電動(dòng)客車AMT系統(tǒng)

電動(dòng)客車AMT系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)熊光明，席軍強(qiáng)，麥吉，翟涌(北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛工程學(xué)院）注：推測大連電動(dòng)客車使用此AMT系統(tǒng)實(shí)車圖片AMT實(shí)物--來源于北京理工學(xué)報(bào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)AMT系統(tǒng)4S110ECU，與下面介紹的奧運(yùn)用的AMT為同一系列電動(dòng)客車AMT系統(tǒng)組成1.該AMT系統(tǒng)主要由如上所示的硬件和軟件系統(tǒng)組成，ECU采用了Motorola32位單片機(jī)MC68376。2.為滿足不同工況的要求，采用了3擋變速器。AMT系統(tǒng)選位換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用帶減速器的24V直流電機(jī)，直接使用車載電源，降低了系統(tǒng)成本，簡化了機(jī)構(gòu)，提高了可靠性。3.在AMT系統(tǒng)中引入CAN總線，CAN總線采用高速和低速兩個(gè)子網(wǎng)，高速網(wǎng)絡(luò)段傳輸速率為250kbit/s，用于動(dòng)力系統(tǒng)ECU通信；低速網(wǎng)絡(luò)段的傳輸速率為100kbit/s，將車上電器如車燈、車門和雨刷等的控制。電動(dòng)客車AMT系統(tǒng)組成：純電動(dòng)客車換檔控制過程電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制-升以檔為例1.升擋前，電機(jī)工作在力矩模式下，此時(shí)車輛根據(jù)油門踏板的開度大小行駛。當(dāng)換擋決策模塊指示需要換擋時(shí)，首先需要摘空擋，由于電動(dòng)客車中沒有離合器，如果變速器中相嚙合齒輪的軸向摩擦力過大，摘空擋將比較困難。為此在電機(jī)運(yùn)行模式中設(shè)計(jì)了自由模式。當(dāng)AMT系統(tǒng)通過CAN向電機(jī)控制器發(fā)送自由模式命令后，電機(jī)失去勵(lì)磁，此時(shí)輸出力矩為0，因而以較小的力即可完成摘空擋的操作。2.在變速器位于空擋期間，AMT系統(tǒng)ECU計(jì)算出掛上目標(biāo)擋位的電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速，同時(shí)進(jìn)行選位操作。AMT發(fā)出指令，將電機(jī)切換到調(diào)速模式，對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速；此時(shí)電機(jī)控制器根據(jù)AMT的要求，進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速：N=Ne*Inew/Iold。式中：Ne為電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速；Inew為新檔位傳動(dòng)比；Iold為舊檔位傳動(dòng)比；3.掛擋操作。由于電機(jī)調(diào)速時(shí)間很快，兩嚙合齒輪間的速差很快接近為0，掛擋動(dòng)作可方便地完成。4.AMT檢測到升擋完成后，向電機(jī)控制器發(fā)出力矩工作模式，至此，即完成了AMT在一次升擋過程中對(duì)電機(jī)的控制．此后，車輛在新的擋位上將根據(jù)油門踏板的開度大小繼續(xù)行駛。升檔時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制過程：換擋過程的調(diào)速控制1.在換擋過程需要進(jìn)行調(diào)速，如果調(diào)速不當(dāng)，兩對(duì)將要嚙合的齒輪速度不相等，強(qiáng)行掛擋將會(huì)造成同步器磨損和齒輪的撞擊，影響AMT系統(tǒng)的壽命，影響車輛的舒適性。2.由于沒有離合器，當(dāng)擋位被強(qiáng)行掛上，如果交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，而瞬間力矩不足，速度會(huì)急劇下降，使電機(jī)的效率降低，車輛的舒適性也受到影響；反之，當(dāng)車速很高而電機(jī)的轉(zhuǎn)速較低時(shí)強(qiáng)行掛擋，可能對(duì)交流電機(jī)造成損傷。所以在換擋過程中，對(duì)交流電機(jī)調(diào)速對(duì)于動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)非常必要。公式;目標(biāo)轉(zhuǎn)速N=Ne*Inew/Iold式中：Ne為電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速；Inew為新檔位傳動(dòng)比；Iold為舊檔位傳動(dòng)比。調(diào)速控制：換檔及選位電機(jī)控制-.

為了保證換檔和選位的位置的準(zhǔn)確，換檔過程柔和，運(yùn)用換檔和選位位移傳感器的反饋?zhàn)鏖]環(huán)控制，運(yùn)用經(jīng)典PD控制算法，控制算法PD輸入位移e(t)與輸出控制電機(jī)力矩的PWM的U(t)關(guān)系為:U(t)=Kpe(t)+Kdde(t)/dt其中Kd,KP為控制器的微分系數(shù)，比例系數(shù)進(jìn)行數(shù)字離算后輸入與輸出的關(guān)系為:U(k)=Kpe(k)+Kd[e(k)-e(k-1)]式中e(k)為當(dāng)前選位(換檔)傳感器的值與目標(biāo)值的偏差；U（k）為第n次采樣計(jì)算后控制器的輸出值。換檔和選位電機(jī)的控制原理框圖：驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作模式換擋過程電機(jī)工作模式控制策略換擋前轉(zhuǎn)矩模式根據(jù)踏板信號(hào)輸出目標(biāo)力矩摘空擋自由模式目標(biāo)力矩為0，電機(jī)自由旋轉(zhuǎn)等待同步調(diào)速模式給定目標(biāo)轉(zhuǎn)速換擋操作自由模式目標(biāo)力矩為0，電機(jī)自由旋轉(zhuǎn)換擋完成轉(zhuǎn)矩模式根據(jù)踏板信號(hào)輸出目標(biāo)力矩檔位傳動(dòng)比傳動(dòng)比1檔4.4662檔2.473檔1.49說明：不確定是否為大連電動(dòng)客車AMT實(shí)用的傳動(dòng)比--此數(shù)據(jù)來源北理工學(xué)報(bào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作模式：AMT參數(shù)：AMT中ECU的電磁兼容設(shè)計(jì)1.為了減少去耦電容供電回路面積，減少元件分布電感的影響，有效降低引線電感帶來的種種弊端，在設(shè)計(jì)中全部選用貼片元件，有利于實(shí)現(xiàn)電磁兼容。2.鑒于汽車級(jí)電子芯片具有較高的抗電磁干擾性能，并具有寬廣的工作溫度范圍，設(shè)計(jì)中用了汽車電子專用集成電路。3.為減小線路板的電磁輻射并提高線路板的抗干擾能力，采用了4層印制電路板，設(shè)置專門的電源層和地層，使信號(hào)線與地線之間的距離僅為印制電路板的層間距離。這樣，板上所有信號(hào)的回路面積就可以降至最小，從而有效減小差模輻射。4.印制電路板的供電線路加上濾波器和去耦電容，加大了電源線寬度，減少了環(huán)路電阻．在電源變壓器前端加裝電源濾波器，抑制共模噪聲和串模噪聲，隔離外部和內(nèi)部脈沖噪聲的干擾。5.晶振電路是系統(tǒng)的重要干擾源，為此，設(shè)計(jì)中對(duì)晶振電源合理布局，同時(shí)將其外殼接地。6.為使ECU不受外部電磁場的影響，采取隔離屏蔽措施．采用磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率較高的金屬材料制作殼體，將ECU與外界隔離屏蔽，圖6為帶有殼體的ECU外觀圖。7.為使由于靜電感應(yīng)而積累在機(jī)殼上的大量電荷通過大地泄放，將機(jī)殼進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕拥兀瑫r(shí)也獲得良好的屏蔽效果。8.ECU的信號(hào)線、電源線通過航空插頭插座與外界連接，同時(shí)對(duì)進(jìn)入ECU的電源和信號(hào)進(jìn)行濾波。為減少電磁干擾，取的措施：性能指標(biāo)如圖所示：0“--50km加速試驗(yàn)曲線。從圖中可以看出，0～50km加速時(shí)間約為25s，達(dá)到了科技部和北京市提出的0～50km加速時(shí)間小于30s的技術(shù)指標(biāo)。加速實(shí)驗(yàn)曲線：專利名稱：電動(dòng)汽車自動(dòng)變速系統(tǒng)申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京理工華創(chuàng)電動(dòng)車技術(shù)有限公司注：推測大連電動(dòng)客車使用的AMT為此結(jié)構(gòu)電動(dòng)車自動(dòng)變速系統(tǒng)原理圖圖中：1