纯电动汽车二挡无动力中断变速器换挡特性研究

【摘要】：在纯电动汽车上搭载两挡变速器,能够有效兼顾车辆的动力性和经济性,目前越来越多的专家学者在此方面开展了研究。针对纯电动汽车驱动特点,本文提出了一种无动力中断两挡机械式变速器(以下简称2-Speed UST—2-Speed Uninterrupted Shift Transmission)方案,2-Speed UST是以超越离合器与摩擦片式离合器交替传递动力从而实现挡位切换,取代了普通机械式变速器同步器传动机构。超越离合器自动实现结合和超越的特性使得2-Speed UST仅需通过操纵摩擦片式离合器即可实现挡位的切换。因此,2-Speed UST在保证无动力中断换挡的基础上,更降低了整个换挡过程中换挡控制要求。其具有生产继承性好、成本低、操纵简单、效率高、无换挡动力中断等特点,在纯电动汽车上具有良好的应用价值。本文以2-Speed UST为研究对象,穿插运用理论分析,建模仿真和试验验证等方法,对其换挡原理、换挡特性、换挡品质和整车应用展开研究,主要内容包括如下:提出了2-Speed UST传动方案,运用牛顿力学方法分阶段建立变速器的动力学模型,分析2-Speed UST升、降挡原理及其操作方法。整车匹配计算及建模仿真。依照标准要求计算得到包括电机、电池及变速器传动比等各关键参数。在MATLAB/Simulink仿真软件平台上,建立了整车传动系统仿真模型。对2-Speed UST无动力中断的升、降挡特性进行了仿真验证。试验验证无动力中断换挡特性。搭建换挡功能传动试验台,基于MATLAB/Real-time Windows Target工具箱编写了上位机测控软件,验证了换挡动力传递不会产生中断的特性。针对惯性相结束时的冲击问题进行了优化研究,设计了升、降挡电机控制策略,通过仿真与试验对比,结果表明该策略有效降低了换挡冲击度。整车性能研究。研究了搭载2-Speed UST的纯电动汽车整车性能表现,2-Speed UST较单挡主减速比能够有效改善整车性能。基于遗传算法对两挡速比进行优化,进一步提升了整车性能。结果表明,与其它变速器相比,2-Speed UST能够较好平衡与兼顾电动汽车成本和整车性能要求。 【关键词】：纯电动汽车 两挡机械式变速器 无动力中断 整车性能
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72;U463.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章绪论11-18
• 1.1 研究背景与意义11-13
• 1.2 纯电动汽车传动系统的国内外研究现状13-16
• 1.3 本文主要研究内容16-17
• 1.4 本文的技术路线17-18
• 第二章无动力中断两挡变速器方案原理与分析18-29
• 2.1 2-Speed UST方案设计18-20
• 2.1.1 超越离合器工作特性18-19
• 2.1.2 2-Speed UST总体方案及工作原理19-20
• 2.2 2-Speed UST换挡过程动力学模型20-27
• 2.2.1 I挡动力学模型(含转矩相阶段)21-23
• 2.2.2 惯性相阶段动力学模型23-24
• 2.2.3 II挡行驶动力学模型24
• 2.2.4 换挡过程分析24-27
• 2.3 本章小结27-29
• 第三章纯电动汽车传动系统参数匹配与换挡建模仿真分析29-55
• 3.1 电动汽车的目标性能及基本参数29-30
• 3.1.1 电动汽车目标性能29-30
• 3.1.2 电动汽车的基本参数30
• 3.2 驱动电机的选型和参数选择30-35
• 3.2.1 驱动电机选型31
• 3.2.2 驱动电机功率计算31-33
• 3.2.3 电机最高转速选择33-34
• 3.2.4 电机转矩的选择34-35
• 3.3 动力电池的选型与参数选择35-38
• 3.3.1 动力电池选型35-36
• 3.3.2 动力电池参数匹配36-38
• 3.4 变速器参数选择38-41
• 3.4.1 最小传动比的选择38-39
• 3.4.2 最大传动比的选择39-40
• 3.4.3 I、II挡传动比的确定40-41
• 3.5 2-Speed UST整车动力学模型建模41-48
• 3.5.1 仿真软件SimDriveline41
• 3.5.2 装配 2-Speed UST的整车传动系统建模41-48
• 3.6 无动力中断换挡过程仿真分析48-54
• 3.6.1 驱动工况下无动力中断升挡仿真48-49
• 3.6.2 驱动工况下降挡仿真49-54
• 3.7 本章小结54-55
• 第四章换挡试验及换挡控制策略研究55-77
• 4.1 2-Speed UST试验台架机械部分55-57
• 4.2 台架测试系统设计57-64
• 4.2.1 试验台测控系统硬件构成58-61
• 4.2.2 试验台测控系统软件设计61-64
• 4.3 无动力中断换挡特性试验结果与分析64-70
• 4.3.1 驱动工况下升挡结果64-66
• 4.3.2 驱动工况下降挡结果66-70
• 4.4 2-Speed UST换挡控制策略研究70-76
• 4.4.1 换挡控制策略仿真验证71-74
• 4.4.2 换挡控制策略台架试验分析74-76
• 4.5 本章小结76-77
• 第五章整车应用研究77-85
• 5.1 纯电动汽车搭载 2-Speed UST的整车应用研究77-81
• 5.1.1 动力性仿真77-78
• 5.1.2 经济性仿真分析78-81
• 5.2 基于遗传算法的速比优化81-84
• 5.2.1 遗传算法工具箱及其GUI界面介绍81-82
• 5.2.2 变速器速比优化计算82-83
• 5.2.3 速比优化结果83
• 5.2.4 速比优化后纯电动汽车整车性能仿真比较83-84
• 5.3 本章小结84-85
• 总结和展望85-87
• 总结85
• 展望85-87
• 参考文献87-92
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果92-93
• 致谢93-94
• 附件94

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