基于直驅(qū)技術(shù)的AMT換擋系統(tǒng)設(shè)計(jì)與性能研究.pdf

1、電控機(jī)械式自動變速器(AMT)在傳統(tǒng)手動變速器的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，具有傳動效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。近年來，全電式AMT研究引起了越來越多國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注，并開始嘗試將直驅(qū)技術(shù)引入其中。
　　為進(jìn)一步提高全電式AMT的換擋品質(zhì)，本文提出一類基于直驅(qū)技術(shù)的AMT換擋系統(tǒng)，自主研發(fā)了集轉(zhuǎn)動與直動于一體且運(yùn)動時(shí)互不干涉的二自由度電磁執(zhí)行器(2-DOFEMA)和具有自增力功能的增力式同步器，提高系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊性和AMT換擋品質(zhì)的同時(shí)

2、，降低了選換擋過程中的能量損耗。運(yùn)用理論分析、仿真計(jì)算和試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對基于直驅(qū)技術(shù)的AMT換擋系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，具體包括以下幾方面內(nèi)容:
　　(1)確定了應(yīng)用直驅(qū)技術(shù)的AMT選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)方案?？紤]自動變速技術(shù)對選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本要求，分別以換擋品質(zhì)和結(jié)構(gòu)緊湊性為最優(yōu)目標(biāo)設(shè)計(jì)了兩種AMT選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案，并最終選擇對傳統(tǒng)手動變速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)改動較小的二自由度直接驅(qū)動裝置驅(qū)動的AMT選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為課

3、題研究的主要技術(shù)方案。
　　(2)研發(fā)了一種基于電磁轉(zhuǎn)換特性的二自由度電磁執(zhí)行器。考慮AMT選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動要求和結(jié)構(gòu)緊湊性，自主研發(fā)了集轉(zhuǎn)動和直動于一體且運(yùn)動時(shí)互不干涉的、具有高功率密度的二自由度電磁執(zhí)行器，在完成系統(tǒng)樣機(jī)研制后，分別對其靜、動態(tài)特性進(jìn)行了仿真分析與臺架測試。
　　(3)建立了詳盡的選換擋過程動力學(xué)模型，并對選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性能進(jìn)行仿真研究。在分析變速器換擋機(jī)理的基礎(chǔ)上，分段研究了AMT的選換擋過程，論

4、證了AMT選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)選換擋時(shí)序重疊的可行性;完成了基于MATLAB/Simulink的選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能仿真研究，且定量研究了主要設(shè)計(jì)與控制參數(shù)對AMT選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能的影響。
　　(4)分析了換擋撥叉強(qiáng)度和剛度對驅(qū)動力加載規(guī)律的影響，探討了最大瞬時(shí)驅(qū)動力的確定原則。建立基于ABAQUS的換擋撥叉有限元分析模型，研究了換擋撥叉強(qiáng)度要求下，換擋驅(qū)動裝置能加載到選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的最大瞬時(shí)驅(qū)動力，并根據(jù)換擋撥叉的剛度分析結(jié)果修

5、正了換擋控制策略。
　　(5)研制了一種具有自增力和提高換擋系統(tǒng)魯棒性功能的直驅(qū)自增力AMT換擋系統(tǒng)。針對直驅(qū)技術(shù)應(yīng)用于AMT換擋系統(tǒng)中所帶來的問題，設(shè)計(jì)了一種具有自增力功能的增力式同步器，分別從力學(xué)和能量守恒的角度論證了增力式同步器的可行性與功能性，并對其原理性樣件進(jìn)行研制;直驅(qū)自增力AMT換擋系統(tǒng)使選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)在輸出較小驅(qū)動力時(shí)可獲得較大的同步力，降低2-DOF EMA換擋能耗的同時(shí)，提高了AMT換擋系統(tǒng)抵御外部擾動的能力，

6、為進(jìn)一步縮小換擋驅(qū)動裝置體積和降低換擋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。
　　(6)構(gòu)建了二自由度電磁執(zhí)行器直接驅(qū)動的AMT換擋系統(tǒng)通用試驗(yàn)臺架，驗(yàn)證了基于直驅(qū)技術(shù)的AMT換擋系統(tǒng)的可行性、功能性和通用性。在合適的換擋控制系統(tǒng)控制下，實(shí)現(xiàn)了2-DOF EMA作為AMT換擋系統(tǒng)驅(qū)動裝置時(shí)的選換擋時(shí)序重疊功能，通過變換擋參數(shù)的試驗(yàn)研究確定了新型AMT換擋系統(tǒng)的可行性與通用性。對比試驗(yàn)臺架改裝前后兩種AMT換擋系統(tǒng)的試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了

7、直驅(qū)自增力AMT換擋系統(tǒng)的可行性與功能性。實(shí)際測試結(jié)果表明，對于家用轎車的典型換擋參數(shù)（Δn=500r/min，Js=0.03kg·m2），當(dāng)進(jìn)擋過程的最大瞬時(shí)驅(qū)動力達(dá)到1000N時(shí)，2～3擋的選換擋時(shí)間可控制在200ms以內(nèi)，同步時(shí)間為107ms，此時(shí)輸入軸最大當(dāng)量換擋沖擊度為179.5rad/s3，單位面積滑摩功為0.057J/mm2，具有較小換擋沖擊且滿足同步器使用壽命要求的同時(shí)，較大程度地縮短了選換擋過程中的動力中斷時(shí)間;研制的