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原文传递纯电动汽车无动力中断两挡变速驱动桥设计与换挡控制

论文题名：	纯电动汽车无动力中断两挡变速驱动桥设计与换挡控制
关键词：	纯电动汽车;两挡变速;无动力中断;参数匹配;换挡控制
摘要：	随着经济的快速发展，汽车保有量的连年攀升，使得交通行业能源消耗巨大和环境污染问题愈加受到关注；屡创新高的燃油价格、能源供给安全和碳排放温室效应带来的各种危害，迫使各国政府和车企加强对新能源汽车尤其是纯电动汽车的投入和研发的力度。纯电动汽车与传统燃油车相比有着行驶无污染、低噪声、起步动力足以及能量转化率高等优点，但受电池容量限制，也存在着续驶里程不足的问题；此外目前市面上的电动汽车多数采用固定速比主减速器的驱动桥，因速比的设计必须兼顾经济性和动力性的双重需求，因此导致车辆低速爬坡或加速性能动力不足，且电机不能在多种复杂工况下一直工作在高效区间，限制了汽车经济性。现有研究和应用方案选择在传动系统中加装变速器来改变电机的工作区间以解决上述问题，提升效果显著，现有方案构型常采用啮合套或同步器实现换挡，结构简单、产品继承性好，但存在着挡位切换时的动力中断问题，会导致换挡冲击并影响驾驶体验。一些学者针对此问题提出电机主动调速的方法来减少动力丢失时间，不过该方法需对电机和同步器进行协调控制，对控制精度要求高，达到良好效果较为困难。针对上述问题，本文提出一种能实现无动力中断换挡的新型两挡变速驱动桥，重点研究其设计及参数匹配、建模分析和换挡控制问题，研究目的旨在保证汽车动力性的前提下提高汽车经济性，并改善换挡动力平顺性，提升电动汽车驾驶品质和产品性能。　　首先，本文首先讨论了纯电动汽车产业发展背景和课题研究意义，并对现有的两挡变速驱动系统构型方案进行归纳总结，分析其优缺点，同时对现有两挡变速驱动桥换挡过程控制方法的国内外研究现状进行调研分析。在此基础上，提出了一种能实现无动力中断换挡的新型两挡变速驱动桥，旨在保证汽车动力性和经济性的前提下提高其换挡动力平顺性；针对提出的两挡变速驱动桥，先是对其结构特点和无动力中断换挡工作原理进行分析，再对结构中的关键部件离合器进行选型，后根据参考车型参数和性能指标进行了电机和传动系统的参数匹配，并以经济性为目标对传动比进行优化。　　接着，为深入分析换挡过程转速转矩的变化，对本文驱动桥传动系统进行动力学建模；再以推导得到的动力学方程为基础，对升挡和降挡过程进行理论分析；之后将搭建两挡变速驱动桥的三维模型导入到ADAMS软件中建立虚拟样机，设置合适的升降挡工况，将升降挡过程仿真结果与理论分析结论进行对比，以验证其无动力中断换挡的功能可行性。　　然后，选取合适的换挡品质评价指标，以使两挡变速驱动桥在保证换挡品质良好的前提下能更好地实现无动力中断换挡功能；再分别以动力性和经济性为目标计算两种换挡规律，确定适合于该驱动桥应用车型的换挡规律，以提升整车性能；之后根据所推导出的传动系统动力学方程和换挡过程分析结论，制定了换挡执行控制策略，通过控制离合器和电机转矩的变化确保换挡品质的提高。　　最后，为了验证新型两挡变速驱动桥换挡规律和控制策略的有效性，在MATLAB/Simulink仿真软件中建立换挡规律逻辑，然后在AVLCruise中搭建整车模型并设置仿真工况，进行联合仿真试验，检验换挡规律对整车性能的提升效果；接着在MATLAB/Simulink中搭建两挡变速驱动桥的动力学模型和换挡执行控制策略，并进行仿真试验，通过合适的升、降挡工况，将所制定的电机、离合器转矩控制策略和开环控制下的换挡过程进行对比；仿真结果表明，本文制定的换挡规律能够提高整车经济性，且设计的换挡执行控制策略能够提高两挡变速驱动桥的换挡品质，换挡时驱动桥有着更加平顺的动力输出效果。
作者：	盖际羽
专业：	车辆工程
导师：	王军年
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022