纯电动汽车AMT换挡执行机构设计及控制方法研究

【摘要】：随着社会的快速发展、人们生活水平的不断提高,汽车的普及率越来越高,逐渐成为日常生活中不可或缺的一部分,舒适的驾车体验日益受到重视。然而,汽车给人们生活带来方便的同时,也加剧了环境和能源的压力,世界范围内的能源争夺愈演愈烈,各种极端天气层出不穷,给人们的生活质量蒙上了阴影。在我国,能源紧张的局面同样存在,环境恶化的问题尤为紧迫,雾霾、干旱、洪涝等灾害的频繁出现,促使人们将目光转向新能源汽车。新能源汽车的前景广阔,是汽车行业发展的目标,而纯电动车以其低能耗、零排放等优点受到广泛关注。在纯电动汽车上应用AMT技术,可以有效地提高人们的驾驶体验,降低人为主观因素造成的交通事故。 本文依托于国家863计划项目“乘用车电驱动系统全产业链开发”(2012AA110802),以提高车辆动力性、经济性和轻量化为目标进行电机-变速器集成化结构设计,主要针对纯电动汽车AMT系统,进行换挡执行机构设计及其控制方法研究。由换挡执行机构的基本类型及研究现状分析,结合课题集成化结构的设计目标,确定结构设计方案,完成换挡执行机构的参数设计与校核,确保满足使用要求；利用SolidWorks软件建立换挡执行机构的三维模型,在运动学分析软件Adams中分析换挡执行机构的运动学特性,验证结构方案的可行性和准确性；根据换挡执行机构各组件的工作原理,建立各部分的数学模型及整个换挡执行机构的数学模型,并在Matlab/Simulink软件中建立系统的仿真模型,分析系统的输出特性；引入常用的PID控制方法,在PID工作原理、控制参数的作用分析的基础上,设计AMT换挡执行机构的PID控制器,建立采用PID控制器的系统仿真模型,观察系统的输出特性,表明在PID控制器的作用下可以达到AMT换挡执行机构快速性、稳定性和精确性的目标。 本文设计的电控换挡执行机构机构方案,结构紧凑、性能良好,符合纯电动车电机-变速器集成化结构设计的要求,适合对传统手动变速器(MT)进行自动化改造,对纯电动车AMT产业化的实现具有重要的现实意义。 【关键词】：纯电动汽车 AMT 换挡执行机构 仿真 PID
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72;U463.2
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-14
• 插图清单14-16
• 表格清单16-17
• 第一章 绪论17-27
• 1.1 课题背景和意义17-18
• 1.2 AMT系统概述18-20
• 1.2.1 AMT 系统结构18
• 1.2.2 AMT系统的工作原理及特点18-19
• 1.2.3 AMT技术发展趋势19-20
• 1.3 AMT换挡执行机构研究现状20-25
• 1.3.1 国外研究现状20-22
• 1.3.2 国内研究现状22-25
• 1.4 本文的主要研究内容25-27
• 第二章 AMT换挡执行机构理论分析27-37
• 2.1 AMT换挡执行机构的设计原则27
• 2.2 AMT换挡执行机构的基本类型27-29
• 2.3 换挡执行机构分析29-33
• 2.3.1 整车参数29-30
• 2.3.2 换挡执行机构的工作原理30-31
• 2.3.3 换挡系统动力学分析31-32
• 2.3.4 换挡基本流程32-33
• 2.4 换挡电机特点分析33-34
• 2.4.1 直流电机33-34
• 2.4.2 步进电机34
• 2.4.3 永磁直流电机34
• 2.5 电机换挡过程分析34-36
• 2.5.1 电机动力学分析34-35
• 2.5.2 电机换挡过程35-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第三章 AMT换挡执行机构参数设计37-48
• 3.1 方案分析38
• 3.2 换挡执行机构的参数确定38-43
• 3.2.1 螺旋机构38-40
• 3.2.2 齿轮减速机构40-43
• 3.2.3 换挡力验证43
• 3.3 换挡执行机构三维建模43-44
• 3.4 换挡执行机构运动学分析44-47
• 3.4.1 创建系统模型44-45
• 3.4.2 仿真结果分析45-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 AMT换挡执行机构建模48-57
• 4.1 AMT换挡执行机构结构48
• 4.2 永磁直流电机数学建模48-52
• 4.2.1 电机特性48-49
• 4.2.2 负载特性49-50
• 4.2.3 永磁直流电机的数学模型50-52
• 4.3 减速机构数学模型52-53
• 4.4 螺旋机构53-55
• 4.4.1 螺旋机构的数学模型53-54
• 4.4.2 螺杆的转动惯量54-55
• 4.5 控制系统电位器55
• 4.6 AMT换挡执行机构的数学模型及仿真模型55-56
• 4.7 本章小结56-57
• 第五章 AMT换挡执行机构控制方法研究57-71
• 5.1 AMT换挡执行机构设计分析57-59
• 5.1.1 控制系统要求57
• 5.1.2 系统仿真模型57
• 5.1.3 系统输入与输出结果分析57-59
• 5.2 位置控制器的研究59-61
• 5.2.1 换挡执行机构的传递函数59
• 5.2.2 离散补偿器59-60
• 5.2.3 换挡执行机构的仿真模型60-61
• 5.2.4 仿真结果分析61
• 5.3 PID控制方法研究61-65
• 5.3.1 PID系统工作原理61-62
• 5.3.2 控制器参数对控制性能的影响62-63
• 5.3.3 PID控制器类型63-64
• 5.3.4 PID系统参数选择原则64-65
• 5.4 AMT换挡执行机构的仿真分析65-69
• 5.4.1 换挡执行机构的仿真模型65
• 5.4.2 PID控制器参数的影响65-69
• 5.4.3 PID系统参数确定69
• 5.5 本章小结69-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 6.1 全文总结71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-76
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况76

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