本發(fā)明涉及新能源汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面向能耗的純電動(dòng)汽車(chē)兩擋變速系統(tǒng)控制策略。

背景技術(shù)：

全球汽車(chē)總保有量越來(lái)越大，導(dǎo)致能源的大量消耗和環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻，因此純電動(dòng)汽車(chē)因?yàn)槠淞闩欧诺奶匦允艿饺藗兊年P(guān)注。但是總所周知電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程低，這成為限制電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的瓶頸。如何降低整車(chē)能耗，提高電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程，是急需解決的問(wèn)題。

有部分學(xué)者從對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)變速器的選型的角度對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的能量效率進(jìn)行分析。bottiglione等人通過(guò)仿真分析了固定速比減速器、兩擋變速器、cvt等六種不同傳動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)汽車(chē)在不用工況下的能耗情況。morozov對(duì)固定速比減速器和二擋變速器的能量消耗和百公里加速、最高車(chē)速和最大爬坡度信息進(jìn)行了對(duì)比分析，指出兩擋變速器比固定速比減速器具有更好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性zcrolla等人基于nedc工況分別分析了電動(dòng)汽車(chē)固定速比減速器和2擋、3擋、4擋變速器及cvt在不同工作點(diǎn)的電機(jī)工作效率及百公里能耗，分析結(jié)果表明多擋變速系統(tǒng)較固定速比減速器具有更低的能量消耗。elmarakbi等人分別分析了固定速比、兩擋、三擋、四擋和cvt的電動(dòng)汽車(chē)在典型工況下的能耗情況，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，結(jié)論表明多擋變速器比固定速比減速器的節(jié)能效果好。

以上研究表明多擋變速比固定速比減速器具有更高的能量利用率。當(dāng)純電動(dòng)汽車(chē)變速系統(tǒng)的結(jié)確定后，合理的控制策略可以在一定程度上調(diào)節(jié)換擋時(shí)間、換擋沖擊度和電機(jī)的工作區(qū)間，使汽車(chē)具有更好的換擋品質(zhì)和能量效率，因此，部分學(xué)者從控制策略的角度對(duì)變速系統(tǒng)進(jìn)行分析。吉林大學(xué)的孫少華針對(duì)四擋自動(dòng)變速器搭建了仿真平臺(tái)，并對(duì)換擋過(guò)程中驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制和換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析，提出了基于駕駛員意圖、整車(chē)質(zhì)量和坡度信息的修正換擋規(guī)律。mousavi等人提出一種無(wú)動(dòng)力中斷的兩擋變速系統(tǒng)，在對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，利用pontryagin最小值定理對(duì)控制策略進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)提出的控制策略進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明提出的控制策略可以有效的消除汽車(chē)在換擋時(shí)的沖擊振動(dòng)和動(dòng)力中斷。

綜合以上分析，眾多學(xué)者從提高純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和換擋舒適性的角度出發(fā)對(duì)變速器的換擋策略展開(kāi)研究，并指出對(duì)換擋策略進(jìn)行合理制定可以達(dá)到從一定程度上提升車(chē)輛動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的目的。

考慮電機(jī)本身寬扭矩范圍和寬轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍的特性和避免控制策略過(guò)于復(fù)雜，純電動(dòng)汽車(chē)無(wú)需采用過(guò)多的擋位數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)工作區(qū)間。因此，本發(fā)明在前期研究工作中提出了一種以空心電機(jī)為驅(qū)動(dòng)力的兩擋變速系統(tǒng)。本發(fā)明面向能耗對(duì)其控制策略展開(kāi)研究：首先分析了電動(dòng)汽車(chē)的三種常見(jiàn)的工作模式，基于駕駛員意圖和加速踏板信息對(duì)經(jīng)濟(jì)性驅(qū)動(dòng)模式制定了面向低能耗的基本轉(zhuǎn)矩和補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩的獲取方法。然后分別制定了最佳動(dòng)力性換擋規(guī)律和最佳經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律，并建立了綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的換擋規(guī)律優(yōu)化模型，利用交叉粒子群算法對(duì)模型進(jìn)行求解，得到了綜合性能換擋規(guī)律。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是面向能耗對(duì)兩擋變速系統(tǒng)的不同行駛模式下電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出特性和換擋規(guī)律進(jìn)行研究，制定符合兩擋變速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的換擋規(guī)律，實(shí)現(xiàn)能量利用率和動(dòng)力性的綜合提升。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是這樣的，即一種面向能耗的純電動(dòng)汽車(chē)兩擋變速系統(tǒng)控制策略，包括以下步驟：

步驟1：對(duì)電動(dòng)汽車(chē)在三種常見(jiàn)工作模式下的需求扭矩進(jìn)行分析，基于駕駛員意圖和加速踏板信息對(duì)經(jīng)濟(jì)性驅(qū)動(dòng)模式制定面向低能耗的基本轉(zhuǎn)矩和補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩的獲取方法。

步驟2：根據(jù)追求目標(biāo)的不同，在分析轉(zhuǎn)矩獲取策略的基礎(chǔ)上提出最佳動(dòng)力性換擋規(guī)律和最佳經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律。基于經(jīng)濟(jì)性驅(qū)動(dòng)模式下的l-k曲線(xiàn)制定最佳動(dòng)力性換擋規(guī)律，基于電機(jī)效率map圖制定最佳經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律。

步驟3:在最佳動(dòng)力性和最佳經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律的基礎(chǔ)上，以加速時(shí)間和工況比能耗為目標(biāo)，建立綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的換擋規(guī)律優(yōu)化模型。利用交叉粒子群算法對(duì)模型進(jìn)行求解，得到綜合性能換擋規(guī)律。

優(yōu)選地，步驟1中，所述基于加速踏板信息、車(chē)輛狀態(tài)、電機(jī)狀態(tài)以及電池信息等對(duì)電動(dòng)機(jī)需求轉(zhuǎn)矩進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算的過(guò)程為：

需求轉(zhuǎn)矩的獲取實(shí)質(zhì)上為不同道路情況下對(duì)駕駛員意圖進(jìn)行解析，以獲得汽車(chē)行駛所需求的轉(zhuǎn)矩，包括基本轉(zhuǎn)矩和補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩，其關(guān)系為：

treq＝tb+tadd

其中，tb表示電動(dòng)汽車(chē)行駛所需的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)矩；tadd表示為提高電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性能增加的補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩。

1.基本轉(zhuǎn)矩的確定

基于正常驅(qū)動(dòng)、經(jīng)濟(jì)性驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力性驅(qū)動(dòng)三種車(chē)輛的行駛模式展開(kāi)分析，分別指出不同驅(qū)動(dòng)模式下電機(jī)轉(zhuǎn)矩的輸出模型。

(1)正常驅(qū)動(dòng)模式

電動(dòng)汽車(chē)的正常驅(qū)動(dòng)模式即是車(chē)輛在行駛時(shí)兼顧汽車(chē)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，不以任何一個(gè)性能的損失為代價(jià)。這種模式下，綜合性能較好。當(dāng)汽車(chē)在低速行駛或市區(qū)擁擠路況下不斷加速和制動(dòng)的情況下采用正常啟動(dòng)模式行駛。

在正常驅(qū)動(dòng)模式下電機(jī)的基本輸出扭矩與加速踏板開(kāi)度k密切相關(guān)，駕駛員的意圖通過(guò)加速踏板開(kāi)度直接反映，以踏板開(kāi)度的大小控制電機(jī)基本輸出扭矩的多少。因此，電機(jī)的基本輸出扭矩與加速踏板的關(guān)系可以表示為

tb＝l(k)tvmax

其中，tvmax表示汽車(chē)以車(chē)速v行駛時(shí)電機(jī)所能提供的最大轉(zhuǎn)矩；l(k)表示轉(zhuǎn)矩載荷系數(shù)(取值0-100％)。在正常驅(qū)動(dòng)模式下與加速踏板開(kāi)度k呈線(xiàn)性關(guān)系，如圖3所示。

(2)動(dòng)力性驅(qū)動(dòng)模式

當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)行駛在急加速或爬坡工況時(shí)，若仍采用正常驅(qū)動(dòng)模式工作，則易出現(xiàn)動(dòng)力不足不能達(dá)到正常行駛需求的問(wèn)題，此時(shí)需采用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式。即較正常驅(qū)動(dòng)模式在同樣的加速踏板開(kāi)度下，提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩載荷系數(shù)，使電機(jī)具有更大的輸出轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)汽車(chē)在動(dòng)力性驅(qū)動(dòng)模式下運(yùn)行時(shí)，踏板開(kāi)度與轉(zhuǎn)矩載荷系數(shù)的關(guān)系如圖4所示。

(3)經(jīng)濟(jì)性驅(qū)動(dòng)模式

當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)長(zhǎng)時(shí)間平穩(wěn)行駛時(shí)，宜采用經(jīng)濟(jì)性驅(qū)動(dòng)模式。經(jīng)濟(jì)性驅(qū)動(dòng)模式的側(cè)重點(diǎn)就是盡可能的使電機(jī)可以在效率較高區(qū)域運(yùn)行，來(lái)達(dá)到降低電動(dòng)汽車(chē)能耗，提高行駛里程的目的。經(jīng)濟(jì)模式的l-k曲線(xiàn)如圖5所示。同樣的加速踏板開(kāi)度下，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩在經(jīng)濟(jì)模式下較正常模式和動(dòng)力模式有所降低。

為了提出符合本專(zhuān)利的純電動(dòng)汽車(chē)轉(zhuǎn)矩控制策略，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)在nedc工況下行駛過(guò)程中的加速踏板開(kāi)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。由正常驅(qū)動(dòng)模式中踏板開(kāi)度與轉(zhuǎn)矩載荷系數(shù)的關(guān)系可知，踏板開(kāi)度可理解為電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與電機(jī)可提供最大轉(zhuǎn)矩之比。因此，可得到nedc工況下每個(gè)工作點(diǎn)的扭矩占比如圖6所示。

由圖6可知，電動(dòng)汽車(chē)行駛在nedc工況下時(shí)，電機(jī)的輸出扭矩與最大扭矩比值，即踏板開(kāi)度，幾乎都在40％以?xún)?nèi)。說(shuō)明駕駛員駕駛車(chē)輛行駛時(shí)，40％以?xún)?nèi)的踏板開(kāi)度是應(yīng)用最為頻繁的，這種設(shè)置很不符合駕駛員的習(xí)慣。本發(fā)明提出的電動(dòng)汽車(chē)多行駛在具有平穩(wěn)路面的郊區(qū)，而擁擠的市區(qū)路況也使汽車(chē)的急加速性能有了限制，且電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程較短也是一直制約電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的重要因素。動(dòng)力性驅(qū)動(dòng)模式以犧牲電機(jī)的效率和汽車(chē)的續(xù)駛里程為代價(jià)，因此，本發(fā)明就經(jīng)濟(jì)模式下的電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制進(jìn)行分析。

結(jié)合經(jīng)濟(jì)模式下的l-k曲線(xiàn)如圖7，由兩擋變速系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力與工況行駛阻力可知，電動(dòng)汽車(chē)在nedc工況下行駛時(shí)，油門(mén)開(kāi)度由之前的40％上升到60％，在一定程度上提升了汽車(chē)的駕駛舒適性，同時(shí)使汽車(chē)具有了較好的經(jīng)濟(jì)性。

但是，電動(dòng)汽車(chē)在行駛過(guò)程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)急加速和爬坡的情況，為了保證其正常運(yùn)行，需對(duì)經(jīng)濟(jì)模式下的電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出進(jìn)行一定的補(bǔ)償，以一定程度上滿(mǎn)足車(chē)輛對(duì)動(dòng)力性的要求。

2.面向低能耗的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償

綜合考慮駕駛員意圖和汽車(chē)行駛工況信息的基礎(chǔ)上，對(duì)電機(jī)的基本輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行一定的補(bǔ)償，使電動(dòng)汽車(chē)在保證經(jīng)濟(jì)性的前提下，滿(mǎn)足車(chē)輛對(duì)急加速或爬坡的動(dòng)力性要求。

對(duì)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償須在綜合考慮踏板信息、坡度信息、電機(jī)信息以及電池信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行。其中，加速踏板的開(kāi)度和開(kāi)度變化率可以直接反映車(chē)輛的急加速和爬坡情況，為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償提供信號(hào)支撐；電機(jī)和電池作為車(chē)輛的動(dòng)力源，須實(shí)時(shí)檢測(cè)其工作狀態(tài)是否滿(mǎn)足動(dòng)力輸出的條件，避免電機(jī)的過(guò)度加載和電池的過(guò)度放電而引起零部件的損壞。轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)挠绊懸蛩厝鐖D8所示。下面對(duì)以上信息做詳細(xì)說(shuō)明。

(1)踏板信息：電動(dòng)汽車(chē)的加速踏板是直接反映駕駛員意圖的元件，故補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩tadd1的大小一方面和加速踏板開(kāi)度有關(guān)，另一方面與加速踏板開(kāi)度變化率有關(guān)，將電機(jī)的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償看作是關(guān)于加速踏板開(kāi)度和開(kāi)度變化率的函數(shù)，即

其中，tadd1表示電機(jī)需要補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)矩值，dk/dt表示加速踏板開(kāi)度變化率。

為了保證電機(jī)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)暮侠硇裕景l(fā)明對(duì)電動(dòng)汽車(chē)在典型工況下行駛時(shí)的加速踏板開(kāi)度的變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如圖9所示。

由以上分析結(jié)果可以看出，車(chē)輛采用經(jīng)濟(jì)性模式驅(qū)動(dòng)時(shí)，加速踏板開(kāi)度的變化率均在60％以?xún)?nèi)。因此，在保證不超過(guò)最大補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩的情況下，設(shè)置加速踏板開(kāi)度變化率在60％以?xún)?nèi)時(shí)，轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償系數(shù)與開(kāi)度變化率呈線(xiàn)性關(guān)系，變化率超過(guò)60％或超過(guò)最大補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩時(shí)，以轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)淖畲笾颠M(jìn)行補(bǔ)償，但是均不可超過(guò)電機(jī)可提供的轉(zhuǎn)矩值。對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償關(guān)系如圖10所示。

因此本發(fā)明根據(jù)加速踏板信息所得到的補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩滿(mǎn)足

其中，tvmax表示車(chē)速v下電機(jī)所能提供的最大扭矩，tb(k)表示加速踏板開(kāi)度為k、車(chē)輛以車(chē)速v行駛時(shí)所需要的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)矩，a表示轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償系數(shù)，m1表示急加速比例系數(shù)。

為了保證行駛的平順性，需設(shè)置電機(jī)補(bǔ)償?shù)淖畲笾?，通過(guò)約束沖擊度來(lái)確定電機(jī)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)淖畲笾?，沖擊度可表示為：

其中，i表示車(chē)輛急加速時(shí)所在擋位的傳動(dòng)比，t表示電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。由上述公式可得到

(2)道路信息：通過(guò)對(duì)道路信息的檢測(cè)進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐ぞ匮a(bǔ)償，有利于提高汽車(chē)的動(dòng)力性能。而且，補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩的大小與道路坡度和爬坡時(shí)加速踏板開(kāi)度有關(guān)。即

tadd2＝f(k,α)

根據(jù)車(chē)輛的設(shè)計(jì)性能指標(biāo)的要求，最大爬坡度為30％，參考急加速時(shí)的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償策略，設(shè)置爬坡度α與爬坡補(bǔ)償系數(shù)b呈線(xiàn)性關(guān)系，如圖11所示。因此，電動(dòng)汽車(chē)爬坡過(guò)程的補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩可表示為

tadd2＝(tvmax-tb(k))·b＝(tvmax-tb(k))·m2α

其中，m2為爬坡比例系數(shù)。

(3)電池信息：動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車(chē)的主要?jiǎng)恿υ?，在?duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，勢(shì)必會(huì)造成電池的大功率放電。若電池的剩余電量(soc)過(guò)低或電池溫度t溫度過(guò)高，持續(xù)的大電流放電，會(huì)加大電池本身的負(fù)擔(dān)，降低汽車(chē)的續(xù)駛里程，甚至降低電池壽命。因此，在對(duì)車(chē)輛進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)須實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池信息，當(dāng)電池剩余電量和電池溫度在正常的工作范圍時(shí)才可對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)償，即電池信息需滿(mǎn)足下列條件：

其中，soc(t)為動(dòng)力電池在t時(shí)刻的剩余電量，soclim為電池可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行能量補(bǔ)償?shù)呐R界剩余電量，本發(fā)明取為20％，t(t)為電池在t時(shí)刻的溫度，tlim表示電池可以正常為電機(jī)提供能量的最高溫度。

(4)電機(jī)信息：由電機(jī)map圖可知，電機(jī)工作在不同的區(qū)間會(huì)導(dǎo)致電機(jī)本身效率的差異，進(jìn)而影響整車(chē)的能量效率。通過(guò)對(duì)電機(jī)map圖分析可知，在電機(jī)負(fù)荷率大于60％的情況下進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償會(huì)嚴(yán)重降低電機(jī)效率。故對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)償?shù)碾姍C(jī)負(fù)荷率應(yīng)滿(mǎn)足：

綜上分析可知，電動(dòng)汽車(chē)處于急加速或爬坡工況時(shí)，在電機(jī)和電池信息滿(mǎn)足正常工作的條件下，對(duì)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行一定的補(bǔ)償，可以提高電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性能。因此，通過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)矩和附加轉(zhuǎn)矩的分析，可獲得兩擋變速系統(tǒng)的需求轉(zhuǎn)矩treq可表示為

優(yōu)選地，步驟2中，綜合考慮車(chē)輛行駛狀況、駕駛員意圖及道路信息等因素，選擇使得汽車(chē)某個(gè)性能最優(yōu)或綜合性能最優(yōu)擋位的過(guò)程為：

1.最佳動(dòng)力性換擋規(guī)律

由電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力學(xué)平衡式可以得到車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)力ft為：

其中，ff為路面的滾動(dòng)阻力、fw為空氣產(chǎn)生的空氣阻力、fi為克服重力爬坡時(shí)的坡道阻力、fj為汽車(chē)加速時(shí)產(chǎn)生的加速阻力、f為汽車(chē)行駛外阻力、g表示重力加速度。

同時(shí)，車(chē)輛的車(chē)輪驅(qū)動(dòng)力可表示為

其中，ik表示第k擋時(shí)變速器的傳動(dòng)比。

換擋過(guò)程中忽略道路坡度的影響，可以得到車(chē)輛的加速度為

根據(jù)經(jīng)濟(jì)性驅(qū)動(dòng)模式下的l-k曲線(xiàn)確定不同加速踏板開(kāi)度下的電機(jī)特性曲線(xiàn)。動(dòng)力性換擋規(guī)律的目的是使電動(dòng)汽車(chē)在行駛的過(guò)程中一直保持最優(yōu)的加速性能，因此將不同踏板開(kāi)度下兩擋加速度相等的點(diǎn)作為換擋點(diǎn)，從而保證車(chē)輛時(shí)刻具有較大的加速度，得到不同踏板開(kāi)度下各擋位的加速度隨車(chē)速的變化。

通過(guò)分析各擋在不同加速踏板開(kāi)度下的加速度曲線(xiàn)，將不同擋位加速度相等的點(diǎn)作為汽車(chē)的升擋點(diǎn)，從而做出升擋曲線(xiàn)。理論上講，車(chē)輛的降擋點(diǎn)應(yīng)該和升擋點(diǎn)保持一致，才能使得車(chē)輛的動(dòng)力性能保持最優(yōu)。但是，車(chē)輛的行駛過(guò)程中不可避免的出現(xiàn)汽車(chē)車(chē)速瞬間降低導(dǎo)致非期望換擋，為了避免車(chē)輛的非期望頻繁換擋需設(shè)置一定的降擋速差，一般取2-8km/h。從而根據(jù)得到的升擋曲線(xiàn)獲得相應(yīng)的降擋曲線(xiàn)，最終得到動(dòng)力性換擋規(guī)律。

2.最佳經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律

最佳經(jīng)濟(jì)性換擋即是通過(guò)在適當(dāng)?shù)能?chē)速下調(diào)整變速器工作的擋位來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的工作區(qū)間，使其向效率更高的區(qū)間調(diào)節(jié)。因此，最佳經(jīng)濟(jì)性換擋將兩個(gè)擋位之間電機(jī)效率相同的工作點(diǎn)作為換擋點(diǎn)。通過(guò)電機(jī)效率map圖仿真結(jié)果圖，得到車(chē)輛在每個(gè)工作點(diǎn)的效率，尋求同一加速踏板開(kāi)度下相鄰兩個(gè)擋位效率相同的點(diǎn)作為經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律的換擋點(diǎn)。由不同加速踏板開(kāi)度下電機(jī)效率與車(chē)速的關(guān)系，可看出當(dāng)車(chē)輛的速度較低時(shí)，電機(jī)工作在一擋下效率較高，當(dāng)車(chē)速升到一定的數(shù)值時(shí)，電機(jī)工作在二擋下效率高于一擋工作。因此，為了保證電機(jī)時(shí)刻工作在較高效率區(qū)間，采用兩擋之間效率相等的點(diǎn)作為換擋點(diǎn)。

同動(dòng)力性換擋規(guī)律類(lèi)似，車(chē)輛的降擋點(diǎn)與升擋點(diǎn)之間具有一定的換擋速差，取2-8km/h。從而根據(jù)得到的升擋曲線(xiàn)獲得相應(yīng)的降擋曲線(xiàn)，最終得到經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律曲線(xiàn)。

優(yōu)選地，步驟3中，為兼顧電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)用交叉粒子群算法進(jìn)行控制策略?xún)?yōu)化的過(guò)程為：

1.建立優(yōu)化模型

(1)優(yōu)化目標(biāo)

將電動(dòng)汽車(chē)不同加速踏板開(kāi)度下的百公里加速時(shí)間作為動(dòng)力性?xún)?yōu)化目標(biāo)，將不同加速踏板開(kāi)度下車(chē)輛從車(chē)速0加到最高車(chē)速所消耗的能耗作為經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)化目標(biāo)。

1)百公里加速時(shí)間

式中，tak表示踏板開(kāi)度為k時(shí)汽車(chē)的百公里加速時(shí)間，vc表示汽車(chē)的換擋車(chē)速，δ1和δ2分別表示車(chē)輛在一擋和二擋時(shí)的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性系數(shù)，和分別表示踏板開(kāi)度為k時(shí)工作在一擋和二擋的車(chē)輪驅(qū)動(dòng)力，可表示為

2)汽車(chē)比能耗

本發(fā)明以電動(dòng)汽車(chē)由起步開(kāi)始加速到最高車(chē)速的整個(gè)過(guò)程中的汽車(chē)比能耗作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)之一。此處，將汽車(chē)比能耗考慮為汽車(chē)行駛過(guò)程中的總能耗與車(chē)輛質(zhì)量的比值，單位為kwh/kg。汽車(chē)比能耗應(yīng)為電動(dòng)汽車(chē)工作在不同擋位下的比能耗之和，即

e＝e1+e2

式中，e1和e2分別為車(chē)輛工作在一擋和二擋時(shí)的能耗，t1和t2分別為車(chē)輛工作在一擋和二擋的時(shí)間。

(2)優(yōu)化變量

純電動(dòng)汽車(chē)換擋規(guī)律制定主要是根據(jù)追求的不同目標(biāo)確定汽車(chē)換擋點(diǎn)的車(chē)速，因此，將電動(dòng)汽車(chē)在不同踏板開(kāi)度下?lián)Q擋點(diǎn)的車(chē)速作為優(yōu)化變量。

(3)約束條件

電機(jī)效率是衡量電機(jī)利用率的一個(gè)重要指標(biāo)，也是影響汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性的重要因素之一。因此，將不同踏板開(kāi)度下電機(jī)效率在80％以上的車(chē)速范圍作為綜合性能換擋規(guī)律優(yōu)化的約束條件。

綜上所述，綜合性能換擋規(guī)律的優(yōu)化模型為：

minf(vc)＝(minta,mine)

s.t.vcmin≤vc≤vcmax

2.優(yōu)化模型求解

用交叉粒子群算法對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解。設(shè)置每個(gè)粒子代表一個(gè)換擋點(diǎn)車(chē)速，每個(gè)粒子都具有位置、速度和適應(yīng)度三個(gè)指標(biāo)。其中，位置即為優(yōu)化變量x＝[vc]；速度表示每次迭代各粒子的最大飛行距離；適應(yīng)度即為優(yōu)化目標(biāo)minf(x)＝[mine,minta].粒子通過(guò)目標(biāo)函數(shù)值表征其適應(yīng)度，進(jìn)而評(píng)價(jià)該粒子的優(yōu)劣。粒子群算法的流程如圖12所示。

附圖說(shuō)明

圖1兩擋變速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2兩擋變速系統(tǒng)控制策略總體框架

圖3正常驅(qū)動(dòng)模式下踏板開(kāi)度與轉(zhuǎn)矩比例系數(shù)關(guān)系

圖4動(dòng)力性驅(qū)動(dòng)模式下踏板開(kāi)度與轉(zhuǎn)矩比例系數(shù)關(guān)系

圖5經(jīng)濟(jì)性驅(qū)動(dòng)模式下踏板開(kāi)度與轉(zhuǎn)矩比例系數(shù)關(guān)系

圖6工況nedc扭矩占比

圖7踏板開(kāi)度與載荷系數(shù)曲線(xiàn)

圖8轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償影響因素

圖9工況nedc踏板開(kāi)度變化率

圖10根據(jù)加速踏板信息得到的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償系數(shù)曲線(xiàn)

圖11坡度系數(shù)曲線(xiàn)

圖12算法流程

圖13不同踏板開(kāi)度下加速度曲線(xiàn)

圖14傳統(tǒng)動(dòng)力性換擋規(guī)律

圖15電機(jī)效率仿真map圖

圖16不同踏板開(kāi)度下效率曲線(xiàn)

圖17傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律

圖18綜合性能換擋規(guī)律

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

本實(shí)施例以重慶某汽車(chē)有限公司某型號(hào)純電動(dòng)車(chē)為研究對(duì)象，現(xiàn)有車(chē)型采用的主要?jiǎng)恿π灾笜?biāo)如表1所示。該電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)基本參數(shù)如表2所示。

表1主要設(shè)計(jì)性能指標(biāo)

表2整車(chē)參數(shù)

在動(dòng)力性驅(qū)動(dòng)模式下，本發(fā)明提到的純電動(dòng)汽車(chē)，汽車(chē)需要以30km/h的車(chē)速可以達(dá)到最大爬坡度為30％的目的。由下述公式可以計(jì)算出當(dāng)以30km/h的車(chē)速勻速行駛時(shí)，不同的爬坡度所需要的電機(jī)功率。

其中，βmax為最大坡道角度，βmax＝arctanimax；v0表示爬坡速度，取30km/h。

由下述公式可以得到車(chē)速為30km/h時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而得到不同坡度下電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。得到爬坡度、電機(jī)功率和電機(jī)轉(zhuǎn)矩的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3所示。

表3坡度、功率、轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)關(guān)系

設(shè)置加速踏板開(kāi)度與爬坡度對(duì)應(yīng)的關(guān)系如表4所示。

表4加速踏板開(kāi)度與爬坡度對(duì)應(yīng)關(guān)系

根據(jù)tb＝l(k)tvmax可以得到轉(zhuǎn)矩載荷系數(shù)和加速踏板開(kāi)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

由根據(jù)汽車(chē)沖擊度的德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)j≤10m/s³，電機(jī)的響應(yīng)時(shí)間取理論值20ms。可以最終確定當(dāng)汽車(chē)工作在一擋時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)淖畲笾禐?0nm，在二擋運(yùn)行時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)淖畲笾禐?7nm。

根據(jù)提到的經(jīng)濟(jì)性驅(qū)動(dòng)模式下的l-k曲線(xiàn)確定不同加速踏板開(kāi)度下的電機(jī)特性曲線(xiàn)，如圖13所示。不同踏板開(kāi)度下各擋位的加速度隨車(chē)速的變化曲線(xiàn)如圖14所示。其中，實(shí)線(xiàn)表示汽車(chē)工作在一擋下不同開(kāi)度的加速度曲線(xiàn)，虛線(xiàn)表示汽車(chē)工作在二擋下踏板不同開(kāi)度對(duì)應(yīng)的加速度曲線(xiàn)，曲線(xiàn)從上到下分別對(duì)應(yīng)踏板開(kāi)度為100％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％時(shí)的加速度。根據(jù)得到的升擋曲線(xiàn)獲得相應(yīng)的降擋曲線(xiàn)，最終得到的動(dòng)力性換擋規(guī)律如圖14所示。

圖15為本實(shí)例的電機(jī)效率map圖仿真結(jié)果。不同加速踏板開(kāi)度下電機(jī)效率與車(chē)速的關(guān)系如圖16所示，最終得到經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律曲線(xiàn)如圖17所示。

設(shè)置交叉粒子群算法參數(shù)如下：慣性權(quán)重因子ωmax＝0.6，ωmin＝0.2；學(xué)習(xí)因子c1＝c2＝1；粒子個(gè)數(shù)xsize＝50；迭代次數(shù)為maxiter＝100；粒子飛行速度vmax＝1.5，vmin＝-1.5。

通過(guò)算法流程計(jì)算出不同加速踏板開(kāi)度下的換擋點(diǎn)車(chē)速，得到優(yōu)化后的綜合性能換擋車(chē)速和動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性換擋車(chē)速的對(duì)比如表5所示，根據(jù)插值法得到的純電動(dòng)汽車(chē)綜合性能換擋規(guī)律曲線(xiàn)如圖18所示。

表5優(yōu)化結(jié)果

對(duì)綜合性能換擋規(guī)律得到的換擋車(chē)速進(jìn)行百公里加速和比能耗分析，并與動(dòng)力性換擋和經(jīng)濟(jì)性換擋的性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，得到對(duì)比結(jié)果如表6所示，由表中數(shù)據(jù)可以得到，優(yōu)化后的換擋規(guī)律可以兼顧經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性?xún)蓚€(gè)指標(biāo)。

表6性能對(duì)比