北汽纯电动汽车两档自动变速器换挡参数匹配设计研究

2023年12月22日发(作者：宝马汽车图片及报价)

InternalCombustionEngine&Parts·1·北汽纯电动汽车两档自动变速器换挡参数匹配设计研究黄志勇曰胥刚曰朱双华（湖南汽车工程职业学院，株洲412001）摘要院本文以北汽纯电动汽车作为研究对象袁通过电动汽车两档自动变速器理论的加入袁研究纯电动汽车两档自动变速器换档参数匹配设计和控制袁以及速比优化袁揭示纯电动汽车两档自动变速器变速运动特性及动力匹配关系袁通过矩阵分析袁建立两档自动变速器矩阵计算数学模型曰揭示纯电动汽车两档自动变速器齿轮箱参数匹配对性能的影响规律曰探索纯电动汽车两档自动变速器在多种工况下换档控制原理袁为进一步实践打好理论基础曰形成可供其它新能源汽车两档自动变速器研究借鉴的典型案例成果遥关键词院纯电动汽车曰自动变速器曰换挡参数匹配1项目研究意义湖南省为进行新能源汽车推广应用，将建设一大批充电桩，并启动新能源汽车租赁服务。由于现有纯电动汽车以装备单级减速器为主，各汽车厂商装备两档变速器较少，通过对纯电动汽车两档自动变速器换挡参数匹配设计与速比优化研究，丰富纯电动汽车多档变速领域理论研究资料，对后续开发研究及实践具有重要的理论指导意义。2研究内容2.1动力传动系统参数匹配电动汽车动力传动系统参数匹配就是合理选择传动系统各部件参数，通过参数优化，提高汽车使用性能。本研究匹配北汽新能源纯电动汽车EU5的基本参数及动力性指标。开关磁阻淤电机类型选择电机和永磁同步。直流电动电动机是机、电动汽车交流感应异步常用电电动机机、。永磁同步电机，具有高效、高控制精度、高转矩高能量密度等特点，已被大量使用。因此，本文经研究对比，北汽新能源纯电动汽车P于电机参数匹配EU5电机采速n（电用机峰值功率永磁同步电机P。max、电机额定功率e、电机峰值转=9550Pmax、电机额定转速ne）。Tmaxnemax基金项目要要要要要要要要院湖南省要要要要要要图教育厅要要1要要电动机转矩与功率外特性图要要资要要助科要研项目（项目编号：18C1464）。作者简介院黄志勇（1973-），男，湖南株洲人，本科，副教授，主要从事汽车职业教育和北京汽车研究。锂离子盂电电池类型选择子，经过研究对比，。常用电本池研究有铅酸蓄选择锂离子电池、电镍氢池。电依据池、国标，选定其额定电压为3.2V。通过纯电动汽车综合工况下行驶的距离，来确定电池组的容量。能量为W。计榆算得出电池总质量为m能达到1）传平顺性：动速比设计。d=138kg。的最高车速换档必须时不大于出现动等于后一档力中断，基设计速时时的车速。前一档所2上限）传动比：跟最选择高车速。v相关，具体为max、与电机最高转速nmax最小传动比：下限：传动比满足汽车对爬坡度的要求3为）纯电动汽车动使电机的功率力传扩展动系系统数及参数匹配设计。额定功率P与成本达到最优，通过如图2可以得出参数匹配合理区间，并进行目标函数的优化。因此参数匹配的第一、第二优化目标函数为：

·2·图2纯电动汽车换档区间示意图电机驱动特性场应满足的vmax所对应的F1要小于等于在基速时所对应的F2，即（a）（b）图3纯电动汽车驱动特性场和某一换档驱动力曲线内燃机与配件防滑设计：最大传动比要保证作用驱动力小于地面附着力，即：对上述目标函数，通过遗传算法进行优化，得到最终优化匹配的传动系统参数。图4遗传算法优化经图4优化圆整，最终优化参数如表1所示。表1最终优化参数传动系统两档变速器永磁15电机永磁同步电PP类型（ekW）机参数max（kW）200030nTn（max（r/minN·m））max（r/min）4900145传动系统i12i2.825I221.44W（类型锂离子锂电池kW·h）24.84电池单M（节kg电）压1383.22.2两档变速器齿轮箱参数匹配针对两档变速器，特别设计了平行轴式变速器如图5所示，动力传递路线如图6所示。变速器匹配过过程中，要使i最优，通过前面所述的目标函12、i数进行11、i22分配是使变速器性能最优确定。经化简计算求得总目标函数如下：

InternalCombustionEngine&Parts图5变速器结构图6动力传递路线因此本文变速器速比匹配变速器齿轮系统的设计变量为：中心距计算：轴向力计算，如图7所示。·3·图7轴向力计算一档：二档：斜齿轮轴向重合系数约束：为保证传动平稳性，要求斜齿轮传动时的轴向重合度系数不小于1，即Optimization齿轮箱tool多目模块标优并用化遗匹传算配：法采仿真用。MATLAB自带的图8齿轮箱多目标优化匹配得到的变速器齿数、模数、螺旋角和齿宽等参数结果，如表2所示。表2变速器参数优化圆整结果齿轮齿数Z1匹配结果17.015324.0892Z214.98Z317.526Z422.1927Z541.4501Z6圆整优化1齿轮齿数I12匹配结果1.41651.165I111.8682I222.3279Mn122.3258Mn112.4183Mn22圆整优化1,411.201.872.252.252.5齿轮齿数茁12茁11茁22b12b11b11匹配结果28.686123.4324.0720.0120.00120.035圆整优化28.6923.4224.0720.020.0020.04

·4·2.3换档执行机构参数匹配此换档执行机构的特色有：使用了蜗轮蜗杆传动机构，具有单向锁止功能，在换挡的过程不会出现动力反向传递的现象，而且传动比较大，减速增扭效果好；使用凸轮轴凹槽带动拨叉进行换档，比起选档换档分别用一个电机控制的机构来说，结构更简洁更节约空间。图9换档执行机构三维模型对同步器进行受力分析后，经计算得到换档冲击力：同步器主动端转动惯量J二档：c，一档换二档换一档：假设同步时间为0.19s，则可计算出一档换二档及二档换一档的最大换档力，一档换J二档：c=0.2338kg·m2，换档力为90.2N，二J档换一档·：c=0.5973kgm2，换档力为231.2N，图10换档机构工作图经计算得出凸轮角加速度为：内燃机与配件积分得到凸轮转过的角度为采用MATLAB自带的optimizationtool工具箱用遗传算法进行优化，如图11所示。最终优化结果如表3所示。图11优化关系图表3换档机构优化结果性能指标参数优化P凹槽n（max（r/min)kW）琢（20000.09凹槽20）52琢琢（（10）0）5762Ti0蜗T（1s）（）0.197400.1822.4换档T（2s0s）控制策略分析（图12）0.1292.5换档时间分析当车速升高至电机最高转速对应车速时，从一档换至二档;当车速降低至电机额定转速对应车速时，从二档换至一档，具体为2.6驱动电机调速控制研究依据所选电机，并结合传动系统控制策略，设计出基于simulink的驱动电机调速控制，如图13所示。调速目标优化函数为：，变量仿真结果如图14所示。具体结果如表4所示。3结论本文构建了一种对纯电动汽车两档自动变速器换挡

InternalCombustionEngine&Parts·5·图14换档优化图表4换档时间优化结果时间/档位（ts）t0‘tt换t恢T1寅20.1270.1310.3010.1810.1270.8672寅10.0810.1310.3530.1980.0810.845图12换档策略流程图图13永磁电机控制原理图参数匹配设计与速比优化研究的优化模式，通过与北京汽车相关公司进行合作研究，并把研究成果进行应用与迁移，促进纯电动汽车两档自动变速器发展，本研究中没有对可靠性进行研究，为后续研究提供了方向。参考文献院[1]LIUZhuoran,CHENJian,LINKai，等.国内外电动汽车发展现状与趋势[J].ElectricPowerConstruction,2015.[2]刘悦，刘若成.电动汽车发展现状研究fJl.科学咨询：科技·管理，2014（32）：12-14.[3]姬芬竹，高峰，吴志新.纯电动汽车传动系参数的区间优化方法[[J].农业机械学报，2006，37（3）：5-7.[4]姬芬竹，高峰，周荣.纯电动汽车传动系参数匹配的研究[J].汽车科技，2005（6）：22-25.[5]胡明辉，谢红军，秦大同.电动汽车电机与传动系统参数匹配方法的研究[J].汽车工程，2013,35（12）：1068-1073.[6]冯永恺，杨昊仁，黄康，等.里程延长式电动汽车传动系参数匹配与仿真[[J].组合机床与自动化加工技术，2013（9）：35-38.[7]宋坷，章桐.纯电动和串联式混合动力汽车电机传动系参数匹配[[J].汽车工程，2013，35（6）：559-564.[8]徐向阳，赵梓淳.2挡电动汽车自动变速器箱体设计及热分析[J].内燃机与配件，2018（18）：6-7.[9]刘旋，冯国胜，冯亚坤.电动汽车自动变速器2挡行星齿轮参数优化[J].汽车工程师，2018（06）：31-33.[10]王璐.应用于纯电动汽车的无换挡冲击自动机械变速器换挡控制方法[D].山东大学，2018.[11]罗鹏.电动汽车机械式自动变速器换挡控制策略研究[D].西南交通大学，2018.[12]王雪敏.纯电动汽车专用两档自动变速器参数匹配设计及优化[D].重庆大学，2016.[13]胡书文，张小联.一种微型纯电动汽车自动变速器设计[J].机电工程技术，2017，46（12）：57-58.[14]程森，陆晓平，马卓.纯电动汽车两挡自动变速器传动比优化及换挡品质研究[J].科技与创新，2017（12）：46-47.[15]黄旭.纯电动汽车2AT自动变速器结构设计及优化[D].湖南大学，2017.[16]胡梦赢.电动汽车机械自动变速器控制策略优化的研究[J].科技视界，2017（09）：120，151.