[发明专利]一种纯电动汽车用鱼叉式换挡同步器设计方法

说明书

本发明涉及一种纯电动汽车用鱼叉式换档同步器设计方法，包括步骤：1)定义角位移参量；2)系统建模：动力系统建模和鱼叉式换挡齿和过程建模；3)控制方法：包括换挡控制，发动机转矩控制和电机速度控制。本发明的有益效果是：发明提出鱼叉式换档同步器的动力学模型，并应用于纯电动汽车动力总成系统；设计一种基于特定阶跃函数的变速控制策略，实现电机平稳换档，优化扭矩弹簧刚度，减小换档冲击；鱼叉式变速器克服了传统锥形离合器同步器存在的耗能、磨损等缺点，提高同步器的可靠性，延长使用寿命；传统同步器需要较大的轴向力，鱼叉式换挡器消除对离合器子系统和传动系统中复杂低效液压子系统的需求。

技术领域

本发明涉及一种纯电动汽车用鱼叉式换挡同步器设计，更具体地说，它涉及一种鱼叉式换挡同步器的结构设计和动力学模型建立，以及一种基于特殊阶跃函数的换挡控制方法。

背景技术

目前，大多数商用纯电动汽车(PEV)由于制造成本低、体积小、配置简单，都配备了单固定比变速箱。但是，这种变速器的缺点是动态性能(如爬坡、最大速度和加速度)和效率(驱动范围)无法同时达到最大值。因此，多档变速器在纯电动汽车中的应用越来越受到关注。由于多档变速器在节能和提高动态性能方面具有重要意义，众多研究者已经提出解决扭矩中断问题的方案，从而避免在换挡期间产生换挡冲击。库罗瓦等人提出一种原始的扭矩辅助手动变速器(AMT)，用辅助离合器(ACL)代替传统变速器中的五档同步器。与传统手动变速器和自动变速器(AT)的升档性能相比，ACL-AMT能够同时实现自动变速器的无缝换挡。Galvagno等人建立了ACL-AMT的动态模型，研究和量化不同发动机和ACL干预的功率贡献。穆萨维等人开发了一种紧凑的电动汽车双速无离合器双制动变速器，它由普通齿轮和齿圈组成的双级星状齿轮组组成。该变速器可以通过两个摩擦制动结构控制齿圈和普通齿轮的速度，实现快速平稳的换挡。Fang等人提出了“鱼叉式换挡”的纯电动汽车同步器结构的新概念，该结构由齿形离合器和扭转减震器组成。与传统的同步器不同，鱼叉式变速器利用锥形离合器的摩擦扭矩来完成速度的同步性。利用扭矩弹簧消除目标齿轮和轴之间的残余速度差。因此，鱼叉式同步器克服了传统同步器的缺点，如摩擦力造成的能量损失和摩擦部件过度磨损。Mo等人建立了鱼叉位移的数学模型，研究其在齿和过程中的动态响应。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种纯电动汽车用鱼叉式换挡同步器设计方法。

纯电动汽车用鱼叉式换挡同步器设计方法，包括如下步骤：

步骤1：定义角位移参量：θ_s为叉齿初始位移，θ₁为叉齿最大位移，θ'和θ₂为上部导向环初始位移和最大位移，θ₃为下部齿形齿轮初始位移，θ₄为下部导向环半位移，θ₅为上部导向环和下部齿形齿轮总位移；

步骤2：系统建模：

步骤2-1：动力系统建模；描述换挡同步器输入侧和输出侧自由度旋转运动的微分方程如公式(1)-(4)：

式中，J_m为电机惯量，J_dout为与固定的主减速比相关的当量惯量，J_h为轮毂当量惯量，J_v为车辆当量惯量，c_n和k_n(n＝1,2,3)表示每个轴的阻尼和刚度系数，c₄和k₄为轮胎阻尼和刚度，c_m和c_t表示恶性阻尼系数；θ为角位移，它的两个时间导数和表示旋转速度和加速度；γ_d为最终比；T_load为包括爬升阻力、滚动阻力和空气动力阻力在内的载荷扭矩，计算公式如下，