两挡AMT同步器的参数优化及仿真
陈晨1,2，罗玉涛1,2
(1.华南理工大学机械与汽车工程学院，广东 广州 510641）
（2.华南理工大学广东省汽车工程重点实验室，广东 广州 510641)
摘要：针对两挡机械式自动变速器（AMT）换挡时间过长这一现象，提出了一种能有效提高机械同步性能的同步器结构参数优化方法。首先对同步器机械同步过程进行数学建模，推导出同步时间的表达式，将同步时间的表达式作为待优化的目标函数，并选取与同步时间相关的6个参数作为设计变量，确定设计变量实际的约束条件；其次基于Fmincon优化函数对目标函数进行优化计算，并根据优化后的参数进行模型重构；最后在ADAMS中对优化前后的模型进行仿真对比，结果表明同步时间得以缩短，说明该优化设计方法能有效缩短同步器机械同步时间。
关键词：参数优化；同步时间；动力学仿真；两挡机械式自动变速器
中图分类号：U463.21 文献标识码：A 文章编号：2095-509X(2019)05-0067-05
随着电动汽车产品技术的不断发展，人们对电动汽车搭载的两挡机械式自动变速器（automated mechanical transmission，AMT）的换挡性能提出了更高的要求。AMT的换挡性能直接影响着汽车的动力性、经济性和驾驶舒适性。同步器作为AMT的核心部件，其性能对变速器的换挡性能有着重要的影响。在结构类型确定的情况下，同步器自身的结构参数直接影响着其性能的发挥。
国内外很多研究学者对同步器的结构进行了设计和研究，通过改善同步器的性能，来减小同步时间和换挡冲击。Lovas等对同步器各阶段进行了分析，确定最佳设计参数并对同步器进行仿真分析，还对换挡二次冲击现象进行了详细说明。Gobbi等利用多目标优化方法对双锥面同步器进行优化设计，通过实验验证了该优化方法的有效性。我国对同步器的研究相对较晚，对同步器的研究一般都是对同步器进行动力学建模，分析、探讨不同参数对同步性能的影响。尤国贵对同步器工作过程进行了分析，研究了同步器参数对同步性能的影响并对其进行参数优化，取得了预期效果；蒋春明等利用MATLAB优化工具箱对变速器的可靠性进行了优化设计。
应用于电动汽车的两挡AMT换挡过程包括摘挡、电机调速、挂挡，其中挂挡过程又可以分为消除间隙、锁止、机械同步、挂入目标挡位等阶段。本文对试验中出现的换挡时间过长这一现象，着眼于挂挡过程的机械同步阶段，对同步器的参数进行优化设计，通过仿真对比，来验证该优化方法的可靠性。
1 换挡机理及同步过程建模
1.1 换挡过程原理
图1为搭载两挡AMT的新型电驱动系统简图。两挡AMT集成了行星机构、同步器、主减速器、差速器等部件，驱动电机与行星机构太阳轮直连，动力通过行星机构的行星架传递到主减速器再经过半轴传递到两端车轮。两挡AMT中行星机构和同步器相互配合使用，可以实现高、低速两个挡位：同步器齿毂与行星机构的齿圈相连，当同步器接合至与机壳固连的一挡接合齿圈时，齿圈固定，系统处于低速挡状态；当同步器接合至与太阳轮固连的二挡接合齿圈时，行星机构的太阳轮、齿圈、行星架形成一体，系统处于高速挡状态。
1.2 同步过程数学模型
同步过程中，换挡电机通过换挡传动机构带动
拨叉对同步器施加换挡力，同步器主、从动部分间的转速差Δn逐渐消减至零。
基金项目：广东省科技计划项目（2015B010119002）
作者简介：陈晨（1993—）,男，硕士研究生，主要研究方向为电动汽车两挡变速器，13030025730@163.com.
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