38120字硕士毕业论文双速双离合器自动变速器纯电动汽车传动系统协调控制技术研究

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：38120字

论点：电动汽车,换档,转矩

论文概述：

通过对纯电动汽车动力传动系统及双离合器自动变速器的研究分析，结合国内外研究现状，本文将两档干式双离合器自动变速器搭载至纯电动汽车，对其传动系统协调控制技术展开研究。

论文正文：

第一章引言

1.1研究背景和意义
随着汽车工业的发展速度，它给人们的生活带来了便利，但也给环境和能源带来了危机。因此，随着解决生活环境和能源双重危机的呼声越来越高，开发低排放(或零排放)、低噪声和可再生能源的新一代汽车是大势所趋。纯电动汽车由车载电源供电，完全依靠电机提供的驱动力行驶。它具有结构简单可靠、噪音低、零排放的优点。它是一种环保的绿色汽车，在解决日益严重的环境恶化问题中发挥着积极的作用。它使用的电能属于二次能源，来源广泛。风能、太阳能和水能等可再生能源可以转化为电能供车辆行驶，这可以缓解人们对日益枯竭的石油资源的担忧[1]。因此，发展包括纯电动汽车在内的新能源汽车已成为国家中长期科技发展战略[2]。类似于传统的内燃机车辆，纯电动车辆也需要适合其自身电源的动力传输系统，以使车辆能够在各种道路条件下行驶。内燃机车辆的动力传输系统使用驱动特性转换装置[6(变速器)来转换内燃机的驱动特性(例如，降低转速、增加扭矩等)。)以满足车辆运行的需要。对于纯电动汽车，电源是驱动电机，它可以在负载下以零速度启动。电机调速范围广；由于大的驱动扭矩和其他动态特性，理论上可以在没有变速器的情况下直接驱动车辆。然而，在实践中，用电动机直接驱动车辆仍然存在许多问题。首先，低速大扭矩驱动电机的制造工艺复杂，成本非常高，给降低车辆成本带来困难。其次，直接驱动车轮，电机的启动电流很大，不利于动力电池的维护；最后，由于没有变速器，驱动电机的工作点不能保证总是在高效率区，并且车辆的驱动经济性不好，特别是在当前动力电池的能量密度仍然相对较低的技术情况下，驱动经济性尤其突出
结论。
基于以上分析，研究纯电动汽车的动力传动系统具有现实意义。双离合器变速器(Dual离合器变速器，DCT)是从传统手动变速器发展而来的一种新型变速器，具有传动效率高、换档平稳性好的优点。同时，它还具有换挡时不间断供电的特点。根据保时捷公司的测试数据，使用离散余弦变换的车辆比配备相同手动变速器(Manual Transmission，MT)的车辆加速100公里的时间少0.8s
基于国内外电动汽车和动力换挡的研究现状，研究了配有双离合器变速器的纯电动汽车传动系统协调控制的关键技术，提出了纯电动汽车传动系统协调控制的离散余弦变换换挡规律和传动系统换挡过程的协调控制策略，并通过实车试验验证了研究结果的有效性。通过本文的研究，为双离合器变速器电动汽车提高行驶经济性和换挡品质提供了参考方法。本文的主要研究内容和结论如下:
(1)选择了电动汽车传动系统主要部件的关键参数，通过仿真和实验对匹配方案进行了测试，确定了两档离散余弦变换纯电动汽车传动系统的参数，从而为全文研究建立了研究对象平台。根据本研究建立的纯电动汽车的性能要求和设计目标，从各个方面对动力传动系统中动力电池、驱动电机和变速器的各项关键参数进行了比较分析，确定了双速双离合器变速器纯电动汽车传动系统的各项参数。建立包括车辆动力学模型、变速器档位决策模块、动力电池模型、驾驶员模型等在内的车辆仿真模型，并进行欧洲经委会、欧洲经委会-EUDC循环工况和恒速工况仿真试验。结果表明，根据本研究匹配参数配备的车辆在目标车速的跟踪、加速和行驶里程方面能够满足国家标准和设计目标的要求。进行实际车辆试验，验证车辆的行驶经济性、爬坡能力和加速度能够满足国家标准和设计目标的要求。
(2)研究了双档离散余弦变换纯电动汽车的传动控制系统，建立了能够对协调控制策略指令做出准确快速响应的离散余弦变换和电机控制系统。建立了传动控制系统的结构，分析了各组成部分的功能及其相互关系，并对传动控制系统的两个重要组成部分——离散余弦变换控制系统和电机控制系统进行了详细的研究。在离散余弦变换控制系统的研究中，通过建立干式双离合器扭矩传递的数学模型，建立了离合器扭矩传递与离合器分离轴承位移的关系。采用神经网络预测控制(NNPC)方法，结合比例流量阀模型，对离合器液压换挡机构的分离轴承进行预测控制，使分离轴承位移能够跟随目标位移，离合器传动扭矩能够跟随传动系统主控制逻辑发送的目标扭矩。在电机控制系统中，电机控制器局域网通信控制器被设计成使电机能够响应变速器控制系统的主控制逻辑命令。通过以上研究，为电动汽车传动系统的协调控制奠定了控制基础。
(3)研究纯电动汽车传动系统协调控制的两档离散余弦变换换挡规律，制定出既能满足汽车动力需求，又能提高汽车经济性的换挡规律。在传统换挡规律的基础上，提出了电动汽车的三种基本换挡规律，即动态换挡规律、经济换挡规律和综合换挡规律。针对综合换挡规律不能充分考虑功率和经济性的问题，本文尝试引入传动系统协调控制的离散余弦变换换挡规律。在这种换挡规律下，油门踏板开度信号不再直接控制电机的功率输出，而是被分析为车辆所需的驱动扭矩，并将所需的驱动扭矩作为换挡规律的输入，从而在满足当前驱动扭矩的前提下提高车辆的行驶经济性。通过对综合换挡规律与欧洲经委会循环工况下由传动系统协调的离散余弦变换换挡规律的对比分析，发现后者比前者效率高8.4%，表明车辆的行驶经济性有所提高。
(4)研究了基于离散余弦变换的纯电动汽车传动系统换挡过程协调控制策略。采用粒子群优化算法确定离散余弦变换换挡过程中驱动电机和离合器的目标转矩。在分析传统换挡品质评价指标的基础上，以冲击度和滑动摩擦功率的加权和形式以及电机和两个离合器的动态参数为输入变量，建立了综合换挡品质评价指标。结合升档和降档过程的动力学分析，建立了两个离合器和电机在各种换档条件下动力学参数之间关系的动力学模型。在此基础上，提出了一种基于粒子群优化算法的传动系统换挡过程协调控制策略:用傅里叶级数分解法对轨迹优化问题进行等价变换，用罚函数处理约束条件。采用粒子群优化算法计算传动系统换挡过程中电机输出转矩和两个离合器传递转矩的最优轨迹，从而实现最佳综合换挡品质。
(5)基于离散余弦变换的纯电动汽车换挡过程协调控制策略通过实车试验得到验证。执行正扭矩升档和降档测试，并与传统换档策略进行比较。试验结果表明，在本文提出的传动系统协调控制换挡策略下，换挡冲击小，舒适性好，换挡时间短，滑动摩擦功率也在可接受范围内，换挡品质得到提高，为纯电动汽车双离合器换挡控制提供了参考方法。，换档动力好。离散余弦变换具有广阔的应用前景和良好的继承性。这是业内最有前途的自动变速器之一。鉴于离散余弦变换具有传动效率高、换挡品质好的优点，本文试图将双离合器自动变速器应用到纯电动汽车上，研究基于离散余弦变换的纯电动汽车传动系统协调控制技术，希望对纯电动汽车平台上双离合器自动变速器的研发起到有价值的作用。

1.2纯电动汽车传动系统研究现状
目前，国内外研究人员很少研究纯电动汽车传动系统，而企业和学者主要关注混合动力电动汽车传动系统的功率耦合。造成这种现象的原因主要有以下两个方面:第一，混合动力电动汽车是由多个动力源驱动的，只有在收集到动力源并合理分配动力(即动力耦合)后才能输出驱动力，这样就不会相互干扰，技术复杂，需要投入大量的精力进行研究。然而，纯电动汽车只有一个驱动电机，并且电源相对简单。许多学者认为传动系统可以跟随传统车辆，不需要独立研究。其次，混合动力汽车产业化的条件日益成熟。日本著名的普锐斯混合动力车的巨大成功极大地鼓励了各种汽车制造商推出自己的混合动力车模型。然而，纯电动汽车存在许多技术瓶颈，如行驶里程短、价格高、充电时间长等。很难在短时间内解决。因此，为了迅速占领当前市场，各种制造商在混合动力汽车研究上的投资超过了纯电动汽车。
事实上，纯电动汽车的传动系统有其自身的特点。首先，驱动电机的驱动场不同于内燃机的驱动场。电机的驱动场在低速时输出恒定转矩，在高速时输出恒定功率。扭矩在高速时降低，而内燃机的扭矩接近恒定值。扭矩在高速时下降较少，但在低速时功率急剧下降。这表明，如果将传统的内燃机汽车传动系统直接移植到纯电动汽车上，将会产生“排斥反应”，尤其是不合适的速比和换挡策略，这将极大地影响汽车的行驶性能。其次，虽然纯电动汽车技术目前还不成熟，但由于其环保、能源广泛、驾驶效率高的优点，是未来汽车发展的总趋势。混合动力电动汽车只能为人类提供未来汽车的过渡计划和解决纯电动汽车技术瓶颈的时间。尽管如此，国内外研究人员在纯电动汽车动力传动系统的研究方面取得了一定的成果。埃伯勒夫妇。德国达姆施塔特科技大学哈特科夫(Hartkopf)研究了装有感应电机和双速自动变速器的传动系统，并进行了仿真和台架试验，并与固定速比的传动系统进行了比较。结果表明，双速自动变速器纯电动汽车具有潜在优势，为未来电动汽车
参考
[1]中国社会经济研究中心。《中国纯电动汽车行业市场研究与分析报告》，[，2008年。
[2]中国能源研究协会。《2011年中国能源发展报告》，[，2011，11。
[3]胡明辉、秦大同、谢红军等。《纯电动汽车无级变速传动调节系统[》，中华人民共和国国家知识产权局发明专利，2011年。
[4]孟新。纯电动汽车应用与发展概述[。科技广场2010，7。
[5]李佩娇，易湘祥，后沈复。国外电动汽车的发展现状及其对中国电动汽车发展的启示[。北京理工大学学报，2004 (3)。
[6]曼弗雷德·米茨克，亨宁·沃林托维茨。[汽车动力公司。北京:清华大学出版社。2009.
[7]詹姆斯·拉明，约翰·劳瑞。电动汽车技术解释[。2003.
[8]刘浩春，全竖亥，王玉林。电动汽车驱动控制新技术[。武汉汽车工业大学学报。1999(21):10-13。
[9]卢中华。基于纯电动汽车的双速双离合器自动变速器控制技术研究，吉林大学博士论文，2010。
[10]埃伯勒，Th .哈特科夫。一种高速感应http://sblunwen.com/qczzlw/电机，具有两个速度传动装置，作为电动车辆的驱动装置。电力电子、电力驱动、自动化和运动国际研讨会，2006年。
提供了一种可能的行驶模式。荷兰埃因霍温科技大学的霍夫曼(T. Hofman)和戴·[(C . H . Dai 11)利用逆向仿真方法，比较了装有固定速比和无级变速器的纯电动汽车的电能利用效率，并提出了提高能源利用率的换挡策略。

第二章基于两档离散余弦变换的纯电动汽车传动系统参数选择

电动车辆的驾驶性能在很大程度上取决于车辆的传动系统。电动汽车的传动系统主要由两个主要组件组成:驱动电机和变速器。由于电动汽车的动力来自动力电池，动力电池技术参数的变化会影响其他装配参数的选择。因此，电动汽车传动系统参数的选择包括动力电池、驱动电机和变速器的综合设计匹配。本章在满足电动汽车国家标准的基础上，分析了电动汽车传动系统参数的特点，根据汽车的设计目标对动力电池容量、驱动电机功率和传动比进行了匹配设计，并对匹配结果进行了仿真计算和实际车辆验证。

2.1电动汽车的行驶性能要求和基本参数
虽然目前已经出现了直接驱动车轮的低速轮毂电机，但一个相当复杂稳定的电子控制系统仍处于实验室阶段，以确保车辆的行驶稳定性。然而，传统驱动电机技术成熟，与变速器和差速器机械连接，可靠性好，在传统车型的基础上更易于研发。然而，传统的驱动电机通常具有较高的转速和较低的扭矩，因此没有变速器的电动汽车很难满足车辆的所有驱动要求。鉴于上述因素，电动车辆的变速器将在下面讨论。变速器中的齿轮越多，驱动电机在高效率区域[25’中工作的机会就越大，但是这将导致变速器结构的复杂性以及重量和成本的增加。由于驱动电机的速度范围宽，并且可以在低速下输出大扭矩，所以通过配置两个或三个档位，电动车辆的变速器可以基本上满足车辆的驱动需求。

第3章纯电动汽车双档离散余弦变换传动控制……49-89
3.1纯电动汽车变速器控制系统组……49-50
3.2双档离散余弦变换控制系统……50-85
3.2.1干式双离合器扭矩传递模型……50-61 [/BR/] 3.2.2双档离散余弦变换液压换档机构……61-78 [/BR/] 3.2.3离散余弦变换控制系统硬件组成……78-82 [/BR/] 3.2.4离散余弦变换液压换档机构控制测试……82-85 [/BR/] 3.3电动车辆驱动电机控制系统……85-87 [/BR/] 3.3.1电机驱动和接口定义……85-86 [/BR/] 3.3.2电机控制器局域网通信控制器……86-87 [/BR/] 3.4本章概述……87-89
第4章纯电动汽车传动系统的协调控制……89-105
4.1纯电动车辆DCT基本换档规则……89-96 [/BR/] 4.1.1动态换档规则的制定……90-93 [/BR/] 4.1.2经济转移规则的制定……93-94
4.1.3综合排班表的制定……94-96 [/BR/] 4.2纯电动汽车传动系统的协调控制……96-101 [/BR/] 4.3制动能量回收模式下换档时间表的制定……101-102 [/BR/] 4.4综合排班和协调控制……102-104 [/BR/] 4.5本章概述……104-105
第5章基于离散余弦变换的纯电动汽车传动系统……105-143 [/BR/] 5.1班组质量评价指标……105-108[/比尔/] 5.2离散余弦变换变换过程动力学模型……108-116 [/BR/] 5.3变速器系统换档……基于粒子群优化算法的116-134

[8]

[9]

[10]