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原文传递轮毂电机两挡变速驱动系统换挡策略研究

论文题名：	轮毂电机两挡变速驱动系统换挡策略研究
关键词：	电动汽车;分布式驱动;轮毂电机;两挡变速;无动力中断
摘要：	随着全球能源紧张与环境污染等问题的加剧，以“零排放”、“高性能”、“低噪音”为特点的电动汽车得到了快速发展，并成为各国汽车行业发展的重中之重。目前纯电动汽车的驱动构型可按驱动电机位置分为集中式驱动与分布式驱动。前者技术难度低，便于商业化应用；后者技术难度虽高，但相较于集中式驱动，具有更高的操纵性与经济性提升潜力，故已成为电动汽车发展的前沿课题。分布式轮毂电机驱动汽车具有各电动轮转矩独立灵活控制、系统集成化程度高等特点，在发挥底盘技术创新、提升车辆驾驶性能方面大有可为。　　另一方面，如今采用两挡变速驱动系统也逐渐成为了电动汽车传动系统的发展趋势之一。相较于固定速比减速器，两挡变速器可实现电机的变速比传动，兼顾整车的动力性与经济性需求，因此在降低电机成本与提高整车性能方面具有明显优势。　　目前针对两挡变速器应用的研究主要聚焦于集中式驱动电动汽车，为了进一步发挥分布式驱动汽车的性能优势，本文针对分布式轮毂驱动电动汽车提出了一种新型的轮毂电机两挡变速系统。然而常规两挡变速器在换挡期间存在一定时间的动力不连续，该过程会造成整车纵向加速度冲击，降低驾驶员的乘坐舒适性，故而成为了制约两挡变速器进一步商业化应用的重要因素之一。而对于本文提出的轮毂电机两挡变速系统，动力不连续会进一步使同步换挡问题复杂化。因此有必要对此两挡变速器的动力连续性进行研究，通过结构设计和换挡控制两个方面，实现两挡变速器动力平稳连续输出。因此基于所提出的轮毂电机两挡变速系统，本文展开了以下研究：　　首先针对该轮毂电机两挡变速系统进行了结构与工作原理的分析，该构型由一个轮毂电机、两个湿式多片摩擦离合器、一个单向离合器及行星齿轮系统构成，通过合理利用单向离合器的自锁与分离，只需控制摩擦离合器的开关即可实现此两挡变速器一挡、二挡与倒挡的切换。随后，基于目标车辆的整车动力性参数进行了该轮毂电机两挡变速系统的参数匹配；接下来在CRUISE中通过仿真验证了整车动力性与经济性，结果表明车辆的性能满足要求，参数匹配的结果合理。　　接着，为深入分析换挡过程，搭建了两挡变速器模型和整车模型。通过将两挡变速器作为研究对象进行合理简化，利用拉格朗日方程法推导得出其运动学规律；然后　　建立了整车七自由度模型，包括车身模型、轮胎模型以及纵向驾驶员模型，并对搭建的模型和成熟商用软件CarSim进行了建模正确性对比验证，为下文仿真分析奠定平台基础。　　然后，本文在上述构型的基础上，分别制定了两参数动力性换挡与两参数经济性换挡的上层换挡控制策略。随后分析并选取评价其换挡品质的指标，并基于具体的换挡控制过程进行了无动力中断换挡与左右协同换挡的分析。针对无动力中断换挡，分别进行了无动力中断升降挡过程分析，并绘制了升挡过程与降挡过程的各部件理论扭矩轨迹图，目的是提供制定换挡控制策略的理论分析基础。针对左右两侧出现不协同换挡对整车行驶稳定性影响问题，分别进行了换挡过程中单侧某执行器通讯延迟、左右电机转速不同步两种工况下整车横纵向运动的分析，得出需在制定换挡控制策略时考虑左右协同换挡因素的结论。　　最后，本文分别制定了基于前馈加反馈的无动力中断换挡控制策略与基于逻辑门限的左右协同换挡控制策略，并通过搭建的Simulink模型进行了无动力中断换挡控制策略与左右协同换挡控制策略的仿真验证。仿真结果表明，本文制定的控制策略可有效避免两挡变速器换挡过程中的动力中断，实现了稳定的动力输出，且明显减少左右不协同换挡所带来的整车横、纵向加速度突变。
作者：	强越
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：	2023