本文首先簡(jiǎn)述了常見(jiàn)自動(dòng)變速器的結構原理和優(yōu)缺點(diǎn)，結合電動(dòng)汽車(chē)電機特性和雙離合器自動(dòng)變速器的優(yōu)點(diǎn)，提出將兩擋雙離合器自動(dòng)變速器應用于電動(dòng)汽車(chē)。

1引言

電動(dòng)汽車(chē)以可再生清潔的電能為動(dòng)力，克服了傳統內燃機汽車(chē)的環(huán)境污染和資源短缺問(wèn)題；電動(dòng)汽車(chē)牽引電機相對傳統內燃機具有較寬的工作范圍，并且電機低速時(shí)恒轉矩和高速時(shí)恒功率的特性更適合車(chē)輛運行需求。然而固定速比減速器僅有一個(gè)擋位，使得電動(dòng)汽車(chē)電機常處在低效率區域，既浪費寶貴電池能量而使續駛里程減少，又提高了對牽引電機的要求。電動(dòng)汽車(chē)牽引電機既要在恒轉矩區提供較高瞬時(shí)轉矩，又要在恒功率區提供較高運行速度，才能滿(mǎn)足車(chē)輛的高速、爬坡和加速等整車(chē)性能要求。為使電動(dòng)汽車(chē)發(fā)揮其優(yōu)越性，并降低電動(dòng)汽車(chē)對動(dòng)力電池和牽引電機要求，電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統應多擋化。

手動(dòng)變速器換擋操縱復雜以及換擋過(guò)程中需要切斷動(dòng)力源影響電動(dòng)汽車(chē)的駕駛性能和舒適性。自動(dòng)變速是車(chē)輛變速發(fā)展趨勢，自動(dòng)變速器相對手動(dòng)變速器具有較高整車(chē)的安全性、舒適性等性能?；谄叫休S式手動(dòng)變速器的雙離合器自動(dòng)變速器，不僅繼承了手動(dòng)變速器傳動(dòng)效率高、結構緊湊、價(jià)格便宜等許多優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)還解決了換擋動(dòng)力中斷問(wèn)題，也保留了液力自動(dòng)變速器、無(wú)級自動(dòng)變速器等換檔品質(zhì)好的優(yōu)點(diǎn)。因此電動(dòng)汽車(chē)采用兩擋雙離合器自動(dòng)變速器具有更好的整車(chē)性能。

2電動(dòng)汽車(chē)自動(dòng)變速器結構原理

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1.1 系統結構原理圖

圖1 所示為兩擋雙離合器自動(dòng)變速器系統結構原理圖，它以變速器電控單元為中心，接收制動(dòng)踏板、選擇開(kāi)關(guān)、加速踏板等傳感器獲知的信號，同時(shí)可以利用CAN 總線(xiàn)技術(shù)接收來(lái)自整車(chē)控制器的信號，如車(chē)速、電機轉速等信號。變速器電控單元采集當前路況信息，通過(guò)一定的換擋規律發(fā)出信號指令，控制離合器執行機構操縱離合器的分離與結合等動(dòng)作。

1.2 傳動(dòng)結構原理

根據汽車(chē)行駛性能確定IdealⅡ純電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)設計采用兩擋變速器即可滿(mǎn)足整車(chē)的動(dòng)力性和經(jīng)濟性要求。圖2 為兩擋雙離合器自動(dòng)變速器傳動(dòng)結構圖，低速擋1 擋與離合器CL1 聯(lián)接，高速擋2 擋與CL2 聯(lián)接。離合器CL1 輸出軸為實(shí)心軸，套在實(shí)心軸外面是一個(gè)空心軸，即離合器CL2 輸出軸。兩輸出軸同心使得結構使變速器更加緊湊。通過(guò)電機與減速增距結構使兩個(gè)離合器的接合與分析實(shí)現兩擋自動(dòng)變速，不需要再增加換擋機構，簡(jiǎn)化了系統的結構，倒擋通過(guò)整車(chē)電機反轉實(shí)現。

電動(dòng)汽車(chē)處停車(chē)狀態(tài)時(shí)，離合器CL1 和離合器CL2 都處于分離狀態(tài)，故不傳遞動(dòng)力。當電動(dòng)汽車(chē)起步時(shí)，自動(dòng)變速器電控單元控制離合器CL1 電機使離合器CL1 接合，當離合器CL1 完全接合時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)入1 擋，此時(shí)離合器CL2 仍是分離的，不傳遞動(dòng)力。當電動(dòng)汽車(chē)加速并達到2 擋的換擋速度值時(shí)，通過(guò)變速器電控單元控制離合器電機使離合器CL1 開(kāi)始分離的同時(shí)，離合器CL2 開(kāi)始接合。

兩個(gè)離合器交替切換，直到離合器CL1 分離完全，離合器CL2 接合完全，電動(dòng)汽車(chē)升擋過(guò)程結束。當電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)入2 擋車(chē)速運行后，變速器電控單元采集相關(guān)信號并判斷電動(dòng)汽車(chē)即將運行的擋位是否降擋。降擋過(guò)程只需將正接合離合器CL2 分離，同時(shí)將處分離狀態(tài)的離合器CL1 接合即可。配合好兩個(gè)離合器切換時(shí)序，按一定的換擋規律進(jìn)行換擋，整個(gè)換擋即可有序完成。

1.3 控制系統原理

1.3.1 控制系統硬件原理

自動(dòng)變速箱電控單元TCU 是整個(gè)雙離合器自動(dòng)變速器系統的控制核心，TCU 設計的好壞直接關(guān)系到整個(gè)雙離合器自動(dòng)變速器的品質(zhì)和性能。本設計選用飛思卡爾公司16 位MC9S12C64 單片機。MC9S12C64 具有高速數字信號處理能力、實(shí)時(shí)性強、低功耗、集成度高等性能。它工作環(huán)境溫度可在-40 ~ 125 之間，能克服汽車(chē)工作環(huán)境惡劣對單片機性能的影響。

MC9S12C64 采用16 位微處理器S12CPU，具有較高的計算和處理能力。MC9S12C64擁有2KB內部RAM、64KB 的內部FLASH；一個(gè)8 路16 位TIM（定時(shí)器）模塊，具有高效處理多路時(shí)間事件的能力，滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)自動(dòng)變速器控制系統中多路轉速信號采集要求；8 路10 位AD（模數轉換）模塊，滿(mǎn)足多路模擬信號轉換精度要求；6 路8 位PWM（脈寬調制）模塊，可以滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)多路電機驅動(dòng)信號輸出要求；實(shí)現與其它電控單元進(jìn)行通訊的CAN 總線(xiàn)模塊。其他可用資源：80 腳封裝有可用60 個(gè)通用I/O 口、兩個(gè)8 位雙向數字I/O 口、內部看門(mén)狗等。

以MC9S12C64 為核心TCU系統主要由主控制器模塊、輸入模塊、電機驅動(dòng)模塊、顯示和CAN通信模塊等組成。信號輸入包括模擬信號、開(kāi)關(guān)信號和脈沖信號輸入。其中電機轉速采用霍爾脈沖式傳感器，轉速傳感器輸出的脈沖信號經(jīng)過(guò)光電隔離、電平轉換后輸入到單片機引腳上測速。電機驅動(dòng)模塊采用PWM 對兩個(gè)離合器控制電機進(jìn)行轉速和轉向進(jìn)行控制，PWM 具有調速精度高、響應速度快、調速范圍寬和耗損低等優(yōu)點(diǎn)。CAN 通信模塊可以將TCU 與整車(chē)電機控制器和制動(dòng)防抱死系統進(jìn)行數據傳輸，從而實(shí)現了雙離合器自動(dòng)變速器系統對電機轉速和轉矩的控制，不僅簡(jiǎn)化了設計，降低了系統制造成本，同時(shí)提高了TCU 的集成度和可靠性，改善了換擋品質(zhì)和整車(chē)的動(dòng)力性、舒適性。顯示模塊采用兩個(gè)數碼管，分別顯示擋位和故障代碼。故障報警采用發(fā)光二極管和蜂鳴器實(shí)現。

MC9S12C64 不具有內部EEPROM 和時(shí)鐘，故要增加時(shí)鐘電路以及掉電存儲器。TCU 系統硬件原理圖如圖3 所示。

1.3.2 控制系統軟件軟件原理

雙離合器自動(dòng)變速器軟件系統采用模塊化程序設計方法，由主程序、信號處理、換擋決策、執行等模塊組成。主程序是一個(gè)循環(huán)程序，它不斷通過(guò)采集信號來(lái)讀取整車(chē)狀態(tài)，實(shí)時(shí)根據司機的操作，調用相應的子程序進(jìn)行換擋決策、換擋和故障診斷，并顯示擋位和故障代碼顯示與報警。

TCU 系統主程序由上電初始化子程序、停車(chē)擋處理子程序、空擋處理子程序、前進(jìn)擋處理子程序、倒擋處理子程序、以及在線(xiàn)故障診斷顯示程序等子程序組成。上電初始化子程序主要是對軟件運行環(huán)境進(jìn)行必要初始化。停車(chē)擋處理子程序、空擋處理子程序、前進(jìn)擋處理子程序及倒擋處理子程序等子程序分別根據各自擋位處理特點(diǎn)和功能形成各自的循環(huán)體。故障診斷和顯示功能對程序出現異?；蛘邿o(wú)法處理情況進(jìn)行處理,并顯示故障代碼。自動(dòng)變速器電控系統軟件系統主程序流程圖如圖4 所示。

3電動(dòng)汽車(chē)自動(dòng)變速器優(yōu)點(diǎn)

根據純電動(dòng)汽車(chē)兩擋雙離合器自動(dòng)變速器的結構特點(diǎn)，其具有以下幾個(gè)方面優(yōu)點(diǎn)：

（1）結構簡(jiǎn)單。純電動(dòng)汽車(chē)電機能夠在一定范圍內無(wú)級調速，所以此變速系統只要采用兩個(gè)前進(jìn)擋就能滿(mǎn)足整車(chē)的動(dòng)力性能和經(jīng)濟性，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)結構；同時(shí)通過(guò)離合器換擋機構對離合器進(jìn)行結合與分離控制即可達到自動(dòng)變速的要求，不需要換擋執行機構。

（2）節省成本。雙離合器自動(dòng)變速器對原有自動(dòng)變速器生產(chǎn)線(xiàn)繼承性好，技術(shù)改造投入資金少；取消了液壓系統等復雜機構，降低了制造成本；純電動(dòng)汽車(chē)電池和電機比較昂貴，采用兩擋雙離合器自動(dòng)變速器可節省電池電量，降低電機性能要求，從而節省整車(chē)制造成本。

（3）換擋品質(zhì)高。雙離合器自動(dòng)變速器結構簡(jiǎn)單，操縱穩定，在換擋過(guò)程不切斷動(dòng)力，具有良好的換擋品質(zhì)及傳動(dòng)效率。

（4）維修方便，費用低。沒(méi)有液壓系統，取消了換擋執行機構等復雜結構，降低了維修難度和費用。

4總結

在節能減排的社會(huì )背景下，電動(dòng)汽車(chē)將有良好的發(fā)展前景。受限于電池技術(shù)和整車(chē)電機技術(shù)，電動(dòng)汽車(chē)需采用并在未來(lái)一段時(shí)間內仍需采用兩擋以上變速器來(lái)滿(mǎn)足整車(chē)動(dòng)力性和經(jīng)濟性。電動(dòng)汽車(chē)兩擋雙離合器自動(dòng)變速器既降低了電動(dòng)汽車(chē)對電池和電機的要求，同時(shí)克服了手動(dòng)變速器換擋品質(zhì)差和AMT 換擋中斷動(dòng)力源問(wèn)題，因此該兩擋雙離合器自動(dòng)變速器具有較好的應用前景。