关键词：电动机械式自动变速箱;;动力学;;换挡电机;;换挡控制策略;;仿真
摘 要：传统的手动变速箱虽然能满足汽车的动力性和经济性要求,但是仍然存在诸如人工操作强度大、容易引起驾驶员疲劳等缺点。自动变速箱换挡过程能保证经济性、动力性和换挡平稳性,在各种车型上的运用也越来越广泛,因此研究变速箱的结构由电动取代手动具有重要意义。本文主要针对应用在商用车上的机械式电动换挡系统,基于理论建模和仿真分析,对换挡过程动力学和换挡策略进行了较为系统的研究。介绍了传统手柄换挡机构的结构和特性,运用力学原理对手柄换挡机构的换挡力进行估算,再根据手柄换挡力对选换挡电机参数进行正向设计。对变速器内部换挡机构的运动过程进行动力学建模,分析各部件间的相互作用力,建立了电动换挡系统换挡阻力的解析模型,对换挡电机的参数进行逆向求解验证,得到所需要的选换挡电机参数。以发动机转矩特性和油耗特性实验数据为基础,利用汽车行驶动力学方程和燃油消耗率方程,分别得到动力性换挡策略和经济性换挡策略,最终得到综合性换挡策略,提供了建模仿真分析的理论基础。基于变速器输入输出特性方程、离合器动态方程、发动机原理和车辆行驶动力学方程建立变速器、离合器和整车动力学模型。通过换挡策略判断逻辑,分别建立顺序换挡策略模型和跳挡换挡策略模型,并进行仿真验证。对于顺序换挡控制策略,分别验证其在不同工况下的动力性和经济性。对于跳挡换挡控制策略,在仿真模型中引入离合器模块,分别研究顺序换挡和跳挡换挡在涉及离合器的换挡过程出现动力中断情况下的整车动力性。对选换挡电机控制系统的硬件部分和软件部分进行开发。分析了电机驱动电路和及其工作方式,基于微控制器芯片的特性,设计用于信号传输的外围电路,同时编写上层管理程序和底层驱动程序,驱动电机运动。为最终实现机械式电动变速箱换挡的控制提供了硬件和软件基础。本文通过对机械式变速箱电动换挡机构和换挡策略的研究,为同类型的其他自动变速箱的换挡执行机构动力学分析、换挡策略选取提供了一定的设计方法参考和理论依据。
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