电动车 - 某款电驱桥新能源电动车换挡问题分析及优化.pdf

王坤玉等

随着新能源电动车的发展，动力系统也变得多种多样，如电机加

减速机构、电机加变速箱、电驱桥等动力系统，多数动力系统都

面临着电机与变速机构的换挡问题。本文针对某款电驱桥新能源

电动车，对其换挡结构和执行机构进行介绍，并对换挡流程进行

总结，同时进行换挡控制策略模型的搭建，利用开发完成的控制

策略进行台架和实车测试，基于实测的数据，对换挡过程中的问

题进行汇总分析，并提出优化措施。

1换挡结构及换挡流程介绍

本文所研究的为某款电驱桥总成，见图1。该款电驱桥搭载高速

电机，将电机+变速机构+驱动桥实现集成一体化，其内部可

以通过变速机构实现挡位的切换，可以更好地调节电机运行点，

更好地发挥电机的特性，提升电驱桥总成的经济性和动力性。

图1电驱桥总成

该电驱桥内部的变速机构是没有同步器的，其结构是采用滑套加

电机调速的方式进行换挡，换挡结构如图2所示。

图2换挡结构内部图

基于该电驱桥总成的特点和内部的结构原理，其与传统燃油车的

换挡存在一些不同。一，新能源电动车的动力源为驱动电机，传

统燃油车的动力源是发动机，动力源不同、特性也不同。二，该

款电驱桥内部带有换挡机构，但没有离合器；而传统燃油车的发

动机与变速机构之间一般存在离合器、液力变矩器等部件。三，

该款电驱桥内部的变速机构不存在同步器，同步过程是利用驱动

电机的快速响应特性来实现换挡前后转速的同步；而传统燃油车

的变速机构大部分都是存在同步器的。

该款电驱桥新能源电动车与传统燃油车相比，由于存在上述的不

同，其换挡流程必然也不完全相同，特将其换挡流程进行总结，

如下图所示。

图3换挡流程图

2换挡控制策略模型的建立

基于换挡流程，针对该电驱桥的电机特性和内部机械传动结构，

利用Simulink开发换挡控制策略，并建立模型。

整个换挡控制策略模型主要包括自动变速控制模块、执行机构控

制模块、换挡控制模块、整车状态检测模块、电机特性标定模块

和电机输出控制模块等几大部分。

自动变速控制模块，主要是进行推荐挡位的处理，给出合适的挡

位，为挡位的自动切换提供清晰的目标。执行机构控制模块，主

要负责进挡和摘挡的换挡动作控制，实现挡位的保持和分离。

换挡控制模块，主要判断是否可以进行换挡、什么时候进行换挡，

并负责检测挡位位置信号，判断当前实时挡位，同时在换挡前后

干预整车扭矩。整车状态检测模块主要是识别整车状态，为换挡

控制提供可靠的整车数据支持。电机特性标定模块是基于电机特

性对电机进行标定控制。电机输出控制模块是负责电机的输出扭

矩、输出转速以及电机工作模式的控制，综合各方的决策，裁定

最终的电机输出指令。

通过该模型的搭建，可以实现对整套电驱桥总成的换挡控制，保

证电驱桥总成的换挡功能正常，确保车辆可以更加平稳可靠地进

行挡位切换及运行。对，提出优化措施和解决方案，为提升换挡

品质提供一定的指导。

3换挡问题分析及优化

通过对电驱桥总成的结构分析、换挡流程的总结以及控制模型的

建立，可以顺利实现换挡的基本控制，但要保证车辆非常平稳地

进行换挡，还需要进行深入分析与优化。

本部分基于台架测试和实车测试过程中遇到的问题，通过实测数

据的详细分析和比对，提出优化措施和解决方案，为提升换挡品

质提供一定的指导。

3.1换挡扭矩控制

根据前文总结的换挡流程，对其细化分析可以发现，在换挡过程

中必然存在扭矩变化。在扭矩变化过程中，如果对驱动电机的扭

矩控制处理不到位，必然会引起换挡顿挫。

图4中上半部分为一挡换二挡的过程，在换挡前的第4秒，整车控

制器控制电机进行降扭，此时若像图4中电机扭矩变化曲线所示，

其扭矩从200Nm瞬间降为0，由于车辆前一刻还存在200Nm的

扭矩输出，下一刻驱动电机扭矩瞬间降为0，会给车辆造成瞬间的

动力中断。通过图4上半部分中输出轴转速、车速、电机转速的变

化曲线可以看出，它们都发生了不同程度的波动，车辆实际产生了

一定的顿挫。即在换挡过程中如果扭矩处理不当、降扭过快，会引

起输出轴转速、车速和电机转速的波动，引起车辆的震动，造成车

辆的换挡顿挫。

图4换挡扭矩控制过程数据变化图

如果在换挡时控制电机扭矩缓慢下降，如图4中下半部分第93秒

所示，电机扭矩以一定斜率缓慢降低，通过输出轴转速、车速、电

机转速的变化