[发明专利]基于同步轨迹优化的纯电动两挡AMT换挡控制方法

摘要

本发明提供了基于同步轨迹优化的纯电动两挡AMT换挡控制方法，提出了换挡电机与驱动电机并行协调控制策略，并详细分解了同步器工作过程，以PI控制方法和基于极小值原理的最优控制方法确定了最优同步轨迹，保证了良好的换挡品质，提高了换挡的平顺性和快速性。

主权项

一种基于同步轨迹优化的纯电动两挡AMT换挡控制方法，其特征在于:包括一个安装在所述车辆上的两挡AMT纯电动动力传动系统；所述两挡AMT纯电动动力传动系统中包括永磁同步电机、两挡AMT、主减速器、差速器以及两输出半轴；所述AMT为普通AMT,其拥有两套啮合齿轮以组成自动变速器的两个挡位，并配有一个由小功率直流电机控制的换挡执行机构，控制换挡电机的旋转使同步器结合套左右移动，迫使同步器与1挡或2挡被动齿轮接合以达到挂上1挡或2挡的目的。所述换挡执行机构由换挡电机、蜗轮蜗杆传动机构、带有凹槽的凸轮轴、换挡拨叉与同步器共同组成。当开始换挡时，蜗轮蜗杆传动机构将电机输出转矩减速增扭后传递到换挡凸轮轴上，换挡销位于凸轮螺旋凹槽内，将凸轮轴的旋转运动转化成轴向移动，进而拨动同步器结合套，使其完成摘挡和挂挡过程。当车速达到换挡点车速时开始换挡，包括以下5个过程：1〕预摘挡过程此过程中，完成换挡电机预摘挡，驱动电机转矩清零；换挡电机与驱动电机需进行第一次协调控制：1‑1〕控制换挡电机使拨叉销在驱动电机转矩清零完成前不得脱离当前挡位。1‑2〕当驱动电机完成转矩清零，换挡电机控制凸轮轴迅速进入当前挡位至空挡过渡区域，以便进入摘挡过程2〕摘挡过程此过程中，换挡电机单独工作完成当前挡位至目标挡位的过渡；换挡电机减速与驱动电机调速进行第二次并行协调控制：2‑1〕在驱动电机未完成调速之前，需控制换挡电机使拨叉销不得超越空挡区域凸轮行程。2‑2〕当驱动电机调速完成，控制换挡电机使凸轮轴迅速转过该阶段剩余行程；换挡电机转矩快速清零，使凸轮轴在惯性的作用下运动至空挡后部；由摘挡过程在换挡凸轮轴上的动力学方程建立摘挡过程最优控制模型，计算出摘挡过程换挡电机输出转矩的最优控制轨迹。其动力学方程为:Tsmiwηw-Tf=JcameΓ··cam---(1.1)]]>式中,Tsm是换挡电机输出转矩；iw是蜗轮蜗杆传动比；ηw是涡轮蜗杆传动效率；Tf是滚动阻力矩；是凸轮轴转动惯量；是换挡凸轮转角变化率；状态向量:X=x1x2=ΓcamΓ·cam---(1.2)]]>控制变量:u＝Tsm(1.3)状态方程:X·=x·1x·2=x2Tsmiwηw-TfJcame---(1.4)]]>边界条件:x1(tf)＝Γ2(1.5)式中，tf：摘挡阶段末端时刻(s)；Γ2：摘挡阶段末端凸轮轴角位移(rad)。容许条件：‑Tsm_max≤Tsm≤Tsm_max(1.6)式中，Tsm_max：换挡电机最大输出转矩(N·m)。应尽量快地完成摘挡，以减少该过程的工作时间，因此本文以时间最优为目标，建立如下性能指标：最终解得摘挡过程换挡电机输出转矩的最优控制轨迹：Tsm(t)＝Tsm_max(1.8)3〕驱动电机调速过程4〕挂挡过程换挡电机控制接合套完成空挡至目标挡位的过渡；当接合套运行至目标挡位区域时，换挡电机与驱动电机转矩恢复过程进行第三次并行协调控制。驱动电机控制转矩恢复，同时换挡电机控制同步器挂入目标挡位4‑1〕同步锁止前消除间隙阶段：采用PI控制器对该阶段进行控制，快速消除间隙；其输入参数为同步环转过一个齿宽的时间t,控制参数为接合套移动速度vsleeve。精确控制了接合套的移动速度。4‑2〕同步锁止阶段：基于庞特里亚金极小值原理控制换挡电机转矩及其变化率最优轨迹：Tsm=Tsm(t0)ea(t-t0)0<Tsm<0.47750.4775Tsm≥0.4775---(1.9)]]>式中：t0是同步锁止初始时间(s)；a是协调变量的特征根。4‑3〕同步锁止后消除间隙阶段以及挂入目标挡位阶段：控制方法与同步锁止前消除间隙阶段类似。5〕驱动电机转矩恢复过程换挡电机与驱动电机第三次并行控制需要控制驱动电机的转矩变化率来限制冲击度：dTmdt≤δmrig2i0j1=10δmrig2i0---(1.10)]]>换挡凸轮轴旋转至凸轮凹槽行程末端时换挡结束；驱动电机转矩恢复。