[发明专利]用于多挡纯电动汽车换挡过程的快速协调优化控制方法

说明书

本发明公开了一种用于多挡纯电动汽车换挡过程的快速协调优化控制方法，针对换挡过程在动力性和平顺性指标要求方面的矛盾，考虑电机、离合器执行机构饱和的约束，将有限换挡时间内电机主动配合问题描述为电机、离合器输出力矩的时域递减协调优化控制问题，利用极小值原理得到最优解的必要条件，并利用二分法求解最优拉格朗日算子，从而得出最优控制问题的解，即为最优控制输入作用于纯电动汽车的电机及变速器系统，完成本采样时刻的控制；开始新的采样时刻的优化求解循环，直至惯性相结束时刻。

技术领域

本发明涉及一种用于多挡纯电动汽车换挡过程的快速协调优化控制方法，属于汽车传动系控制技术。

背景技术

汽车工业的飞速发展推动了社会的进步，同时汽车保有量的不断增长使得能源危机和环境污染等社会问题突显，这就驱使汽车商逐渐转向以纯电动汽车为代表的新能源汽车的研发。目前，纯电动汽车最常见的机械驱动布置形式是，以电动机代替内燃机，保留离合器、变速器、差速器等，采用固定传动比的单挡传动结构。这种结构设计简单，成本低，但输出动力范围小，电机的高效区利用率差。多挡传动结构的引入不仅能极大的改善纯电动汽车的动力性、经济性，而且能有效降低对驱动电机和电池系统的要求，增大电机高效运行区的利用率，但也不可避免的带来了换挡切换过程的平顺性控制问题。纯电动汽车动力系统(电机)转速、转矩易于调节的特点，使得在较短的换挡过程中，引入动力源(电机)的主动配合，获得更好的换挡瞬态过程输出力矩特性成为一种控制方案。

就目前情况而言，针对此类型问题国内外的研究一种是对电机采用分段开环控制的方式实现配合；另一种是采用离线优化、在线跟踪的方式实现离合器力矩和电机力矩的控制。以上策略虽然能改善控制性能，但车辆运行工况的多样性和传动系统本身的非线性，使得控制系统在实际实现中很难保证最优性，并且很少直接考虑动力传动系统中的约束。

发明内容

为了解决装备有多挡位传动机构的纯电动汽车，在换挡时需要满足的动力性、经济性和舒适性等相互矛盾的目标的问题，本发明以一种搭载有多挡位传动机构的纯电动汽车为研究对象，进行换挡过程的动力学分析与建模，在模型预测控制框架下，提出一种用于多挡纯电动汽车换挡过程的快速协调优化控制方法，其为基于最优理论和二分法求解的快速滚动优化控制方法，并通过仿真技术给出控制性能验证结果，本发明方法快速、可靠且具有优化功能。

为达到本发明的目的，可以通过如下技术方案实现：

一种用于多挡纯电动汽车换挡过程的快速协调优化控制方法，将换挡过程分为力矩相和惯性相，传动系主控逻辑单元得出汽车的升降挡使能控制信号，并给出同步器动作信号，电机和离合器控制选通信号以及换挡惯性相使能信号、力矩相使能信号和换挡初始时刻加速踏板开度初值信号，分别作用于同步器、电机期望力矩切换开关、换挡力矩相控制器，换挡惯性相控制器；在换挡力矩相控制器和换挡惯性相控制器作用下，均会给出控制离合器的离合器压紧力信号以及用于控制电机的电机力矩期望信号，分别经过离合器执行机构以及电机控制系统实现换挡过程对离合器和电机的同步协调控制；所述换挡惯性相控制器针对换挡惯性相控制问题，采用时域递减的滚动优化控制方式进行控制：在第一个采样时间，优化算法需要通过实时采集到的升/降挡信号、初始加速命令、车速、电机转速和离合器转速，由优化算法首先确定本次优化预测时域，并计算得到系统的期望电机力矩序列以及离合器压力控制信号序列，作为系统输入，然后提取控制序列的第一个元素，分别用于驱动电机系统和离合器系统，完成车辆换挡惯性相的控制；在下一个采样时刻，再次进行信号的实时采集，然后由优化算法更新优化预测时域，并再次完成优化计算；如此重复，在惯性相的每一个采样时刻得出控制最优序列，并用滚动优化方式，实现时域递减的实时优化控制。

所述的一种用于多挡纯电动汽车换挡过程的快速协调优化控制方法，换挡惯性相控制器的时域递减的滚动优化控制包括以下步骤：

步骤一、换挡过程协调优化问题描述，将换挡惯性相控制问题表示为使目标函数达到最小的最优控制问题；