電動(dòng)汽車(chē)機(jī)械自動(dòng)變速器的應(yīng)用

現(xiàn)代化背景下，我國(guó)十分重視環(huán)保建設(shè)，汽車(chē)排氣排放物對(duì)環(huán)境生態(tài)的保護(hù)工作十分不利。電動(dòng)汽車(chē)通過(guò)車(chē)載電源作為供電，以電源驅(qū)動(dòng)電機(jī)，由于其綠色、環(huán)保的特點(diǎn)在短時(shí)間之內(nèi)席卷汽車(chē)市場(chǎng)。新能源是我國(guó)工業(yè)發(fā)展、市場(chǎng)研制創(chuàng)新的主要方向。隨著電動(dòng)汽車(chē)的使用越來(lái)越廣泛，電動(dòng)汽車(chē)機(jī)械自主變速器可解決機(jī)械式自動(dòng)變速器換擋過(guò)程中出現(xiàn)的動(dòng)力中斷問(wèn)題。因此，分析自主變速器的控制對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的機(jī)械控制有很大幫助。一、電動(dòng)汽車(chē)概述電動(dòng)汽車(chē)逐漸成為我國(guó)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的一部分，催生出一系列產(chǎn)業(yè)鏈，如各種電動(dòng)器具、發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備等。從技術(shù)角度來(lái)看，我國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)的限制比較直接，比如電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程短，整車(chē)的動(dòng)力欠缺，同時(shí)造價(jià)高，儲(chǔ)能技術(shù)不夠先進(jìn)等，這些技術(shù)都在很大程度上限制了電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)在新時(shí)期的發(fā)展?，F(xiàn)階段，市場(chǎng)想。駕駛員駕駛車(chē)輛前進(jìn)的過(guò)程中，遇到的路況復(fù)雜度等情況，嚴(yán)重影響電動(dòng)汽車(chē)的推廣。在動(dòng)力方面，通常續(xù)航里程為0~100km時(shí)，在動(dòng)力上的表現(xiàn)不如內(nèi)燃汽車(chē)，因此內(nèi)燃汽車(chē)更受歡迎。新時(shí)期電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力方面的優(yōu)勢(shì)如何發(fā)揮，進(jìn)一步強(qiáng)化續(xù)航里程，成為未來(lái)的研究重點(diǎn)。從實(shí)際發(fā)展來(lái)看，研究電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)，優(yōu)化系統(tǒng)管理意義重大。新時(shí)期以來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)的結(jié)構(gòu)基本上都是驅(qū)動(dòng)電機(jī)、單級(jí)減速器。整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要在汽車(chē)恒定行駛中提供穩(wěn)定的動(dòng)力輸出，理論上是可行的，實(shí)踐中則需要考慮多方內(nèi)容，比如 部分路段轉(zhuǎn)彎、道路崎嶇的地段，此時(shí)需要較高的運(yùn)行速度、轉(zhuǎn)現(xiàn)階段的設(shè)計(jì)并不能滿(mǎn)足相關(guān)需求，尤其是高速、低速、爬坡路段，這導(dǎo)致在任一區(qū)域之內(nèi)，電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力都難以達(dá)到汽車(chē)行進(jìn)的需要。電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)面臨諸多困境，因此需要通過(guò)控制電動(dòng)汽車(chē)變速器，進(jìn)行合理?yè)Q擋切換，優(yōu)化電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力結(jié)構(gòu)，尤其是多檔變換，滿(mǎn)足不同路段的需求。二、電動(dòng)汽車(chē)機(jī)械自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（一）結(jié)構(gòu)研制現(xiàn)階段，全球主流的純電動(dòng)汽車(chē)使用電機(jī)匹配的單級(jí)減速器，單級(jí)減速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整體功能也很容易實(shí)現(xiàn)。電動(dòng)汽車(chē)變速器主要功能是協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車(chē)輛前進(jìn)的變速，確保發(fā)動(dòng)機(jī)可以發(fā)下也需要輸出很大的轉(zhuǎn)矩，高速下輸出恒功率，因此在構(gòu)造上不需要多擋變速器，增加單級(jí)減速器即可滿(mǎn)足需求。因此市場(chǎng)上純電動(dòng)汽車(chē)基本上都采用單速變速器，比如寶馬i3、比亞迪e5，使用單速變速器的優(yōu)勢(shì)是成本低和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺陷是電動(dòng)汽車(chē)速度達(dá)到極限之后，提升空間小，所以速度受到制約。高速行駛時(shí)電機(jī)如果要維持高速，隨之產(chǎn)生噪聲與NVH的機(jī)械為確保電驅(qū)動(dòng)的效率和平衡電機(jī)運(yùn)行的成本，兩檔變速器的使用逐漸成為趨勢(shì)。該變速器的理論上將電機(jī)效率分為兩個(gè)部分，保證低速大扭矩加速的效率，也可以兼顧高速低扭矩效率。根據(jù)市場(chǎng)發(fā)展來(lái)看，預(yù)測(cè)在2030年之前，電動(dòng)汽車(chē)將占據(jù)中國(guó)80%的產(chǎn)量，在短期之內(nèi)，純電動(dòng)汽車(chē)仍舊是以減速器為主流。（二）系統(tǒng)汽車(chē)自動(dòng)變速器能更好地保障汽車(chē)的行駛和續(xù)航，是未來(lái)的發(fā)展方向。目前市場(chǎng)上的設(shè)備類(lèi)型有液壓機(jī)械（AT）、無(wú)級(jí)變速器（AMT）。其中，AMT的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且成本比較低，因此在現(xiàn)階段的電動(dòng)汽車(chē)中使用十分普遍。AMT電控自動(dòng)變速器是根據(jù)手動(dòng)機(jī)械變速箱的結(jié)構(gòu)上演化出來(lái)的，實(shí)現(xiàn)電控，傳統(tǒng)基礎(chǔ)上逐步增加微機(jī)控制等體系來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。傳感器信號(hào)采集保護(hù)部分集中了車(chē)速、電動(dòng)機(jī)、電門(mén)和檔位等，傳感器在運(yùn)行時(shí)可以收集到不同的設(shè)備信號(hào)，數(shù)據(jù)被傳輸給TCU，TCU控制系統(tǒng)包含不同的通信模塊，最終實(shí)現(xiàn)單元的控制，進(jìn)行系統(tǒng)工作原理根據(jù)汽車(chē)駕駛員的思路和意圖，接收到油門(mén)、轉(zhuǎn)速和制動(dòng)信號(hào)之后，并且切換即可。在運(yùn)行過(guò)程中，AMT會(huì)將預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速傳送給電機(jī)以減少換擋的時(shí)間，確保換擋舒適高效。在這個(gè)過(guò)程中AMT系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單，成為廣大汽車(chē)制造商的主要技術(shù)。三、電動(dòng)汽車(chē)機(jī)械自動(dòng)變速器的技術(shù)路線（一）同步器換擋同步器換擋的兩檔變速器由輸入軸、中間軸、變速器和齒輪組組成。輸入軸與電機(jī)相連接，軸上設(shè)置一檔、二檔主動(dòng)齒輪，中間 軸布置從動(dòng)齒輪和主動(dòng)減齒輪，差速器實(shí)現(xiàn)左右車(chē)輪的差速行駛。中間軸的兩個(gè)齒輪之間，結(jié)構(gòu)也可以同步在輸入軸上面，換擋可以通過(guò)電機(jī)、液壓來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。通過(guò)同步器左右的擋位切換，變速器根據(jù)擋位切換輸出不同的動(dòng)力，滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性，從同步器換擋的缺陷是換擋時(shí)動(dòng)力會(huì)中斷。由于電機(jī)調(diào)速性比較靈活，可以在電動(dòng)汽車(chē)行進(jìn)的過(guò)程中解決電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力中斷情況。同步器換擋的兩檔變速器和擔(dān)當(dāng)?shù)淖兯倨飨啾龋恍枰X輪和同步器配合執(zhí)行機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)與造價(jià)都十分簡(jiǎn)單，是比較優(yōu)質(zhì)的配比（二）單離合器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)中存在兩個(gè)分開(kāi)的離合器，可控制不同擋位的動(dòng)力。輸入軸上有一擋主動(dòng)齒輪，另一擋從動(dòng)齒輪與離合器外轂相連接，離合器內(nèi)轂連接中間軸接通離合器，滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中一檔的動(dòng)力傳輸。二擋的主動(dòng)齒輪和離合器的外轂相連接，內(nèi)轂連接輸入軸，齒輪固定在中間軸上，實(shí)現(xiàn)離合器的分離與連接，電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中傳遞二擋動(dòng)力或者是中斷動(dòng)力。在設(shè)計(jì)中通過(guò)兩個(gè)單離合器實(shí)現(xiàn)換擋，可以通過(guò)濕式與干式離合器實(shí)現(xiàn)無(wú)動(dòng)力的自動(dòng)換擋，（三）雙離合器這種結(jié)構(gòu)中離合器的換擋、兩檔變速器的零件是雙離合器結(jié)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)、雙離合器外轂兩者相連接，外輸入軸連接一檔的主動(dòng)齒輪，內(nèi)輸入軸連接二擋，一檔、二擋的齒輪固定在中間軸，再連接差速器。在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中控制器根據(jù)車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)決定擋位的升降，切換的過(guò)程中只需要使用兩（四）行星齒輪結(jié)構(gòu)單排單級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)由太陽(yáng)輪、行星架、離合器等組成。在系統(tǒng)當(dāng)中，輸出軸連接行星齒輪的太陽(yáng)輪，行星軸和輸出軸相連接，內(nèi)轂與輸入軸相連接，外轂連接行星架，采取一端連接箱體。在系統(tǒng)中離合器打開(kāi)后制動(dòng)器關(guān)閉，動(dòng)力傳輸?shù)教?yáng)輪，在動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下，行星齒輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，在整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中齒輪圈被制動(dòng)器固定，因此在旋轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)力會(huì)傳輸給輸出軸，此時(shí)變速器屬于一檔。根據(jù)行星齒輪機(jī)構(gòu)的特征來(lái)看，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的增減。在整個(gè)系統(tǒng)中離合器關(guān)閉，離合器將太陽(yáng)輪和行星架連接形成整體帶四、電動(dòng)汽車(chē)直驅(qū)式電控機(jī)械自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）系統(tǒng)組成直驅(qū)式AMT傳動(dòng)結(jié)構(gòu)由兩個(gè)電機(jī)組成，即主電動(dòng)機(jī)和主副電機(jī)。主電動(dòng)機(jī)主要是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的后輪，輔助電機(jī)回收能量，為整車(chē)的運(yùn)行提供后備功率。主副電機(jī)則使用小功率電機(jī)，在正常工況下主電機(jī)對(duì)后輪供電，后輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)前進(jìn)，在汽車(chē)起步、加速運(yùn)行時(shí)，電池組對(duì)主電機(jī)、副電機(jī)供電，控制器在這個(gè)過(guò)程中控制功率。系統(tǒng)其他功能的實(shí)現(xiàn)還需要通過(guò)電機(jī)控制器、電池組、直驅(qū)AMT等，在汽車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，尤其是制動(dòng)、下坡等不同的環(huán)節(jié)，主輔電機(jī)參與到能量的回收中，基本上可以實(shí)現(xiàn)四個(gè)車(chē)輪的回收。在整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中永磁同步電機(jī)具備效率高和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特征，因此在結(jié)構(gòu)中可選擇永磁同步電機(jī)，兩檔直驅(qū)式AMT自動(dòng)變速可以發(fā)揮積極的作用，發(fā)揮純電動(dòng)汽車(chē)的電動(dòng)（二）參數(shù)設(shè)計(jì)（三）設(shè)備選型在整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行中，純電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)控制器將動(dòng)力電池的電能轉(zhuǎn)化成為機(jī)械能，在這個(gè)過(guò)程中電機(jī)選型需要符合整車(chē)的動(dòng)力需求。這個(gè)過(guò)程中涉及參數(shù)主要有額定功率、峰值、額定轉(zhuǎn)速等。驅(qū)動(dòng)電機(jī)極值的存在讓電機(jī)的運(yùn)行存在過(guò)載能力，電動(dòng)汽車(chē)在起步、爬坡、加速這一類(lèi)的短途極限行駛過(guò)程中，動(dòng)力基本上可以保證。但驅(qū)動(dòng)電機(jī)不能長(zhǎng)時(shí)間在峰值附近工作，如果電動(dòng)汽車(chē)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)在峰值附近，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)出現(xiàn)故障，進(jìn)而對(duì)電機(jī)使用壽命產(chǎn)生影響。在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，為確保電動(dòng)汽車(chē)能以最高速行駛，通常需要根據(jù)最高車(chē)速來(lái)確定額定功率。正常狀態(tài)下電動(dòng)汽車(chē)的最高車(chē)速對(duì)應(yīng)汽車(chē)的最高檔。按照汽車(chē)?yán)碚撝械南嚓P(guān)知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)汽車(chē)功率平衡方程可以得到汽車(chē)在長(zhǎng)時(shí)間高速行駛狀態(tài)的額定功率?，F(xiàn)階段的設(shè)計(jì)中都需要確保驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率大于壓力，單電機(jī)功率不能太大，否則會(huì)增加電機(jī)的負(fù)荷，也不符合現(xiàn)階段汽車(chē)輕量化的設(shè)計(jì)理念，以及當(dāng)前經(jīng)濟(jì)效益的預(yù)設(shè)。電機(jī)功率增加會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)汽車(chē)不能利用電機(jī)的高效，在汽車(chē)的行進(jìn)過(guò)程中，可能會(huì)存在很大的電池電量消耗，導(dǎo)致汽車(chē)?yán)m(xù)航里程下降?，F(xiàn)階段，純電動(dòng)汽車(chē)的研制逐漸引起各汽車(chē)制造商的廣泛關(guān)注，汽車(chē)制造領(lǐng)域希望提高純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性，電動(dòng)機(jī)自身的低速大扭矩、工作范圍廣的特征將成為未來(lái)研制的重點(diǎn)?，F(xiàn)階段的發(fā)展需要考慮成