CN110667395B - 基于制动工况的两挡自动变速箱的纯电动汽车换挡规律多目标优化方法 - Google Patents

基于制动工况的两挡自动变速箱的纯电动汽车换挡规律多目标优化方法 Download PDF

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CN110667395B CN201910944879.8A CN201910944879A CN110667395B CN 110667395 B CN110667395 B CN 110667395B CN 201910944879 A CN201910944879 A CN 201910944879A CN 110667395 B CN110667395 B CN 110667395B
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Abstract

本发明涉及一种换挡规律优化方法，具体涉及的是一种基于制动工况的两挡自动变速箱的纯电动汽车换挡规律多目标优化方法，包括以下步骤：(1)采用分段式制动力分配方法，通过制动工况下的整车制动力分析，得到不同挡位和制动强度下的电机再生制动力矩；(2)使用车速、电机再生制动力矩和制动强度作为换挡规律的优化变量；(3)采用再生制动回收能量和制动时整车的冲击度为换挡规律的优化目标；(4)以电机最大转矩值约束、再生制动低速截止点约束和电池荷电状态约束作为是否制动换挡的约束条件；(5)使用多目标布谷鸟优化算法结合步骤(2)中的设计变量，步骤(3)中的优化目标以及步骤(4)中的约束条件进行换挡规律优化。

Description

基于制动工况的两挡自动变速箱的纯电动汽车换挡规律多目 标优化方法
技术领域
本发明涉及一种换挡规律优化方法，具体涉及的是一种基于制动工况的两挡自动变速箱的纯电动汽车换挡规律多目标优化方法。
背景技术
目前纯电动汽车的电池技术尚未成熟，存在单位重量储存能量少、续驶里程短等弊端，限制了纯电动汽车的普及，在电池技术短期内难以取得突破性进展的前提下，再生制动技术成为了提高电动汽车续驶里程的有效手段。
而只对再生制动系统本身进行单一的研究，不将其他系统和再生制动系统耦合控制，是无法最大幅度提升纯电动汽车的续驶里程的。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术对应的不足，提供一种基于制动工况的两挡自动变速箱的纯电动汽车换挡规律多目标优化方法，可以有效增加制动过程再生制动能量回收量，且保证了制动过程的舒适性，延长了两挡自动变速箱的纯电动汽车的续驶里程。
本发明的目的是采用下述方案实现的：一种基于制动工况的两挡自动变速箱的纯电动汽车换挡规律多目标优化方法，包括以下步骤：
(1)采用分段式制动力分配方法，通过制动工况下的整车制动力分析，得到不同挡位和制动强度下的电机再生制动力矩；
(2)使用车速、电机再生制动力矩和制动强度作为换挡规律的优化变量；
(3)采用再生制动回收能量和制动时整车的冲击度为换挡规律的优化目标；
(4)以电机最大转矩值约束、再生制动低速截止点约束和电池荷电状态约束作为是否制动换挡的约束条件；
(5)最后，使用多目标布谷鸟优化算法结合步骤(2)中的设计变量，步骤(3)中的优化目标以及步骤(4)中的约束条件进行基于制动工况的两挡自动变速箱的纯电动汽车换挡规律优化。
步骤(1)中所述的分段式制动力分配方法有以下步骤：
1)当0＜z≤0.15时，制动力完全由前轴电机再生制动力提供；
2)当0.15＜z≤0.45时，为保证足够的制动效率，此时，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担；
3)当0.45＜z≤0.59时，随着期望制动强度z增大，当z＝0.59时，电机的扭矩最大，为保证制动的稳定性，前轴制动力保持不变，不足的制动力由后轴制动力补充，此时，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担；
4)当0.59＜z≤0.7时，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担，当z＝0.7时，前后车轮可以同时抱死，使制动距离最短，在湿滑的混凝土路面
Figure GDA0002888803160000021
上整车的制动安全性最高，其中
Figure GDA0002888803160000022
为公路的附着系数；
5)当z＞0.7时，为保证制动安全性，电机不再提供制动力，制动力全部由液压制动力承担；
上述步骤中的z为期望制动强度，即制动减速度与重力加速度的比值。
分段式制动力分配方法中不同挡位下的电机再生制动力的计算方法如下：
1)电机单独制动时，即期望制动强度z的范围在0＜z≤0.15时，为再生制动电机单独制动模式，该制动模式下制动力全部由前轴的再生制动电机提供,再生制动力的计算公式如下所示：
Figure GDA0002888803160000031
式中，Freg-i：当前挡位再生制动力；
Treg-i：当前挡位再生制动力矩；
ig：变速器速比；
r：车轮半径；
m：汽车质量；
z：期望制动强度；
2)电液联合制动时，即期望制动强度z的范围在0.15＜z≤0.7时，此时制动力由电机再生制动力和液压制动力共同提供，为了增加再生制动回收能量，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担，此时，再生制动力的计算公式如下所示：
Figure GDA0002888803160000032
式中，Freg-i：当前挡位再生制动力；
Treg-i：当前挡位再生制动力矩；
ig：变速器速比；
r：车轮半径；
3)液压单独制动时，即期望制动强度z的范围在z＞0.7时，所有制动力仅由电子液压制动系统提供，无需考虑再生制动电机的换挡情况，故再生制动力为零。
步骤(3)中所述的再生制动回收能量的目标函数MinY1的表达式如下：
Figure GDA0002888803160000041
式中，Treg-i：当前挡位再生制动力矩；
nm-i：不同挡位下的电机转速；
ηm：电机发电效率；
ηSOC：电池充电效率；
而电机转速nm-i如下所示：
Figure GDA0002888803160000042
式中，i0：主减速器速比；
ig：变速器速比；
v：汽车车速；
1)若制动过程中需要进行换挡，则步骤(3)中所述的再生制动回收能量的目标函数MinY1的表达式如下：
Figure GDA0002888803160000043
式中，Treg-1：第一挡位再生制动力矩；
Treg-2：第二挡位再生制动力矩；
i0：主减速器速比；
ig1：第一变速器速比；
ig2：第二变速器速比；
v：汽车车速；
ηm：电机发电效率；
ηSOC：电池充电效率；
r：车轮半径；
换挡前后车速变化很微小，换挡前后车速视为不变。
2)若制动过程不换挡，则步骤(3)中所述的再生制动回收能量的目标函数MinY1的表达式如下：
Figure GDA0002888803160000051
式中，Treg-i：当前挡位再生制动力矩；
i0：主减速器速比；
ig：变速器速比；
v：汽车车速；
ηm：电机发电效率；
ηSOC：电池充电效率；
步骤(3)中所述的制动时整车的冲击度目标函数MinY2的表达式如下：
Figure GDA0002888803160000052
式中，j：换挡冲击度；
σ：旋转质量换算系数；
Tm：电机转矩；
i0：主减速器速比；
r：车轮半径；
ig：变速器速比；
步骤(4)中所述的制动换挡的约束条件的表达式如下所示：
Figure GDA0002888803160000061
式中，Treg-max：电机最大再生制动力矩；
Treg-1：第一挡位再生制动力矩；
Treg-2：第二挡位再生制动力矩；
i0：主减速器速比；
ig1：第一变速器速比；
ig2：第二变速器速比；
v：汽车车速；
ηm：电机发电效率；
ηSOC：电池充电效率；
r：车轮半径；
SOC：,即荷电状态,用来反映电池的剩余容量,其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值。
步骤(5)中所述的多目标布谷鸟优化算法的模型如下列表达式所示：
MinF(v,Treg-1,Treg-2)＝(MinY1,MinY2)
式中，Treg-1：第一挡位再生制动力矩；
Treg-2：第二挡位再生制动力矩；
v：汽车车速；
MinY1：再生制动回收能量的目标函数；
MinY2：换挡冲击度的目标函数。
本发明包含如下有益效果：
步骤(1)中所述的分段式制动力分配方法有以下步骤：
1)当0＜z≤0.15时，制动力完全由前轴电机再生制动力提供；
2)当0.15＜z≤0.45时，为保证足够的制动效率，此时，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担。在ECE安全法规要求下，尽量将制动力分配到前面，提高前轴制动力的分配比例，使前轴电机提供制动力，尽可能多地采用电机回馈制动以提高再生制动能量回收率；
3)当0.45＜z≤0.59时，随着期望制动强度z增大，当z＝0.59时，电机的扭矩最大，为保证制动的稳定性，前轴制动力保持不变，不足的制动力由后轴制动力补充，此时前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担；
4)当0.59＜z≤0.7时，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担，当z＝0.7时，前后制动力分配可以使得前后车轮同时抱死，因为后轴先于前轮抱死会导致甩尾，前轮先于后轴抱死会导致甩尾转向不足，延长制动距离和导致不安全情况发生，这样保证了较大强度制动时的制动安全性且制动距离最短。选取z＝0.7是为了使得车辆在湿滑的混凝土路面
Figure GDA0002888803160000071
上，即常见公路路况，制动安全性最高，其中
Figure GDA0002888803160000072
为路面附着系数；
5)当z＞0.7时，此时为大强度的制动力需求，为保证制动安全性，电机不再提供制动力，制动力全部由液压制动力承担；
上述步骤中的z为期望制动强度，即制动减速度与重力加速度的比值。
分段式制动力分配方法中不同挡位下的电机再生制动力的计算方法如下：
1)电机单独制动时，即期望制动强度z的范围在0＜z≤0.15时，为再生制动电机单独制动模式，该制动模式下制动力全部由前轴的再生制动电机提供,再生制动力的计算公式如下所示：
Figure GDA0002888803160000081
式中，Freg-i：当前挡位再生制动力；
Treg-i：当前挡位再生制动力矩；
ig：变速器速比；
r：车轮半径；
m：汽车质量；
z：期望制动强度；
为了保证制动稳定性不进行换挡操作，以当前挡位进行再生制动，电动汽车为前驱设计，为了保证回收到最大的制动能量，该制动模式下制动力全部由前轴的再生制动电机提供。
2)电液联合制动时，即期望制动强度z的范围在0.15＜z≤0.7时，此时制动力由电机再生制动力和液压制动力共同提供，为了增加再生制动回收能量，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担，此时，再生制动力的计算公式如下所示：
Figure GDA0002888803160000082
式中，Freg-i：当前挡位再生制动力；
Treg-i：当前挡位再生制动力矩；
ig：变速器速比；
r：车轮半径；
在电液联合制动模式下，合理选择换挡规律，既能获得较多的再生制动回收能量，也能减小换挡冲击度，提升整车舒适性。
3)液压单独制动时，即期望制动强度z的范围在z＞0.7时，所有制动力仅由电子液压制动系统提供，无需考虑再生制动电机的换挡情况，故再生制动力为零。
此时为紧急制动模式，为了安全，需保证制动距离最短，故前后轴要同时抱死，为了保证制动的安全性，所以此时不进行再生制动，根据理想的前后轴制动力分配比例对前后轴制动力进行分配，所有制动力仅由液压制动系统提供。
步骤(3)中所述的再生制动回收能量的目标函数MinY1的表达式如下：
Figure GDA0002888803160000091
式中，Treg-i：当前挡位再生制动力矩；
nm-i：不同挡位下的电机转速；
ηm：电机发电效率；
ηSOC：电池充电效率；
而电机转速nm-i如下所示：
Figure GDA0002888803160000092
式中，i0：主减速器速比；
ig：变速器速比；
v：汽车车速；
1)若制动过程中需要进行换挡，则步骤(3)中所述的再生制动回收能量的目标函数MinY1的表达式如下：
Figure GDA0002888803160000093
式中，Treg-1：第一挡位再生制动力矩；
Treg-2：第二挡位再生制动力矩；
i0：主减速器速比；
ig1：第一变速器速比；
ig2：第二变速器速比；
v：汽车车速；
ηm：电机发电效率；
ηSOC：电池充电效率；
r：车轮半径；
换挡前后车速变化很微小，换挡前后车速视为不变。
2)若制动过程不换挡，则步骤(3)中所述的再生制动回收能量的目标函数MinY1的表达式如下：
Figure GDA0002888803160000101
式中，Treg-i：当前挡位再生制动力矩；
i0：主减速器速比；
ig：变速器速比；
v：汽车车速；
ηm：电机发电效率；
ηSOC：电池充电效率；
在建立再生制动回收能量的目标函数时，电机所产生的制动再生能量需要依次经过传动装置、控制器等路径传递，最终经过直流电压转换器存储到动力电池中，才能实现再生制动能量的回收，而动力电池的充电效率，电机的发电效率等都将会影响再生制动能量的回收量。
步骤(3)中所述的制动时整车的冲击度目标函数MinY2的表达式如下：
Figure GDA0002888803160000111
式中，j：换挡冲击度；
σ：旋转质量换算系数；
Tm：电机转矩；
i0：主减速器速比；
r：车轮半径；
ig：变速器速比；
在建立换挡冲击度目标函数时，由于换挡前后会引起转矩波动，影响整车舒适性，所以采用冲击度衡量整车在换挡过程的舒适性，因此选取换挡冲击度j为第二个优化目标。
步骤(4)中所述的制动换挡的约束条件的表达式如下所示：
Figure GDA0002888803160000112
式中，Treg-max：电机最大再生制动力矩；
Treg-1：第一挡位再生制动力矩；
Treg-2：第二挡位再生制动力矩；
i0：主减速器速比；
ig1：第一变速器速比；
ig2：第二变速器速比；
v：汽车车速；
ηm：电机发电效率；
ηSOC：电池充电效率；
r：车轮半径；
SOC：,即荷电状态,用来反映电池的剩余容量,其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值。
由于再生制动力矩受电机最大再生制动力矩Treg-max限制，当车速低于再生制动最低车速截止点vlim时，纯电动汽车将不能从再生制动中获得能量，因此停止电机再生制动。但是，再生制动最低车速截止点vlim是通过动态观测得到的，是随外部环境，行驶工况等因素不断变化的变量，不适于用作约束条件。如果换挡后，1挡的再生制动回收能量小于2挡的再生制动回收能量，则不进行换挡，维持原有挡位。
由于动力电池的电荷状态SOC值能影响再生制动能量回收效率。当动力电池的电荷状态SOC值较低时，再生制动能量回收能力将变强，当动力电池的电荷状态SOC值较大时，对动力电池充电会导致过度充电而损害动力电池，此时汽车将维持原有挡位不变。
步骤(5)中所述的多目标布谷鸟优化算法的模型如下列表达式所示：
MinF(v,Treg-1,Treg-2)＝(MinY1,MinY2)
式中，Treg-1：第一挡位再生制动力矩；
Treg-2：第二挡位再生制动力矩；
v：汽车车速；
MinY1：再生制动回收能量的目标函数；
MinY2：换挡冲击度的目标函数。
以车速、电机再生制动力矩和制动强度为优化变量，再生制动回收能量和制动时整车冲击度为优化目标，电机最大转矩、再生制动最低车速和电池的电荷状态限制为约束，利用多目标布谷鸟优化算法对换挡规律进行优化。
该装置的优点在于，可以有效增加制动过程再生制动能量回收量，且保证了制动过程的舒适性，延长了两挡自动变速箱的纯电动汽车的续驶里程。
附图说明
图1为前后轴制动力分配曲线图；
图2为一挡时电机再生制动力分布图；
图3为二挡时电机再生制动力分布图；
图4为多目标布谷鸟算法流程图；
图5为基于多目标布谷鸟算法优化得到的换挡规律图；
图6为优化后的换挡规律在美国城市道路循环工况下的仿真分析结果图；
图7为本发明的流程图。
具体实施方式
如图1至图7所示，一种基于制动工况的两挡自动变速箱的纯电动汽车换挡规律多目标优化方法，包括以下步骤：
(1)采用分段式制动力分配方法，通过制动工况下的整车制动力分析，得到不同挡位和制动强度下的电机再生制动力矩；
步骤(1)中所述的分段式制动力分配方法，结合图1前后轴制动力分配图所示，有以下步骤说明：
首先，图1中I曲线为理想前后制动力分配曲线，当前后制动分配在该线上时，前后车轮可以同时抱死，既不会发生先抱死前轮造成的转向不足，也不会发生先抱死后轮导致的甩尾，使得车辆制动距离最短，从而保证了制动稳定性和安全性。
1)当0＜z≤0.15时，制动力完全由前轴电机再生制动力提供；
2)当0.15＜z≤0.45时，为保证足够的制动效率，此时，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担。因为此时制动强度较小时，为了提高制动回收的能量，在ECE安全法规要求下，尽量将制动力分配到前轴，提高前轴制动力的分配比例，使前轴电机提供制动力，尽可能多地采用电机再生制动以提高再生制动能量回收率，因此如图1所示，此时的曲线BC在ECE法规允许情况下向前轴的横坐标倾斜的，与ECE法规线相切；
3)当0.45＜z≤0.59时，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担。如图1的CD段所示，随着期望制动强度z增大，仅靠前轮电机不能提供足够的制动强度，需要增大后轴制动力的分配比例，因此，曲线会往I曲线靠近。D点(z＝0.59)对应理想制动力分配I曲线上的电机最大扭矩；
4)当0.59＜z≤0.7时，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担，如图1所示，选取理想制动力分配I曲线与期望制动强度z＝0.7的交点作为DE线段的另一端点E，因为这样DE连线后，与I曲线重合，保证制动安全性和稳定性。选取z＝0.7作为分界点是为了保证在湿滑的混凝土路面上
Figure GDA0002888803160000141
即常见的公路路况，整车的制动安全性最高，其中
Figure GDA0002888803160000142
为路面附着系数；
5)当z＞0.7时，为保证制动安全性，电机不再提供制动力，制动力全部由液压制动力承担；
上述步骤中的z为期望制动强度，即制动减速度与重力加速度的比值。
分段式制动力分配方法中不同挡位下的电机再生制动力的计算方法如下：
1)电机单独制动时，即期望制动强度z的范围在0＜z≤0.15时，为再生制动电机单独制动模式，该制动模式下制动力全部由前轴的再生制动电机提供,再生制动力的计算公式如下所示：
Figure GDA0002888803160000151
式中，Freg-i：当前挡位再生制动力；
Treg-i：当前挡位再生制动力矩；
ig：变速器速比；
r：车轮半径；
m：汽车质量；
z：期望制动强度；
为了保证制动稳定性不进行换挡操作，以当前挡位进行再生制动，电动汽车为前驱设计，为了保证回收到最大的制动能量，该制动模式下制动力全部由前轴的再生制动电机提供。
2)电液联合制动时，即期望制动强度z的范围在0.15＜z≤0.7时，此时制动力由电机再生制动力和液压制动力共同提供，为了增加再生制动回收能量，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担，此时，再生制动力的计算公式如下所示：
Figure GDA0002888803160000152
式中，Freg-i：当前挡位再生制动力；
Treg-i：当前挡位再生制动力矩；
ig：变速器速比；
r：车轮半径；
在电液联合制动模式下，合理选择换挡规律，既能获得较多的再生制动回收能量，也能减小换挡冲击度，提升整车舒适性。
3)液压单独制动时，即期望制动强度z的范围在z＞0.7时，所有制动力仅由电子液压制动系统提供，无需考虑再生制动电机的换挡情况，故再生制动力为零。
此时为紧急制动模式，为了安全，需保证制动距离最短，故前后轴要同时抱死，为了保证制动的安全性，所以此时不进行再生制动，根据理想的前后轴制动力分配比例对前后轴制动力进行分配，所有制动力仅由液压制动系统提供。如图1所示，此时根据理想前后轴制动力分配I曲线对前后轴制动力进行分配。
(2)使用车速、电机再生制动力矩和制动强度作为换挡规律的优化变量；
(3)采用再生制动回收能量和制动时整车的冲击度为换挡规律的优化目标；
步骤(3)中所述的再生制动回收能量的目标函数MinY1的表达式如下：
Figure GDA0002888803160000161
式中，Treg-i：当前挡位再生制动力矩；
nm-i：不同挡位下的电机转速；
ηm：电机发电效率；
ηSOC：电池充电效率；
而电机转速nm-i如下所示：
Figure GDA0002888803160000162
式中，i0：主减速器速比；
ig：变速器速比；
v：汽车车速；
1)若制动过程中需要进行换挡，则步骤(3)中所述的再生制动回收能量的目标函数MinY1的表达式如下：
Figure GDA0002888803160000171
式中，Treg-1：第一挡位再生制动力矩；
Treg-2：第二挡位再生制动力矩；
i0：主减速器速比；
ig1：第一变速器速比；
ig2：第二变速器速比；
v：汽车车速；
ηm：电机发电效率；
ηSOC：电池充电效率；
r：车轮半径；
换挡前后车速变化很微小，换挡前后车速视为不变。
2)若制动过程不换挡，则步骤(3)中所述的再生制动回收能量的目标函数MinY1的表达式如下：
Figure GDA0002888803160000172
式中，Treg-i：当前挡位再生制动力矩；
i0：主减速器速比；
ig：变速器速比；
v：汽车车速；
ηm：电机发电效率；
ηSOC：电池充电效率；
在建立再生制动回收能量的目标函数时，电机所产生的制动再生能量需要依次经过传动装置、控制器等路径传递，最终经过直流电压转换器存储到动力电池中，才能实现再生制动能量的回收，而动力电池的充电效率，电机的发电效率等都将会影响再生制动能量的回收量。
步骤(3)中所述的制动时整车的冲击度目标函数MinY2的表达式如下：
Figure GDA0002888803160000181
式中，j：换挡冲击度；
σ：旋转质量换算系数；
Tm：电机转矩；
i0：主减速器速比；
r：车轮半径；
ig：变速器速比；
在建立换挡冲击度目标函数时，由于换挡前后会引起转矩波动，影响整车舒适性，所以采用冲击度衡量整车在换挡过程的舒适性，因此选取换挡冲击度j为第二个优化目标。
(4)以电机最大转矩值约束、再生制动低速截止点约束和电池荷电状态约束作为是否制动换挡的约束条件；
步骤(4)中所述的制动换挡的约束条件的表达式如下所示：
Figure GDA0002888803160000191
式中，Treg-max：电机最大再生制动力矩；
Treg-1：第一挡位再生制动力矩；
Treg-2：第二挡位再生制动力矩；
i0：主减速器速比；
ig1：第一变速器速比；
ig2：第二变速器速比；
v：汽车车速；
ηm：电机发电效率；
ηSOC：电池充电效率；
r：车轮半径；
SOC：,即荷电状态,用来反映电池的剩余容量,其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值。
由于再生制动力矩受电机最大再生制动力矩Treg-max限制，当车速低于再生制动最低车速截止点vlim时，纯电动汽车将不能从再生制动中获得能量，因此停止电机再生制动。但是，再生制动最低车速截止点vlim是通过动态观测得到的，是随外部环境，行驶工况等因素不断变化的变量，不适于用作约束条件。如果换挡后，1挡的再生制动回收能量小于2挡的再生制动回收能量，则不进行换挡，维持原有挡位。
由于动力电池的电荷状态SOC值能影响再生制动能量回收效率。当动力电池的电荷状态SOC值较低时，再生制动能量回收能力将变强，当动力电池的电荷状态SOC值较大时，对动力电池充电会导致过度充电而损害动力电池，此时汽车将维持原有挡位不变。
(5)最后，使用多目标布谷鸟优化算法结合步骤(2)中的设计变量，步骤(3)中的优化目标以及步骤(4)中的约束条件进行基于制动工况的两挡自动变速箱的纯电动汽车换挡规律优化。
步骤(5)中所述的多目标布谷鸟优化算法的模型如下列表达式所示：
MinF(v,Treg-1,Treg-2)＝(MinY1,MinY2)
式中，Treg-1：第一挡位再生制动力矩；
Treg-2：第二挡位再生制动力矩；
v：汽车车速；
MinY1：再生制动回收能量的目标函数；
MinY2：换挡冲击度的目标函数。
以车速、电机再生制动力矩和制动强度为优化变量，再生制动回收能量和制动时整车冲击度为优化目标，电机最大转矩、再生制动最低车速和电池的电荷状态限制为约束，利用多目标布谷鸟优化算法对换挡规律进行优化。
本实施例中，汽车选择10km/h作为纯电动汽车停止进行再生制动的车速。
多目标布谷鸟优化算法流程图如图4所示，以车速、电机再生制动力矩和制动强度为优化变量，再生制动回收能量和制动时整车冲击度为优化目标，电机最大转矩、再生制动最低车速和电池SOC限制为约束，利用多目标布谷鸟优化算法对换挡规律进行优化，结果如图5所示。
图6为优化后的换挡规律在美国城市道路循环工况下的仿真分析，通过仿真结果可知，当纯电动汽车挡位在二挡时进行制动，如图6虚线圈1所示，由于车速较低，没有降低至换挡车速，所以制动时不换挡。又如图6虚线圈2所示，圈内有一段连续制动工况，但由于制动强度太小，制动模式为电机单独模式，为了保证最大再生制动能量回收，同样不进行换挡。
当制动车速较高且制动模式为电液复合制动时，如图6实线圈3所示，由于汽车制动时的车速、制动强度和再生制动力矩满足非激进型驾驶风格换挡规律，所以汽车由二挡降至一挡。
通过仿真分析可知制动过程挡位变化符合所提的控制策略。
将本发明所提的制动换挡控制策略与不换挡的制动控制策略进行比较，在一个美国城市道路循环仿真工况内，制动不换挡控制策略消耗了5653.85KJ的能量，制动换挡控制策略消耗了5106.54KJ的能量，能量消耗减少了9.68％，提高了纯电动汽车的经济性。
本发明还对美国城市道路循环工况内制动换挡的冲击度进行了仿真，如图6所示，所有换挡的冲击度都满足德国冲击度最大值限制，保证了汽车制动换挡时的舒适性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神的前提提下，对本发明进行的改动均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于制动工况的两挡自动变速箱的纯电动汽车换挡规律多目标优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用分段式制动力分配方法，通过制动工况下的整车制动力分析，得到不同挡位和制动强度下的电机再生制动力矩；
(2)使用车速、电机再生制动力矩和制动强度作为换挡规律的优化变量；
(3)采用再生制动回收能量和制动时整车的冲击度为换挡规律的优化目标；
(4)以电机最大转矩值约束、再生制动低速截止点约束和电池荷电状态约束作为是否制动换挡的约束条件；
(5)最后，使用多目标布谷鸟优化算法结合步骤(2)中的设计变量，步骤(3)中的优化目标以及步骤(4)中的约束条件进行基于制动工况的两挡自动变速箱的纯电动汽车换挡规律优化。
2.根据权利要求1所述的基于制动工况的两挡自动变速箱的纯电动汽车换挡规律多目标优化方法，其特征在于：步骤(1)中所述的分段式制动力分配方法有以下步骤：
1)当0＜z≤0.15时，制动力完全由前轴电机再生制动力提供；
2)当0.15＜z≤0.45时，为保证足够的制动效率，此时，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担；
3)当0.45＜z≤0.59时，随着期望制动强度z增大，当z＝0.59时，电机的扭矩最大，为保证制动的稳定性，前轴制动力保持不变，不足的制动力由后轴制动力补充，此时，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担；
4)当0.59＜z≤0.7时，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担，当z＝0.7时，前后车轮可以同时抱死，使制动距离最短，在湿滑的混凝土路面
Figure FDA0002888803150000022
上整车的制动安全性最高，其中
Figure FDA0002888803150000023
为公路的附着系数；
5)当z＞0.7时，为保证制动安全性，电机不再提供制动力，制动力全部由液压制动力承担；
上述步骤中的z为期望制动强度，即制动减速度与重力加速度的比值。
3.根据权利要求2所述的基于制动工况的两挡自动变速箱的纯电动汽车换挡规律多目标优化方法，其特征在于：分段式制动力分配方法中不同挡位下的电机再生制动力的计算方法如下：
1)电机单独制动时，即期望制动强度z的范围在0＜z≤0.15时，为再生制动电机单独制动模式，该制动模式下制动力全部由前轴的再生制动电机提供,再生制动力的计算公式如下所示：
Figure FDA0002888803150000021
式中，Freg-i：当前挡位再生制动力；
Treg-i：当前挡位再生制动力矩；
ig：变速器速比；
r：车轮半径；
m：汽车质量；
z：期望制动强度；
2)电液联合制动时，即期望制动强度z的范围在0.15＜z≤0.7时，此时制动力由电机再生制动力和液压制动力共同提供，为了增加再生制动回收能量，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担，此时，再生制动力的计算公式如下所示：
Figure FDA0002888803150000031
式中，Freg-i：当前挡位再生制动力；
Treg-i：当前挡位再生制动力矩；
ig：变速器速比；
r：车轮半径；
3)液压单独制动时，即期望制动强度z的范围在z＞0.7时，所有制动力仅由电子液压制动系统提供，无需考虑再生制动电机的换挡情况，故再生制动力为零。
4.根据权利要求1所述的基于制动工况的两挡自动变速箱的纯电动汽车换挡规律多目标优化方法，其特征在于：步骤(3)中所述的再生制动回收能量的目标函数MinY1的表达式如下：
Figure FDA0002888803150000032
式中，Treg-i：当前挡位再生制动力矩；
nm-i：不同挡位下的电机转速；
ηm：电机发电效率；
ηSOC：电池充电效率；
而电机转速nm-i如下所示：
Figure FDA0002888803150000033
式中，i0：主减速器速比；
ig：变速器速比；
v：汽车车速；
1)若制动过程中需要进行换挡，则步骤(3)中所述的再生制动回收能量的目标函数MinY1的表达式如下：
Figure FDA0002888803150000041
式中，Treg-1：第一挡位再生制动力矩；
Treg-2：第二挡位再生制动力矩；
i0：主减速器速比；
ig1：第一变速器速比；
ig2：第二变速器速比；
v：汽车车速；
ηm：电机发电效率；
ηSOC：电池充电效率；
r：车轮半径；
换挡前后车速变化很微小，换挡前后车速视为不变；
2)若制动过程不换挡，则步骤(3)中所述的再生制动回收能量的目标函数MinY1的表达式如下：
Figure FDA0002888803150000042
式中，Treg-i：当前挡位再生制动力矩；
i0：主减速器速比；
ig：变速器速比；
v：汽车车速；
ηm：电机发电效率；
ηSOC：电池充电效率。
5.根据权利要求1所述的基于制动工况的两挡自动变速箱的纯电动汽车换挡规律多目标优化方法，其特征在于：步骤(3)中所述的制动时整车的冲击度目标函数MinY2的表达式如下：
Figure FDA0002888803150000051
式中，j：换挡冲击度；
σ：旋转质量换算系数；
Tm：电机转矩；
i0：主减速器速比；
r：车轮半径；
ig：变速器速比。
6.根据权利要求1所述的基于制动工况的两挡自动变速箱的纯电动汽车换挡规律多目标优化方法，其特征在于：步骤(4)中所述的制动换挡的约束条件的表达式如下所示：
Figure FDA0002888803150000052
式中，Treg-max：电机最大再生制动力矩；
Treg-1：第一挡位再生制动力矩；
Treg-2：第二挡位再生制动力矩；
i0：主减速器速比；
ig1：第一变速器速比；
ig2：第二变速器速比；
v：汽车车速；
ηm：电机发电效率；
ηSOC：电池充电效率；
r：车轮半径；
SOC：,即荷电状态,用来反映电池的剩余容量,其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值。
7.根据权利要求1所述的基于制动工况的两挡自动变速箱的纯电动汽车换挡规律多目标优化方法，其特征在于：步骤(5)中所述的多目标布谷鸟优化算法的模型如下列表达式所示：
MinF(v,Treg-1,Treg-2)＝(MinY1,MinY2)
式中，Treg-1：第一挡位再生制动力矩；
Treg-2：第二挡位再生制动力矩；
v：汽车车速；
MinY1：再生制动回收能量的目标函数；
MinY2：换挡冲击度的目标函数。
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