电动客车AMT系统分析.ppt
电动客车电动客车AMTAMT系统的研究与实现系统的研究与实现熊光明，席军强，麦吉，翟涌(北京理工大学机械与车辆工程学院）注：推注：推测测大大连电动连电动客客车车使用此使用此AMT系系统统实车图片实车图片AMT实物-来源于北京理工学报驱动电机AMT系统4S110 ECU，与下面介与下面介绍绍的奥运用的奥运用的的AMT为为同一系列同一系列电动客车电动客车AMTAMT系统组成系统组成1.该AMT系统主要由如上所示的硬件和软件系统组成，ECU采用了Motorola 32位单片机MC68376。2.为满足不同工况的要求，采用了3挡变速器。AMT系统选位换挡执行机构采用带减速器的24V直流电机，直接使用车载电源，降低了系统成本，简化了机构，提高了可靠性。3.在AMT系统中引入CAN总线，CAN总线采用高速和低速两个子网，高速网络段传输速率为250 kbit/s，用于动力系统ECU通信；低速网络段的传输速率为100 kbit/s，将车上电器如车灯、车门和雨刷等的控制。电动客车AMT系统组成：纯电动客车换档控制过程纯电动客车换档控制过程电机转矩控制电机转矩控制-升以档为例升以档为例1.升挡前，电机工作在力矩模式下，此时车辆根据油门踏板的开度大小行驶。当换挡决策模块指示需要换挡时，首先需要摘空挡，由于电动客车中没有离合器，如果变速器中相啮合齿轮的轴向摩擦力过大，摘空挡将比较困难。为此在电机运行模式中设计了自由模式。当AMT系统通过CAN向电机控制器发送自由模式命令后，电机失去励磁，此时输出力矩为0，因而以较小的力即可完成摘空挡的操作。2.在变速器位于空挡期间，AMT系统ECU计算出挂上目标挡位的电机目标转速，同时进行选位操作。AMT发出指令，将电机切换到调速模式，对电机进行调速；此时电机控制器根据AMT的要求，进行电机转速控制，电机目标转速：N=Ne*Inew/Iold。式中：Ne为电机当前转速；Inew为新档位传动比；Iold为旧档位传动比；3.挂挡操作。由于电机调速时间很快，两啮合齿轮间的速差很快接近为0，挂挡动作可方便地完成。4.AMT检测到升挡完成后，向电机控制器发出力矩工作模式，至此，即完成了AMT在一次升挡过程中对电机的控制此后，车辆在新的挡位上将根据油门踏板的开度大小继续行驶。升档时电机转矩控制过程：换挡过程的调速控制换挡过程的调速控制1.在换挡过程需要进行调速，如果调速不当，两对将要啮合的齿轮速度不相等，强行挂挡将会造成同步器磨损和齿轮的撞击，影响AMT系统的寿命，影响车辆的舒适性。2.由于没有离合器，当挡位被强行挂上，如果交流电机的转速很高，而瞬间力矩不足，速度会急剧下降，使电机的效率降低，车辆的舒适性也受到影响；反之，当车速很高而电机的转速较低时强行挂挡，可能对交流电机造成损伤。所以在换挡过程中，对交流电机调速对于动力传动系统非常必要。公式公式;目标转速 N=Ne*Inew/Iold式中：Ne为电机当前转速；Inew为新档位传动比；Iold为旧档位传动比。调速控制：调速控制：换档换档及及选位电机控制选位电机控制-.为了保证换档和选位的位置的准确，换档过程柔和，运用换档和选位位移传感器的反馈作闭环控制，运用经典PD控制算法，控制算法PD输入位移e(t)与输出控制电机力矩的PWM的U(t)关系为:U(t)=Kpe(t)+Kdde(t)/dt 其中Kd,KP为控制器的微分系数，比例系数进行数字离算后输入与输出的关系为:U(k)=Kpe(k)+Kde(k)-e(k-1)式中e(k)为当前选位(换档)传感器的值与目标值的偏差；U（k）为第n次采样计算后控制器的输出值。换档和选位电机的控制换档和选位电机的控制原理框图：原理框图：驱动电机工作模式驱动电机工作模式换挡过程电机工作模式控制策略换挡前转矩模式根据踏板信号输出目标力矩摘空挡自由模式目标力矩为0，电机自由旋转等待同步调速模式给定目标转速换挡操作自由模式目标力矩为0，电机自由旋转换挡完成转矩模式根据踏板信号输出目标力矩档位传动比传动比1档4.4662档2.473档1.49说说明：不确定是否明：不确定是否为为大大连电动连电动客客车车AMT实实用的用的传动传动比比 -此数据来源北理工学此数据来源北理工学报报驱动电机工作模式：AMT参数：AMTAMT中中ECUECU的电磁兼容设计的电磁兼容设计1.为了减少去耦电容供电回路面积，减少元件分布电感的影响，有效降低引线电感带来的种种弊端，在设计中全部选用贴片元件，有利于实现电磁兼容。2.鉴于汽车级电子芯片具有较高的抗电磁干扰性能，并具有宽广的工作温度范围，设计中用了汽车电子专用集成电路。3.为减小线路板的电磁辐射并提高线路板的抗干扰能力，采用了4层印制电路板，设置专门的电源层和地层，使信号线与地线之间的距离仅为印制电路板的层间距离。这样，板上所有信号的回路面积就可以降至最小，从而有效减小差模辐射。4.印制电路板的供电线路加上滤波器和去耦电容，加大了电源线宽度，减少了环路电阻在电源变压器前端加装电源滤波器，抑制共模噪声和串模噪声，隔离外部和内部脉冲噪声的干扰。5.晶振电路是系统的重要干扰源，为此，设计中对晶振电源合理布局，同时将其外壳接地。6.为使ECU不受外部电磁场的影响，采取隔离屏蔽措施采用磁导率、电导率较高的金属材料制作壳体，将ECU与外界隔离屏蔽，图6为带有壳体的ECU外观图。7.为使由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放，将机壳进行适当的接地，同时也获得良好的屏蔽效果。8.ECU的信号线、电源线通过航空插头插座与外界连接，同时对进入ECU的电源和信号进行滤波。为减少电磁干扰，取的措施：性能指标性能指标如图所示：0“-50 km加速试验曲线。从图中可以看出，050 km加速时间约为25 s，达到了科技部和北京市提出的050 km加速时间小于30 s的技术指标。加速实验曲线：专利名称：电动汽车自动变速系统专利名称：电动汽车自动变速系统申请申请(专利权专利权)人：北京理工华创电动车技术有限公司人：北京理工华创电动车技术有限公司注：推注：推测测大大连电动连电动客客车车使用的使用的AMT为为此此结结构构电动车自动变速系统原理图电动车自动变速系统原理图图中：1-输入轴；2-行星架；201-第一行星齿轮；202-第二行星齿轮；203-第三行星齿轮；204-第四行星齿轮；3-第一齿圈；4-第二齿圈；5-离合器；6-第一制动器；7-第二制动器；8-输出轴电动车自动变速系统原理图：图图 1 1电动车自动变速使用状态参考图电动车自动变速使用状态参考图图图 2 2电动车自动变速使用状态参考图：图中：1-输入轴；2-行星架；201-第一行星齿轮；202-第二行星齿轮；203-第三行星齿轮；204-第四行星齿轮；3-第一齿圈；4-第二齿圈；5-离合器；6-第一制动器；7-第二制动器；8-输出轴系统组成：系统组成：系统包括如下：具体实施方式具体实施方式该自动变速系统具体实施方式：二则电动车二则电动车AMTAMT相关信息相关信息1.在北京奥运村运行的50辆锂离子电池驱动的电动车有40辆安装了北京齿轮总厂与院校合作研制的AMT自动变速箱4A110，它是在手动变速器4S110的基础上,加装一套电机驱动的选档和换挡机构,根据采集到的车速、电机转速、油门开度等信号,通过ECU的程序控制实现自动换档北京奥运电动车北京奥运电动车AMTAMTAMT技术参数：4A110变速器组成图：1.当到达换挡时机时，首先需要摘空挡，由于电动客车中没有离合器，如果变速器中相啮合齿轮的轴向摩擦力过大，摘空挡将比较困难，为此在电机运行模式中设计了自由模式，当AMT系统向电机控制器发送自由模式命令后，此时输出力矩为0，因而以较小的力即可完成摘空挡的操作。2.在变速器位于空挡期间，AMT系统ECU根据车速等参数进行选位操作。3.AMT发出指令对电机进行调速，此时电机控制器根据AMT的要求，进行电机转速控制(使电机转速与变速箱的输出的转速差控制在较小范围。4.挂挡操作，由于电机调速时间很快，两啮合齿轮间的速差达到制定的范围时，挂挡动作可方便地完成。5.AMT检测到升挡完成后，向电机控制器发出力矩工作模式，至此，即完成了AMT在一次升挡过程中对电的控制。此后，车辆在新的挡位上将根据油门踏板的开度大小继续行驶。4A110变速箱换挡过程：换挡过程换挡过程产品简介：本产品是公司联合北京理工大学为奥运会纯电动客车开发的一款自动换档变速器。该变速器是由S3-120变速器和自动换档控制系统组成的电控三档机械式自动变速器（AMT），变速器有三个前进档，换档控制自动完成，倒档由换档控制单元与主驱动电机配合实现。S3-120AMT变速器与主驱动电机直接连接传动，不需使用离合器，采用了先进的换档自动控制单元，实现了换档操纵的电控自动化。其优点是保留原档位、换档机构不变；设计的电驱动变速装置具有高度集成化、良好的工艺性和维修性；具有良好的经济性和可靠性。适用范围：总长度712米、电动机功率120225kW的城市电动公交车或公交车底盘。綦江新能源公交车专用变速器：綦江新能源公交车专用变速器：S3-120AMTS3-120AMT实物效果图实物效果图输入功率120225 kW最大输入扭矩 1200 N.m额定转速 3000 r/min总质量80 kg挡位及传动比挡位1挡2挡3挡直接挡4.412.451.48里程表传动比机械式1.545(可加二级传动装置)电子式1：8或1：6换挡方式锁环式同步器换挡安装方式左卧、右卧、立式，与电动机直接或分开安装安装长度505mm（变速器壳体前端面至输出法兰接合面之间距离）干油箱加油量卧式安装13升,立式安装12升可带缓速器技术参数技术参数变速器S3-120AMT 技术参数：（数据来自中国客车网）
