纯电动公交车AMT控制系统的设计与仿真

∗2016年湖南省教育厅科学研究项目(16B176):基于多源信息融合的电动汽车滚动轴承故障诊断与预测系统研究
AMT (Automatic Manual Transmission )是一种在传统固定轴式手动机械变速箱的基础上,加装换档执行系统和控制系统组成的自动变速器。

AMT 继承了传统机械式变速器传动效率高、可靠性好、机构紧凑、制造成本低等优点,兼备手动和自动模式的驾驶体验[2]。

并且利用CAN 总线对各个部件建立拓扑网络结构图,对纯电动公交车进行在线监控。

较少驾驶员的疲劳度,提高纯电动汽车的安全运行,广泛应用于电动汽车中。

1AMT 控制系统设计
AMT 控制器在纯电动车辆上起到大脑的作用,统筹各种反馈信息,其主要的工作和目的是计算电机功率需求与计算目标档位,通过Matlab 控制逻辑来进行设计。

本文的纯电动公交车的AMT 控制系统能实现如下四种模式的控制:
1)停车模式。

停车模式为换挡面板为N 挡时,整车进入停车模式,该模式下电机目标扭矩清零与目标档位回空控制。

2)前进模式。

前进模式为换挡面板为D 档时,整车进入前进模式,该模式包含电机驱动与制动,该模式下,根据油门状态与车速信息来确定目标档位与电机目标驱动扭矩,根据刹车
百分比来确定目标制
动扭矩。

3)倒档模式。

倒档模式为换挡面板为R 档时,整车进入倒档模式,该模式下目标档位为倒档,且对电机驱动目标扭矩进行功率限制,实现车辆慢速平稳倒车功能。

4)故障模式。

故障模式为AMT 控制器检测到零部件有故障时进入该模式,其故障控制有四级限功控制,一级限功基本上停止电机驱动,二级限功取极小功率输出,三级限功取二级限功的2倍,四级限功考虑电机功率限制与BMS 功率限制,取限制值最小值。

其具体的AMT 控制系统的流程图如图1所示。

在对应的四种控制模式下,每种控制模式下对应四个模块,其纯电动AMT 的四个主要模块为:在线标定模块、自学习模块、换挡模块与故障模块,其每个模块具体能实现的功能如下所示:
1)在线标定模块。

实现车辆在线标定功能,节省系统联调时间,在车辆断电之后,能将修改的参数进行存储。

2)自学习模块。

自学习模块主要功能是自适应不同车辆的差异,自动调整参数与车辆匹配,自学习模块主要分静态自学习与动态自学习,若自学习参数发生变动后,车辆断电之后将保存至Flash 。

3)换挡模块。

换挡模块为AMT 控制的主要核心,其设计到整个系统的运行状况,为保证换挡快速平稳过渡,引用的大量的先进计算方法与经验总结,确保换挡过程的可靠性与变速箱的使用寿命。

4)故障模块。

故障模块主要功能是实时监控系统运行状况,实现故障智能处理,最主要的故障处理宗旨是若出现故障后,在保护元器件的同时,最大程度使车辆进行跛行模式,防止车辆停车。

具体每个模块的AMT 系统控制流程图如图2所示。

2AMT 控制系统的网络设计
AMT 控制器通过CAN 总线接收各部件的状态反馈报文,AMT 控制器根据各部件状态及整车运行工况确定控制策略,并对各部件进行保护。

在换挡过程中,AMT 控制器控制电机控制器
纯电动公交车AMT 控制系统的设计与仿真∗
姜海燕(湖南铁道职业技术学院铁道供电与电气学院,湖南株洲412001)高慧(重庆交通大学机电与车辆工程学院,重庆400074)
Design and Simulation of AMT Control System for Pure Electric Bus 摘要:针对纯电动公交车运行距离短等特点,设计了纯电动公交车的AMT 控制系统,AMT 控制系统能够降低驾驶员的疲劳度,提高纯电动公交车的运行性能安全性。

通过Matlab Simulink 仿真模块建立纯电动公交车的整车AMT 控制系统模型,最后通过CAN 总线对各个模块进行通讯,实现整车的在线监控的目的。

实践证明,设计的AMT 控制系统的可行性。

关键词:纯电动车,AMT 控制系统,CAN 总线,Matlab Simulink 仿真
Abstract 押This paper presents a vibration signal feature extraction method of rolling bearing based on normal distribution
model parameters.Firstly熏the vibration signals of rolling bearing collected in the four operating states are established normal distribution model熏and then the shape and position parameters of the model are estimated by maximum likelihood method.Finally熏the estimated shape parameters and position parameters are used to characterize the running state of the rolling bearing.The characteristic information is input to the LS-SVM classifier for pattern recognition and fault diagnosis.
Keywords 押pure electric vehicle熏AMT control system熏CAN bus熏Matlab Simulink
simulation
图1AMT 控制系统的流程图纯电动公交车AMT 控制系统的设计与仿真
24
《工业控制计算机》2018年第31卷第4期
及选换挡机构实现换挡。

纯电动系统主要由
驱动电机、电机控制器、
辅助动力控制器(三合
一)、高压配电柜、AMT
控制器、储能系统、变速
箱系统和电动附件等构
成,每个部件通过CAN
总线进行密切的连接,并
且每个部件都起到不可
或缺的作用。

驱动电机由
电机控制器直接控制,与
传动轴联接,它既能驱动
车辆行驶还能回收车辆
制动时的能量。

电机控制
器接收AMT控制器指
令,控制电机转速及输出
扭矩等。

三合一辅助动力
控制器集成两路DCAC
和DCDC三大部件,为
电动助力转向油泵和电
动空压机提供电源,并为
24V蓄电池充电。

高压配
电柜具有高压配电及保
护功能。

AMT控制器是
纯电动车辆的控制核心,
它能解析驾驶员驾驶意
图,对系统的工作模式进
行控制,对车辆能量进行
管理及优化,进行车辆网
络管理以及监控车辆状
态,并进行自诊断及保护
且控制AMT变速箱进行
自动换挡。

纯电动车辆的
能量源储能系统的可靠性及充放电效率直接影响或决定车辆的可靠性及百公里能耗。

并在车辆行驶时为电机提供电能,车辆充电和制动时储存电能,保证车辆续驶里程。

电动附件包括电动助力转向系统、电动空压机(或真空助力泵)、电动空调、电热暖风、电除霜器、电驱动水冷散热系统、仪表、充电接口、换档面板、制动踏板和低压配电盒等。

其整车CAN网络拓扑图如图3所示。

图3整车CAN网络拓扑结构
3AMT控制系统的Matlab仿真
AMT变速器换挡过程的整车Matlab Simulink仿真模型图如图4所示。

该模型主要包括驱动模块、扭矩处理模块和制动模块。

纯电动公交车在起步和行驶的过程中,公交车的启停和速度控制是由驾驶员通过加减油门和踩刹车的力矩来控制的。

整车模块的AMT控制系统的驱动模块是通过检测输入电机的转速信号和制动力矩信号来达到自动控制车速和变速器输出轴的转速。

而扭矩处理模块通过计算纯电动汽车的最高车速要求、最大爬坡度需求和续航里程的需求,以及当前目标档位来控制驱动电机的目标扭矩和驱动系统的输出扭矩。

制动模块主要实现车辆的快速停车以及车辆制动时能进行能量储存。

图4整车AMT控制系统的Matlab Simulink仿真模型
4结束语
本文设计了纯电动公交车的AMT控制系统,将系统补充了传统AMT控制系统操作繁琐的不足,降低了驾驶员的疲劳度,提高了纯电动公交车的运行性能和安全性。

利用Matlab Simulink仿真模块建立了纯电动公交车的整车AMT控制系统的模型,验证本设计方案的可行性。

整个系统中通过CAN总线进行通讯,达到了对纯电动汽车的实时在线监控的目的。

实践也证明了该设计方案的可行性和可靠性。

参考文献
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[收稿日期:2018.2.5
]图2功能模块AMT系统控制流程图
25。