自动变速器是汽车工业发展水平的重要标志,是汽车核心技术国际竞争力的主要体现,在汽车产业中占有重要的份额。进入21世纪以来,低碳、环保、舒适、安全成为世界汽车工业发展的主旋律,随着传统汽车技术的不断进步以及各种新能源汽车的发展,对汽车动力传动系统自动操纵及匹配技术的要求越来越高,自动变速器控制技术日趋复杂。挡位决策是汽车自动变速理论的核心内容,是高品质自动变速器开发的基础,其主要功能是解决汽车行驶过程中何时换挡的问题,即根据工况选择合理的换挡时机,直接影响整车的动力性、经济性和驾驶操纵性等性能。针对基于稳态工况设计的查表式挡位决策存在开发周期长、费用高、无法实时兼顾动力性和经济性的问题,以及目前在线挡位决策技术研究存在的动力需求定义不完善、预测模型精度低以及实时性差等问题,本文结合国家自然基金项目开展自动变速器挡位实时优化与在线决策技术的研究,主要研究内容包括以下六个方面:1)搭建整车纵向动力学仿真平台。采用AVL Cruise搭建车辆行驶纵向动力学模型,采用Matlab/Simulink/Stateflow建立挡位决策控制模型,通过联合仿真构建整车仿真平台。同时,通过整车转鼓燃油经济性测试和道路动力性测试,对仿真平台进行修正和验证。2)挡位决策客观评价指标分析。构建有效的客观评价指标体系是基于仿真或测试技术进行量化分析以实现多目标性能协调优化的前提。在传统全油门动力性和燃油经济性相关评价指标的基础上,从动力性、经济性和驾驶性三个方面,构建了挡位决策客观评价指标体系。3)基于动态规划的最佳挡位决策设计。将车辆行驶过程中有级式自动变速器挡位决策过程视为多阶段决策过程,采用动态规划算法求解标准循环工况最优挡位控制序列;为提高基于模型离线优化换挡策略的实用性,基于台架测试数据建立了动力传统系统转矩损失数值模型,并考虑换挡时间以及离合器摩擦损失对挡位决策的影响增加控制变量约束条件对动态优化算法进行改进;选择10种标准循环工况进行优化获得的换挡序列为数据样本,采用聚类分析提取可直接用于实车控制器的次优换挡策略。4)基于动力需求预测的换挡点在线优化。选择马尔可夫链模型建立车辆纵向动力需求预测模型。采用贝叶斯估计求解初始转移概率矩阵,同时建立能够实时反映当前车辆行驶工况变化的滚动式在线更新转移概率矩阵,用当前最新转移概率矩阵的概率特征实现未来行驶工况的在线预测。引入了基于双层结构MPC的换挡点预测控制策略,采用动态规划在线求解特定控制时域内的最优控制问题,通过改变预测时域长度,分析模型预测控制算法计算效率随预测时域长度的变化趋势。5)基于路况信息预知的挡位在线决策。以解决坡道、弯道及交通拥堵等常见路况下意外换挡和频繁换挡问题为目标,将预先获取的车辆前方路况信息作为驾驶员视觉和传感器测量的补充引入到自动变速器挡位决策系统中,通过对典型工况下的挡位决策特点分析,结合车辆前方有限时域内的路况信息,设计了坡道、弯道及交通拥堵工况下挡位在线决策方法。6)整车转鼓及道路试验验证。选择某国产AMT微型车辆作为试验平台,采用自主开发的自动变速器控制器软件和硬件系统,针对基于动态规划提取的挡位控制策略,采用转鼓试验台测试燃油经济性,并开展了实车道路动力性能测试;最后,在尚不具备车载导航系统的条件下,通过预先设定试验道路工况,验证基于路况信息预知的挡位在线决策方法的有效性。研究成果对于完善自动变速理论、缩短自动变速产品开发周期、提高产品性能、促进自主品牌自动变速器的产业化进程具有重要社会经济意义和广阔的工程应用前景。