一种提高纯电动AMT 换挡性能的方法

2021-11-08李志杰乔运乾陈国涛赵国强张明波

汽车电器 2021年10期

李志杰，乔运乾，陈国涛，赵国强，张明波

（潍柴动力股份有限公司，山东潍坊 261061）

能源危机与环境污染两大问题促进了全球新能源产业的快速发展，国家颁布的一系列政策更是对国内新能源的发展影响深远。纯电动汽车是新能源汽车的主要发展方向之一［1，2］。目前新能源汽车采用“电池-电机-传动机构”的结构，似乎变速器不再是必须部件，但从新能源汽车发展方向看，无论从驱动电机系统动力性、经济性，还是系统向高速化发展，都需要先进的变速器技术作为支撑［3—6］，商用车中的手动变速器系统正逐步切换为自动或手自一体变速器，先进变速器的技术在未来很长一段时间内都会是商用车应用研究的主流方向［7，8］。两挡箱系统主要应用领域为城际物流，可满足爬坡与高速行驶需求［9］。

两挡箱系统在运行过程中，容易出现换挡件磨损导致的脱挡现象［10-12］，严重影响动力系统的换挡可靠性及驾乘舒适性，本文基于纯电两挡箱开发过程中出现的问题，提出相应控制策略的优化方案并进行了试验验证，验证结果表明控制策略及标定方案切实有效。

1 纯电动AMT换挡控制方法介绍

AMT （Automated Mechanical Transmisstion）就是在传统MT基础上，装上电脑控制系统，模拟驾驶员换挡的行为完成自动选挡和换挡。AMT保留了MT结构简单、传动效率高、性价比高等优点，其发展前景广阔［13］。目前常见的纯电动AMT换挡控制方法如图1所示：主要过程由电机降扭、变速器摘挡、换挡执行机构选挡调速、变速器挂挡等阶段组成［14］，流程见图1。

图1 纯电动AMT传统换挡方法流程图

对于电控电动挡箱而言，当下比较典型的控制过程如图2所示：选定目标位置，根据目标位置与实际位置的差值，进行分段PID控制，控制PWM占空比的输出，最终完成整个换挡过程［15］。当前挡位的确定通过传感器的位置、传动比校准来实现。

图2 典型的换挡控制方法

2 换挡验证问题及对应分析

两挡箱动力系统在台架运行几万次可靠性试验后出现脱挡现象，将变速器进行拆检分析，发现如下问题：拨叉金属块磨损严重、结合套换挡齿轮尖角出现严重磨损，棱角变凸，不再具备止脱作用，零部件磨损情况如图3所示，换挡过程涉及到的滑套与目标齿的三维图如图4所示。

图3 零部件磨损情况

图4 相关件三维图

对换挡结合齿的三维数模进行分析得到换挡过程的示意简图，如图5所示，通过分析发现。

图5 结构简图

1）拨叉金属块的磨损原因为进挡后拨叉金属块与滑套壁面接触且一直处于受力状态。

2）目标齿轮壁面与限位面1的距离为1.8mm，而结合套上的齿轮尖角与拨叉限位面2的距离为1.5mm，因此不会出现尖角碰撞目标齿壁面的情况，齿尖的磨损主要是在挂挡过程中出现脱挡时齿轮之间的碰撞导致。

3 换挡控制方法优化

试验过程中使用的换挡控制方法如图6所示，针对以上问题进行优化，具体过程如下。

图6 换挡方法优化

1）在进挡过程中，当执行机构推动至合适的位置后即可增加扭矩，有效提高换挡时间；同时控制策略中增加回退需求，减少金属块的磨损以及拨叉受力，提高AMT产品的性能。

2）由于传动系统、制造精度以及装配等误差使得回退的距离无法直接准确反映在拨叉端，因此通过在拨叉金属块处增加监控设备（监控设备的布置如图5所示）来判定实际回退位置是否处于合适的位置。最终形成控制策略如图7所示。

图7 优化后的换挡方法流程图

4 台架验证

将经过论证的控制策略通过Simulink_RTW过程生成代码，刷写到变速器控制器中，再次进行换挡可靠性验证，台架运行几十万次可靠性试验后未出现脱挡现象，台架结构如图8所示，对台架试验过程数据进行记录，策略优化前后数据对比如图9所示。

图8 动力总成台架

图9 验结果对比

对位置信号进行分析发现控制策略可正常实现，同时记录监控设备各测点的数据，从图10中可以看出换挡过程中位置无回退时监控设备数值明显上升异常；而回退之后监控设备数值不出现突变，且各测点数值变化均匀。图11显示分别在1挡、2挡长时间运行时，监控设备数值无明显上升现象发生，说明拨叉金属块不存在与两边接触磨损的情况，可有效对AMT换挡进行控制，提高产品使用寿命。