秦大同，杜 波，段志輝，劉永剛，林毓培

(1.重慶大學(xué)，機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400030;2.重慶長(zhǎng)安新能源汽車(chē)有限公司，重慶 401120)

前言

機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)在換擋過(guò)程中存在動(dòng)力中斷和沖擊等問(wèn)題，影響整車(chē)的動(dòng)力性和乘坐舒適性，如何根據(jù)混合動(dòng)力汽車(chē)的特點(diǎn)尋求有效的換擋控制方法來(lái)減小AMT換擋時(shí)的動(dòng)力中斷時(shí)間和換擋沖擊，成為混合動(dòng)力汽車(chē)的研究熱點(diǎn)［1－2］。

目前，對(duì)裝備AMT的混合動(dòng)力汽車(chē)主要利用電動(dòng)機(jī)的輔助作用來(lái)改善換擋品質(zhì)。文獻(xiàn)［3］中利用混合動(dòng)力系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，減少了換擋過(guò)程中的動(dòng)力中斷時(shí)間，提高了車(chē)輛的動(dòng)力性能;文獻(xiàn)［4］中針對(duì)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)換擋過(guò)程，提出了發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)聯(lián)合轉(zhuǎn)速控制策略，縮短了換擋過(guò)程動(dòng)力中斷時(shí)間;文獻(xiàn)［5］中針對(duì)電動(dòng)機(jī)置于離合器后的混合動(dòng)力轎車(chē)的AMT換擋過(guò)程，提出了發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制方法，縮短了換擋動(dòng)力中斷時(shí)間，減小了同步器和離合器的磨損。文獻(xiàn)［6］中以混合動(dòng)力客車(chē)換擋過(guò)程為研究重點(diǎn)，提出了電機(jī)－AMT綜合協(xié)調(diào)控制方法，縮短了換擋同步時(shí)間。文獻(xiàn)［7］中對(duì)輕度混合動(dòng)力汽車(chē)的AMT換擋過(guò)程，提出了電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)和離合器聯(lián)合控制的換擋控制策略，減小了車(chē)輛的換擋沖擊和動(dòng)力中斷時(shí)間。以上研究均利用電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，重點(diǎn)在于減小換擋沖擊和縮短換擋時(shí)間。

本文中根據(jù)某型混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作模式特點(diǎn)，對(duì)兩種典型工作模式下的AMT換擋控制策略進(jìn)行了研究。針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下的換擋過(guò)程，采用電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門(mén)聯(lián)合調(diào)速的換擋控制策略;對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)2自由度混合驅(qū)動(dòng)模式下的換擋過(guò)程，采用不分離離合器的電動(dòng)機(jī)主動(dòng)調(diào)速控制的換擋控制策略。并通過(guò)仿真和臺(tái)架試驗(yàn)證明了所采用的換擋控制策略對(duì)縮短換擋過(guò)程的動(dòng)力中斷時(shí)間和減小換擋沖擊的有效性。

1 某型混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文中研究的某型混合動(dòng)力系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上屬于并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，動(dòng)力源由發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)組成，其動(dòng)力通過(guò)動(dòng)力耦合裝置輸出，動(dòng)力耦合裝置由一個(gè)單排行星齒輪機(jī)構(gòu)、一個(gè)單向離合器和一組濕式離合器組成。該混合動(dòng)力系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、行車(chē)充電、混合驅(qū)動(dòng)和再生制動(dòng)等多種工作模式。變速機(jī)構(gòu)采用5擋機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)，能夠根據(jù)混合動(dòng)力汽車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋，以進(jìn)一步提升混合動(dòng)力汽車(chē)的節(jié)能效率。

2 換擋控制策略

混合動(dòng)力汽車(chē)在不同的工作模式下，由于動(dòng)力源(發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī))的狀態(tài)和動(dòng)力耦合裝置中離合器的狀態(tài)不同，所采用的換擋控制策略也不同。對(duì)于本文中研究的混合動(dòng)力AMT汽車(chē)，當(dāng)動(dòng)力耦合裝置中的濕式離合器處于接合狀態(tài)時(shí)，存在發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、行車(chē)充電、發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)單自由度混合驅(qū)動(dòng)(轉(zhuǎn)矩合成)模式;當(dāng)濕式離合器處于分離狀態(tài)時(shí)，存在純電動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)2自由度混合驅(qū)動(dòng)(轉(zhuǎn)速合成)模式。本文中以該混合動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式和發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)2自由度混合驅(qū)動(dòng)模式為例進(jìn)行換擋控制策略的研究。

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式下的換擋控制策略

2.1.1 換擋過(guò)程動(dòng)力學(xué)模型

由于汽車(chē)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)可認(rèn)為是一多剛體系統(tǒng)，為便于建模，忽略其中的阻尼和彈性元件，將各元件視為剛性無(wú)阻尼的慣性元件，用集中質(zhì)量的形式表示［8］，從而可建立該混合動(dòng)力汽車(chē)在發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下的換擋過(guò)程動(dòng)力學(xué)模型，如圖2所示。

根據(jù)圖2中的模型，可得換擋過(guò)程中傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程為

式中:Te為發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩;Tm為ISG電機(jī)充電轉(zhuǎn)矩;Tcl為換擋離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩;Ts為同步器傳遞的轉(zhuǎn)矩;Tv為地面阻力矩?fù)Q算到同步器從動(dòng)端的等效阻力矩;ωe為發(fā)動(dòng)機(jī)/離合器主動(dòng)盤(pán)角速度;ωc為變速器輸入軸/離合器從動(dòng)盤(pán)角速度;ωv為變速器輸出軸/同步器從動(dòng)端角速度;Je為發(fā)動(dòng)機(jī)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;Jm為電機(jī)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;Jc為折算到變速器輸入軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;Jv為換算至變速器輸出軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;ig為變速器速比。

2.1.2 換擋控制策略

傳統(tǒng)AMT汽車(chē)在換擋離合器分離以后，雖然可利用發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門(mén)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)減小離合器主、從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)速差，但電子節(jié)氣門(mén)響應(yīng)較慢，調(diào)速能力有限，對(duì)換擋品質(zhì)的改善效果不明顯。本文中研究的混合動(dòng)力AMT汽車(chē)在發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下，動(dòng)力耦合裝置中的濕式離合器一直處于接合狀態(tài)，行星齒輪機(jī)構(gòu)鎖止，ISG電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)同軸布置，在換擋離合器分離以后，可采用ISG電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門(mén)共同調(diào)節(jié)離合器主動(dòng)端的轉(zhuǎn)速，這樣就可在離合器接合之前，將離合器主動(dòng)端的轉(zhuǎn)速快速調(diào)節(jié)至目標(biāo)擋位的離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速，減小離合器接合時(shí)主、從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)速差，提高換擋品質(zhì)。

基于上述思想，對(duì)該混合動(dòng)力AMT汽車(chē)在發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下的換擋過(guò)程，采用了ISG電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門(mén)聯(lián)合轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的換擋控制策略，下面分3個(gè)階段詳細(xì)闡述。

(1)離合器分離階段 當(dāng)AMT控制器發(fā)出換擋指令后，首先減小電子節(jié)氣門(mén)開(kāi)度至發(fā)動(dòng)機(jī)怠速開(kāi)度，并迅速分離離合器，盡可能縮短分離時(shí)間。

(2)選擋和掛擋階段 離合器徹底分離后，進(jìn)入選擋階段，由于該過(guò)程時(shí)間較短，可近似認(rèn)為車(chē)速不變。掛擋后速比發(fā)生變化，離合器主、從動(dòng)盤(pán)間產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)速差，可通過(guò)ISG電機(jī)和電子節(jié)氣門(mén)聯(lián)合轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)快速減小離合器接合前主、從動(dòng)盤(pán)間的轉(zhuǎn)速差。此時(shí)電機(jī)控制的目標(biāo)角速度就是掛擋后離合器從動(dòng)盤(pán)的角速度ωtar，即

式中:ig(n+1)為新?lián)跷凰俦?r為車(chē)輪滾動(dòng)半徑，m;vveh為車(chē)速，km/h。

電子節(jié)氣門(mén)控制的目標(biāo)開(kāi)度就是發(fā)動(dòng)機(jī)空載時(shí)，目標(biāo)轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度［7］。可預(yù)先將節(jié)氣門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)至目標(biāo)開(kāi)度，以減小ISG電機(jī)的負(fù)載，提高控制的響應(yīng)速度。

(3)離合器接合階段 掛擋完成后，為縮短換擋時(shí)間，無(wú)論離合器主、從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速是否一致，都必須開(kāi)始接合離合器。此時(shí)須對(duì)離合器接合速度進(jìn)行控制，以提高換擋品質(zhì)［9］。

在空行程階段，由于沒(méi)有轉(zhuǎn)矩傳遞，應(yīng)快速接合離合器;在離合器滑摩階段，離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩可近似表示為

式中:μcl為摩擦材料的摩擦因數(shù)，Rcl為摩擦片平均摩擦半徑，Xcl為離合器接合行程，Z為摩擦副數(shù)目，Kcl為離合器線性近似剛度。

同時(shí)，為了滿足換擋品質(zhì)的要求，沖擊度須滿足以下約束條件:

將式(3)和式(4)帶入式(1)中，并結(jié)合沖擊度的定義，可得離合器接合速度的取值范圍為

式中:jmax為乘客滿意的沖擊度最大值，一般取德國(guó)推薦值10m/s3。

當(dāng)離合器接合速度滿足式(5)，就能保證在滿足沖擊度要求的前提下，控制離合器以較快速度接合，縮短滑摩時(shí)間，減小滑摩功。

在同步階段，離合器主、從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速差已經(jīng)很小，接合速度對(duì)車(chē)輛沖擊影響很小，應(yīng)加快離合器的接合速度，使之盡快完全接合。

2.2 2自由度混合驅(qū)動(dòng)模式下的換擋控制策略

2.2.1 換擋過(guò)程動(dòng)力學(xué)模型

在該模式下，系統(tǒng)具有2個(gè)自由度，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)以轉(zhuǎn)速合成的方式輸出動(dòng)力，其換擋過(guò)程的動(dòng)力學(xué)模型，如圖3所示。

根據(jù)動(dòng)力學(xué)模型，可得換擋過(guò)程中傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程為

式中:Ts、Tr、Tc分別為太陽(yáng)輪、齒圈和行星架的內(nèi)力矩;ρ為太陽(yáng)輪與齒圈齒數(shù)比。

2.2.2 換擋控制策略

該混合動(dòng)力汽車(chē)在發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)2自由度混合驅(qū)動(dòng)模式下，動(dòng)力耦合裝置中的濕式離合器處于分離狀態(tài)，行星齒輪機(jī)構(gòu)具有2個(gè)自由度，ISG電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)以轉(zhuǎn)速合成的方式輸出動(dòng)力。當(dāng)車(chē)輛在該模式下?lián)Q擋時(shí)，雖然也可采用ISG電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門(mén)聯(lián)合調(diào)速控制策略，但這種方式存在離合器的分離和接合過(guò)程，換擋時(shí)間難以縮短。

通過(guò)對(duì)行星齒輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩特性分析可知，太陽(yáng)輪、齒圈和行星架傳遞的轉(zhuǎn)矩始終成比例關(guān)系，太陽(yáng)輪傳遞的轉(zhuǎn)矩取決于電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，齒圈傳遞的轉(zhuǎn)矩取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，行星架的輸出轉(zhuǎn)矩即是變速器輸入軸的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)ISG電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為零時(shí)，太陽(yáng)輪上沒(méi)有轉(zhuǎn)矩，行星架上也沒(méi)有轉(zhuǎn)矩傳遞至變速器的輸入軸。因此，可利用行星齒輪機(jī)構(gòu)的這一特點(diǎn)，在換擋過(guò)程中不分離換擋離合器，以縮短換擋時(shí)間和減小換擋沖擊。

同時(shí)可通過(guò)ISG電機(jī)的主動(dòng)調(diào)速控制來(lái)減小同步器的轉(zhuǎn)速差，減小同步器的磨損。

基于上述思想，提出了該混合動(dòng)力汽車(chē)在發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)2自由度混合驅(qū)動(dòng)模式下采用不分離換擋離合器的電機(jī)主動(dòng)調(diào)速控制的換擋控制策略，其控制流程見(jiàn)圖4。下面分3個(gè)階段進(jìn)行詳細(xì)闡述。

(1)當(dāng)車(chē)速達(dá)到換擋點(diǎn)時(shí)，首先減小發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門(mén)開(kāi)度至發(fā)動(dòng)機(jī)怠速開(kāi)度，以減小發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，并控制電動(dòng)機(jī)進(jìn)入零轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，保證變速器輸入軸和輸出軸之間的齒輪嚙合力足夠小，以便于摘擋操作。

(2)摘擋后AMT進(jìn)入空擋階段，此時(shí)變速器輸入軸與輸出軸的機(jī)械連接中斷，接近于空載。由于行星齒輪機(jī)構(gòu)具有2個(gè)自由度，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)均可以進(jìn)行調(diào)速控制，為了簡(jiǎn)化控制，選取動(dòng)態(tài)性能好的電動(dòng)機(jī)單獨(dú)調(diào)速，同時(shí)控制發(fā)動(dòng)機(jī)維持一定的轉(zhuǎn)速。通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)速的主動(dòng)調(diào)節(jié)，使變速器輸入軸轉(zhuǎn)速迅速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，其目標(biāo)角速度［10］為

同時(shí)，根據(jù)行星齒輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速關(guān)系，可得到將變速器輸入軸角速度調(diào)節(jié)至目標(biāo)值時(shí)的電機(jī)角速度:

(3)當(dāng)變速器輸入軸轉(zhuǎn)速接近目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí)，再次控制電動(dòng)機(jī)進(jìn)入零轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，待轉(zhuǎn)速完全同步以后，進(jìn)行掛擋操作。掛入目標(biāo)擋位以后，逐漸恢復(fù)電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，車(chē)輛以新?lián)跷恍旭偂?/p>

這樣，在不分離換擋離合器的條件下，通過(guò)ISG電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制消除掛擋前后變速器輸入軸的轉(zhuǎn)速差，可減小換擋沖擊和同步器的磨損。

3 仿真分析

根據(jù)以上兩種工作模式下建立的換擋動(dòng)力學(xué)模型和制定的換擋控制策略，利用Matlab/Simulink仿真平臺(tái)建立整車(chē)模型，進(jìn)行換擋過(guò)程仿真分析。

3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式下的換擋控制仿真

在發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式下，應(yīng)用本文中提出的換擋控制策略進(jìn)行2擋升3擋的換擋過(guò)程仿真結(jié)果如圖5所示。由圖可見(jiàn)，當(dāng)車(chē)速達(dá)到30km/h后，控制器發(fā)出換擋指令，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度減小，離合器快速分離。在選擋階段，電動(dòng)機(jī)發(fā)出負(fù)轉(zhuǎn)矩，對(duì)離合器主動(dòng)盤(pán)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。在掛入3擋后，離合器主動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速已接近離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速，此時(shí)開(kāi)始接合離合器，離合器接合速度控制在最大沖擊度要求以下。當(dāng)離合器完全接合以后，使電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩變?yōu)榱悖瑫r(shí)逐漸增大節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，恢復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。整個(gè)換擋過(guò)程引起的沖擊度最大值為7.7m/s3，滑摩功為40J，換擋時(shí)間約為0.82s。

在相同的初始條件下，采用傳統(tǒng)控制策略進(jìn)行2擋升3擋的換擋過(guò)程仿真結(jié)果如圖6所示。由圖可見(jiàn)，當(dāng)離合器分離以后，由于無(wú)電機(jī)參與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)滯后，轉(zhuǎn)速下降較慢。掛入3擋后，離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速迅速減小，當(dāng)離合器開(kāi)始接合時(shí)，因主、從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)速差較大，須減小離合器接合速度，直到主、從動(dòng)盤(pán)接近同步，再快速接合離合器。整個(gè)換擋過(guò)程引起的沖擊度最大值為14.5m/s3，滑摩功為163J，換擋時(shí)間約為0.98s。

通過(guò)仿真結(jié)果的對(duì)比可看出，與傳統(tǒng)換擋策略相比，該混合動(dòng)力汽車(chē)在發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下采用電機(jī)和節(jié)氣門(mén)聯(lián)合轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的換擋控制策略能減小換擋沖擊、縮短換擋時(shí)間，減少離合器的磨損。

3.2 2自由度混合驅(qū)動(dòng)模式下的換擋控制仿真

在2自由度混合驅(qū)動(dòng)模式下，采用不分離離合器的電動(dòng)機(jī)主動(dòng)調(diào)速換擋控制策略進(jìn)行4擋降3擋的換擋仿真結(jié)果如圖7所示。從圖中可以看出，當(dāng)車(chē)速降至40km/h時(shí)，控制器發(fā)出降擋指令，隨即發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門(mén)開(kāi)度減小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩迅速下降為零，以便于摘擋操作。在空擋階段，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持在怠速附近，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升，以調(diào)節(jié)變速器輸入軸轉(zhuǎn)速至目標(biāo)轉(zhuǎn)速，當(dāng)變速器輸入軸轉(zhuǎn)速接近目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩再次降低為零，并進(jìn)行掛擋操作。掛擋完成后，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩逐漸恢復(fù)，車(chē)輛按3擋行駛。整個(gè)換擋過(guò)程引起的沖擊度最大值為6.3m/s3，換擋時(shí)間約為0.67s。

在相同的初始條件下，采用分離離合器的換擋控制策略進(jìn)行4擋降3擋的換擋仿真結(jié)果見(jiàn)圖8。由圖可見(jiàn)，從換擋開(kāi)始，先后經(jīng)歷了離合器分離、電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門(mén)聯(lián)合調(diào)速、掛擋和離合器接合4個(gè)階段，整個(gè)換擋過(guò)程引起的沖擊度最大值為9.4m/s3，滑摩功為35J，換擋時(shí)間為0.78s。

從仿真結(jié)果對(duì)比可以看出，在發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)2自由度混合驅(qū)動(dòng)模式下采用不分離離合器的電動(dòng)機(jī)主動(dòng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)換擋控制策略，不存在離合器的磨損，能有效縮短換擋時(shí)間，減小換擋沖擊。

4 臺(tái)架試驗(yàn)分析

4.1 臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)

為驗(yàn)證本文控制策略的有效性，搭建了如圖9所示的混合動(dòng)力系統(tǒng)AMT換擋試驗(yàn)臺(tái)。換擋離合器采用單片干式離合器，AMT變速器由5擋手動(dòng)變速器加裝電控自動(dòng)變速操縱機(jī)構(gòu)得到，操縱機(jī)構(gòu)包括離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)和選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)。信號(hào)轉(zhuǎn)換箱將CAN信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)三相交流伺服電機(jī)。慣性飛輪模擬整車(chē)質(zhì)量，測(cè)功機(jī)模擬車(chē)輛行駛阻力，升速箱用于提升轉(zhuǎn)速便于加載。T10F傳感器采集發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩信號(hào)，T4W3傳感器采集車(chē)輛輸出軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩信號(hào)。ECU、IPU和BCU通過(guò)CAN總線與HCU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)臺(tái)各參數(shù)的采集與控制。

4.2 發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下的換擋試驗(yàn)

混合動(dòng)力汽車(chē)在發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下采用電動(dòng)機(jī)和電子節(jié)氣門(mén)聯(lián)合調(diào)速的升擋試驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。當(dāng)離合器徹底分離后，電動(dòng)機(jī)發(fā)出負(fù)轉(zhuǎn)矩參與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，動(dòng)力源轉(zhuǎn)速迅速下降，很快接近目標(biāo)轉(zhuǎn)速，減小了離合器接合時(shí)主、從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)速差，離合器接合階段的接合速度控制保證了輸出轉(zhuǎn)矩不發(fā)生大的躍變，減小了對(duì)系統(tǒng)的沖擊。

4.3 2自由度混合驅(qū)動(dòng)模式下的換擋試驗(yàn)

在發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)2自由度混合驅(qū)動(dòng)模式下，采用不分離離合器的換擋策略進(jìn)行降擋試驗(yàn)的結(jié)果如圖11所示。在整個(gè)換擋過(guò)程中，首先將發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)至零，以便于摘擋。在空擋階段，通過(guò)電動(dòng)機(jī)快速調(diào)節(jié)變速器輸入軸轉(zhuǎn)速至目標(biāo)值，掛新?lián)踔霸俅螌㈦妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)至零，掛擋完成后恢復(fù)電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，最終順利實(shí)現(xiàn)換擋，證明了不分離離合器換擋控制策略的可行性。

5 結(jié)論

(1)根據(jù)某型混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作模式特點(diǎn)，對(duì)兩種典型工作模式下的換擋控制策略進(jìn)行了研究。針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下的換擋過(guò)程，采用了電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門(mén)聯(lián)合調(diào)速的換擋控制策略;對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)2自由度混合驅(qū)動(dòng)模式下的換擋過(guò)程，提出了無(wú)離合器分離的電動(dòng)機(jī)主動(dòng)調(diào)速換擋控制策略。

(2)仿真結(jié)果對(duì)比表明，與傳統(tǒng)AMT的換擋控制策略相比，本文提出的換擋控制策略能有效減小換擋沖擊和滑磨功，縮短了動(dòng)力中斷時(shí)間。

(3)臺(tái)架試驗(yàn)表明采用本文提出的換擋控制策略能有效提高混合動(dòng)力AMT汽車(chē)的換擋品質(zhì)。

［1］ 董翔宇，陳慧巖，李春芾．重型商用混合動(dòng)力車(chē)自動(dòng)變速技術(shù)綜述［J］．機(jī)械傳動(dòng)，2011，34(12):75 －79．

［2］ 胡建軍，丁李輝，葉明，等．ISG型輕度混合動(dòng)力AMT汽車(chē)換擋品質(zhì)控制仿真分析［J］．汽車(chē)工程，2008，30(2):106 －110．

［3］ Baraszu R C，Cikanek S R．Torque Fill-in for an Automated Shift Manual Transmission in a Parallel Hybrid Electric Vehicle［C］//Proceeding of the American Control Conference Anchorage AK，2002，2:1431 －1436．

［4］ Lee Hyeoun Dong．Sul Seung-Ki，Cho Han-Sang，et al．Advanced Gear-shifting and Clutching Strategy for a Parallel-hybrid Vehicle［J］．IEEE Industry Applications Magazine，2000，6(6):26 －32．

［5］ 廖承林，張俊智，盧青春．混合動(dòng)力轎車(chē)機(jī)械式自動(dòng)變速器換擋過(guò)程中的動(dòng)力系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法［J］．機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2005，41(12):37－41．

［6］ 羅玉濤，周斯加，趙克剛．混合動(dòng)力汽車(chē)上AMT的換擋過(guò)程分析［J］．華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，35(2):33 －36．

［7］ 葉明，秦大同，劉振軍，等．輕度混合動(dòng)力AMT系統(tǒng)換擋品質(zhì)控制［J］．機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2009，45(5):108 －114．

［8］ 何忠波，梁憲福，韓正軍，等．AMT換擋過(guò)程動(dòng)力學(xué)建模及換擋品質(zhì)影響因素分析［J］．軍械工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，16(6):45－49．

［9］ 金倫，程秀生，葛安林，等．AMT換擋過(guò)程的離合器控制［J］．汽車(chē)技術(shù)，2006(1):11－13．

［10］ 歐陽(yáng)瑞璟．并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)AMT無(wú)離合器操作換擋過(guò)程的研究［D］．長(zhǎng)春:吉林大學(xué)，2006:28－34．