, 方圣楠 , 宋海军 , 台玉琢 , 李飞 清华大学 汽车安全与节能国家重点实验室, 北京 100084
收稿日期：2016-12-22
作者简介：NGUYEN Truong Sinh (1976-), 男, 博士研究生
通信作者：宋健, 教授, E-mail:daesj@tsinghua.edu.cn
摘要：该文以实现动力不中断的高效动力传动系统为基本目标，对一种适用于电动汽车的动力保持型机械式自动两挡变速器进行了仿真与试验研究。该变速器主要由单排行星齿轮系统、膜片弹簧式离合器以及鼓式制动器构成，旨在解决换挡过程中的动力中断问题。该文建立了一个采用新型变速器的纯电动汽车前置前驱传动系统动力学模型。在MATLAB/Simulink环境下，搭建了一个纯电动车整车仿真模型。该模型用来进行分析、选定变速器的基本参数，研制出一台变速器功能样机。该仿真模型适合于实时仿真与试验，在试验过程中可以灵活地改变调整各种参数。根据新型变速器试验的需求，该文建立了一个变速器硬件在环仿真平台，搭建了一个变速器样机的试验台，进行实时仿真和台架试验。仿真和试验结果表明：该变速器解决了在换挡过程中存在的动力中断问题，使驱动电机工作在高效区间，提高了纯电动汽车的动力性和经济性。
关键词：两挡变速器电动汽车机械式自动变速器试验台实时仿真
Simulation and experimental demonstration of a seamless two-speed automatic mechanical transmission for electric vehicles
NGUYEN Truong Sinh, SONG Jian
, FANG Shengnan, SONG Haijun, TAI Yuzhuo, LI FeiState Key Laboratory of Automotive Safety and Energy, Tsinghua University, Beijing 100084, China
Abstract: This paper describes a two-speed automatic mechanical transmission (AMT) for an efficient, uninterrupted powertrain for electric vehicles. This paper describes the transmission structure, which consists of a single planetary gear system, a disk friction clutch and a drum brake that allows seamless shifting between two gears. A dynamic model is given for a front drive wheel powertrain system in an electric vehicle in a MATLAB/Simulink environment that is more suitable for real-time simulations for designing the transmission. A real-time dynamic transmission test bench was setup with a hardware-in-the-loop simulation platform. The simulation and test results indicate that the power interrupt during shifting is eliminated and the transmission significantly improves the electric motor efficiency as well as the vehicle dynamics and energy consumption.
Key words: two-speed transmissionelectric vehicleautomatic mechanical transmission (AMT)test benchreal-time simulation
纯电动汽车的传动系统早期多采用固定速比减速器，现在已开始采用多挡自动变速器。在纯电动汽车上采用两挡或者多挡自动变速器可以让驱动电机大部分时间工作在高效率区、降低驱动电机的成本、改善车辆的动力性和经济性[1-3]。最近的研究已通过仿真模型或样机试验提出了几种纯电动汽车的两挡自动变速器方案，其中大多基于机械式自动变速器(automatic mechanical transmission，AMT)或者双离合器自动变速器(dual clutch transmission, DCT)的基本结构。基于DCT的结构，Hong等[4]和Zhou等[5]分别提出了一种用干式离合器和一种用湿式离合器的两挡DCT，他们对换挡控制均进行了研究与试验。基于平行轴式AMT的结构，吉毅[6]和Qin等[7]分别提出了一种在换挡执行机构中采用同步器的两挡AMT，对换挡系统进行了研究、设计与试验。Sorniotti等[8]和Lacerte等[9]分别提出了2种在换挡系统中采用不同超越离合器的两挡AMT。基于行星齿轮系统AMT的结构，Shin等[10]提出了一种采用1个Simpson行星齿轮系统的两挡AMT，Mousavi等[11]提出了一种采用2个行星齿轮系统的两挡AMT。
上述几种新型自动变速器，在换挡执行机构中采用同步器的两挡AMT在换挡过程中仍然存在动力中断的问题；采用行星齿轮系统的两挡AMT不仅解决了动力中断的问题，而且具有传动效率高、结构紧凑的优点，尺寸和重量都比其他种类更小。
本文针对纯电动汽车的动力传动系统，研究了一种采用单排行星齿轮系统的动力保持型两挡AMT，该AMT由行星齿轮系统、离合器和制动器组成。搭建了纯电动汽车动力保持型AMT的传动系统模型进行动力学分析，实现了主要的参数选取包括整车参数和动力传动系统参数，以及选取合理的变速器结构与具体的设计方案并制造变速器功能样机。在MATLAB/Simulink环境下，搭建了一个硬件在环仿真模型，将变速器样机安装在测试台架上进行硬件在环仿真和试验，验证样机的基本参数是否能够达到所设计的要求。
1 电动汽车动力保持型两挡AMT的设计1.1 动力保持型两挡AMT的结构新型变速器的设计方案除了能够实现以动力不中断的高效动力传动系统为基本目标，还应该具有结构简单、运行可靠、外形尺寸和重量小、成本低、便于整车布置等特点。考虑到这些要求，本文提出一种前置前驱传动系统的动力保持型两挡AMT的设计方案。如图 1所示，该动力保持型AMT在结构上采用1个单排行星齿轮系统，配合1个膜片弹簧离合器以及鼓式制动器来实现2个挡位的切换，而且变速器中集成了主减速器和差速器，更加便于整车布置。如图 1所示，动力保持型两挡AMT总成内有变速器输入轴与输出轴、主减速器的中间轴和差速器，其中变速器输入轴与纯电动汽车的驱动电机相连，变速器输出轴上安装有主减速器的输入齿轮，通过中间轴上的第一中间齿轮和第二中间齿轮将动力传递给差速器。动力保持型两挡AMT内的行星齿轮系统，包括齿圈、行星齿轮、行星架和太阳轮，其中太阳轮与变速器的输入轴相对固定，行星架与变速器的输出轴相对固定。
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| 图 1 动力保持型两挡AMT结构 1—变速器输入轴；2—离合器；3—制动器；4—行星齿轮系统；5—变速器输出轴；6—主减速器中间轴；7—差速器 |
| 图选项 |
1.2 动力保持型两挡AMT的工作原理变速器可以在2个挡位之间切换，一挡主要用于汽车的起步、中低速行驶，二挡主要用于汽车的高速行驶。动力保持型两挡AMT的工作过程可以分为3个阶段：一挡在挡、二挡在挡和换挡过程。
变速器位于一挡时，离合器处于未接合状态，制动器处于接合状态，变速器外壳与齿圈互连。此时驱动电机的动力经过动力输入轴传递到太阳轮，太阳轮与行星架之间形成一个确定的传动比，并且该传动比的值大于1。从太阳轮输入的动力，经行星架传递至变速器的输出轴，然后传递到汽车驱动轴，从而驱动汽车前轮。
变速器位于二挡时，离合器处于接合状态，制动器处于松开状态，输入轴与齿圈互连。此时驱动电机的动力经过变速器输入轴传递到太阳轮和齿圈。由于变速器输入轴与太阳轮相对固定，行星齿轮系统整体以一个相同的转速同步旋转，相当于直接挡(太阳轮与行星架之间的传动比为1), 电机的动力经行星架输出，传递至动力输出轴，然后传递到汽车驱动轴，从而驱动汽车前轮。
变速器从一挡切换至二挡时，离合器逐渐接合，制动器逐渐分离。相反，变速器从二挡切换至一挡时，制动器逐渐接合，离合器逐渐分离，从而实现换挡过程中的动力保持。
2 电动汽车传动系统动力学模型2.1 动力保持型两挡AMT的运动学分析单排行星齿轮系统组件之间的运动学关系式表达如下[12]:
| $\left\{ \begin{array}{l}{r_{\rm{r}}}{\omega _{\rm{r}}} = {r_{\rm{p}}}{\omega _{\rm{p}}} + {r_{\rm{c}}}{\omega _{\rm{c}}},\\{r_{\rm{r}}} = {r_{\rm{p}}} + {r_{\rm{c}}}.\end{array} \right.$ | (1) |
| $\left\{ \begin{array}{l}{r_{\rm{c}}}{\omega _{\rm{c}}} = {r_{\rm{p}}}{\omega _{\rm{p}}} + {r_{\rm{s}}}{\omega _{\rm{s}}},\\{r_{\rm{c}}} = {r_{\rm{p}}} + {r_{\rm{s}}}.\end{array} \right.$ | (2) |
| ${\omega _{\rm{s}}} = \left( {1 - {i_{{\rm{sp}}}}{i_{{\rm{pr}}}}} \right){\omega _{\rm{c}}} + {i_{{\rm{sp}}}}{i_{{\rm{pr}}}}{\omega _{\rm{r}}}.$ | (3) |
| ${i_{{\rm{sp}}}} = - \frac{{{r_{\rm{p}}}}}{{{r_{\rm{s}}}}},{i_{{\rm{pr}}}} = \frac{{{r_{\rm{r}}}}}{{{r_{\rm{p}}}}},{k_g} = \frac{{{r_{\rm{r}}}}}{{{r_{\rm{s}}}}}.$ | (4) |
1) 变速器位于第一挡(ωr=0, ωs≠0)：
| ${i_{\rm{g}}} = {i_{\rm{l}}} = \frac{{{\omega _{\rm{s}}}}}{{{\omega _{\rm{c}}}}} = 1 + {k_{\rm{g}}}.$ | (5) |
| ${i_{\rm{g}}} = {i_{\rm{2}}} = \frac{{{\omega _{\rm{s}}}}}{{{\omega _{\rm{c}}}}} = 1.$ | (6) |
| ${i_{\rm{2}}} = 1 < {i_{\rm{g}}} < {i_1} = 1 + {k_{\rm{g}}}.$ | (7) |
表 1 纯电动汽车的基本参数
| 参数 | 日产Leaf (2011) | 目标 车型 |
| 汽车质量m/kg | 1 476 | 1 500 |
| 最高车速vmax/(km·h-1) | 145 | ≥180 |
| 0~100 km/h加速时间tacc, 100/s | ≤10 | ≤11 |
| 最大爬坡度imax/% | ≥30 | ≥35 |
| 轮胎滚动半径r/m | 0.315 | 0.315 |
| 迎风面积A/m2 | — | 2.05 |
| 风阻系数CD | 0.29 | 0.29 |
| 传动系统效率ηr | 0.95 | 0.95 |
| 电池系统总能量Wm/(kW·h) | 24 | 24 |
表选项
根据文[14-15]，纯电动汽车驱动电机的峰值功率Pm, max必须满足：Pm, max≥max[Pm_vmax, Pm_imax, Pm_acc]。其中: Pm_vmax、Pm_imax、Pm_acc分别为驱动电机最高车速时的功率、最大爬坡度时的功率和加速过程中的最大功率要求，具体为
| ${P_{{\rm{m\_}}{v_{\max }}}} = \frac{{{v_{\max }}}}{{3600{\eta _{\rm{T}}}}}\left( {mgf + \frac{{{C_{\rm{D}}}A}}{{21.15}}v_{\max }^2} \right),$ | (8) |
| ${P_{{\rm{m\_}}{i_{\max }}}} = \frac{{{v_{{i_{\max }}}}}}{{3600{\eta _{\rm{T}}}}}\left( {mgf\cos {\alpha _{\max }} + mg\sin {\alpha _{\max }} + \frac{{{C_{\rm{D}}}Av_{{i_{\max }}}^2}}{{21.15}}} \right),$ | (9) |
| ${P_{{\rm{m\_acc}}}} = \frac{1}{{3600{\eta _{\rm{T}}}}}\left( {\frac{{\delta mv_{{\rm{acc}}}^2}}{{2\sqrt {t_{{\rm{acc}}}^3} }} + \frac{{mgf{v_{{\rm{acc}}}}}}{{1.5}} + \frac{{{C_{\rm{D}}}Av_{{\rm{acc}}}^3}}{{21.15 \times 2.5}}} \right).$ | (10) |
表 2 动力保持型两挡AMT传动系统的基本参数
| 参数 | 日产Leaf (2011) | 目标 车型 |
| 电机峰值转速nm, max/(r·min-1) | 10 390 | 8 500 |
| 电机额定转速nm, basc/(r·min-1) | 2 700 | 3 000 |
| 电机峰值转矩Tm, max/(N·m) | 280 | 240 |
| 电机峰值功率Pm, max/kW | 80 | 75 |
| 第一挡速比i1 | — | 2.745 |
| 第二挡速比i2 | — | 1.000 |
| 主减速器速比i0 | 7.937 | 4.465 |
| 变速器最大输入转矩Tti, max/(N·m) | — | 360 |
| 变速器最大输入转速nti, max/(r·min-1) | — | 8 500 |
表选项
关于变速器的速比选择，纯电动汽车在最高车速行驶时, 以最小传动比的挡位行驶, 在最大爬坡度时以最大传动比的挡位行驶。车辆总传动比iΣ为
| ${i_\Sigma } = {i_0}{i_{\rm{g}}}.$ | (11) |
| ${i_0} \le 0.377\frac{{{n_{{\rm{m}},\max }}}}{{{v_{\max }}}} = 5.607,$ | (12) |
| ${i_0}{i_1} \ge \frac{{{T_{{\rm{wheels}},{i_{\max }}}}}}{{{T_{m,\max }}}} = 6.363.$ | (13) |
在纯电动汽车的电池参数匹配方面，本文采用一个简单的等速方法(车辆等速为vconst=60 km/h，车辆行驶距离为S=200 km，行驶时间为t200=1.2×104 s)来计算驱动电机所需消耗电量Wm为
| ${W_{\rm{m}}} = \frac{{{v_{{\mathop{\rm const}\nolimits} }}}}{{3600{\eta _{\rm{T}}}}}\left( {mgf + \frac{{{C_{\rm{D}}}A}}{{21.15}}v_{{\rm{const}}}^2} \right){t_{200}}.$ | (14) |
变速器样机设计与试验过程中采用电控机械式换挡执行机构，由2个直流电机带动、实现换挡命令并完成所需要的换挡过程。
2.3 电动汽车动力传动系统动力学模型为了便于变速器换挡控制器的设计，本文对传动系统进行简化分析、建立纯电动汽车传动系统动力学模型。假设变速器的输入轴和输出轴均简化为一个弹簧阻尼系统，其余连接部件简化为刚性系统，如图 2所示。图中Tm、ωm分别为驱动电机转矩和转速，kti、kto分别为变速器输入轴和输出轴弹簧刚度，cti、cto分别为变速器输入轴和输出轴阻尼系数，Tti、Tto为变速器输入和输出轴转矩，ωti、ωto分别为变速器输入轴和输出轴转速，ωfd为主减速器输入轴转速，ig、i0分别为变速器和主减速器的速比，Twind、Troll、Tslope分别为汽车受到的风阻力矩、滚动阻力矩和坡度阻力矩。采用Lagrange方程对变速器内部的行星齿轮系统进行动力学分析，整理后得到电动汽车动力传动系统的动力学方程为
| $\left\{ \begin{array}{l}{{\dot \omega }_{\rm{m}}} = \left( {{T_{\rm{m}}} - {T_{{\rm{ti}}}}} \right)/{J_{\rm{m}}},\\{T_{{\rm{ti}}}} = {k_{{\rm{ti}}}}\left( {{\theta _{\rm{m}}} - {\theta _{{\rm{ti}}}}} \right) + {c_{{\rm{ti}}}}\left( {{\omega _{\rm{m}}} - {\omega _{{\rm{ti}}}}} \right),\\{T_{{\rm{ti}}}} + {T_{{\rm{br}}}} - {T_{{\rm{to}}}} = {I_1}{{\dot \omega }_{\rm{r}}} + {I_2}{{\dot \omega }_{\rm{c}}},\\{T_{{\rm{ti}}}} - \frac{1}{{{k_{\rm{g}}}}}{T_{{\rm{br}}}} - \frac{{{k_{\rm{g}}} + 1}}{{{k_{\rm{g}}}}}{T_{{\rm{cl}}}} = {I_3}{{\dot \omega }_{\rm{r}}} + {I_4}{{\dot \omega }_{\rm{c}}},\\{{\dot \omega }_{\rm{w}}} = \left( {{T_{{\rm{to}}}}{i_0} - {T_{{\rm{load}}}}} \right)/{J_{{\rm{ew}}}},\\{T_{{\rm{to}}}} = {k_{{\rm{to}}}}\left( {{\theta _{{\rm{to}}}} - {\theta _{{\rm{fd}}}}} \right) + {c_{{\rm{to}}}}\left( {{\omega _{{\rm{to}}}} - {\omega _{{\rm{fd}}}}} \right).\end{array} \right.$ | (15) |
 |
| 图 2 电动汽车动力传动系统动力学模型 C—行星架；P—行星齿轮；R—齿圈；S—太阳轮 |
| 图选项 |
其中：Jm为驱动电机转动惯量，Jew为汽车归于驱动车轮轴的等效转动惯量，Ww为驱动车轮转速，θm-θti为变速器输入轴扭转角度，θto-θfd为变速器输出轴扭转角，Tbr为制动器制动力矩，Tcl为离合器接合力矩，Tload为作用在所有驱动车轮轴上的负载力矩，Is、Ic、Ir和Ip分别为变速器的太阳轮、行星架、齿圈和行星齿轮(单个)的转动惯量，I1、I2、I3、I4分别为Is、Ic、Ir、Ip简化后的转动惯量，
| $\left\{ \begin{array}{l}{I_1} = {I_{\rm{s}}}\left( { - {r_{\rm{r}}}/{r_{\rm{s}}}} \right) + {I_{\rm{r}}},\\{I_2} = {I_{\rm{s}}}\left( {1 + {r_{\rm{r}}}/{r_{\rm{s}}}} \right) + {I_{\rm{c}}} + {n_{\rm{p}}}{m_{\rm{p}}}{\left( {{r_{\rm{s}}} + {r_{\rm{p}}}} \right)^2},\\{I_3} = {I_{\rm{s}}}\left( { - {r_{\rm{r}}}/{r_{\rm{s}}}} \right) + {I_{\rm{r}}}\left( { - {r_{\rm{s}}}/{r_{\rm{r}}}} \right) + \\\;\;\;\;\;\;{n_{\rm{p}}}{I_{\rm{p}}}\left( {{r_{\rm{r}}}/{r_{\rm{p}}}} \right)\left( { - {r_{\rm{s}}}/{r_{\rm{p}}}} \right),\\{I_4} = {I_{\rm{s}}}\left( {1 + {r_{\rm{r}}}/{r_{\rm{s}}}} \right) + {n_{\rm{p}}}{I_{\rm{p}}}\left( {{r_{\rm{r}}}/{r_{\rm{p}}}} \right)\left( {{r_{\rm{s}}}/{r_{\rm{p}}}} \right).\end{array} \right.$ | (16) |
| $\left\{ \begin{array}{l}{T_{{\rm{cl}}}} = \sin \left( {{\omega _{\rm{s}}} - {\omega _{\rm{r}}}} \right){\mu _{\rm{p}}}{F_{\rm{N}}}{R_{\rm{c}}},\\{T_{{\rm{br}}}} = \left( {{p_{\rm{a}}} + {{p'}_{\rm{a}}}} \right)\frac{{\mu r_{{\rm{dr}}}^2{w_{{\rm{sh}}}}}}{{\sin {\phi _{\rm{a}}}}}\left( {\cos {\phi _1} - \cos {\phi _2}} \right),\\{T_{{\rm{load}}}} = {T_{{\rm{wind}}}} + {T_{{\rm{roll}}}} + {T_{{\rm{slope}}}}.\end{array} \right.$ | (17) |
3 搭建两挡AMT的硬件在环与测试台架本文搭建了一个纯电动车动力保持型两挡AMT的硬件在环仿真平台(hardware-in-the-loop simulation platform, 简称为HIL仿真平台)。该仿真平台基于MATLAB/Simulink? R2015b软件，采用Simulink Real-Time工具箱(xPC Target)通过TCP/IP通信协议连接，建立了一个测试台架由上位机与下位机组成的实时控制试验系统，如图 3所示。在上位机的MATLAB/Simulink环境下，搭建了一个非实时的纯电动汽车整车模型，设置好各模块的参数和仿真模型的采样周期等，然后下载到下位机进行实时测试试验。采用这种方式实现的主副机结构的实时仿真系统具有组建容易、参数调整方便、可视性好和开发周期短等优点。
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| 图 3 纯电动汽车两挡AMT硬件在环框图和试验台架布置 CL、BR—离合器和制动器的执行机构; TCU—变速器控制器; A、G—升速箱; B—联轴器(接驱动电机); C—输入转速转矩传感器; D—变速器总成; E、F—离合器与制动器的执行机构; H—负载电机; I—TCU; J、K—输出转速转矩传感器 |
| 图选项 |
搭建HIL仿真平台后，把变速器总成样机(包含变速器、换挡执行机构与换挡控制器(TCU)、主减速器、差速器)和连接器各部件安装在台架上，进行软硬件连接后完成实时硬件在环试验台搭建。试验台总体方案如图 3a所示，变速器在台架上的布置如图 3b所示。从图 3a可见，该试验台采用2台三相异步交流电机分别作为驱动电机和加载电机模拟汽车实际工况，可以对变速器进行实时实验检验。在测量系统中，信号从CAN通信转换成RS232串口通信，将相应的调节指令发给电机变频器，控制驱动电机的转速和负载电机的扭矩。
纯电动车整车模型主要包括7个子系统模型：输入信号模型、车辆控制单元模型、车辆驱动电机模型、电池与变换器模型、动力保持型两挡AMT模型、变速器控制单元模型和车辆纵向动力学模型。其中，输入信号模型可以跟随目标车速或采用各种车辆循环工况来控制车速。该模型包含一个驾驶员模型(driver model)，加速和制动踏板指令由0到1，代表踏板所处的不同位置。此外，在输入信号模型中已设置了电动车行驶条件如道路坡度、滚动阻力系数、风速和环境温度等。动力保持型两挡AMT模型采用SimDriveline工具箱进行仿真，如图 4所示。
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| 图 4 动力保持型两挡AMT的仿真模型 |
| 图选项 |
4 仿真与试验结果本文针对所设计的变速器进行仿真与试验检测。首先，在相同的仿真条件下，将用动力保持型两挡AMT目标车型的整车模型与用固定速比减速器纯电动轿车日产Leaf (2011) 的整车模型进行仿真，然后把相关仿真数据进行对比，如图 5-7所示。目标车型和日产Leaf (2011) 整车模型的基本参数为表 1和表 2所示。从图 5可以看出，仿真过程中车辆加速踏板在3 s内从松开到踩到底(加速踏板信号α值从0到1)，制动踏板到180 s立刻踩到底(制动踏板信号β值从0到1)，如图 5a所示，仿真时间为200 s。当车辆模型加速达到55 km/h的时候，AMT模型进行从一挡升到二挡而固定速比减速器没有换挡的过程。从图 5可以看出，采用动力保持型两挡AMT的车型，比用固定速比减速器的车型动力性和驱动电机的工作效率更好，具体仿真结果对比如表 3所示。
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| 图 5 用两挡AMT的目标车型与用固定速比减速器的纯电动轿车仿真结果对比 |
| 图选项 |
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| 图 6 用两挡AMT的目标车型与用固定速比减速器的纯电动轿车在HWFET循环工况下仿真结果对比 |
| 图选项 |
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| 图 7 用两挡AMT的目标车型与用固定速比减速器的纯电动轿车在UDDS循环工况下仿真结果对比 |
| 图选项 |
表 3 用动力保持型两挡AMT的目标车型与用固定速比减速器纯电动轿车日产Leaf仿真结果对比
| 参数 | 日产Leaf(2011) | 目标车型 |
| 最高车速vmax/(km·h-1) | 153.43 | 184.45 |
| 最大加速度amax/(m·s-2) | 4.446 | 5.72 |
| 加速0~50 km/h的时间tacc，50/s | 3.27 | 2.93 |
| 加速0~100 km/h的时间tacc，100/s | 9.67 | 10.40 |
| 车辆行驶距离S/m | 6 735 | 8 260 |
| 最大爬坡度imax/% | ≥35 | ≥47 |
表选项
图 6和7分别采用2个循环工况:美国乘用车高速公路燃油经济性测试的循环工况(highway fuel economy test，HWFET)和美国城市道路循环工况(urban dynamometer driving schedule, UDDS)对比2个传动系统的效率。从图 6和7可以看出，在UDDS下，用两挡AMT的传动系统与用固定速比减速器的传动系统电能消耗区别不大，但在HWFET下用两挡AMT的系统能量消耗节省很明显。
两挡AMT在换挡时，动力中断对整车的动力性和舒适性影响很大。在设计变速器的机械结构与换挡控制系统时，进行变速器样机台架试验是非常重要的。设计过程中，本文先把变速器样机放在台架上进行动力不中断的换挡试验。如图 8所示，换挡试验进行过程中控制台架上的2台电机提供简单的试验条件，其中驱动电机提供恒转速1 000 r·min-1，负载电机提供恒转矩27 N·m。对一挡升二挡的试验，换挡时间设定为1.5 s，变速器的输入与输出轴的转速和转矩的变化情况如图 8a和8b所示。对二挡降一挡的试验，换挡时间设定为2.5 s，变速器的输入与输出轴的转速和转矩的变化情况如图 8c和8d所示。从图 8可以看出，换挡过程中输出轴的转速和转矩虽然变动比较大但是一直为正值，保持了动力不中断。对换挡控制与换挡执行机构进行优化可以提高换挡品质，这些工作将会在下一个阶段继续深入研究。
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| 图 8 动力保持型两挡AMT样机在台架上进行动力不中断换挡试验 |
| 图选项 |
5 结论本文针对纯电动汽车传动系统研究了一种用单排行星齿轮系统的动力保持型两挡AMT，旨在提高电动汽车的动力性、经济性，并解决变速器换挡过程中动力中断的问题。按照已选定目标车型基本参数进行分析，搭建整车传动系统动力学模型、选取合理的新型变速器的速比，完成设计方案并研制出变速器功能样机。对新型变速器各种试验要求，已搭建一个变速器硬件在环与实时试验台架，进行实时测试试验验证所设计变速器的基本功能。仿真和试验结果证明了该动力保持型两挡AMT样机的基本参数已满足了所设计的要求。
下一步工作将在换挡控制优化方法、换挡控制器与换挡执行机构方面进行完善，完成这款电动汽车动力保持型两挡AMT的研究与制造过程。
参考文献
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