[发明专利]一种面向能耗的纯电动汽车两挡变速系统控制策略

说明书

本发明的目的是面向能耗对两挡变速系统在不同行驶模式下电机的转矩输出特性及换挡规律进行分析，制定符合两挡变速系统结构的换挡规律，以提高电动汽车的续航里程，即公开了一种面向能耗的纯电动汽车两挡变速系统控制策略。首先分析了电动汽车的三种常见的工作模式，基于驾驶员意图和加速踏板信息对经济性驱动模式制定了面向低能耗的基本转矩和补偿转矩的获取方法。然后分别制定了最佳动力性换挡规律和最佳经济性换挡规律，并建立了综合考虑经济性和动力性的换挡规律优化模型，利用交叉粒子群算法对模型进行求解，得到了综合性能换挡规律。

技术领域

本发明涉及新能源汽车动力系统技术领域，具体涉及一种面向能耗的纯电动汽车两挡变速系统控制策略。

背景技术

全球汽车总保有量越来越大，导致能源的大量消耗和环境问题日益严峻，因此纯电动汽车因为其零排放的特性受到人们的关注。但是总所周知电动汽车的续航里程低，这成为限制电动汽车发展的瓶颈。如何降低整车能耗，提高电动汽车的续航里程，是急需解决的问题。

有部分学者从对传动系统变速器的选型的角度对电动汽车的能量效率进行分析。Bottiglione等人通过仿真分析了固定速比减速器、两挡变速器、CVT等六种不同传动系统的电动汽车在不用工况下的能耗情况。Morozov对固定速比减速器和二挡变速器的能量消耗和百公里加速、最高车速和最大爬坡度信息进行了对比分析，指出两挡变速器比固定速比减速器具有更好的动力性和经济性ZCrolla等人基于 NEDC工况分别分析了电动汽车固定速比减速器和2挡、3挡、4挡变速器及CVT在不同工作点的电机工作效率及百公里能耗，分析结果表明多挡变速系统较固定速比减速器具有更低的能量消耗。 Elmarakbi等人分别分析了固定速比、两挡、三挡、四挡和CVT的电动汽车在典型工况下的能耗情况，并进行了仿真验证，结论表明多挡变速器比固定速比减速器的节能效果好。

以上研究表明多挡变速比固定速比减速器具有更高的能量利用率。当纯电动汽车变速系统的结确定后，合理的控制策略可以在一定程度上调节换挡时间、换挡冲击度和电机的工作区间，使汽车具有更好的换挡品质和能量效率，因此，部分学者从控制策略的角度对变速系统进行分析。吉林大学的孙少华针对四挡自动变速器搭建了仿真平台，并对换挡过程中驱动电机的控制和换挡执行机构进行了分析，提出了基于驾驶员意图、整车质量和坡度信息的修正换挡规律。Mousavi 等人提出一种无动力中断的两挡变速系统，在对其进行动力学分析的基础上，利用Pontryagin最小值定理对控制策略进行优化，并对提出的控制策略进行仿真和实验验证，结果表明提出的控制策略可以有效的消除汽车在换挡时的冲击振动和动力中断。

综合以上分析，众多学者从提高纯电动汽车动力性、经济性和换挡舒适性的角度出发对变速器的换挡策略展开研究，并指出对换挡策略进行合理制定可以达到从一定程度上提升车辆动力性和经济性的目的。

考虑电机本身宽扭矩范围和宽转速调节范围的特性和避免控制策略过于复杂，纯电动汽车无需采用过多的挡位数来调节电机工作区间。因此，本发明在前期研究工作中提出了一种以空心电机为驱动力的两挡变速系统。本发明面向能耗对其控制策略展开研究：首先分析了电动汽车的三种常见的工作模式，基于驾驶员意图和加速踏板信息对经济性驱动模式制定了面向低能耗的基本转矩和补偿转矩的获取方法。然后分别制定了最佳动力性换挡规律和最佳经济性换挡规律，并建立了综合考虑经济性和动力性的换挡规律优化模型，利用交叉粒子群算法对模型进行求解，得到了综合性能换挡规律。

发明内容

本发明的目的是面向能耗对两挡变速系统的不同行驶模式下电机转矩输出特性和换挡规律进行研究，制定符合两挡变速系统结构的换挡规律，实现能量利用率和动力性的综合提升。

为实现本发明目的所采用的技术方案是这样的，即一种面向能耗的纯电动汽车两挡变速系统控制策略，包括以下步骤：

步骤1：对电动汽车在三种常见工作模式下的需求扭矩进行分析，基于驾驶员意图和加速踏板信息对经济性驱动模式制定面向低能耗的基本转矩和补偿转矩的获取方法。