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基于AMT的重度混合动力汽车经济性控制策略的深度剖析与优化

一、引言

1.1研究背景与意义

近年来，全球汽车保有量持续攀升，随之而来的能源消耗与环境污染问题愈发严峻。传统燃油汽车作为主要的交通工具，对石油等不可再生能源依赖程度极高，大量的尾气排放更是给生态环境带来了沉重负担。国际能源署（IEA）数据显示，全球交通运输领域的石油消耗占总石油消耗的比重超过60%，而汽车尾气中的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等污染物，是造成空气污染、酸雨以及温室效应的重要因素。随着石油等化石能源的日益枯竭，其价格波动也给汽车产业带来了巨大的成本压力，能源危机已成为制约汽车行业可持续发展的关键因素。

与此同时，环保意识的觉醒和相关法规政策的出台，促使汽车行业加速向绿色、节能方向转型。欧盟制定了严格的碳排放目标，要求到2030年新售汽车的二氧化碳排放量较2021年减少55%，到2035年实现零排放。我国也积极响应全球环保号召，相继颁布了一系列节能减排政策，如《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》，大力推动新能源汽车的发展，以减少对传统燃油汽车的依赖，降低碳排放。在这样的背景下，新能源汽车应运而生，成为解决能源与环境问题的重要途径。

混合动力汽车作为新能源汽车的重要分支，融合了传统燃油发动机和电动机的优势，在提高燃油经济性、降低排放方面表现出色，逐渐成为汽车产业发展的焦点。其中，配备自动机械式变速器（AMT）的重度混合动力汽车，因其具有传动效率高、结构简单、成本低等优点，受到了广泛关注。AMT在传统手动变速器的基础上，引入电子控制技术，实现了换挡过程的自动化，既保留了手动变速器传动效率高的特性，又降低了驾驶员的操作强度。重度混合动力系统则通过增加电池容量和电机功率，进一步提高了车辆的电动驱动能力，使车辆在更多工况下能够以纯电模式运行，显著降低了燃油消耗和尾气排放。

然而，目前AMT重度混合动力汽车在经济性方面仍存在一定的提升空间。其能量管理策略和换挡控制策略尚未达到最优匹配，导致在不同工况下，发动机、电机和变速器之间的协同工作效率不高，无法充分发挥混合动力系统的优势。例如，在频繁启停的城市工况下，由于换挡时机不合理，可能会导致发动机在低效区间运行，增加燃油消耗；在高速行驶工况下，能量分配策略不当，可能会使电机过度工作，影响电池寿命和车辆的整体经济性。因此，研究AMT重度混合动力汽车的经济性控制策略具有重要的现实意义。

深入研究AMT重度混合动力汽车的经济性控制策略，能够优化发动机、电机和变速器的协同工作，提高能量利用效率，降低燃油消耗和尾气排放，有助于推动汽车产业的绿色可持续发展，缓解能源危机和环境污染问题，对于实现全球节能减排目标具有积极的促进作用。通过优化经济性控制策略，可以提升车辆的性能和市场竞争力，为消费者提供更加经济、环保、高效的出行选择，促进混合动力汽车市场的拓展和普及，推动汽车产业向新能源方向转型升级。

1.2国内外研究现状

在国外，AMT重度混合动力汽车经济性控制策略的研究起步较早，取得了一系列具有重要价值的成果。美国国家可再生能源实验室（NREL）的研究团队长期致力于混合动力汽车能量管理策略的优化，通过对不同工况下发动机与电机的协同工作进行深入研究，提出了基于等效燃油消耗最小原则（ECMS）的能量管理策略。该策略通过将电池电能消耗等效为燃油消耗，综合考虑发动机和电机的效率特性，实时优化两者的功率分配，以实现整车燃油经济性的最优。在实际应用中，搭载该策略的混合动力汽车在城市综合工况下，燃油消耗相比传统燃油汽车降低了20%-30%，显著提升了车辆的经济性。

德国大众汽车公司在AMT换挡控制策略方面取得了突破性进展。他们运用先进的传感器技术和智能控制算法，实现了对换挡过程的精确控制。通过实时监测车辆的行驶状态、驾驶员的操作意图以及发动机和变速器的工作参数，采用预测性换挡控制算法，提前判断最佳换挡时机，有效减少了换挡过程中的动力中断时间和冲击，提高了换挡的平顺性和响应速度。实际测试数据表明，采用该换挡控制策略的车辆，换挡时间缩短了10%-15%，动力中断时间降低了20%-30%，不仅提升了驾驶舒适性，还减少了因换挡不当导致的燃油浪费，进一步提高了车辆的经济性。

日本丰田汽车公司则在混合动力系统与AMT的集成优化方面处于领先地位。他们通过对混合动力系统架构和AMT结构的深入研究，开发出了一套高度集成的混合动力AMT系统。该系统在硬件上采用了紧凑的布局设计，减少了系统的体积和重量，降低了能量损耗；在软件上，通过优化能量管理策略和换挡控制策略，实现了混合动力系统与AMT的协同高效工作。在多种工况下的测试结果显示，该集成系统使车辆的能量利用效率提高了15%-