仿真结果的分析与优化

为了验证模式切换过程中基于模型预测和控制分配的转矩协调控制策略（MPC）的有效性，仿真过程采用传统操作方法作为基准（Baseline），用以对比本节所提的转矩协调控制策略的性能。Baseline方法假设等效转矩和离合器转矩均以线性比例增加，即

经过调试与对比，离合器接合速差的阈值为200 r/min，模型预测控制器采样时间间隔为0.01 s，虚拟控制量的权重矩阵为 Rv=diag（4，2），实际控制量的加权矩阵。此外，本书采用车辆纵向冲击度和离合器滑摩功作为模式切换过程切换品质的评价指标，公式如下：

式中，j为车辆纵向冲击度；av为车辆纵向加速度；WCL为离合器滑摩功；Δω 为离合器主、被动端的速差；t1为离合器滑摩阶段的开始时刻；t2为离合器滑摩阶段的结束时刻。

图7.5给出了离合器接合过程中基于模型预测和控制分配的转矩协调控制与采用基准方法的仿真对比结果。由图7.5（c）和（d）仿真结果可知，在模式切换开始时刻，离合器主动端的初始转速为1 750 r/min，被动端的初始转速为1 450 r/min。Baseline方法采用离合器快速充油策略来增加离合器转矩，在仿真时间0.58 s时刻完成离合器接合并进入锁止阶段，此时由离合器转矩TCL（t）求得离合器转矩；而MPC在初始阶段采用电机主动调速方式，使离合器主、被动端转速的速差迅速达到设定的阈值，此时离合器转矩为零。当仿真时间为0.31 s时，离合器的速差满足设定的阈值，此时进入离合器滑摩阶段同时产生摩擦转矩；当仿真时间为0.73 s时，离合器主、被动端完成同步接合，此时速差为零，离合器进入锁止阶段。通过对比发现，MPC的离合器滑摩时间为0.42 s，相比Baseline方法的滑摩时间0.58 s，缩短了0.16 s，在满足模式切换过程响应速度快的同时，有助于减少离合器的滑摩损失。

由图7.5（a）、（b）和（c）分析可知，为了保证模式切换过程的平稳过渡，MPC能够增加 T1（t）和 T2（t）的转矩来补偿离合器的摩擦转矩。通过与Baseline方法相比，MPC在保证车速稳步上升的同时，加速度的波动范围更小，车辆纵向冲击度的绝对值远小于Baseline方法的冲击度，如图7.5（e）、（f）和（g）所示。

由于车辆的纵向冲击度是衡量车辆行驶过程纵向特性的重要指标，因此本书所提出的MPC能够显著地提高车辆在模式切换过程中的驾驶性能。(www.xing528.com)

图7.5　基于模型预测和控制分配的转矩协调控制仿真结果

（a）作用在轴1上的等效转矩；（b）作用在轴2上的等效转矩；（c）离合器转矩；（d）离合器主、被动端转速；（e）车速；（f）纵向加速度；（g）冲击度；（h）离合器滑摩功

由约束的最优化问题可知，滑摩时间、摩擦转矩和速差是决定离合器滑摩损失的重要因素。通过上文分析可知，以上三个因素在MPC中均小于Baseline方法，因此大大减小了离合器的滑摩功，有助于延长离合器的使用寿命。

表7.1详细给出了离合器接合过程中MPC与Baseline方法的仿真结果对比。

表7.1　MPC与Baseline方法控制效果对比