摘 要

分析电驱动系统的特点，收集总结了AMT在电驱动系统中的使用条件和技术要求。针对纯电动客车的四挡AMT变速箱，设计了一套平行式液压换挡执行机构。通过计算动力性换挡规律下的最大换挡力实现对液压系统参数化设计。利用AMEsim构建液压系统仿真模型验证设计有效性，并分析了不同参数条件下机构的运动响应性。通过PID算法模型实现对活塞位置的精确控制，从而降低了换挡冲击，同时提出一种电机调速主动同步换挡策略旨在降低同步力。仿真实验结果证明，本设计能有效完成目标任务，各项指标符合设计要求。

关键词：换挡规律；AMT；控制策略；换挡控制；换挡执行机构；电驱动

Abstract

The characteristics of electric drive system are analyzed, and the application conditions and technical requirements of AMT in electric drive system are summarized. A set of parallel hydraulic shifting actuator is designed for a four-speed automated mechanical transmission （AMT） of electric bus. The parametric design of the hydraulic system is realized by calculating the maximum shifting force under the dynamic gear-shift law. AMEsim was used to build a hydraulic system simulation model to verify the effectiveness of the design, and the kinematic response of the mechanism under different parameters was analyzed. The precise control of the shifting actuators displacement is finished through the PID algorithm model, so as to reduce the impact during gear shifting. At the same time, an active synchronous gear shift strategy of motor speed regulation is proposed to reduce the synchronization force. The simulation results show that the design can effectively complete the aim and all the indexes meet the design requirements.

目录

第1章 绪论 5

1.1 目的及意义 5

1.2 电驱动AMT研究现状 5

1.3 本文研究内容 7

第2章 电驱动AMT变速系统 8

2.1 概述 8

2.2 结构组成 8

2.2.1 拆解案例 8

2.2.2 工作原理 9

2.3 技术要求 10

第3章 AMT换挡执行机构设计 11

3.1 换挡力的计算 11

3.2 液压系统设计 14

3.3 三维模型建模 16

3.4 小结 17

第4章 换挡执行机构控制 18

4.1 仿真技术 18

4.2 仿真过程 18

4.2.1 建模 18

4.2.2 参数设置 19

4.3 控制方法 20

4.4 仿真结果 20

4.5 小结 25

第5章 换挡执行机构位置的精确控制 26

5.1 未采取控制的换挡过程 26

5.2 对液压缸位置采用PID控制的方法 26

5.3 控制过程的仿真 26

5.4 小结 28

第6章 电驱动AMT换挡品质优化 29

6.1 换挡策略对行驶品质的影响 29

6.2 驱动电机调速主动同步的方法 29

6.3 小结 30

总结 32

致谢 35

参考文献 33

第1章 绪论

• 1. 目的及意义

随着环保法规和政策引导，电动汽车开始走向普及。电驱动系统在电动车中承担起了变速箱主减速器以及离合器在传统燃油车上的作用。得益于电机起动转矩大、调速范围广、高效率区间宽等动力性优势，电驱动汽车无论在动力性、经济性还是舒适性上都更容易获得远超燃油车的优势。而电驱动系统正是能够极大地影响电动车动力性经济性指标的部分。采用机械式自动变速箱（AMT）已经被证明能显著提高其动力性和经济性。

采用机械式自动变速箱（AMT）的电驱动系统相比于一般电驱动系统中的固定齿比减速器能更好的平衡低速扭矩的需求和对高速最大速度的需求，在一定速度范围内下提高电机效率的同时，也为电机的参数设计创造了更多有利条件。相比于燃油车上使用的其他自动变速箱，无级变速器（CVT）难以提供电动车所需的较大扭矩，双离合器变速器（DCT）提高换挡平顺性的代价是牺牲了整体效率，液力自动变速器（AT）结构复杂且有液体流动损失同样效率不高。应用于电动车上的AMT，能有效平衡传动效率、结构复杂度、可靠性、制造成本以及使用寿命各个方面。但同时AMT也存在不及其他形式的动力中断现象和换挡冲击度较大的缺点。

因此针对自动机械式变速箱存在的问题，如何有效结合电驱动系统的控制理论缓解换挡过程中出现的动力中断等问题，将对提高电动车的驾驶平顺性和舒适性有重要意义。

• 1. 电驱动AMT研究现状

国外对AMT 变速箱的研究主要集中于对提出的构型的仿真和台架实验。实验方面，M. Fracchia 等人提出了一种新型混动性能车用AMT^[1]，并在台架上进行了与DCT 的在纯燃油模式下的性能对比以及AMT 在纯电动下不同挡位的差别，结果证明AMT 在能耗与效率上更具优势。Lirong Wang 等人 ^[2]开发了一套数据采集平台，通过访问CAN总线和电子传感器获取离合器行程、节气门开度、发动机转速、变速箱输入输出转速等各种数据，将数采平台做到了高集成度、强拓展性和高可靠性，为AMT 换挡过程的台架试验提供了有力支撑。Liang Li 等人则是针对自动离合器控制进行了有关研究^[3]，提出了估计离合器磨损的修正模型方案，并结合台架和仿真实验检验了提出的控制方案。

仿真方面，Morteza Montazeri-Gh 等人^[4] 提出了一套用于并联混合动力汽车（HEV）上使用的机械自动变速器，并对其传动比和换挡策略的优化设计方法进行了研究，通过开发一套用于汽车动力系统性能评价的综合仿真工具。利用遗传算法（GA）对AMT 变速器的变速比和换挡策略变量进行优化设计。针对车辆停止-起步工况有了很好的改善。Guo Lulu利用AMEsim 工具搭建了纯电动汽车用两速AMT 模型^[5]，并以电机功率、行驶距离等为目标函数提出了提高能效的换挡策略，求得最优解。最后通过半实物仿真验证能有效提高求解效率和速度。