namiТруды НАМИTrudy NAMI0135-3152ФГУП «НАМИ»10.51187/0135-3152-2023-3-71-78nami-289Research ArticleОБЗОРЫ, АНАЛИТИКАREVIEWS, ANALYTICSАнализ систем управления механизмами переключения передач мехатронных трансмиссийAnalysis of control systems for mechatronic transmission gear shift mechanismsСоснинА. А.SosninA. A.

Соснин Александр Алексеевич – ассистент, кафедра СМ10 «Колёсные машины»

г. Москва 105005

Sosnin A.A. – assistant, department “Wheeled vehicles”

Moscow 105005

sosnin@bmstu.ruБузуновН. В.BuzunovN. V.

Бузунов Николай Викторович – канд. техн. наук, доцент, кафедра СМ10 «Колёсные машины»

г. Москва 105005

Buzunov N.V. – PhD (Eng), associate professor, department “Wheeled vehicles”

Moscow 105005

ХлобыстовИ. Д.KhlobystovI. D.

Хлобыстов Илья Дмитриевич – ассистент, кафедра СМ10 «Колёсные машины»

г. Москва 105005

Khlobystov I.D. – assistant, department “Wheeled vehicles”

Moscow 105005

КарташовА. Б.KartashovA. B.

Карташов Александр Борисович – канд. техн. наук, доцент, кафедра СМ10 «Колёсные машины»

г. Москва 105005

Kartashov A.B. – PhD (Eng), associate professor, department “Wheeled vehicles”

Moscow 105005

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»РоссияBauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation202324092023037178Copyright © Соснин А.А., Бузунов Н.В., Хлобыстов И.Д., Карташов А.Б., 20232023Соснин А.А., Бузунов Н.В., Хлобыстов И.Д., Карташов А.Б.Sosnin A.A., Buzunov N.V., Khlobystov I.D., Kartashov A.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nami.elpub.ru/jour/article/view/289

Введение (постановка задачи и актуальность). В рамках настоящего исследования выполняется обзор и анализ возможных вариантов построения систем управления переключением передач для транспортных средств с мехатронными трансмиссиями с целью выявления соответствующих преимуществ и недостатков для каждой схемы и определения наиболее оптимального решения для применения в составе указанных объектов колёсной техники с точки зрения затрат энергии и быстродействия.

Цель исследования – выявление наиболее оптимальной системы управления механизмами переключения передач мехатронных трансмиссий для транспортных средств с электрической тягой.

Методология и методы

Методология и методы. Настоящая работа строится на основе методов обзора и анализа систем управления механизмами переключения передач для рассматриваемых исполнений трансмиссии.

Результаты и научная новизна. В результате проведённого анализа было установлено, что наиболее подходящим вариантом для управления процессом переключения передач будут системы на основе исполнительных электрических актуаторов. Данные системы управления позволят обеспечить необходимое быстродействие при переключении передач и снизить суммарные затраты энергии.

Практическая значимость

Практическая значимость. Полученные выводы могут быть использованы при проектировании систем управления переключением передач в составе мехатронных трансмиссий для транспортных средств на электрохимических источниках энергии.

Introduction (problem statement and relevance). Within the study, review and analysis of possible variants for gear shift control systems architecture for vehicles with mechatronic transmissions are made to detect the respective advantages and disadvantages for each scheme and to determine the most optimum solution for application within the mentioned wheeled vehicles in terms of energy consumption and performance.

The purpose of the study is to determine the most optimum control system for mechatronic transmission gear shift mechanisms of electric vehicles.

Methodology and research methods. This paper is based on methods of reviewing and analyzing gear shift mechanism control systems for the transmission configurations in question.

Scientific novelty and results. The results of the conducted analysis showed that the most suitable variant for the gear shift process control would be the systems based on electric actuators. These control systems will allow providing the required performance when shifting gears as well as lowering total energy costs.

Practical significance. The obtained conclusions can be used when designing gear shift control systems within mechatronic transmissions for vehicles propelled by electrochemical power sources.

система управлениямеханизмы переключения передачмехатронные трансмиссииэлектрические актуаторыэлектроприводcontrol systemgear shift mechanismsmechatronic transmissionselectric actuatorselectric power trainReferencesMa J., Zhu G., Hartsig A., Schock H. Model-based predictive control of an electro-pneumatic exhaust valve for internal combustion engines / Proceedings of American Control Conference, Seattle, USA, June 2008. – P. 298–305.Ma J., Zhu G., Hartsig A., Schock H. Modelbased predictive control of an electro-pneumatic exhaust valve for internal combustion engines. Proceedings of American Control Conference, Seattle, USA, June 2008, pp. 298–305.Lazar C., Caruntu C.F., Balau A.E. Modelling and predictive control of an electro-hydraulic actuated wet clutch for automatic transmission / Proceedings of IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE 2010) Bari, Italy, July 2010.Lazar C., Caruntu C.F., Balau A.E. Modelling and predictive control of an electro-hydraulic actuated wet clutch for automatic transmission. Proceedings of IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE 2010) Bari, Italy, July 2010.Glielmo L., Vasca F. Optimal control of dry clutch engagement / Tech. Rep., SAE Technical Paper Series. – Detroit, Mich, USA, 2000.Glielmo L., Vasca F. Optimal control of dry clutch engagement. Tech. Rep., SAE Technical Paper Series. Detroit, Mich, USA, 2000.Li J.-Q., Lu M., Zhu Y.-Q. The study on the gear shifting strategy for 2-speed planetary transmission of plug-in electric buses / Proceedings of the 2nd International Conference on Electronic and Mechanical Engineering and Information Technology (EMEIT ’12), Paris, France, September 2012. – P. 1671–1675.Li J.-Q., Lu M., Zhu Y.-Q. The study on the gear shifting strategy for 2-speed planetary transmission of plug-in electric buses. Proceedings of the 2nd International Conference on Electronic and Mechanical Engineering and Information Technology (EMEIT ’12), Paris, France, September 2012, pp. 1671–1675.Wang W., Li J., Sun F. Pseudo-spectral optimisation of smooth shift control strategy for a two-speed transmission for electric vehicles // Vehicle System Dynamics. – 2019. – V. 58 (4). – P. 604–629. DOI: 10.1080/00423114.2019.1594316.Wang W., Li J., Sun F. Pseudo-spectral optimisation of smooth shift control strategy for a two-speed transmission for electric vehicles. Vehicle System Dynamics, 2019, vol. 58 (4), pp. 604–629. DOI: 10.1080/00423114.2019.1594316.Li J., Wei H., Sun F., Zhang Ch. Coordinated control of downshift powertrain of combined clutch transmissions for electric vehicles // Energy Procedia. – 2014. – V. 61. – P. 1917–1920. DOI: 10.1016/j.egypro.2014.12.241.Li J., Wei H., Sun F., Zhang Ch. Coordinated control of downshift powertrain of combined clutch transmissions for electric vehicles. Energy Procedia, 2014, vol. 61, pp. 1917–1920. DOI: 10.1016/j.egypro.2014.12.241.Langjord H., Johansen T. Dual-mode switched control of an electropneumatic clutch actuator // Transactions on Mechatronics. – 2011. – 14 p. DOI: 10.1109/TMECH.2009.2036172.Langjord H., Johansen T. Dual-mode switched control of an electropneumatic clutch actuator. Transactions on Mechatronics, 2011, 14 p. DOI: 10.1109/TMECH.2009.2036172.Balau A., Caruntu C., Lazar C. // Mechanical Systems and Signals Processing. – 2011. – V. 25. – P. 1911– 1922. DOI: 10.1016/j.ymssp.2011.01.009.Balau A., Caruntu C., Lazar C. Simulation and control of an electro-hydraulic actuated clutch. Mechanical Systems and Signals Processing, 2011, vol. 25, pp. 1911– 1922. DOI: 10.1016/j.ymssp.2011.01.009.Liu H., Lei Y., Li Z., Zhang J., Li Y. Gear-shift strategy for a clutchless automated manual transmission in battery electric vehicles // SAE Int J Commerc Veh. – 2012. – V. 5. – P. 57–62. DOI: 10.4271/2012-01-0115.Liu H., Lei Y., Li Z., Zhang J., Li Y. Gear-shift strategy for a clutchless automated manual transmission in battery electric vehicles. SAE Int J Commerc Veh, 2012, vol. 5, pp. 57–62. DOI: 10.4271/2012-01-0115.Kulkarni M., Shim T., Zhang Y. Shift dynamics and control of dual-clutch transmissions // Mechanism and Machine Theory. – 2007. – V. 42. – No. 2. – P. 168–182.Kulkarni M., Shim T., Zhang Y. Shift dynamics and control of dual-clutch transmissions. Mechanism and Machine Theory, 2007, vol. 42, no. 2, pp. 168–182.Gao B., Meng D., Shi W., Cai W., Dong Sh., Zhang Y., Chen H. Topology optimization and the evolution trends of two-speed transmission of EVs // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2022. – V. 161, 112390. – 17 p. DOI: 10.1016/j.rser.2022.112390.Gao B., Meng D., Shi W., Cai W., Dong Sh., Zhang Y., Chen H. Topology optimization and the evolution trends of two-speed transmission of EVs. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2022, vol. 161, 112390, 17 p. DOI: 10.1016/j.rser.2022.112390.Walker P., Zhu B., Zhang N. Powertrain dynamics and control of a two speed dual clutch transmission for electric vehicles // Mech Syst Signal Process. – 2017. – V. 85. – P. 1–15. DOI: 10.1016/j.ymssp.2016.07.043.Walker P., Zhu B., Zhang N. Powertrain dynamics and control of a two speed dual clutch transmission for electric vehicles. Mech Syst Signal Process, 2017, vol. 85, pp. 1–15. DOI: 10.1016/j.ymssp.2016.07.043.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.