基于等效BSFC和电池SOC平衡的插入式混合动力汽车分段式能量分配策略研究

基于所提出的插入式并联混合动力汽车系统结构,对整车动力/传动系统(包括发动机、电机、电池、离合器、变速箱等子系统)进行了动态精确建模,模拟了行车换挡过程中同步器切换、离合器接合/分离等瞬态过程。根据电池SOC值分段采用最大用电策略或效率优先策略,提出了基于等效BSFC和电池SOC平衡的分段式能量分配策略,兼顾了发动机BSFC和电机充/放电效率,实现了系统在当前转速和输入轴需求转矩下的最佳转矩分配。结果表明,所提出的能量分配策略在不牺牲汽车各项性能的前提下,提高了动力系统工作效率和整车燃油经济性。     

提升车辆驾驶品质的干式离合器抗扰最优滑磨控制

电控机械式自动变速器（Automated manual transmission,AMT）换档品质难以控制,其主要原因是干式离合器没有油膜缓冲,且存在摩擦因数变化、膜片弹簧衰退等不确定因素。为了提高换档过程的驾驶品质,提出对离合器滑磨与驱动力矩恢复进行并行控制的动力换档模式,并为此过程设计"抗扰最优控制+模型误差观测"的换档控制策略。通过扰动观测器得到离合器与车辆动力传动系统的建模误差及外界扰动,进而将其视为系统扰动,设计可处理快变扰动的最优换档控制器,实现任意工况下滑磨功和冲击度的综合优化。联合仿真与实车试验结果表明,提出的方法不仅提升换档过程的驾驶品质,而且对不同工况有自适应能力,从而解决AMT车辆难以保证驾驶品质控制效果一致性的行业难题。     

Control of gear shifts in dual clutch transmission powertrains

To achieve the best possible responses during shifting in dual clutch transmissions it is commonplace to integrate clutch and engine control, while the clutch is used to match speeds between the engine and wheels via reduction gears, poor engine control can lead to extended engagement times and rough/harsh shift transients. This paper proposes a method for combined speed and torque control of vehicle powertrains with dual clutch transmissions for both the engine and clutches. The vehicle powertrain is modelled as a simple four degree of freedom system with reduction gears and two clutches. Including a detailed clutch hydraulic model, comprising of the direct acting solenoids and clutch piston with the hydraulic fluid modelled as a compressible fluid. Powertrain control is realised through control of clutch solenoids and manipulation of the engine throttle input. Sensitivity study of clutch performance evaluating inaccurate torque estimation demonstrated variance in the response of the hydraulic system, with an indicative simulation of poor estimation resulting in increased powertrain vibration during and after shifting. Simulations are conducted to demonstrate the capacity for this method of engine and clutch control to further reduce shift transients developed in dual clutch transmission powertrains. The obtained results also show that the adoption of torque based control techniques for both the clutch and engine, which makes use of the estimated target clutch torque, significantly improves the powertrain response as a result of reduction in the lockup discontinuities.     

行星耦合PHEV模式切换过程全频段瞬态扭振特性分析与主动抑制

混合动力车辆模式切换过程中存在多源宽频段激励耦合,进而引发较大瞬态扭振,严重影响驾驶品质。以行星耦合PHEV为研究对象,建立考虑非线性啮合刚度、齿侧间隙以及离合器滑摩的混动系统瞬态扭振模型,选取混合动力车辆行车中启动发动机的典型工况,基于连续小波变换理论,展开各激励因素在全频段下对系统扭振影响特性分析,进一步设计考虑齿轮扭振特性的混杂模型预测控制器,进行宽频段瞬态扭振主动抑制。结果表明,齿轮间隙造成的脱齿-碰撞现象,加剧车辆模式切换过程中10～100 Hz低频扭振(整车层面纵向冲击),同时引发系统10～100 kHz高频扭振(耦合机构层面转矩振荡),而齿轮非线性刚度波动则主要集中在对系统高频扭振的影响。据此建立的考虑齿轮扭振特性的混杂模型预测控制器,将整车冲击度峰值降低47.8%、切换过程高频扭振方均根值降低33.2%,有效提升了驾驶舒适性和混合动力耦合装置使用寿命。     

基于无级变速器的混合动力汽车动态模式切换研究

对基于无级变速器的混合动力系统的结构及其工作模式进行分析,建立了动力学模型。针对伴随发动机启动的混合动力模式切换问题,提出了一种模糊推理与最优控制理论相接合的综合控制策略。首先基于驾驶意图采用模糊控制得到离合器接合时长,然后基于动力学模型采用动态规划得到离合器的最优传递转矩和发动机的最优目标转矩,再根据离合器最优传递转矩利用电机的快速响应性来实时调整电机输出转矩。通过试验对上述模式切换控制策略进行了验证。试验结果表明：该策略能够优化离合器滑摩时间,体现驾驶意图,实现模式切换的平顺性。     

Clutch torque formulation and calibration for dry dual clutch transmissions

This paper focuses on the clutch torque formulation and calibration for dry dual clutch transmissions (DCT). The correlation on the theoretical clutch torque and control parameters is established based on constant friction power and clutch actuator kinematics. An algorithm based on powertrain dynamics is proposed for the calculation of clutch torque during vehicle launch and shift operations. This algorithm uses wheel speed sensor data as input and is capable of determining the clutch torque while both clutches are slipping, thus provides a reliable correlation between clutch torque during real time operations and clutch actuator control variables. The accuracy of the proposed algorithm has been validated by torque measurement in prototype testing on prove ground.     

基于无级变速器的并联式混合动力汽车能量管理策略

针对一种采用金属带式无级变速器(CVT)的并联式混合动力汽车(PHEV),以发动机稳态效率图和电池的充放电内阻曲线为依据,提出基于逻辑门限方法的PHEV能量管理策略,实现混合动力系统不同工作模式间的动态切换。并通过确定不同工作模式中混合动力系统的最佳工作曲线,合理控制发动机和电动机的转矩分配以及CVT的速比。基于ADVISOR仿真平台的仿真研究表明,所提出的能量管理策略能够在满足车辆动力性能指标的前提下有效地降低混合动力汽车的燃油消耗,并能将电池组电池荷电状态(SOC)维持在合理的范围内。     

基于模型预测控制的无级变速起步优化控制策略

为提高车辆的起步性能，新一代大功率无级变速器(CVT)采用离合器与变矩器作为起步装置，由于离合器接合过程的多目标特性，会引起车辆起步冲击等问题。为此，以DNR离合器接合过程为研究对象进行离合器接合过程优化控制的研究。首先，设计离合器压力控制系统，使系统有进一步优化空间；其次，分析离合器接合过程，确定起步评价指标；第三，就接合过程中存在问题，提出以实现离合器接合一致性为目标的模型预测控制策略；最后，利用联合仿真建立CVT动力总成仿真模型，通过国产力帆520车型对系统有效性与合理性进行验证。结果表明：离合器接合过程在所提出的优化控制策略的作用下，能够在目标时刻完成充油过程，降低起步冲击度，有效改善整车起步品质。     

双离合器变速箱换档动力学和控制

依据包含一双离分器变速箱的汽车动力传动系统的详细动力模型开发了一个集成的动力传动系的换档控制.基于换高档和换低档以及发生于变速箱相同一部分的换档控制的仿真结果证实了该控制器的工作.采用带有再现单向离合离工作目标为均匀传递发动机转矩离合器滑动的闭环控制制订了控制法则,进一步的要素是通过发动机控制和离合器压力操纵的组合对发动机速度的闭环控制.此外,它证实了变速箱换档时输出转矩的控制可增加控制的持久性以及提供了直接操纵换档品质的方法.最后讨论了通过方便的液力传动锥型同步器在总换档质量方面予选换档的动力影响.     

基于转矩的低附路面机械式自动变速器控制策略

从机械式自动变速器控制系统所能获取的有限数据,判断行驶路面的附着系数以及车辆轮胎打滑情况,并进行驱动防滑控制;通过发动机转矩、变速器数据、整车状态等对车辆正常的加速度范围进行计算,并和轮速加速度进行比较,以确定车轮打滑情况。根据轮加速度的大小进一步判断路面附着系数。轮胎打滑时,通过对发动机的降扭和离合器的控制,实现驱动防滑的控制;在试验车辆上进行低附路面识别和控制的试验,能够正确识别出路面附着系数。在低附路面起步时,通过打滑时发动机转矩和离合器的控制,避免了车轮连续的滑转,大大提高了车辆的稳定性。这说明该低附路面识别和控制方法是可行的,能够在车上使用。     

DCT变速四驱HEV混动至纯电动模式切换优化控制

双离合自动变速器（Dual clutch transmission,DCT）变速四轮分布式驱动混合动力汽车（Hybrid electric vehicle,HEV）直线行驶非紧急制动停车时,车辆常由发动机参与的前轮混合驱动模式切换至后轮轮毂电机纯电驱动模式,以提高整车能量转化效率。但该模式切换过程伴随着驱动转矩的前后轴转换和轴荷的前后转移,既涉及多动力源的转矩协调控制,也与车辆纵向动力学状态有关。若控制不当,常引起较大的车辆纵向冲击。针对DCT变速四驱HEV直线行驶工况混合动力至纯电动模式切换过程,基于5自由度车辆纵向动力学模型,利用ISG电机和轮毂电机转矩/转速快速响应的优势以补偿发动机转矩响应滞后以及离合器转矩波动,提出并开发了动力前后端多阶段切换过程模型预测优化控制策略。离线仿真及硬件在环试验结果表明,所开发的直线行驶工况模式切换模型预测控制策略不仅能较柔顺地完成动力由前轴向后轴的平滑过渡,将整车纵向冲击度限制在5 m/s³以内,而且也对整车参数摄动和传感器量测噪声具有较好的鲁棒抑制作用。     

An investigation of energy efficiency of a wheel loader with automated manual transmission

This paper describes an investigation of energy efficiency by applying an advanced powertrain system in a conventional wheel loader. A conventional powertrain of a wheel loader consists of an engine, torque converter and transmission. A torque converter in a conventional system generally causes a significant amount of energy loss, as determined by analyzing energy flow based on V-pattern working. To prevent energy loss in a torque converter, Automated manual transmission (AMT) was proposed and modeled in this paper as an advanced powertrain. A wheel loader based on AMT does not need to use a torque converter since the single clutch system is used between the engine and transmission with subsystems of engine controller, clutch actuator and controller. A simplified single clutch system and controller were constructed for V-pattern working of a wheel loader. Additionally, a PI-controller was used as a control algorithm for engine speed control to prevent energy loss while the clutch is not engaged. All simulation models have been constructed in the Matlab/ Simulink environment, and simulation studies were conducted by using a simulation model of a wheel loader with a driver model based on V-pattern working. Simulation results of the AMT-based wheel loader were analyzed by comparison with the results of the torque converter-based wheel loader, and the results show that the AMT-based wheel loader is more energy efficient than the conventional wheel loader.     

离合器-离合器式自动变速器动力降档过程控制

动力降档是实现车辆快速提速、超车等的有效技术途径。在保证换档品质的前提下,实现动力降档,不仅需要自动变速器进行精确的离合器油压控制,而且需要发动机进行有效的转矩协调控制。针对由DEUTZ BF4M1013涡轮增压单体泵柴油机和Allison S2000离合器-离合器换档式液力自动变速器组成的动力传动系统,基于Lagrange方程建立换档过程的动力学模型,通过对降档过程各个阶段的详细分析,得到动力降档过程结合离合器和分离离合器的搭接控制时序以及控制油压的变化规律,制定基于涡轮轴转速闭环的发动机协调控制策略,在台架上进行试验验证。试验结果表明,动力降档过程的时间小于1 s,冲击度小于10 m/s3。制定的控制策略不仅实现了动力降档,而且保证了换档品质,能够进行工程实际应用。     

基于模糊自适应滑模方法的混联式混合动力客车模式切换协调控制

在混联式混合动力汽车纯电动至并联驱动模式切换过程中,由于发动机、电动机及离合器瞬态特性的影响,可能导致动力系统输出转矩的突变从而使车辆产生较大的纵向冲击。以混联式混合动力客车为研究对象,考虑发动机和电动机瞬态响应特性的显著不同,针对离合器在结合过程中的运行状态,以提高驾驶性能为目标设计出混合动力客车纯电动至并联驱动模式切换协调控制策略。协调控制采用模糊自适应滑模方法,其中模糊自适应系统用于估计系统参数不确定性引起的偏差以及发动机实际输出转矩与目标转矩的偏差,估计出的偏差值用于调整滑模控制器的控制量,从而提高控制系统的控制精度和鲁棒性。通过仿真及实车试验验证控制策略的有效性。结果表明,设计的控制策略在模式切换过程中满足驾驶员动力需求的前提下使动力系统输出转矩的波动范围和最大冲击度分别下降85%和78%,从而显著提高了混合动力客车的驾驶性能。     

P2混合动力发动机启动控制设计

在研究P2双离合器变速器混合动力构型发动机启动控制理论的基础上，设计了P2混合动力总成发动机启动动态工况的控制策略，给出了相应控制过程的动力控制目标值计算公式及相应的分析。通过对所设计的启动控制策略进行仿真及实车测试，验证了该控制策略能有效地实现发动机的启动功能。同时由实车测试车辆的纵向加速度曲线可知，所设计的控制策略在车辆平顺性上也取得了很好的效果。     

基于静液压传动的蓄电池轨道车电液混合加速策略

为了解决蓄电池轨道车瞬时加速大扭矩引起的大电流冲击对蓄电池寿命和整车续航里程的不利影响,基于传统的静液压传动系统设计了一套新型的电液混合动力系统。首先,建立了电液混合动力系统的功率流数学模型,并根据轨道车的行驶特点对电液混合动力系统的工作模式进行划分;其次,基于加速工况仿真了不同电液功率分配比下的动力耦合特性,并指出研究轨道车能量管理策略的必要性;最后,理论分析了电液混合动力系统中影响蓄电池放电电流强度的因素,并据此制定了最小放电电流冲击的加速策略。运用AMESim-Simulink联合仿真平台对加速策略的可行性进行分析,仿真结果表明所设计的控制策略对轨道车加速时蓄电池的放电电流冲击有良好的抑制作用,且控制简单,实用性强。     

双离合器式自动变速器传动系统的建模及换挡特性

分析双离合器式自动变速器(DCT)换挡过程中离合器的工作特性,建立换挡过程中的动力学模型。基于发动机的试验数据,利用神经网络建立发动机的数值模型。依据整车的各项参数,制定变速器的换挡规律,在此基础上提出各挡同步器的接合规律,制定变速器换挡及同步器接合的控制逻辑。基于Matlab/Simulink/Stateflow软件平台,建立DCT传动系统的仿真模型,依据仿真模型对车辆换挡过程的动态性能进行仿真。利用正交试验设计方法,分析换挡过程中离合器接合时刻及转矩变化对换挡品质的影响,提出实车试验优化换挡品质的方法。     

单摩擦元件纯电动两档变速器换档最优控制*

针对单摩擦元件纯电动两档变速器的动力换档过程,提出基于极小值原理的双控制变量换档协调优化控制策略。在转矩相阶段,对整车进行稳定加速度控制;在惯性相阶段,构造目标泛函兼顾末时刻点的冲击度和过程中的滑摩功,以电动机、摩擦元件转矩变化率为控制变量,并根据过程中的容许冲击度对控制变量施加约束,针对该带约束条件的波尔扎问题,利用极小值原理最优控制算法求解电动机、摩擦元件的最优状态变化轨迹。在Matlab/Simulink软件平台上搭建换档控制仿真模型,验证自由边界条件下的双控制变量优化控制策略的可行性。并将该换档策略应用于所搭建的试验台架上,换档试验结果表明其能有效地提高换档品质,延长摩擦元件的使用寿命。     

四轮驱动汽车车轮驱动防滑的牵引力控制仿真分析

为提高全时四轮驱动汽车的整车动力性和行驶稳定性,建立了发动机、轴间/轮间电控限滑差速器及相应的液压控制系统数学模型,设计了发动机目标转矩模糊控制器、轴间电控限滑差速器模糊控制器以及轮间电控限滑差速器PID控制器,提出了基于驱动防滑的全时四轮驱动汽车牵引力控制策略。应用所制定的牵引力控制策略,分别在低附着均一路面、对接路面、分离路面及上坡分离路面上对整车加速性能进行了仿真分析,结果表明,所制定的牵引力控制策略能够根据各驱动轮的滑转状态调节驱动轮的驱动力矩,有效地抑制了驱动轮的过度滑转,提高了汽车在恶劣路面的动力性和行驶稳定性,并有较好的适应性。     

Gear rattle analysis of a torsional system with multi-staged clutch damper in a manual transmission under the wide open throttle condition

Vibro-impacts of a manual transmission in vehicle systems occur normally at the location of unloaded gear pairs, correlated with firing strokes from the engine. These vibro-impacts are possibly simulated by modeling the nonlinear dynamic characteristics and then, the problems can be resolved by efficiently designing multi-staged clutch dampers. For the sake of understanding rattle phenomena, a practical manual transmission with a front-engine and front-wheel drive configuration is investigated. First, the dynamic characteristics of the given system is examined on the basis of a modal analysis. Second, the nonlinear simulation model is developed under the wide open throttle condition by focusing on the third gear pair engaged and fifth gear pair unloaded case. Third, specific multi-staged clutch damper is examined using linear and nonlinear models, and rattle phenomena are investigated by employing a multi-staged clutch dampers with single- and dual-mass flywheels. Finally, estimation on the drag torque is conducted by assuming that the vehicle system is under the steady state condition. Thus, the rattle phenomena can be simulated under different driving conditions with the known input torque profiles.