallel hybrid structure performs mode changing, its engine clutch is either engaged or disengaged, which is important in terms of ride comfort. In this paper, to enhance the mode changing process for the clutch engagement, a PHEV performance simulator is developed using MATLAB/Simulink based on system dynamics and experiment data. Vehicle driving analysis is carried out of the control logic and properties of the mode changing. A compensated torque is applied during the mode change. This results in the rapid speed synchronization with the clutch although the trade-off relationship of the mode change. In addition, the mode changing is conducted through the transmission shifting process to rapidly synchronize with speed. The control strategy implemented in this study is shown to improve the drivability and energy efficiency of a PHEV.     

Lateral stability control of dynamic steering for dual motor drive high speed tracked vehicle

In this paper, the torque and power required by dual motors for electric tracked vehicle during dynamic steering maneuvers with different steering radiuses are analyzed. A steering coupling drive system composed of a new type of center steering motor, two Electromagnetic (EM) clutches, two planetary gear couplers, and two propulsion motors is proposed for the dual motors drive high speed electric tracked vehicle (2MHETV), which aims to improve its lateral stability. An average torque direct distribution control strategy based on steering coupling and an optimization-distribution-based close-loop control strategy are designed separately to control the driving torque or regenerative braking torque of two propulsion motors for vehicle stability enhancement. Then models of the 2MHETV and the proposed control strategy are established in Recudyn and Matlab/Simulink respectively to evaluate the lateral stability of dynamic steering for the 2MHETV with different steering radiuses on hard pavement.The simulation results show that the lateral stability of the 2MHETV can be significantly improved by the proposed optimization-distribution-based close-loop control strategy based on steering coupling system.     

电动汽车电机轴断裂的有限元分析

针对一辆电动汽车样车在试车过程中出现的电动机断轴事故,依据其失效模式用有限元方法分析其失效原因,通过静强度计算、模态分析、转子动力学分析等工作,评估失效原因可能是电动机转速超速而产生扭转共振和弯曲共振导致电动机轴断裂,排除了结构设计和零部件质量等因素。基于分析结果,在电动机控制软件中加入防止超速的控制策略,在后续可靠性试验和售后市场中再未出现此类失效。     

Modeling and control of engine starting for a full hybrid electric vehicle based on system dynamic characteristics

This paper focuses on the dynamic modeling and control of engine starting for a Full Hybrid Electric Vehicle (FHEV) consisting of an Integrated Starter Generator (ISG) and Dual Clutch Transmissions (DCTs). The dynamic characteristics of the engine, the ISG motor and the main clutch are analyzed respectively. The dynamic models of the main components of the powertrain system are also established taking the system dynamic characteristics into consideration. The FHEV dynamic model of engine starting during electric driving mode has been investigated in detail. The coordinated control strategy of engine starting has been proposed based on the powertrain system dynamic characteristics. The simulation for the engine starting control during electric driving mode has been performed based on the Matlab/Simulink platform. The simulation results show that the proposed control strategy satisfies the requirements of response and smoothness during engine starting process. Furthermore, a bench test has been carried out to analyze the system characteristics during engine starting process. The test data is highly agreeable to the simulation data and the effectiveness of engine starting control strategy is validated by the comparison between simulation results and the test data.     

并联式混合动力汽车模式切换控制策略研究

并联式混合动力汽车模式切换时离合器会介入传动系统，容易引起较明显的冲击感，是影响整车驾驶舒适性的主要因素。为此，提出了基于离合器双模糊和电机转矩协调的模式切换控制策略。首先建立混合动力汽车模式切换过程的动力学模型，以减小离合器滑磨功为目标，对模式切换时的离合器接合过程进行划分；其次，结合混合动力汽车模式切换的基本要求和驾驶意图，制定离合器双模糊控制策略，分别对滑摩阶段的接合时长和转矩同步阶段的压力变化率进行控制；然后以离合器滑磨功和整车冲击度为优化目标，采用二次型最优控制算法对滑摩阶段的接合压力进行优化，从而获取模式切换过程中离合器的最优接合压力轨迹；在此基础上，通过实时计算离合器传递转矩，根据电机转矩响应快的特点，制定电机转矩协调控制策略；最后，基于某混合动力试验样车，在底盘测功机上分别进行缓加速、中等加速和急加速下的模式切换试验，对所提出的控制策略进行验证。试验结果表明：该策略能较好地反映驾驶人驾驶意图，保证离合器的使用寿命，所产生的整车冲击度均处于合理范围之内，改善了整车模式切换过程中的驾驶舒适性。     

Design of a compact 18-speed epicyclic transmission for a personal mobility vehicle

This paper describes the design and shifting dynamics of a novel and small-sized transmission which composed of three epicyclic gear modules and a hub shaft in conjunction with several clutches. The proposed epicyclic gear train can be used in a personal mobility vehicle such as an electric utility vehicle and small car, etc. And it is distinguished from others for its small size, light weight, high efficiency, and wide speed range up to 18 gear steps. In this paper, its dynamic behavior is dealt with in order to ensure the automatic and robust shifts according to the shift commands, focused on the shift mechanism design. First the overall structure and operating principles of the transmission are described in detail. Based on the CAD data of whole components, a detailed multibody dynamic model is built using ADAMS software which can analyze the dynamic behavior of a mechanical system. Then numerical simulations are performed during the shift and whole operating period. From the simulation and experiment results, the overall performance and operating principles of the 18 speed epicyclic transmission are discussed and the design of shift device is optimized to ensure the robust shift finally.