純電動汽車兩擋雙離合變速器換擋控制研究

純電動汽車兩擋雙離合變速器換擋控制研究摘要純電動汽車兩擋干式雙離合器自動變速器通過控制兩離合器的接合與分離完成換擋。由于離合器的摩擦因數(shù)隨溫度改變而變化，采用參數(shù)自適應(yīng)方法對摩擦因數(shù)進行了實時在線參數(shù)估計。根據(jù)換擋動力學(xué)模型，設(shè)計了一種基于擴張狀態(tài)觀測器的反步控制器，通過給出電機與1擋離合器從動盤的目標轉(zhuǎn)速，將換擋過程轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速跟蹤問題。通過仿真和硬件在環(huán)驗證了該控制器在外界干擾的情況下仍能有效保證自動變速器的換擋品質(zhì)，且具有良好的魯棒性。關(guān)鍵詞雙離合器變速器擴張狀態(tài)觀測器魯棒控制換擋品質(zhì)ResearchonShiftControlofTwo-gearDualClutchTransmissioninPureElectricVehiclesAbstractPureelectricvehicletwo-geardrydualclutchautomatictransmissioncompletestheshiftthroughthecontroloftwoclutchesengagementandseparation.Sincethefrictioncoefficientofclutchchangeswithtemperature，theparameteradaptivemethodisusedtoestimatethefrictioncoefficientonlineinrealtime.Accordingtotheshiftingdynamicsmodel，abacksteppingcontrollerbasedontheextendedstateobserverisde?signed，andtheshiftingprocessistransformedintospeedtrackingproblembygivingthetargetspeedofthemo?torandthefirstgearclutchdisk.Simulationandhardware-in-the-loopverifythatthecontrollercaneffectivelyensuretheshiftqualityofautomatictransmissionundertheconditionofexternalinterference，andhasgoodro?bustness.KeywordsDualclutchtransmissionExtendedstateobserverRobustcontrolShiftquality0引言雙離合自動變速器（DCT）與其他變速器相比，采用兩個離合器，通過離合器執(zhí)行機構(gòu)和選擋執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)無動力中斷換擋[1]。它綜合了機械式自動變傳輸效率高、換擋質(zhì)量好，在傳動系統(tǒng)中有著廣闊的應(yīng)用前景[2]。DCT換擋時，兩個離合器同時參與工作，可以實現(xiàn)無動力中斷換擋；若不能協(xié)調(diào)控制兩離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩，則會造成轉(zhuǎn)矩的重疊或動力中斷[3]。因此，在換擋過程中，控制的關(guān)鍵在于協(xié)調(diào)離合器的壓盤壓力、電機轉(zhuǎn)速以及電機轉(zhuǎn)矩。在雙離合自動變速器換擋控制的研究中，OhJJ等[4-5]建立了轉(zhuǎn)矩觀測器，對離合器的傳遞轉(zhuǎn)矩動態(tài)特性進行估計，能有效延長離合器的使用壽命。陳亮等[6]通過Matlab/simulink建立雙離合變速器模型與整車模型，采用d-SPACE實時系統(tǒng)對控制系統(tǒng)進行驗證，以此減少換擋控制系統(tǒng)的開發(fā)周期。KimS等[7-11]用魯棒控制策略對電機轉(zhuǎn)矩及傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩進行估計，有效降低了換擋的沖擊度，提高了換擋品質(zhì)。TambaR等[12-13]將電機和離合器的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩聯(lián)合控制，來減少換擋時間，提升摩擦片的壽命，但未考慮到換擋時的沖擊度。SrinivasanK等[14-16]用批處理最小二乘法估計換擋時離合器的摩擦因數(shù)，但未對摩擦因數(shù)進行實時在線估計。ChengXS等[17]對干式DCT換擋時的不同階段采用不同的壓力控制策略，使換擋過程能快速平穩(wěn)地完成。LiuJK等[18-19]對DCT離合器C1與C2的分離與接合速度進行協(xié)調(diào)控制，能有效地減少換擋時間與換擋沖擊。以上文獻中對DCT的換擋過程研究，主要是基于燃油機進行的。本文中研究對象為純電動汽車兩擋干式雙離合自動變速器（2DCT）。電動汽車起步前，1擋離合器處于接合狀態(tài)，依靠電機低速恒扭的特性起步，故不會對離合器摩擦片造成磨損，有效提高了離合器的使用壽命。干式雙離合器在制造成本與輕量化方面比濕式雙離合器更有優(yōu)勢。此外，由于干式雙離合器沒有液壓阻力，傳動效率比濕式雙離合器高。相對于單級變速器，兩擋自動變速器還能降低對電機最高轉(zhuǎn)速與最大轉(zhuǎn)矩等的性能要求。相對于傳統(tǒng)車輛搭載的DCT，純電動汽車自動變速器的擋位少且擋位階比大。以車速50km/h時升擋為例，此時，離合器C2主、從動盤的轉(zhuǎn)速誤差高達約3000r/min，該轉(zhuǎn)速誤差遠大于內(nèi)燃機換擋時的轉(zhuǎn)速誤差；電機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速特性與內(nèi)燃機也有很大差別。所以，傳統(tǒng)車輛DCT的控制方法具有參考價值，但并不完全適用于2DCT的換擋過程控制，故需要對2DCT提出合適的控制方法。本文中針對自主開發(fā)的2DCT，提出了一種基于擴張狀態(tài)觀測器的自適應(yīng)反步控制方法。離合器摩擦片在摩擦過程中，摩擦參數(shù)主要受摩擦副溫升影響[20-21]，故將摩擦參數(shù)定義為自適應(yīng)參數(shù)，通過自適應(yīng)控制器對其進行實時在線估計；同時，采用擴張狀態(tài)觀測器對未建模參數(shù)、外界干擾以及模型誤差進行補償。通過仿真軟件搭建電機模型、離合器模型、2DCT模型以及車輛模型并進行仿真；采用NI-PXI平臺進行硬件在環(huán)實驗（HIL對提出的控制方法進行了驗證。該方法可提高電機轉(zhuǎn)速、離合器從動盤的轉(zhuǎn)速跟蹤精度，達到了優(yōu)化換擋品質(zhì)的目的。12DCT工作原理及動力學(xué)模型1.12DCT工作原理原理圖。1擋時，電機軸的動力通過離合器C1、輸入軸1、傳遞到中間軸；2擋時，電機軸的動力通過離合器2、輸入軸2、傳遞到中間軸。進行換擋時，只需通過控制離合器C1、C2的接合與分離，無需同步器結(jié)構(gòu)。圖3所示為2DCT升擋過程圖。DCT換擋過程主要有3個階段，分別為準備階段、轉(zhuǎn)矩階段、慣性階段。但降擋與升擋的轉(zhuǎn)矩階段、慣性階段出現(xiàn)的順序相反[22]。下文以升擋為例進行說明。（1）準備階段。該階段需要完成離合器接合之前的空行程和預(yù)備換擋。此時，離合器C1接合，離合器C2分離。Fig.12DCTstructure（2）轉(zhuǎn)矩階段。該階段需完成離合器C1傳遞轉(zhuǎn)矩到離合器C2傳遞轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換。該階段，兩個離合器均參與工作，并且都處于滑磨階段，都將動力傳遞到中間軸上。此時，離合器C1上的壓力逐漸減??；離合器C2上的壓力逐漸增大，直到離合器C1上壓力降為0，該階段結(jié)束。圖22DCT結(jié)構(gòu)原理Fig.22DCTstructureprinciple圖32DCT升擋過程Fig.32DCTupshiftprocess（3）慣性階段。該階段完成離合器C2的主、從動盤轉(zhuǎn)速同步。此時，離合器C1已完成分離，離合器C2從動盤還在系統(tǒng)慣性的作用下，與電機轉(zhuǎn)速未同步，需繼續(xù)完成最終的離合器接合，使其轉(zhuǎn)速完全同步。由于該階段完成的是低擋離合器分離、高擋離合器接合，并有輸出轉(zhuǎn)速的變化，因此，將會產(chǎn)生一定的沖擊力。圖4所示為雙離合器自動變速器換擋控制策略。升擋指令，雙離合變速器進入準備階段，該階段主要消除離合器C2主動部分與從動部分之間的間隙；離合器C1傳遞轉(zhuǎn)矩，離合器C2不傳遞轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩階段，離合器C1壓力持續(xù)降低；離合器C2壓力持續(xù)增大，直到離合器C1壓力為0，該階段完成。慣性階段，離合器C1已完全分離，但離合器C2并未完全接合，需要繼續(xù)增加離合器C2上的壓力，降低電機轉(zhuǎn)矩，直至電機轉(zhuǎn)速與離合器C2從動盤的轉(zhuǎn)速同步；然后，鎖死離合器C2的主動盤與從動盤，升擋過程完成。圖4換擋控制策略Fig.4Shiftcontrolstrategy1.22DCT動力學(xué)模型DCT動力學(xué)模型是一個多自由度、多零件并且耦合性較高的系統(tǒng)[23]。圖5所示為2DCT動力學(xué)模型簡圖。建立換擋動力學(xué)方程時做出如下假設(shè)：軸上。（2）忽略齒輪與齒輪之間的嚙合間隙。（3）差速器、車輪與驅(qū)動軸剛性連接，并將差速器、車輪上的轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)移到驅(qū)動軸上。電機與離合器主動軸處的動力平衡方程為式中，Ie為電機與離合器主動軸的轉(zhuǎn)動慣量；be為電機與離合器主動軸的旋轉(zhuǎn)阻尼系數(shù)；Te為電機輸出轉(zhuǎn)矩；TC1為離合器C1的傳遞轉(zhuǎn)矩；TC2為離合器C2的傳遞轉(zhuǎn)矩；ωe為電動機轉(zhuǎn)速。圖52DCT動力學(xué)模型簡圖Fig.5Schematicdiagramof2DCTdynamicmodel離合器從動部分與齒輪的動力平衡方程為C1C1=TC1-bC1ωC1-T1■IC2C2=TC2-bC2ωC2式中，IC1為離合器C1從動部分的轉(zhuǎn)動慣量；IC2為離合器C2從動部分的轉(zhuǎn)動慣量；bC1為離合器C1從動部分的旋轉(zhuǎn)阻尼系數(shù)；bC2為離合器C2從動部分的旋轉(zhuǎn)阻尼系數(shù)；ωC1為離合器C1從動部分的轉(zhuǎn)速；ωC2為離合器C2從動部分的轉(zhuǎn)速；T1為離合器C1從動部分輸出轉(zhuǎn)矩；T2為離合器C2從動部分輸出轉(zhuǎn)矩。經(jīng)過主減速器傳遞到驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)矩T0為式中，i1為1擋傳動比；i2為2擋傳動比；i0為主減速器的傳動比。從2DCT的結(jié)構(gòu)中可知，控制離合器C1的轉(zhuǎn)速與控制離合器C2的轉(zhuǎn)速等價，整理得ee-TC1-TC2EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up0('),C)1C1=TC1+(i2/i1)TC2-bEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up0('),C)1ωC1-T0/(i1i0)（4）其中，EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up0('),C)+(i2/i1)2bC2+b0/(i1i0)2（EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up0('),C)+(i2/i1)2bC2+b0/(i1i0)2（5）式中，f為滾動阻力系數(shù)；CD為空氣阻力系數(shù)；A為車輛迎風(fēng)面積；G為整車重力；m為整車質(zhì)量；δ為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；α為路面坡度角度；v為車速；r為車輪半徑。e-ωCnKn=RZμ式中，n取1、2；R為離合器等效半徑；Z為離合器工作面數(shù)；Fn為作用于離合器的正壓力；μ為離合器摩擦因數(shù)。22DCT魯棒控制器設(shè)計2.12DCT控制模型在換擋過程中，當兩離合器處于滑磨狀態(tài)時，其動力平衡方程為■IEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up0('),C)1C1=TC1+(i2/i1)TC2-bEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up0('),C)1ωC1-（■IEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up0('),C)1C1=TC1+(i2/i1)TC2-bEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up0('),C)1ωC1-（7）T0/(i1i0)+f2(t)定義不確定參數(shù)矩陣為2T式中，f1(t)、f2(t)分別為系統(tǒng)模型的不確定性以及未知干擾；參數(shù)不確定矩陣K與fn(t)有界。定義參數(shù)估計誤差為EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up1(?),K)=EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up1(?),K)-K（9）式中，EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(?),K)為參數(shù)估值。定義EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up7(X),u1)EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up5(1),1)232C1Tu2=EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up0(?),F)2EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up2(1),2)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up4(T),u)-g1K1F1-g2x1-K2F2/Ie+EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up7(?),f1)(t)3=T0'-g3K1F1-g4x3+i'K2F2/IEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2147483647('),C)1+EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up1(?),f2)(t)（11）其中，|EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(?),f1)=f1|EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(?),f1)=f1(t)/Ie|EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up6(g1),g2)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up7(s),b)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up7(n),/I)we-wC1)/Ie0'=-T0/i1i0IEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up1('),C)1（12）|EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(?),f2)=f2(t)/IEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2147483647('),C)1i′=i2/i1|EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up7(g3),g4)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up7(s),b)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up7(n),1/)e-wC1)/IEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up7('),C)1i′=i2/i12.2觀測器與魯棒控制器設(shè)計由于雙離合變速器在換擋時模型的不確定和未知干擾的影響，擴張狀態(tài)觀測器（ESO）不僅用于估計未測量的系統(tǒng)狀態(tài)，還用于估計建模不確定性。擴張狀態(tài)觀測器的適應(yīng)性和魯棒性比一般狀態(tài)觀測器強[24]。該控制器采用ESO觀測器與自適應(yīng)魯棒控制器相結(jié)合，可在一定程度上對干擾進行補償，并且可實現(xiàn)摩擦因數(shù)的參數(shù)自適應(yīng)。通過式（11）可得1EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up7(e),2)13e24=Te'-g1K1x4-g2x1-K2x2/Ie+e1EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(?),f1)0'-g3K1x4-g4x3+i'K2x2/IEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up0('),C)1+e2EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(?),f2)1由此可建立觀測器方程為|e1-xt1'-g1K1x4-g21-K2x2|e1-xt1e1=-ωEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up3(2),0)(1-x1)xt1=2ω0(1-x1)e2-xt2|||3=T0'-g3K1x4-g43+i'K2x2/Ie2-xt2|||e2=-ωEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up3(2),0)(3-x3)xt2=2ω0(3-x3)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up3(?),f1)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up3(?),f2)(t)的觀測值；ω0為觀測器的觀測頻率。定義x1d、xC1d分別為x1、x3的跟蹤角速度，定義α2、α4分別為x2、x4的控制輸出項，則有4分別為角速度ωe、ωC1的跟蹤誤差以及離合器C1、C2的正壓力輸出誤差。通過魯棒設(shè)計方法可得1、3分別為EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(?),K)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(?),K)2/Ie-k1se1-e13=-k3e2+g3EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up1(?),K)1e4-i'EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up1(?),K)2e2/IEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2147483647('),C)1+k3se3-e2（16）式中，k1、k3均為正反饋增益系數(shù)；k1s、k3s均為正非線性增益系數(shù)。綜上所述，基于ESO觀測器的自適應(yīng)魯棒控制器輸出設(shè)計為=[-i′EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up3(?),K)2u2/IEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up0(′),C)1-(g4+k3+k3s)3-T0′-e2+C1d-(k3+k3s)C1d]/EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(?),K)1g3EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up6(1),d)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up8(-),k)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up8(+),1d)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up8(k),])其中e1=e1-xe其中e2=e2-xe22.3穩(wěn)定性分析通過構(gòu)造Lyapunov函數(shù)來證明控制器的穩(wěn)定性。ESO觀測器及魯棒控制器的穩(wěn)定性證明如下所述。定義234]TEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up4(2),1)EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up4(2),2)EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up4(2),3)EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up4(2),4)則EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(?),V)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(?),K)4+EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(?),K)22/Ie-k1se1-e1)+e3(-k3e3+g3EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(?),K)1e4-i'EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(?),K)2e2/IEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up0('),C)1+k3se3-e2)+e2(-k2e2)+4(-k4e4)≤-eTΛe-εk1k2≤EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(?),K)EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up3(2),2)/4Ie2，k3k4≤gEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up4(2),3)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up3(?),K)EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up4(2),1)/4。對任意狀態(tài)存在EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(?),V)<0，EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(?),V)負定，此時控制器逐漸穩(wěn)定。3結(jié)果分析3.1仿真分析2DCT換擋仿真模型包括整車控制單元（VCU）、TCU、電機與控制器、液壓系統(tǒng)、離合器、2DCT和整車模型，分別如圖6、圖7所示。各模型功能如下所述。圖6TCU與VCU控制器模型Fig.6TCUandVCUcontrolmodels（1）VCU模型：對實際車速和變速器擋位狀態(tài)進行監(jiān)測，并根據(jù)換擋規(guī)律做出響應(yīng)。將TCU的轉(zhuǎn)矩需求、加速踏板開度信號傳輸?shù)诫姍C控制器，將換擋指令、汽車加速度信號傳輸?shù)絋CU。（2）TCU模型：根據(jù)電機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩、實際車速和離合器C1、C2的轉(zhuǎn)矩，對液壓系統(tǒng)進行換擋控制。將壓力信號傳輸?shù)揭簤合到y(tǒng)，將變速器換擋狀態(tài)、轉(zhuǎn)矩需求信號輸出到VCU，協(xié)調(diào)電機與液壓系統(tǒng)完成換擋。（3）電機與控制器模型：根據(jù)踏板開度信號及電機轉(zhuǎn)矩需求對電機進行控制。將電機輸出轉(zhuǎn)矩輸出到離合器，將電機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速信號反饋到TCU。（4）液壓系統(tǒng)：TCU通過電磁閥控制離合器C1、2油路的壓力，使換擋執(zhí)行機構(gòu)動作。將推力輸出至離合器，將油路壓力反饋至TCU。圖72DCT換擋結(jié)構(gòu)模型Fig.72DCTshiftstructuremodel表1仿真模型參數(shù)參數(shù)數(shù)值0.075從動軸等效轉(zhuǎn)動慣量/（kg·m2）1.473主動軸旋轉(zhuǎn)阻尼/（N·s/rad）0.0015從動軸等效旋轉(zhuǎn)阻尼/（N·s/rad）0.001911擋傳動比i132擋傳動比i2主傳動比i03.91整車質(zhì)量/kg車輪半徑/m0.31離合器等效半徑/m0.07322電機轉(zhuǎn)速初始值/（rad/s）525.5離合器從動盤C1初始值/（rad/s）525.5（5）離合器：通過液壓系統(tǒng)執(zhí)行件的推力，控制離合器C1、C2分離與接合，完成換擋。（6）2DCT與整車縱向動力學(xué)模型：離合器輸出的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)過變速箱輸出到整車模型。2DCT將離合器C1的轉(zhuǎn)速信號反饋至TCU，整車模型將車速信號對于純電動兩擋雙離合自動變速器升擋過程，仿真參數(shù)如表1所示。在開始升擋時，TCU控制液壓系統(tǒng)，降低離合器C1的正壓力至滑磨臨界附近，同時需要克服離合器C2膜片彈簧的預(yù)緊力。所設(shè)計的控制器中其他參數(shù)設(shè)置如表2所示。表2控制器參數(shù)參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值Ts0.000552005×10-8505×10-8501在仿真過程中，給出電機轉(zhuǎn)速ωe與離合器C1轉(zhuǎn)速ωC1的期望軌跡，控制器將對期望軌跡進行跟蹤。將所設(shè)計的魯棒控制器與PID控制相對比，PID控制器1控制跟蹤電機轉(zhuǎn)速ωe，PID控制器2控制跟蹤C1。對比在無干擾下，魯棒控制器與PID控制器的跟蹤誤差，驗證魯棒控制器是否具有更好的跟蹤精度。整定后的PID控制器參數(shù)如表3所示。表3PID控制器參數(shù)KPKIKDPID控制器110.40.8PID控制器210.50.5無干擾輸入下電機轉(zhuǎn)速與離合器C1轉(zhuǎn)速的跟隨結(jié)果及誤差仿真結(jié)果如圖8所示。（a）電機轉(zhuǎn)速跟蹤（b）電機轉(zhuǎn)速跟蹤誤差（c）離合器C1轉(zhuǎn)速跟蹤（d）離合器C1轉(zhuǎn)速跟蹤誤差圖8無干擾輸入下的控制結(jié)果Fig.8Controlresultswithoutinterferenceinput由圖8中可知，在無外界干擾時，魯棒控制與PID控制均能對離合器C1的轉(zhuǎn)速進行良好的跟蹤。對于電機轉(zhuǎn)速跟蹤，其轉(zhuǎn)速誤差有兩處峰值，分別在0.3s和0.6s處。0.3s是轉(zhuǎn)矩階段切換到慣性階段，0.6s是換擋完成附近。魯棒控制的跟蹤誤差最大值為9.60rad/s，PID控制的跟蹤誤差最大值為29.82rad/s。對于離合器C1的轉(zhuǎn)速跟蹤，魯棒控制的跟蹤最大誤差為1.037rad/s，PID控制的最大跟蹤誤差為2.616rad/s。如表4所示。表4無擾輸入時跟蹤誤差轉(zhuǎn)速最大跟蹤誤差魯棒控制PID控制電機轉(zhuǎn)速誤差9.6029.82離合器C1轉(zhuǎn)速誤差2.616對于電機和離合器的轉(zhuǎn)速跟蹤，在轉(zhuǎn)速恒定或以相等的速比變化時，魯棒控制和PID控制都能進行良好的跟蹤且總體趨于穩(wěn)定，具有良好的魯棒性；但在轉(zhuǎn)速比有突變的情況下，跟蹤誤差有較大的變化。魯棒控制的跟蹤誤差小于PID控制的跟蹤誤差，故魯棒控制的跟蹤精度更好。PID誤差比魯棒控制誤差大的原因可能是增益系數(shù)不能良好地適應(yīng)轉(zhuǎn)速比突然的變化，而魯棒控制具有良好穩(wěn)定性。在離合器C1的轉(zhuǎn)速跟蹤中，魯棒控制器與PID控制器的跟蹤誤差都不趨向于0。原因是雙離合器換擋過程中所傳遞的轉(zhuǎn)矩大于車輛所受阻力，導(dǎo)致車輛仍然處于加速狀態(tài)，此時跟蹤誤差不趨向于0，但是并沒有失穩(wěn)，并符合駕駛員的駕駛意圖。但是，PID控制輸出的車速在降低，并不符合駕駛員駕駛意圖。在干擾輸入下，驗證了ESO觀測器的補償效果，如圖9所示。由圖9中可知，魯棒控制器在干擾輸入下的電機轉(zhuǎn)速誤差增加了1.04rad/s；PID控制器在干擾輸入下的電機跟蹤誤差增加了6.67rad/s。魯棒控制器在干擾輸入下的離合器C1轉(zhuǎn)速誤差變化了0.071rad/s；PID控制器在干擾輸入下的離合器C1跟蹤誤差增加了0.294rad/s。如表5所示。（a）電機轉(zhuǎn)速跟蹤（b）電機轉(zhuǎn)速跟蹤誤差（c）離合器C1轉(zhuǎn)速跟蹤（d）離合器C1轉(zhuǎn)速跟蹤誤差圖9有干擾輸入下的控制結(jié)果Fig.9Controlresultswithinterferenceinput表5有干擾輸入時跟蹤誤差轉(zhuǎn)速最大跟蹤誤差魯棒控制PID控制電機轉(zhuǎn)速誤差36.55離合器C1轉(zhuǎn)速誤差0.9662.91因此可知，ESO觀測器對干擾的估計與補償效果良好，能有效地對外界干擾與模型誤差進行估計并進行補償，減小了干擾下對目標的跟蹤誤差。圖10所示為自適應(yīng)控制器對離合器摩擦因數(shù)的估計結(jié)果。初始狀態(tài)下為離合器C1主動盤與從動盤之間為靜摩擦，此時估計值約為0.42。當主動盤與從動盤進入滑磨狀態(tài)，摩擦因數(shù)的估計值也發(fā)生變化。圖10離合器摩擦因數(shù)估計結(jié)果Fig.10Estimationresultsofclutchfrictioncoefficient在0.1s時的估計值為0.34，并在0.4s時趨于穩(wěn)定，此時估計值約為0.3。由此可知，參數(shù)自適應(yīng)可以在摩擦因數(shù)變化時，對其進行良好的實時在線估計。圖11所示為魯棒控制器輸出升擋時兩離合器的壓力變化，轉(zhuǎn)矩階段靜摩擦轉(zhuǎn)換為滑動摩擦，摩擦因數(shù)變小。在0.3s附近，離合器C1的壓力由452N降為0，不再傳遞轉(zhuǎn)矩，離合器C2傳遞力矩繼續(xù)增加。圖12所示為離合器換擋過程的滑磨功，換擋所產(chǎn)生的滑磨功為6.12kJ，其滑磨功增加較為平穩(wěn)。圖13所示為換擋所產(chǎn)生的沖擊度，在0~0.2s，其沖擊度為負沖擊，并且波動范圍小，原因可能是在轉(zhuǎn)矩階段兩離合器轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換較為平穩(wěn)。在0.2~0.6s，沖擊度有較大的波動，原因可能是在慣性階段降低電機轉(zhuǎn)速，使離合器C2轉(zhuǎn)速快速同步，影響了沖擊度的變化。在整個換擋過程中，所產(chǎn)生的最大沖擊度為7.9m/s3，小于德國推薦標準10m/s3，換擋過程的平順性好。圖11離合器壓力變化Fig.11Clutchpressurechange圖12離合器換擋過程的滑磨功Fig.12Slidingworkofclutchduringgearshifting圖13升擋沖擊度Fig.13Upshiftimpact由于1擋與2擋的階比為2.52，不同于普通的燃油機用變速器?？刂破鬏敵龅碾x合器C2壓力變化與常規(guī)控制不太相同，在慣性階段，離合器C2傳遞的轉(zhuǎn)矩仍然增加。分析認為，魯棒控制器在轉(zhuǎn)矩階段沒有完全將離合器C2的壓力提升至目標值（1140N是為了減小換擋過程產(chǎn)生的沖擊；在慣性階段，配合電機轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，增大了離合器C2的壓力，是為了加快電機轉(zhuǎn)速與離合器轉(zhuǎn)速同步，減少換擋時間，延長離合器摩擦片壽命。3.2硬件在環(huán)為了對魯棒控制器進行進一步驗證，采用NI-PXle平臺進行了硬件在環(huán)實驗。在實車中，TCU、VCU以及電機控制器都是通過CAN總線進行通訊，其中，TCU通過驅(qū)動電路對液壓換擋執(zhí)行機構(gòu)中的電磁閥進行控制；VCU等控制器通過傳感器反饋信號，了解被監(jiān)測系統(tǒng)的工作情況并進行響應(yīng)。在虛擬仿真中，控制器與被控對象都是虛擬的，所有的信號都是虛擬連接。硬件在環(huán)實驗中，TCU與液壓換擋執(zhí)行機構(gòu)是實物，通過NI-PXle模擬TCU與液壓換擋機構(gòu)在實車中的工作環(huán)境，TCU與NI-Pxle采用CAN通訊。其中，2DCT、電機、離合器、車輛縱向動力學(xué)模型通過NI-Pxle進行模擬，是虛擬的。但由于NI-PXle也可以認為是一種控制器，所以，可以間接認為VCU與電機控制器是真實的。綜上所述，硬件在環(huán)實驗比虛擬仿真更接近真實情況。通過TCU、NI-PXle、液壓裝置等搭建了硬件在環(huán)實驗環(huán)境，如圖14所