电机-变速器直连系统换挡过程建模及仿真

相比于有离合器的电机-变速器耦合系统,电机-变速器直连系统的特性发生了变化,需要对其换挡过程的特性作深入分析,并与有离合器系统进行比较。该文运用多体动力学和混杂系统理论建立了电机-变速器直连系统换挡过程的混杂自动机模型,分析了在不同换挡力、接合套和接合齿圈相对角度和相对转速下,直连系统换挡品质的变化。通过与有离合器系统进行对比发现,通过电机的主动同步和对换挡力的控制,直连系统的换挡品质可以优于有离合器系统。     

考虑齿轮耦合振动的换挡过程非线性动力学分析

为分析电驱动机械变速器换挡过程接合套和接合齿圈的动态特性,该文建立了考虑齿轮耦合振动的换挡过程非线性动力学模型。该模型中,接合套和接合齿圈在接合过程中的接触冲击由非线性接触力学模型描述,含间隙的传动齿轮非线性振动由齿轮动力学集中质量法建模描述。这2种非线性运动过程最后由统一的动力学方程耦合。考虑到接合套和接合齿圈不同的接合状态,总结了5种状态,并分别列出其耦合动力学方程,进而通过Runge-Kutta法对系统动态特性进行了仿真计算。所得的仿真结果与实验结果相吻合,证明了该模型的正确性。在此基础上,分析接合套和接合齿圈的接触冲击力,结果表明:即使仅存在微小的转速差和转角差,瞬时冲击力也高达23 800 N。该仿真结果对于接合套和接合齿圈的优化设计及提升换挡品质具有重要意义。     

机械变速器换档的接合过程建模及特性分析

接合套和接合齿圈的接合过程是影响机械变速器换档品质的关键阶段。针对在接合过程中,当接合套和接合齿圈在齿端倒角处接触时碰撞发生,其相对速度会发生突变,相应的耦合关系及动力学方程也会发生改变的现象,为了得到机械变速器整个接合过程的精确数学模型和特性,运用多体动力学理论和混杂系统方法建立了描述接合过程的混杂自动机模型。在该模型中,用3个微分方程组描述接合过程中接合套和接合齿圈在不同耦合关系下的动力学特性;引入泊松恢复系数,建立了4个差分方程组描述碰撞过程接合齿圈转速、接合套轴向运动速度和转速产生的突变。基于该混杂自动机模型,在MATLAB环境下进行了仿真分析,得到了接合过程中接合套和接合齿圈的轨迹、接合时间和最大冲击,分析了换档力、接合套相对接合齿圈的初始转速和位置对接合性能(时间和最大冲击)的影响。研究结果表明:接合套和接合齿圈的相对位置对接合时间和冲击有显著影响;当接合套和接合齿圈的转速差在一定范围内时,接合时间较短,过大的转速差则会使接合时间呈指数上升;接合套和接合齿圈的转速差越大,冲击越大;增大换档力可缩短接合时间,但会增大冲击。在设计机械式自动变速器的控制系统时,应根据机械变速器换档过程的特性,选取最佳的换档力、相对转速、相对位置作为控制参数,进而缩短动力中断时间,减小换档冲击。     

发动机断油控制对AMT换挡品质的影响

开发电机驱动式自动变速操纵系统,以离合器的输出轴转速和离合器输入轴与输出轴转速差为控制参数,采用PD控制算法控制升挡时离合器的接合过程 ;同时控制发动机断油电磁阀的断油与供油规律,实现对发动机(即离合器输入轴)输出转矩和输出转速的有效控制.研究表明,该种换挡控制方法缩短了换挡时间,减小了滑磨角.     

电驱动双速自动变速器换挡过程的最优控制

针对换挡过程不同阶段同步器动力学模型的复杂性和不确定性,提出一种最优控制策略对驱动电机转矩进行反馈补偿和采用非线性时间最优控制对换挡电机进行位置控制,以优化整个换挡过程.试验结果表明:该混合最优控制策略能够消除换挡过程中输出转矩的振荡,明显减少了换挡时间;建立的电驱动传动系与电动换挡执行机构耦合动力学模型能够精确反映电驱动无离合器自动变速器的换挡过程;驱动电机和换挡电机混合优化控制策略可以显著改善换挡品质,为电驱动自动变速器的开发提供参考.     

两挡 AMT无动力中断换挡协调控制研究

针对一种纯电动汽车用离合器后置式二挡机械式自动变速器(AMT),提出将同步器布置于变速器第二轴的方案,通过离合器和同步器的切换控制实现无动力中断换挡.为使换挡过程中变速器输出扭矩变化平顺,综合考虑冲击度与滑摩功等换挡性能指标,针对换挡过程的不同阶段,采用相应的换挡协调控制策略:扭矩相时驱动电机扭矩保持不变,同时协调控制离合器扭矩;惯性相时分别采用PID、自适应模糊PID控制电机扭矩使离合器转速差跟踪目标轨迹.基于Matlab/Simulink建立整车纵向动力学模型并进行仿真试验.结果表明:所制定的换挡协调控制策略是有效的,相较于惯性相时采用PID控制离合器转速差,采用自适应模糊PID控制能有效改善换挡品质,换挡过程中最大冲击度和滑摩损失都有所减小,变速器输出扭矩变化平顺无动力中断,整车舒适性有较大提高.     

基于滑套位置角的无同步器变速器换挡过程非线性动力学特性研究

为了分析无同步器电驱动两挡机械自动变速器系统中,滑套和接合齿圈的动力学特性对换挡过程的影响,定义了滑套位置角来判定滑套与齿圈具体的碰撞情况.建立了滑套和齿圈的非线性动力学模型,通过考虑啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙以及静态误差等非线性因素,建立了换挡过程的动力学模型.通过与有同步器模型的仿真对比,证明了无同步器AMT系统的优势.最后,通过仿真分析不同大小轴向推动力对换挡过程的影响,得到150 N为较为合适的轴向推动力.此分析方法可为选取合适的轴向推动力和AMT系统在工程中的应用提供参考.      

电动车辆组合式离合器换挡过程优化控制

针对装配组合式离合器的两挡行星变速器电动车辆的换挡问题,建立了换挡过程动力学模型,选取冲击度和滑摩功作为综合控制目标,考虑换挡过程驱动电机转矩和变速器输出端阻力矩的变化,建立组合式离合器摩擦转矩线性二次型最优控制模型,得到油压最优控制轨迹.选取电机不同油门开度和路面坡道工况,仿真分析了两挡行星变速箱降挡的控制过程.结果表明,所得到的最优轨迹可以有效提高车辆的换挡品质,且换挡品质对电机转矩的变化较变速器输出端阻力矩的变化更为敏感.     

基于AMT的自动换挡协调控制策略研究

为了改善电控机械式自动变速箱(automated mechanical transmission,AMT)自动换挡品质,文章针对电机-变速器一体化电驱动系统的控制特点,在分析无离合动力传动系统自动换挡原理的基础上,制定了自动换挡协调控制系统框架和实现流程,提出了一种基于驱动电机转矩、转速双闭环控制的自动换挡协调控制策略。设定综合工况下的仿真试验表明,系统自动换挡协调控制策略正确、可靠,换挡品质较好。     

电机与离合器复合控制的电动装载机换挡策略

为了发挥纯电驱动方式的优势,针对电动装载机的传动系统,取消传统机型上效率较低的液力变矩器及倒挡方向离合器.通过分析纯电驱动系统换挡规律,采用电液换挡控制系统控制湿式离合器工作,并基于压力和转速等反馈结合驱动电机主动工作在转速及转矩模式,实现离合器充、泄油过程中转矩及转速的匹配.针对某50型纯电驱动装载机,提出一种基于驱动电机与离合器压力复合控制的纯电驱动装载机换挡控制策略.整车试验结果表明：所提出的控制策略能发挥纯电驱动的优势,换挡时间缩短约50%,滑摩做功大幅减小,换挡冲击度最大值为14.08 m/s³,在我国车辆推荐限定值17.64 m/s³以内.     

四驱混合动力汽车模式切换平顺性研究

为实现混合动力电动汽车纯电动模式与发动机工作模式平顺地切换,依据切换前后驱动转矩相等的原则,提出一种新的电机转矩算法.该算法根据CVT的速比控制规律、车速、节气门开度得出发动机的伪目标转速;根据发动机输出特性、节气门开度和伪发动机转速,得出发动机输出转矩,由此推导出电机输出转矩.仿真结果表明:模式切换前后整车驱动转矩基...     

齿形换挡带式制动器接合过程研究

为了研究制动器接合过程的转速、转矩特性,将接合过程分为消除间隙、齿顶滑摩、钢齿啮合和碰撞四个阶段,建立了接合过程动力学模型,分析了制动带的受力情况和制动鼓的转速变化,并运用Matlab进行制动器接合过程仿真,确定了成功接合所允许的制动鼓初始角速度的范围以及不同初始转速下的转矩冲击.研究表明:制动器成功接合初始角速度随电磁缸拉力增大而增大,随制动带径向刚度增大而减小.此外,台架试验验证了齿形换挡带式制动器转矩冲击模型,制动器在仅提供较小电磁拉力下能克服转矩冲击,实现制动.     

两挡AMT纯电动汽车换挡协调控制及试验研究

为提高两档AMT纯电动汽车的换挡平顺性及减少换挡时间,建立了详细的纯电动汽车动力传动系统的数学模型,制定驱动电机参与换挡过程的综合协调控制方法,从允许的最大换挡冲击度出发得出转矩相阶段电机扭矩控制律,惯性相阶段采用PID和有限状态切换的控制策略进行电机调速.最后搭建纯电动汽车传动系统试验台架,对升挡和降挡过程中换挡协调控制策略进行仿真分析与试验验证.仿真结果显示:0～100 km/h全加速的升挡时间为0.5 s,纵向冲击度在8.0 m/s~3以内,NEDC市区工况升降挡时间均在0.6 s以内,最大冲击度未超过7.8 m/s~3;试验结果显示:驱动电机在固定转速下的升降挡时间分别为0.6 s和0.8 s,输出轴转速变化平滑.传统AMT车辆的换挡时间为0.8～1.0 s,上述结果表明该换挡综合协调控制策略能够实现快速、平稳换挡.     

插电式混合动力汽车纯电动行进间启动发动机的平顺性控制

针对单电机插电式混合动力汽车在纯电动行进间电动机启动发动机时由于系统输出转矩变化进而引起整车冲击的问题,分析得到发动机点火时刻的不同及离合器接合状态的不同是造成转矩波动的原因。在此基础上,提出了基于离合器主、从动盘转速差和电机角加速度为输入量的离合器压力模糊控制的混合动力汽车模式切换动态协调控制策略,并对比了发动机目标转速点火和怠速转速点火的控制效果。最后通过台架试验以及实车道路试验对提出的控制策略进行了验证。结果表明,基于目标转速点火的协调控制策略能减小整车的冲击度。     

纯电动车辆坡道自动换挡综合策略与试验研究

为了使配置AMT变速器的纯电动汽车能够更好地发挥电机驱动系统的动力优势,提出了根据换挡后离合器接合时的发动机转速识别坡道行驶工况。根据当时的车速选择合适挡位的坡道换挡策略,并在装有AMT的纯电动汽车上进行了坡道换挡试验。试验结果表明,车辆在坡道行驶过程中,虽然初次选择的挡位不一定能适应该坡道,但通过连续式换挡或跳跃式换挡,最终能选择适合于该坡道的挡位。利用车辆现有的传感器,坡道换挡控制策略实现了坡道换挡控制,不仅满足车辆实际行驶工况的需要,而且使控制系统硬件得以简化。     

新型双电机输入变速器换挡策略

针对电控机械式自动变速器(AMT)在换挡过程中会出现动力中断的问题,提出一种双电机输入结构,在换挡时通过辅助电机进行驱动来弥补动力中断的不足.建立了传动系统模型,通过伯恩斯坦多项式来控制两个电机转矩的下降和上升,以协调两者之间的转矩控制.提出一种柔性换挡控制策略,通过车速和加速踏板开度识别复杂工况,根据驾驶员意图修正车速改变换挡时机,达到减少换挡次数的目的.Matlab/Simulink仿真结果表明:采用柔性换挡控制策略之后,在FTP72(美国城市驾驶循环工况)工况下可有效减少约50%的换挡次数;同时,经济性不会受到较大影响.     

混合动力汽车电机驱动系统传感器故障重构控制

针对混合动力汽车感应电机驱动系统可能存在的传感器故障模式,设计了一个主动容错重构控制系统.该系统能充分利用无故障的传感器信息,最大限度地维持驱动系统的控制性能,并在重构切换过程中,考虑电机转矩和转速的平滑过渡问题.此外,为提高车用感应电机驱动系统的性能,基于传统磁场定向控制(FOC)思想设计出一种新型鲁棒性PI控制器来实现电机转矩跟踪;利用滑模控制技术,设计了转子磁链-速度自适应观测器.为进一步提高交流电流传感器故障状态下电机驱动系统的容错能力,提出了用直流电流重构交流相电流的新思路.仿真研究表明,在发生传感器故障时,所设计的电机驱动系统仍能有效地保证车辆行驶过程中的转矩和速度跟踪性能以及系统的稳定性.     

电动式主动稳定杆能耗最优控制方法

为解决永磁直流无刷电机转矩脉动大造成的作动器能耗高的问题,研究一种新型三闭环控制算法,外环采用电机转角PI控制,中间环采用转速PI控制,内环采用定子电流最优控制.基于Simulink建立14自由度整车模型和电机式主动稳定杆及其控制系统的仿真模型,仿真结果表明,控制算法能有效改善车辆的侧倾稳定性及乘坐舒适性,同时电机输出特性得到改善,系统能耗降低.      

动力保持型三挡AMT动力学特性

该文研究了纯电动客车动力保持型三挡电控机械式自动变速器(AMT)的动力学特性,该AMT可消除换挡时的动力中断。利用Lagrange方程,建立动力保持型三挡AMT动力学模型;采用MATLAB/Simulink,对安装动力保持型三挡AMT和未安装变速器的目标车型,作了加速、减速全过程仿真和动力性对比;通过模型得到换挡过程中离合器、制动器的力矩曲线,分析了驱动电机输入转矩和主减速器输出转矩;结合动力学方程,验证了换挡过程动力保持的可行性。结果表明:安装动力保持型三挡AMT,有助于改善纯电动客车的动力性,实现换挡时的动力保持。     

纯电动汽车动力系统匹配与性能仿真

兼顾纯电动汽车动力性与经济性指标,完成驱动电机、动力电池组和变速器的优化选型.然后,围绕电池组容量与质量之间对整车性能影响的矛盾关系,利用电涡流测功机测试不同电池质量等速行驶200 km的能量消耗,对动力电池进行优化选型.最后,采用区间优化设计方法对传动系参数进行优化设计.针对两挡电控机械式自动变速器(AMT)换挡过程中存在换挡冲击的影响,提出一种基于电机转矩控制的换挡策略及搭载电动汽车联合仿真模型,并对换挡控制策略和整车性能指标进行仿真分析.结果表明:动力系统优化匹配方法能很好地满足动力性和经济性行驶要求,续驶里程测试过程中变速器换挡冲击度小,换挡品质较高,验证了匹配方案、仿真模型与控制策略的有效性和准确性.