摘 要

本文以装配12挡AMT的电动重卡为研究对象，针对满足驾驶员对电动重卡动力性和经济性最优需求的相关换挡曲线设计和在电动重卡行驶工况中对换挡曲线有较大影响的质量与道路坡度角这两关键参数的相关估计算法进行研究。

文中先对换挡曲线的设计基础即车辆纵向动力学和电机相关特性进行描述，并基于加速度、电机效率最大原则结合一定制定策略设计满足驾驶员对动力性和经济性最优需求的以车速、加速踏板行程为参数的二参数换挡曲线。接着依据电动重卡相关参数搭建TruckSim和Simulink联合仿真的整车、仿真工况和相关性能评估等模型，并对上述两换挡曲线在一定工况下利用联合仿真模型进行仿真验证，结果表明两性能最优换挡曲线的设计是有效的。

最后为估计电动重卡在不同行驶工况下的质量与道路坡度角，提出分别对上述两关键参数估计的带时变遗忘因子递归最小二乘算法，并在Simulink中搭建相关估计模型结合电动重卡联合仿真模型相关数据对不同质量和坡度角工况分别进行仿真验证，结果表明该估计算法能在一定时效性要求内得到较精确的估计值，而在加速踏板行程突变时刻和换挡时刻不适合进行估计。

关键词：换挡曲线；联合仿真；参数估计；带时变遗忘因子递归最小二乘法

Abstract

This paper takes the electric heavy truck with 12-speed AMT as the research object, and researchs in the shift curve design to meet the driver's optimal demand for the dynamic and economy of the electric heavy truck and the correlative estimation algorithm of two key parameters, mass and road slope angle, which have great influence on the shift curve in the driving condition of electric heavy truck.

This paper describes vehicle longitudinal dynamics and motor-related characteristics which is the design basis of the shift curve, and designs two-parameter shift curves with speed and accelerator pedal stroke as parameters to meet the driver's optimal requirements for dynamic and economy based on the principle of maximum acceleration and motor efficiency combined with a certain formulation strategy. Then, according to the relevant parameters of the electric heavy truck to build the whole vehicle, simulation conditions and related performance evaluation models of the joint simulation of TruckSim and Simulink, and simulate the two shift curves by the joint simulation model under certain conditions, the results show that the design of the two performance optimal shift curves are effective.

Finally, in order to estimate the mass and road gradient angle of electric heavy truck under different driving conditions, a recursive least squares algorithm with time-varying forgetting factor is proposed for estimating the above two key parameters respectively. The relevant estimation model is built in Simulink and combined with the electric heavy truck joint simulation model to simulate the correlate estimation algorithms for different mass and slope angle conditions.The results show that the estimation algorithm can obtain more accurate estimates within a time-validity requirement, however, it is not suitable for estimation when the accelerator pedal stroke is abrupt and shifting.

Key Words: Shift curve; Joint simulation; Parameter estimation; Recursive least squares method with time-varying forgetting factor

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及目的 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本文研究内容 3

第2章 整车建模原理与换挡曲线建立 5

2.1 电动重卡纵向动力学建模原理 5

2.1.1 纵向运动阻力矩 5

2.1.2 纵向运动驱动力矩 7

2.1.3 整车纵向动力学方程 7

2.2 电动重卡动力传动系统建模原理 7

2.2.1 永磁同步电机建模原理 8

2.2.2 传动系统建模原理 11

2.3 动力性最优换挡曲线 12

2.3.1 换挡点对动力性的影响 12

2.3.2 动力性最优换挡曲线的制定 12

2.4 经济性最优换挡曲线 15

2.4.1 换挡点对经济性的影响 15

2.4.2 经济性最优换挡曲线的制定 16

2.5 本章小结 18

第3章 TruckSim和Simulink联合仿真模型的搭建及仿真 19

3.1 TruckSim软件介绍 19

3.2 联合仿真的TruckSim模型搭建 21

3.2.1 TruckSim的整车模型 21

3.2.2 TruckSim的仿真工况模型 23

3.2.3 TruckSim的联合仿真接口设置 23

3.3 联合仿真的Simulink模型搭建 24

3.3.1 车速PID控制模型 24

3.3.2 C-WTVC仿真测试工况模型 25

3.3.3 AMT换挡判断模型 26

3.3.4 永磁同步电机模型 27

3.3.5 能耗计算模型 28

3.3.6 联合仿真相关模型 29

3.3.7 TruckSim和Simulink的联合仿真模型 30

3.4 换挡曲线的联合仿真评估 30

3.4.1 换挡曲线经济性仿真分析 30

3.4.2 换挡曲线动力性仿真分析 31

3.5 本章小结 32

第4章 质量与坡度角的估计算法及仿真 33

4.1 最小二乘法及其改进算法原理 33

4.1.1 普通最小二乘法 33

4.1.2 递归最小二乘法 34

4.1.3 带单遗忘因子递归最小二乘法 35

4.2 质量与坡度角的估计算法 36

4.2.1 带单遗忘因子最小二乘法的质量估计 36

4.2.2 带单遗忘因子最小二乘法的坡度角估计 37

4.3 质量与坡度角相关估计算法的Simulink模型搭建 38

4.3.1 质量估计算法的Simulink模型 39

4.3.2 坡度角估计算法的Simulink模型 39

4.4 质量与坡度角估计模型联合仿真 40

4.4.1 质量估计模型仿真分析 40

4.4.2 坡度角估计模型仿真分析 43

4.5 本章小结 48

第5章 总结与展望 50

5.1 全文总结 50

5.2 未来展望 50

参考文献 52

附录A 54

致谢 56

第1章 绪论

1.1 研究背景及目的

随着国五、国六标准的实施，使得国内对轿车、货车等的碳排放要求越来越严格，同时高能量密度电池、高效率永磁同步电机等相关技术的飞速发展，带动了电动汽车行业发展随之增加了电动重卡在交通运输行业中的运用。电动重卡由于其适应性强，运输性价比高而广泛应用于长途运输，但我国属于多山地地形，使得电动重卡所行驶的道路工况可能复杂多变，既有高速等小坡度道路，也有坡度变化较大的山区道路。以往电动重卡一般装配手动变速箱且挡位都比较多，在遇到上下坡工况时，驾驶员为满足对车辆性能要求需要频繁换挡或制动来适应外部阻力的变化，从而驾驶强度大大增加。针对上述问题，机械式自动变速器(AMT)相关技术逐渐发展，并应用于电动重卡上。

换挡曲线作为电动重卡的“大脑”ECU(Electronic Control Unit)根据车辆相关参数信号对AMT进行智能控制发出相应升降挡控制信号的核心部分，其对车辆性能和驾驶体验等有较大影响。由于AMT在电动重卡上的广泛应用以及驾驶员在不同行驶工况下对车辆相关性能有着不同需求，因此合理制定满足驾驶员对重卡的相关动力和经济性能需求相对应的最优换挡曲线成为AMT相关技术研究的重点，也是本文的研究重点。上述所设计的换挡曲线可为驾驶员在不同行驶工况下提供不同最优车辆性能的换挡模式选择。