全电AMT换挡执行机构设计及控制

发布时间：2020-08-08 23:34

【摘要】：机械式自动变速器(Automated Manual Transmission,AMT)是以传统机械式变速器为原型开发的一种自动变速器。AMT具有传动效率高、成本低且易于实现等优点,适用于我国自动变速技术发展的基本国情。在高效节能己成为科技发展主要趋势的今天,AMT已成为自动变速技术发展的方向之一。研发AMT需要突破许多关键技术,其中关键技术之一在于换挡执行机构设计和控制策略研究。因此执行机构设计是AMT系统能否正常工作的前提,以电机作为AMT换挡执行机构的动力源,其电机的位置控制变得尤为关键。针对提高AMT换挡品质这一目的,结合换挡过程的性能要求,设计出结构合理的换挡执行机构、选用合适选换挡电机,研究制定合适的控制策略,对提高AMT车辆换挡平顺性和乘坐舒适性具有现实意义。本文以某款车型的AMT为研究对象,对不同阶段换挡品质的影响因素进行了分析,确定了换挡过程同步阶段为换挡品质控制的关键阶段;根据手动换挡执行机构的结构形式,对拨叉轴自锁、互锁阻力进行了受力分析。根据受力分析结果对选换挡执行机构结构进行设计,确定采用齿轮传动机构作为减速机构。综合考虑换挡时间、位置精度及空间布置限制等因素,完成了电动机类型、结构及驱动方式的选择,在此基础上建立了换挡过程执行电机的数学模型,与AMT上原有选换挡执行机构相比整体结构体积较小,可靠性较好。根据选换挡控制要求,制定选换挡控制目标,根据控制目标以神经网络、布谷鸟搜索算法等方法制定选换挡执行机构的控制策略,以实现对选换挡电机的准确定位和转矩控制。这样可以对选换挡电机进行精确定位,相比传统控制,能够有效减小控制误差。根据电机结构和工作原理,对选换挡电机控制系统进行数学建模,并根据控制策略应用MATLAB/SIMULINK对执行机构电机的位置和转矩控制进行仿真分析,研究分析所制定的控制策略在位置和转矩的实时控制、抗负载扰动和鲁棒性性能及有效性。最后通过AMT实验台架对模型和控制策略进行分析验证。通过仿真与实验,与传统控制策略相比,本文制定的控制策略响应速度快、鲁棒性好、控制精度高,能够达到初期制定的目标,表明该控制方法的有效性。这对提高AMT车辆换挡平顺性和乘坐舒适性具有重要的实践意义和较高的实用价值及应用前景。
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U463.212
【图文】：

入啮合而挂上挡。若两轮齿不同步就强行挂挡，则会因存在转速差而发生冲逡逑击。这样既不利于挂挡，又会影响齿轮的寿命，严重时还会折断轮齿。本文研逡逑究的ＡＭＴ选用的同步器为锁环式惯性同步器，其机构如图２．１所示。它在结构逡逑上保证了接合套与接合齿圈在没有达到同步前不能接触，避免了齿间冲击。逡逑１－第一轴齿轮；２－滑块；３－拨叉；４－第二轴齿轮；５－锁环；６－弹尰：７－花键轴；逡逑８－结合套：９－锁环：１０－环槽；１１－三个轴向槽；１２－缺口逡逑图２．１锁环式惯性同步器结构图逡逑Ｆｉｇ２．１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｌｏｃｋ邋ｒｉｎｇ邋ｉｎｅｒｔｉａｌ邋ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｒ逡逑（ｌ）拨叉轴自锁阻力逡逑拨叉轴自锁装置一般由自锁钢球、自锁弹簧和拨叉轴上的凹槽共同组成，逡逑其作用是保证换挡到位后，防止自厅挂挡或脱挡。每根拨叉轴的上表面共有二逡逑个凹槽，当拨叉轴连同拨叉做轴向移动到达空挡或某一工作挡位时，必有一个逡逑凹槽对准自锁钢球。于是在自锁弹簧压力作用下，自锁钢球嵌入该凹槽内，因逡逑９逡逑

Ｆｉｇ２．４邋Ｆｏｒｃｅ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｌｏｃｋ邋ｒｉｎｇ逡逑对同步过程进行理论分析，可得从，和￣之间的关系。根据《变速器》［４７］中逡逑的有关同步器分析，同步器系统可简化成图２．５所示的形式。逡逑Ａ／ｔ邋0ｃ逦ｅｖ邋Ｋ逡逑＿＿邋ｊｒ逦NB，＿邋＿逡逑人－变速器输入轴和离器从动盘等的当量转动惯量齿圈一锁环摩擦力矩逡逑Ｍｃ－离合器阻力矩邋输入端角速度久－输出端角速度－形式阻力矩？／，－汽车惯量逡逑图２．５同步器系统简图逡逑Ｆｉｇ２．５邋Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｒ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑对同步器系统进行分析，由牛顿第二定理可知逡逑系统的输入端：Ｊ太＝不＜－逡逑系统的输出端：人武＝ＴＭ，－Ｍｖ逡逑其中负号用于低挡换高挡（升挡），正号用于高挡换低挡（降挡）。逡逑假设在换挡过程中，摩擦力矩Ａ＾、离合器阻力矩７１＾，行驶阻力矩Ｍｖ，都不逡逑随时间而变化。同步时间为同步器传动比〃＝叫？／？。？，，其中叫？为同步器输逡逑入端初始角速度

随着接合套与同步环接合后继续向前移动，接合套齿端与齿圈齿端相抵逡逑触，产生了齿圈抵触阻力。而作用在接合套上的换挡力需要克服齿圈抵触阻逡逑力，齿圈抵触阻力分析如图２．６所示。逡逑ｒ邋ｋ邋一逡逑Ｍｒ：逡逑‘ｄ邋－逦接；套触逡逑击圈花键击／逡逑图２．６齿圈抵触阻力分析图逡逑Ｆｉｇ２．６邋Ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｒｉｎｇ邋ｇｅａｒ逡逑齿圈的抵触阻力／ｄ是因齿圈和与之相连的齿轮惯性力矩而产生的。若待挂逡逑挡（ｎ＋ｌ挡）齿圈的齿端平均直径为ｃ，齿圈及与之相连零件的转动惯量为逡逑？／一，则：逦．逡逑ｆｄ邋＝逦（２．１６）逡逑ｄｃ逡逑若ｘ轴正方向为接合套轴向移动的方向，少轴正方向为随齿圈旋转的切线逡逑方向则有：逡逑ｙ邋＝邋ｘｔａｎｐ０逦（２．１７）逡逑又逡逑１３逡逑

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本文编号：2786264