纯电动汽车用电机—变速器一体化系统的参数优化匹配和协调控制器设计

【摘要】：随着汽车产销量的不断增加,中国汽车保有量迅速增长。汽车保有量的不断增加,对能源和环境造成了巨大压力,发展“节能、环保、高效”的纯电动汽车迫在眉睫。电驱动系统作为纯电动汽车的核心部件,研究其系统集成方法和自动换挡控制策略对开发纯电动汽车很有意义。 首先,本文分析了电驱动系统在国内外的研究现状,明确了电机-变速器一体化系统的研究内容。在对比分析不同种类的驱动电型和自动变速器后,选择了永磁同步电机和机械式自动变速器作为本文的驱动电机和自动变速器。在分析了变速器不同挡位数对驱动电动性能影响后,确定了本文所用变速器为二挡位AMT,然后设计了纯电动汽车的电机-变速器一体化结构。在结构设计完成后,选择了驱动电机参数,并对二挡变速器的传动比和换挡规律进行了优化。 其次,本文根据二挡位AMT的结构特点,设计了二挡位AMT用蜗轮蜗杆换挡机构。在设计完换挡机构后,建立了电机-变速器一体化系统在换挡各个阶段的系统动力学方程,并对换挡过程的换挡品质进行了分析。 再次,基于换挡过程的系统动力学分析,本文制定了电机-变速器一体化系统在换挡过程中的协调控制策略,并对驱动电机和AMT在换挡过程中的具体控制方法进行了分析。在控制策略制定后,本文对协调控制器的软硬件进行了设计。 最后,在MATLAB/simulink软件里建立了电机-变速器一体化系统的仿真模型,并在UDDS工况下进行了仿真测试,结果表明一体化系统的换挡过程较为理想。为了实例验证本文设计的协调控制器性能好坏,进行了台架试验,台架试验表明本文制定的电机变速器一体化系统的换挡协调控制策略可以实现换挡：针对台架试验出现的问题,本文对换挡过程的协调控制策略提出了几点改进意见。 【关键词】：纯电动汽车 驱动电机 机械式自动变速器 协调控制器
【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
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-23
• 1.1 课题的研究背景16-17
• 1.2 电驱动系统的分类17-21
• 1.2.1 驱动电机的分类17-19
• 1.2.2 自动变速器的分类19-21
• 1.3 国内外研究现状21-22
• 1.3.1 国外在一体化驱动系统的研究现状21-22
• 1.3.2 国内在一体化驱动系统的研究现状22
• 1.4 本文主要研究内容22-23
• 第二章 电机-变速器一体化系统的结构设计和参数优化匹配23-39
• 2.1 电机-变速器一体化结构设计23-24
• 2.1.1 变速器挡位数的确定23-24
• 2.1.2 一体化结构24
• 2.2 整车参数及性能指标24-25
• 2.3 驱动电机工作特性分析和参数设计25-28
• 2.3.1 驱动电机工作特性分析25-27
• 2.3.2 驱动电机参数设计27-28
• 2.4 纯电动汽车的传动系28-29
• 2.5 传动系的传动比及换挡规律的优化29-38
• 2.5.1 优化问题描述29
• 2.5.2 优化模型29-32
• 2.5.3 换挡规律32-35
• 2.5.4 优化方法35
• 2.5.5 仿真分析35-38
• 2.6 参数总结38
• 2.7 本章小结38-39
• 第三章 AMT换挡机构设计和换挡品质分析39-49
• 3.1 换挡机构39-41
• 3.1.1 换挡机构简介39
• 3.1.2 换挡机构分类39-41
• 3.2 AMT换挡机构设计41-44
• 3.2.1 换挡电机的选择42
• 3.2.2 蜗轮蜗杆减速机构设计42-44
• 3.3 系统动力学44-46
• 3.3.1 系统动力学模型44-45
• 3.3.2 换挡过程系统动力学分析45-46
• 3.4 换挡品质分析46-48
• 3.4.1 滑摩功47
• 3.4.2 换挡时间47-48
• 3.4.3 换挡冲击度48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 电机-变速器一体化系统换挡控制策略49-58
• 4.1 一体化系统换挡控制策略49-51
• 4.1.1 驱动电机的工作模式49
• 4.1.2 协调控制器49-50
• 4.1.3 换挡过程控制策略50-51
• 4.2 换挡阶段驱动电机控制策略51-56
• 4.2.1 永磁同步电机工作原理51-52
• 4.2.2 永磁同步电机常用控制方法52-53
• 4.2.3 Park变换和clarke变换53-54
• 4.2.4 永磁同步电机的矢量控制54-56
• 4.3 换挡执行机构的控制策略56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 协调控制器设计58-69
• 5.1 协调控制器总体设计58-59
• 5.1.1 协调控制器的功能要求58
• 5.1.2 协调控制器的技术规范58-59
• 5.1.3 协调控制器的硬件系统59
• 5.2 协调控制器硬件设计59-66
• 5.2.1 主芯片选择59-60
• 5.2.2 最小系统设计60-62
• 5.2.3 信号采集电路62-64
• 5.2.4 输出驱动电路设计64
• 5.2.5 通讯电路设计64-66
• 5.2.6 协调控制器实物66
• 5.3 协调控制器软件设计66-68
• 5.3.1 软件开发环境66-67
• 5.3.2 软件设计67-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 电机变速器一体化系统的仿真和台架试验69-79
• 6.1 仿真模型的建立69-73
• 6.1.1 驾驶员模型69-70
• 6.1.2 驱动电机模型70-71
• 6.1.3 换挡逻辑控制模型71-72
• 6.1.4 整车系统动力学模型72-73
• 6.2 仿真分析73-74
• 6.2.1 换挡规律的分析73-74
• 6.2.2 换挡品质分析74
• 6.3 台架试验74-78
• 6.3.1 试验设备75-76
• 6.3.2 试验步骤76
• 6.3.3 试验结果分析76-78
• 6.4 本章小结78-79
• 第七章 总结与展望79-81
• 7.1 总结79
• 7.2 本文创新点79
• 7.3 展望79-81
• 参考文献81-84
• 攻读硕士学位期间的学术活动及研究成果情况84

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