应用于纯电动汽车的无换挡冲击自动机械变速器换挡控制方法

摘要

随着世界各国对电动汽车的重视及国家政策的支持，电动汽车的市场份额逐渐增大。在电动汽车中，采用合适的变速器可以提高低速时电机的转矩，并扩大电机转速范围，可以在不改变车辆性能指标的前提下，选择功率、质量较小的驱动电机，降低车辆自重。在电动汽车用自动变速器中，由于驱动电机具有优异的转速转矩可控性，“驱动电机-变速器”一体化系统可以去除传统车辆原有的离合器、同步器等部件，但这样会导致换挡过程冲击较大的问题，影响了电动汽车的驾乘舒适性。
　　本文改造了纯电动汽车的自动机械变速器，以提高驾乘舒适性为目标，研究了换挡控制方法，完成了以下主要工作:
　　为了减小换挡过程的冲击，建立了传动系统的动力学模型，对换挡过程摘挡、挂挡时啮合齿轮处的冲击进行了研究。得到了在换挡阶段可以通过减小电机输出转矩来减少换挡冲击，并提出了无冲击换挡控制方法流程。为了保证挂挡时待啮合齿轮组两齿轮转速成比例，建立了车辆运动学模型，匹配了驱动电机及变速器，研究了换挡过程中各阶段中变速器输出端转速变化的规律，得到了在实验中可以忽略各阶段中变速器输出端转速变化的结论，使用AVL Cruise软件进行了验证。设计了一种新的无换挡冲击自动机械变速器换挡控制方法。
　　选择带齿轮齿条机构的直流电机控制、调整变速器换挡拨叉位置，将一台两档机械变速器改造为两档自动机械变速器。开发了相应的硬件系统和软件系统，并制订了变速器换挡控制器与电机控制器之间的通讯报文，完成了变速器控制器开发。
　　利用驱动电机、两档自动变速器及测功机，搭建了模拟实验台，在变速器表面不同方向布置了振动速度及振动加速度传感器，开发了数据采集系统，以实现振动冲击、传动转矩及变速器输入输出端转速的测量。在试验台上进行了直接将变速器当前挡换为目标档的换挡方式，将变速器摘挡后调整电机转速至目标转速再挂挡的换挡方式，以及减小驱动电机转矩后摘挡、调整电机转速至目标转速后挂挡并恢复电机转矩的换挡方式三种换挡方法的对比实验。
　　为对三种换挡方式进行换挡品质的评价，设计了由换挡时间、变速器换挡过程振动烈度、变速器换挡过程振动能量、最大换挡力4个评价指标组成的换挡品质评价体系，对实验结果进行了评价，并将各评价指标的评分加权求和，得到了各换挡方式的综合评分。评价结果表明，所提出的减小驱动电机转矩后摘挡、调整电机转速至目标转速后挂挡并恢复电机转矩的无换挡冲击换挡方式能够改善换挡品质、提升车辆驾乘舒适性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．1．1 在纯电动汽车中使用变速器的必要性

1．1．2 研究纯电动汽车电机变速器一体化控制策略的必要性

1．1．3 变速器档位数的选择

1．2 国内外围绕自动变速系统开展的工作

1．2．1 自动变速系统分类

1．2．2 变速器换挡控制方法的国内外相关研究

1．2．3 国内外关于变速器换挡品质评价体系的相关研究

1．3 课题主要研究内容

1．4 本章小结

第2章 基于模型的纯电动汽车舒适性换挡方式研究

2．1 基于动力学模型的换挡过程研究

2．2 无换挡冲击变速器换挡控制方法设计

2．3 纯电动汽车运动学模型分析

2．3．1 纯电动汽车运动学模型

2．3．2 电动汽车驱动电机与变速器的匹配选择

2．4 各换挡阶段中变速器输出端转速变化规律的研究

2．4．1 基于模型的空挡阶段对车速影响的分析

2．4．2 基于Cruise空挡阶段对车速影响的分析

2．5 本章小结

第三章 变速器换档电机控制器设计

3．1 变速器换档电机控制器硬件设计

3．1．1 变速器换档电机控制器功能设计

3．1．2 变速器换档电机控制器电路设计

3．2 变速器控制器底层控制原理

3．3 驱动电机控制器于换挡电机控制器间的CAN通讯

3．3．1 驱动电机控制器与变速器控制器程序流程

3．3．2 驱动电机控制器与换挡电机控制器间通讯协议的制定

3．4 本章小结

第四章 无转矩控制方法有效性实验验证

4．1 实验台架主要部件及传感器

4．2 台架实验采集的主要信号

4．3 不同换挡方式下两档变速器换挡过程实验数据测取

4．3．1 三种换挡控制方式升档实验对比

4．3．2 三种换挡控制方式降档实验对比

4．4 变速器换挡品质评价体系设计

4．4．1 换挡时间

4．4．2 变速器换挡过程振动烈度

4．4．3 变速器换挡过程振动能量

4．4．4 最大换挡力

4．5 两档变速器三种换挡控制方法换挡品质评价对比

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢