第1章 绪论
目前对车辆自动变速技术的研究还处于探索阶段，需要参考借鉴混合动力汽车的自动变速技术。但二者又有本质的区别，由于负载工况、工作模式、系统结构等方面的不同，汽车领域的相关共性技术不能直接应用到工程车辆。因此，必须根据混合动力工程车辆的工况特点，研究适用于混合动力工程车辆的自动变速技术。 本文结合高等学校博士学科点专项科研基金资助课题（20120061110023）及吉林大学“985 工程”项目。以混合动力工程车辆改善燃油经济性，提高能量利用率，改善车辆动力性能，减轻驾驶员作业强度，提高作业质量和作业效率，改善换挡品质为目标，结合混合动力工程车辆的工况特点、动力系统复合模式、参数优化匹配和能量管理控制策略等，对混合动力工程车辆的自动变速换挡策略及控制方法进行深入研究。目前对工程车辆自动变速技术的研究，主要是参考汽车方面的相关技术方法，没有深入考虑工程车辆的实际工况特点。对于普通车辆，发动机的输出功率主要用于驱动车辆行驶，辅助设备所消耗的功率一般占输出功率的 10%以下。通常制定换挡规律时，先减去辅助设备的平均消耗功率，之后匹配发动机和动力传动系统，进而制定自动变速的换挡规律和方法。工程车辆边作业边行驶，在一些典型工况（如大土方或原石作业工况等）下，用于作业的功率最高可达发动机额定功率的 40%-60%，并且随着作业载荷的变化，发动机的输出也处于波动状态。深入研究作业载荷变化对工程车辆换挡特性的影响具有重要的理论及实际意义。
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第2章 混合动力工程车辆系统方案及参数匹配
2.1 工程车辆工况分析
根据图 2.1-图 2.5 实际载荷谱进行工况分析，总体上装载机工作周期性强，负载波动频繁剧烈。装载机工作中需求功率较大的主要是传动系统、工作液压泵和转向液压泵系统。由于土壤及路面情况复杂，装载机工作时传动轴负载转矩和液压泵出口压力波动较为剧烈，发动机的输出功率波动很大。各工作阶段负载不同且相差较大，运输行走工况液压泵出口压力及负载转矩都较小，铲掘和卸料工况液压泵出口压力及负载转矩较高且波动剧烈。研究表明，装载机运输行走工况下，外界负载需求功率较低，发动机一般工作在低负荷输出状态；铲掘和卸料工况下外界负载需求功率很大，此时随负载的波动发动机工作点也将产生较大波动；重载情况下有时甚至超出发动机的最高输出，导致闷车或熄火等现象[4,7]。因此，装载机的发动机工作点不稳定，多分布于效率较低区域，燃油经济性差，油耗高排放差。工程车辆工作环境与装载机类似，通常配置较高额定功率的发动机，实际工作中发动机很难与负载很好匹配。
2.2 混合动力工程车辆系统方案
研究表明：串联式混合动力系统，发动机为发电机提供动力，发电机发出的能量驱动电动机工作，因此发动机的工作可以不受负载波动的影响，从而改善燃油经济性。但由于串联系统的能量转换环节多，系统整体效率较差，同时需要配备大功率发电机和电动机。并联式混合动力系统中，发动机和电动/发电机并联工作，二者可以共同驱动也可独立驱动，储能元件可以提供助力能量也可回收富余能量，系统能量利用率较高，缺点是燃油经济性受负载影响大，控制较为复杂。混联式混合动力系统是串联式与并联式的综合，集中了串联式和并联式的优点，缺点是元件多、成本高，布置困难，控制较为复杂[66]。
第3章 混合动力工程车辆系统建模 ....................... 30
3.1 混合动力工程车辆传动系统结构 .................. 30
3.2 发动机建模 ............................... 30
3.3 电动/发电机建模 ................... 32
3.4 超级电容建模 ............................. 34
第4章 混合动力工程车辆能量管理控制策略研究 ................... 44
4.1 混合动力工程车辆工作模式 ............................... 45
4.2 基于模糊逻辑规则控制的转矩分配控制策略 .......................... 48
4.3 发动机转速控制策略 ............................. 51
第5章 混合动力工程车辆自动变速换挡规律研究.................. 59
5.1 换挡参数的选择 ................................................... 59
5.2 动力性换挡规律研究 ............................... 60
第7章 混合动力工程车辆自动变速台架试验
7.1 试验目的和内容
试验的具体内容包括： 1) 试验台自身性能测试。完成：各传感器的性能测试，系统主要元件特性测试，负载模拟设备（主要是测功机和比例溢流阀）性能测试，CAN总线通信网络和串口通信网络性能测试，控制系统性能测试。 2) 混合动力能量能量管理控制策略试验。验证基于模糊逻辑规则的转矩分配能量管理控制策略，基于模糊逻辑规则的驾驶员意图识别，基于瞬时优化的发动机转速控制策略。 3) 混合动力自动变速换挡规律试验。验证动力性换挡规律、经济性换挡规律、综合换挡规律和神经网络换挡规律。
7.2试验台结构及工作原理
为了模拟工程车辆的实际工作状况，在试验台中通过电涡流测功机及先导式比例溢流阀模拟负载。计算机中的控制软件程序根据既定的控制算法和理论，对发动机、电机、变速器等进行实时控制，从而实现模拟工程车辆混合动力自动变速工作。由于第6章已经对部分控制系统的设计原理及方案做了介绍，这里不再重复，只对测功机和溢流阀的控制原理做简要介绍。上位机根据控制负载，通过串口发送控制信息命令给控制器。测功机控制器接收到控制信息后，输出控制电压给测功机测控仪，最终实现测功机负载转矩输出。
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第8章结论与工作展望
本文的主要研究成果及创新点总结如下：
1) 提出了混合动力工程车辆的能量管理控制策略。基于模糊逻辑实现转矩分配控制策略，识别驾驶员意图实现发动机转速控制；采用瞬时优化算法提高节能效果，以综合效率最优为目标建立了优化模型。台架试验研究表明，转矩分配控制策略能够使发动机经常工作在最优效率转矩曲线附近，根据驾驶员意图系数控制发动机工作转速，可有效改善燃油经济性，对比传统工程车辆节能 4.94%。瞬时优化能够在此基础上进一步改善燃油经济性，对比传统工程车辆节能 10.08%。
2) 提出了动力性换挡规律和经济性换挡规律，和利用驾驶员意图系数将二者结合的综合换挡规律。台架试验研究表明，各换挡规律能够顺畅实现各自换挡目标，液力变矩器平均效率在传统工程车辆手动换挡时67%和混合动力工程车辆手动换挡时65.3%的基础上，依次达到70.8%、73.6%和73.6%。
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参考文献（略）