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基于鱼叉式换档同步器的纯电动汽车动态分析

2020年电子技术应用第11期

汪秋婷1，戚伟1，沃奇中2

1.浙江大学城市学院，浙江杭州310015；2.杭州市富阳区质量计量监测中心，浙江杭州311400

摘要： 为了提高纯电动汽车的换档质量和整体能量效率，提出一种鱼叉式换档同步器代替传统锥形同步器的电动汽车动力总成系统。结合鱼叉式同步器的动力学模型，研究传动系统在换档过程中的瞬态响应，建立动力总成系统的原始动力学模型。同时，提出一种基于特殊阶跃函数的换档控制方法，对鱼叉式换档同步器的各档扭矩弹簧刚度进行优化。实验结果表明，新型鱼叉式同步器的动力学模型和控制策略具有较好的算法精度，优化后的扭矩弹簧使啮合过程中的冲击力明显减小。因此，所设计的鱼叉式换档同步器与传统同步器相比具有明显的优越性。

關鍵詞： 鱼叉式换档同步器纯电动汽车扭矩弹簧刚度转动惯量

中圖分類號： TN3
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200117
中文引用格式： 汪秋婷，戚偉，沃奇中. 基于魚叉式換檔同步器的純電動汽車動態分析[J].電子技術應用，2020，46(11)：91-95.
英文引用格式： Wang Qiuting，Qi Wei，Wo Qizhong. Dynamic analysis of pure electric vehicle based on Harpoon-shift synchronizer[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(11)：91-95.

Dynamic analysis of pure electric vehicle based on Harpoon-shift synchronizer

Wang Qiuting1，Qi Wei1，Wo Qizhong2

1.Zhejiang University City College，Hangzhou 310015，China； 2.Institute of Measurement for Quality and Technique Supervision，Hangzhou 311400，China

Abstract： In order to improve the shift quality and overall energy efficiency of pure electric vehicles, a multi-gear electric vehicle powertrain system with a Harpoon-shift synchronizer as an alternative to the traditional cone clutch synchronizer is presented. An original dynamic model of the Harpoon-shift mechanism is established to investigate the transient responses of driveline system during gear shifting process. A shifting control algorithm based on a special step function is put forward to improve the driving comfort. The experiments were conducted to validate the effectiveness of the proposed mathematic model and control strategy. The results indicate that the jerk reduces considerably during engagement using the optimized torque springs. Besides, it shows that the significant advantages of the proposed Harpoon-shift synchronizer compared to traditional synchronizers.

Key words : Harpoon-shift；synchronizer；electric vehicle；torque spring stiffness；rotary inertia

0 引言

目前，大多數商用純電動汽車(PEV)由于制造成本低、體積小、配置簡單，都配備了單固定比變速箱^[1]。但是，這種變速器的缺點是動態性能(如爬坡、最大速度和加速度)和效率(驅動范圍)無法同時達到最大值。因此，多檔變速器在混合動力汽車和純電動汽車中的應用越來越廣泛^[2-3]。WANG X等人的研究表明，多齒輪傳動系統是提高電動汽車(HEV/EVS)整體效率和駕駛性能的有效解決方案^[4-5]。由于多檔變速器在節能和提高動態性能方面具有重要意義，眾多研究者已經提出解決扭矩中斷問題的方案，從而避免在換檔期間產生換檔沖擊^[6-11]。胡宇輝等人提出一種原始的扭矩輔助手動變速器(AMT)，用輔助離合器(ACL)代替傳統變速器中的五檔同步器^[12]。與傳統手動變速器和自動變速器(AT)的升檔性能相比，ACL-AMT能夠同時實現自動變速器的無縫換檔和手動變速器(MT)的燃油經濟性。程靖等人開發了一種緊湊的電動汽車雙速無離合器雙制動變速器，它由普通齒輪和齒圈組成的雙級行星齒輪組組成^[13]。MO W等人提出了“魚叉式換檔”的電動汽車同步器結構的新概念，該結構由齒形離合器和扭轉減震器組成^[14]。與傳統的同步器不同，魚叉式同步器利用錐形離合器的摩擦扭矩來完成速度的同步性。

多數研究內容主要集中在變速過程，該過程利用摩擦離合器完成速度同步，導致如摩擦力造成的能量損失、摩擦部件磨損和變速箱溫度升高等問題^[15-16]。為了克服上述問題，本文提出一種基于魚叉式換檔結構的同步器，該結構采用扭矩彈簧代替錐形離合器來實現速度校準。

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作者信息：

汪秋婷1，戚偉1，沃奇中2

（1.浙江大學城市學院，浙江杭州310015；2.杭州市富陽區質量計量監測中心，浙江杭州311400）

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