基于Cruise的电动公交车用AMT换挡控制及整车性能优化
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参考文献：
[1] 陈 清 泉， 孙 逢 春， 祝 嘉 光 . 现 代 电 动 汽 车 技 术 . 北 京： 北 京 理 工 大 学 出 版 社， 2002，1~3.
电池是纯电动汽车唯一动力来源，综合
考虑选用磷酸铁锂电池。电池组的容量必须
满足电动汽车续驶里程的要求。
由于电动汽车在行驶过程中，应当在低
挡位获得较高的启动转矩，高挡位获得较高
的行驶速度，因此挡位数的选择原则是尽可
能增多挡位数使电机处于动力性和经济性较
图1 Cruise下的整车模型
48 AUTO TIME
NEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车
基于 Cruise 的电动公交车用 AMT 换挡控制 及整车性能优化
刘京静 日照职业技术学院 山东省日照市 276826
摘 要：本文提出一种应用于纯电动公交车的“电机 + 离合器 + 五挡 AMT”的传动系布置方案并进行了参数匹配。 建立了基于 Cruise 的整车性能仿真模型，并与其他传动系配置方案进行对比。结果表明，该方案明显优于其 他方案。
最大加速度和 0~50km/h 加速时间的要求，且
能满足中国公交工况下的车辆功率需求。最
高转速可根据最高车速来确定。最大转矩的
下限值要满足最大爬坡度的要求。即：
{ } ( )( ) ( ) ( ) nPmmaaxx
= =
max Pv n ua max
ua max
, Pi
imax
, Pj
tmax
( ) Tmax = T imax
器控制包括起步和换挡控制，主要是为了使 离合器在起步和换挡过程中的滑磨功和冲击 度尽可能小，同时换挡时间尽可能短，提高 驾驶舒适性。
3 建模及仿真结果分析
按照电动汽车结构在 Cruise 中建立整车 模型，如图 1。其中，电机和离合器的控制主
2 总体设计
2.1 基本参数设计网 . All Rights Reserved.
NEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车
时代汽车
要通过 Matlab API 和 Cruise 联合实现。从驾 驶室获取油门开度和车速信号，根据设定的 挡位关系并结合当前挡位、离合器输入输出 转速和电机当前转速，对电机转速和离合器 动作进行控制，确定目标挡位；最后，将挡 位信号输送给变速器模块来控制变速器换挡。
(SOC/%) 90
89.8 89.6 89.4 89.2
89 88.8 88.6 88.4
800
电机+离合器+五挡AMT 电机直驱 电机+两挡变速器
900
1000 1100
t/s
1200
1300
与其他系统进行了对比分析，表明该驱动系 统各项性能均能满足动力性和经济性指标要 求，且优于其他传动系，说明该动力系统匹 配方案和换挡规律设定是合理的。
60
80
100
ua/km·h-1
图4 0~50km/h加速时间对比
(ua/km·h-1) 50
45
40
35
30 10
电机+离合器+五挡AMT 电机直驱 电机+两挡变速器
15
20
25
30
t/s
4 结语
通过建立 Cruise 整车仿真模型，对“电 机 + 离合器 + 五挡 AMT”传动系的仿真结果
图5 电池SOC对比
关键词：电动公交；传动系统；五挡 AMT；离合器控制
1 引言
在电池技术受到制约的情况下，要提高 整车的性能，就必须解决动力传动系统的优 化问题。为了保证电机大部分时间工作于高 效区并保证换挡质量，本文采用“电机＋离 合器＋五档 AMT”的方案，可以降低电机同 步调速的精度要求，并且挡位数增多还能使 电机更多地运行于高效区。
图2 电机效率对比
(η/%) 100
95 90 85 80 75 70 65 60
0
电机+离合器+五挡AMT 电机直驱 电机+两挡变速器
100 200 300 400 500 600 t/s
图3 爬坡度对比
(i/%) 25
20
15
电机+离合器+五挡AMT 电机直驱 电机+两挡变速器
10
5
0
0
20
40
3.1 仿真结果 仿真结果显示，该电动汽车行驶时能够 达到动力性和经济性指标要求，证明了针对 该车型选择的电机和电池都是合理的，传动 系的匹配也是正确的。且在换挡时电机转速 和转矩能够迅速变化从而使车速平稳变化， 达到了换挡前后车速不发生剧烈变化的目的， 并且电机效率保持在 86.4%~92.9% 之间，保 证了换挡时电机工作在高效区。 3.2 仿真结果对比 将相同的电机用于“电机 + 离合器 + 五 挡 AMT”、“电机直驱”和“电机 + 两挡变 速器”三种驱动系统，对仿真结果进行比较， 其中两挡变速器的传动比为 1.31 和 2.588。 将匹配三种系统的电机效率、爬坡度、 0~50km/h 加速时间、电池 SOC 数据作对比， 如图 2~5，可以看出“电机 + 离合器 + 五挡 AMT”的传动系的电机效率最高，这说明在 使用相同电机的情况下该配置方式经济性更 好。该系统车辆最大爬坡度和最高车速均远 高于其他两种形式，且加速时间最短。从电 池的 SOC 反映的百公里能耗量图上看，电机 直 驱 的 车 辆 SOC 最 高， 即 能 耗 最 低，AMT 系统的车辆能耗最高，但差距较小。这是因 为每个传动元件都有一定的机械效率和能量 损失，传动系统元件越多，传递效率越低， 传递能耗越大。 由以上结果可总结出，“电机 + 离合器 + 五挡 AMT”的驱动系统配置方式，在动力 性方面远远优于“电机直驱”和“电机 + 两 挡变速器”，而在经济性方面虽然略有劣势， 但是差距很小。因此综合考虑车辆动力性和 经济性两方面的需求，“电机 + 离合器 + 五 挡 AMT”的传动系配置方式是最合理的，不 但能保证最高车速、最大爬坡度和加速时间 等动力性要求，能耗也比较低，续驶里程足 够满足一般公交的行驶里程需求。
好的区域运行。综合考虑确定主减速器速比 为 6.2，AMT 选择綦齿 S5-80 型号的变速器。
2.2 控制策略设计原则 传动系统控制策略主要是电机调速控制 和离合器控制。电机调速控制是由油门踏板 及制动踏板开度，结合车速、车辆加速度等 信号控制电机的输出转速与转矩，既要使离 合器接合平顺，又要保证换挡时间短。离合
[1] 陈 清 泉， 孙 逢 春， 祝 嘉 光 . 现 代 电 动 汽 车 技 术 . 北 京： 北 京 理 工 大 学 出 版 社， 2002，1~3.
电池是纯电动汽车唯一动力来源，综合
考虑选用磷酸铁锂电池。电池组的容量必须
满足电动汽车续驶里程的要求。
由于电动汽车在行驶过程中，应当在低
挡位获得较高的启动转矩，高挡位获得较高
的行驶速度，因此挡位数的选择原则是尽可
能增多挡位数使电机处于动力性和经济性较
图1 Cruise下的整车模型
48 AUTO TIME
NEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车
基于 Cruise 的电动公交车用 AMT 换挡控制 及整车性能优化
刘京静 日照职业技术学院 山东省日照市 276826
摘 要：本文提出一种应用于纯电动公交车的“电机 + 离合器 + 五挡 AMT”的传动系布置方案并进行了参数匹配。 建立了基于 Cruise 的整车性能仿真模型，并与其他传动系配置方案进行对比。结果表明，该方案明显优于其 他方案。
最大加速度和 0~50km/h 加速时间的要求，且
能满足中国公交工况下的车辆功率需求。最
高转速可根据最高车速来确定。最大转矩的
下限值要满足最大爬坡度的要求。即：
{ } ( )( ) ( ) ( ) nPmmaaxx
= =
max Pv n ua max
ua max
, Pi
imax
, Pj
tmax
( ) Tmax = T imax
器控制包括起步和换挡控制，主要是为了使 离合器在起步和换挡过程中的滑磨功和冲击 度尽可能小，同时换挡时间尽可能短，提高 驾驶舒适性。
3 建模及仿真结果分析
按照电动汽车结构在 Cruise 中建立整车 模型，如图 1。其中，电机和离合器的控制主
2 总体设计
2.1 基本参数设计网 . All Rights Reserved.
NEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车
时代汽车
要通过 Matlab API 和 Cruise 联合实现。从驾 驶室获取油门开度和车速信号，根据设定的 挡位关系并结合当前挡位、离合器输入输出 转速和电机当前转速，对电机转速和离合器 动作进行控制，确定目标挡位；最后，将挡 位信号输送给变速器模块来控制变速器换挡。
(SOC/%) 90
89.8 89.6 89.4 89.2
89 88.8 88.6 88.4
800
电机+离合器+五挡AMT 电机直驱 电机+两挡变速器
900
1000 1100
t/s
1200
1300
与其他系统进行了对比分析，表明该驱动系 统各项性能均能满足动力性和经济性指标要 求，且优于其他传动系，说明该动力系统匹 配方案和换挡规律设定是合理的。
60
80
100
ua/km·h-1
图4 0~50km/h加速时间对比
(ua/km·h-1) 50
45
40
35
30 10
电机+离合器+五挡AMT 电机直驱 电机+两挡变速器
15
20
25
30
t/s
4 结语
通过建立 Cruise 整车仿真模型，对“电 机 + 离合器 + 五挡 AMT”传动系的仿真结果
图5 电池SOC对比
关键词：电动公交；传动系统；五挡 AMT；离合器控制
1 引言
在电池技术受到制约的情况下，要提高 整车的性能，就必须解决动力传动系统的优 化问题。为了保证电机大部分时间工作于高 效区并保证换挡质量，本文采用“电机＋离 合器＋五档 AMT”的方案，可以降低电机同 步调速的精度要求，并且挡位数增多还能使 电机更多地运行于高效区。
图2 电机效率对比
(η/%) 100
95 90 85 80 75 70 65 60
0
电机+离合器+五挡AMT 电机直驱 电机+两挡变速器
100 200 300 400 500 600 t/s
图3 爬坡度对比
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电机+离合器+五挡AMT 电机直驱 电机+两挡变速器
10
5
0
0
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3.1 仿真结果 仿真结果显示，该电动汽车行驶时能够 达到动力性和经济性指标要求，证明了针对 该车型选择的电机和电池都是合理的，传动 系的匹配也是正确的。且在换挡时电机转速 和转矩能够迅速变化从而使车速平稳变化， 达到了换挡前后车速不发生剧烈变化的目的， 并且电机效率保持在 86.4%~92.9% 之间，保 证了换挡时电机工作在高效区。 3.2 仿真结果对比 将相同的电机用于“电机 + 离合器 + 五 挡 AMT”、“电机直驱”和“电机 + 两挡变 速器”三种驱动系统，对仿真结果进行比较， 其中两挡变速器的传动比为 1.31 和 2.588。 将匹配三种系统的电机效率、爬坡度、 0~50km/h 加速时间、电池 SOC 数据作对比， 如图 2~5，可以看出“电机 + 离合器 + 五挡 AMT”的传动系的电机效率最高，这说明在 使用相同电机的情况下该配置方式经济性更 好。该系统车辆最大爬坡度和最高车速均远 高于其他两种形式，且加速时间最短。从电 池的 SOC 反映的百公里能耗量图上看，电机 直 驱 的 车 辆 SOC 最 高， 即 能 耗 最 低，AMT 系统的车辆能耗最高，但差距较小。这是因 为每个传动元件都有一定的机械效率和能量 损失，传动系统元件越多，传递效率越低， 传递能耗越大。 由以上结果可总结出，“电机 + 离合器 + 五挡 AMT”的驱动系统配置方式，在动力 性方面远远优于“电机直驱”和“电机 + 两 挡变速器”，而在经济性方面虽然略有劣势， 但是差距很小。因此综合考虑车辆动力性和 经济性两方面的需求，“电机 + 离合器 + 五 挡 AMT”的传动系配置方式是最合理的，不 但能保证最高车速、最大爬坡度和加速时间 等动力性要求，能耗也比较低，续驶里程足 够满足一般公交的行驶里程需求。
好的区域运行。综合考虑确定主减速器速比 为 6.2，AMT 选择綦齿 S5-80 型号的变速器。
2.2 控制策略设计原则 传动系统控制策略主要是电机调速控制 和离合器控制。电机调速控制是由油门踏板 及制动踏板开度，结合车速、车辆加速度等 信号控制电机的输出转速与转矩，既要使离 合器接合平顺，又要保证换挡时间短。离合