电动汽车电驱动系统动态换挡控制方法及效率优化策略研究

电驱动系统优化控制是电动汽车发展关键技术之一，影响车辆动力性、平顺性和经济性。（1）本申请拟在深入研究配置AMT的电动汽车换挡规律的基础上，采用自动控制理论、动力学等方法，结合电机和电力电子控制方法，在建立电驱动系统的半实物仿真模型与方法基础上，研究电机驱动与AMT无速差换挡规律。（2）拟在深入分析电机功率损耗的机理基础上，结合有限元磁场分析方法及电动汽车工况分析，开展电驱动系统全工作域效率优化分析、动态过程效率分析理论与方法。（3）拟从理论上阐明电驱动系统的弱磁过程动态响应、动态效率理论等关键问题，完成PMSM的综合半实物仿真模型与控制策略，研究AMT系统最优换挡控制方法。（4）拟提出一种动态响应和效率优化模型与方法，建立基于直流母线电压波动和载波频率变化的高动态效率优化的方法，为进一步提高我国汽车电驱动系统设计提供理论基础。最终通过台架和实车验证相关理论和策略的有效性。

为了优化现有纯电动车辆传动系统的换挡策略，论文首先结合实际电动车辆运行需求，对PMSM-AMT驱动系统工作模式进行了任务划分。按照驾驶员实际驾驶习惯和电动车辆运行特点，对各个工作模式下的PMSM控制要求和控制策略进行研究，提出了各个模式下对于PMSM的控制策略研究内容，为实现PMSM-AMT平顺换挡提供了框架条件。.接着建立了包括整车动力性、驾驶员模型、工况模型、电机控制器（Motor Control Unit，MCU）模型、PMSM模型、整车控制器（Vehicle Control Unit, VCU）模型、一体化动力系统（Integrated Drive Control Unit, IDCU）模型、动力电池及管理系统（Battery Management System）模型等组成的纯电动车辆仿真平台，验证了平台的有效性，并研究了PMSM-AMT换挡品质技术指标，对动力系统中影响换挡品质的因素进行了分析。.针对换挡过程中PMSM多状态控制模式的动态控制和模式平稳切换要求，设计了基于模糊滑模的空间矢量-直接转矩PMSM控制方案，利用滑模控制策略实现了PMSM高动态的转速和转矩响应，提高了换挡质量；利用模糊控制方法，减轻了因为滑模控制策略带来的抖振问题，使得转速闭环状态控制与转矩闭环状态控制能够互相平稳快速转换。在引入换挡伺服电机换挡力矩反馈的情况下，对PMSM-AMT系统的输出转矩进行了调整控制，确保了在摘挡过程和挂挡过程中的啮合齿轮无应力接触，降低了换挡过程的齿轮磨损情况。为了降低挂挡结束之后PMSM转矩急剧变化对车辆和AMT系统带来冲击，建立了基于VCU、AMT和整车参数的PMSM转矩恢复控制策略。.为了确保纯电动车辆在起步和坡上行驶过程中的换挡有效性，在分析了PMSM-AMT驱动系统下的电动车辆特殊工况的动力学特性的基础上，提出了带挡驻停车的起步策略和基于PMSM外特性曲线判断的挡位协调控制策略，进一步优化了电动车辆总体换挡策略，减少了换挡次数。.为了验证采用多工作模式切换控制的方式下PMSM-AMT换挡过程的有效性，建立了PMSM-AMT驱动系统换挡仿真平台，并开发了了PMSM-AMT驱动系统换挡动态实验平台，通过仿真及实验对控制方案进行了验证。研究结果表明，基于模糊滑模的空间矢量调制-直接转矩电机控制方案能够实现转速和转矩的精确跟随，确保了换挡过程的有效性。