纯电动汽车两挡AMT控制系统的研究

【摘要】：随着石化资源的枯竭和人们对汽车环保的要求越来越高，电动汽车被推向人们的视野，适合电动汽车使用的变速器也成为研究热点之一。AMT（AutomatedMechanical Transmission）是在手动变速器的基础上，由微控制器控制换挡执行机构实现自动换挡。AMT既继承了手动变速器高效率、廉价的优点，又具备自动变速器可以根据车辆状态自动切换挡位的性能。 本文基于电动汽车的驱动电机调速范围宽、能正反转的特点。结合某款电动汽车开发了两挡、无离合、无倒挡齿轮的机械式自动变速器系统。主要研究和创新为： 1、对该AMT的换挡驱动电机进行选择和比较分析，选择无刷直流电机作为换挡电机。根据换挡时间的控制目标进行了无刷直流电机的选型号。 2、对AMT的动力性和经济性的换挡策略进行了研究，并设计了换挡策略。 3、基于16位的Freescale MC9S12XS128单片机设计开发了TCU的硬件和软件，硬件部分主要由MC9S12XS128最小系统、CAN通信接口电路、串口接口电路、三相桥驱动电路、电源电路、电流检测电路和霍尔信号调整电路组成；软件部分主要包括不同工况下的换挡控制策略、CAN报文协议的定义和CAN报文的收发流程等。 4、基于设计开发的AMT控制系统和换挡执行机构，进行了台架试验，结果表明：设计开发的AMT能稳定可靠的完成挂挡和摘空挡动作；CAN通信模块能稳定可靠的接收与发送报文；基于驱动电机主动调速的换挡控制策略，可缩短换挡过程的同步时间，达到减少换挡时间，降低换挡冲击和换挡顿挫感，提高换挡平顺性和电动汽车的乘坐舒适性的目的。 【关键词】：两挡AMT 无刷直流电机 换挡规律 CAN总线 MATLAB仿真
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U463.212;U469.72
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景和意义9-10
• 1.2 AMT 的概述和国内外发展现状10-15
• 1.2.1 AMT 概述10-11
• 1.2.2 自动变速器的分类11-12
• 1.2.3 AMT 的国内外发展现状12-15
• 1.3 电动汽车采用的 AMT 结构与工作原理15-16
• 1.3.1 AMT 控制系统的结构组成15
• 1.3.2 AMT 的工作原理15-16
• 1.4 课题来源与本文主要研究内容16-17
• 第2章 AMT 换挡电机选型分析17-28
• 2.1 AMT 换挡电机的基本要求17
• 2.2 直流无刷电机与步进电机的比较分析17-19
• 2.2.1 步进电机的特点17-18
• 2.2.2 直流无刷电机的特点18-19
• 2.3 换挡过程所受的阻力分析19-24
• 2.3.1 换挡阻力的确定19-20
• 2.3.2 自锁阻力20-21
• 2.3.3 同步阻力21-23
• 2.3.4 电机的惯性负载和阻力负载23-24
• 2.4 换挡调速时间预估24-27
• 2.5 换挡电机的确定27
• 2.6 本章小结27-28
• 第3章 AMT 换挡策略的制定28-40
• 3.1 换挡策略类型分析28-30
• 3.1.1 单参数换挡策略28-29
• 3.1.2 两参数换挡策略29
• 3.1.3 三参数换挡策略29-30
• 3.2 两参数动力性换挡策略的制定30-36
• 3.2.1 汽车动力学分析30-35
• 3.2.2 动力性换挡策略制定35-36
• 3.3 两参数经济性换挡策略的制定36-39
• 3.3.1 电动汽车经济性能评价及其影响因素36-38
• 3.3.2 经济性换挡策略制定38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 AMT 控制系统硬件设计40-51
• 4.1 AMT 控制器的硬件总体设计40
• 4.2 主控模块的设计和实现40-46
• 4.2.1 MC9S12XS128 单片机最小系统设计41-42
• 4.2.2 串行总线接口电路设计42-43
• 4.2.3 CAN 总线接口电路设计43-46
• 4.3 换挡电机驱动模块电路设计46-50
• 4.3.1 三相全桥驱动电路设计46-47
• 4.3.2 电源电路设计47-49
• 4.3.3 电流检测电路设计49
• 4.3.4 霍尔信号调整电路49-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第5章 AMT 控制系统软件设计51-60
• 5.1 AMT 控制系统软件总体结构51
• 5.2 AMT 控制系统主程序设计51-54
• 5.3 CAN 接口程序设计54-59
• 5.3.1 CAN 报文定义55-56
• 5.3.2 CAN 网络地址分配规则56
• 5.3.3 CAN 网络中的报文数据定义56-57
• 5.3.4 MSCAN 控制器驱动57-58
• 5.3.5 MSCAN 控制器驱动和报文的发送与接收58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第6章 AMT 控制系统仿真与测试60-70
• 6.1 AMT 系统基于 MATLAB Simulink &Stateflow 建模60-64
• 6.1.1 电机 simulink 模型建立60-61
• 6.1.2 电机调速控制模块的模型建立61
• 6.1.3 整车动力学模型建立61-62
• 6.1.4 挡位切换过程的模型建立62-63
• 6.1.5 两挡 AMT 变速器换挡过程整体模型建立63-64
• 6.2 基于 Simulink & Stateflow 换挡过程仿真结果分析64-67
• 6.3 AMT 控制系统台架测试67-70
• 6.3.1 测试目的67
• 6.3.2 测试设备介绍67-69
• 6.3.3 测试结果69-70
• 第7章 全文总结与展望70-72
• 7.1 全文总结70
• 7.2 工作展望70-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-76
• 攻读学位期间的研究成果76

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