电动汽车自动变速器设计研究

第３２卷第１期　Ｖｏ１．３２　Ｎｏ．１　２０１１年１月　Ｊａｎ．２０１１　井冈山大学学报（自然科学版）　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｊｉｎｇｇａｎｇｓｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　１００　

文章编号：１６７４－８０８５（２０１１）０１．０１００—０４　电动汽车自动变速器设计研究　

黄菊花　，徐仕华　，　谢世坤　（Ｉ．南昌大学机电工程学院，江西，南昌３３００３１；２．井冈山大学工学院，江西，吉安３４３００９）　摘要：由于电池和电机技术的不成熟，电动汽车仍需利用变速器提高整车动力性和经济性。本文首先简述了常　见自动变速器的结构原理和优缺点，结合电动汽车电机特性和双离合器自动变速器的优点，提出将两挡双离合器　自动变速器应用于电动汽车，并着重对该自动变速器的系统结构原理及其实现过程进行介绍，并分析了该自动变　速器的优点。经研究表明，两挡自动变速器具有较好的应用前景。　关键词：双离合器；自动变速器；电动汽车　中图分类号：ＴＰ３９９　文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８０８５．２０１１．０１．０２３　

ＴＨＥ　ＤＥＳＩＧＮ　ｏＦ　ＡＵＴｏＭ［ＡＴＩＣ　ＴＲＡＮＳＭＩＳＳ１０Ｎ　Ｃ０ＮＴＲ０Ｌ　ＳＹＳＴＥＭ　ｏＦ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＶＥＨＩＣＬＥ　

ＨＵＡＮＧ　Ｊｕ．ｈｕａ　，ＸＵ　Ｓｈｉ．ｈｕａ　，　ＸＩＥ　Ｓｈｉ．ｋｕｎ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃ，ａ：Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｃｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ　３３００３１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉｎｇｇａｎｇｓｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉ’ａｎ，Ｊｉａｎｇｘｉ　３４３００９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：１］ｂｅ　ｂａｔｔｅｒｙ　ａｎｄ　ｍｏｔｏｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉＳ　ｎｏｔ　ｅｎｏｕｇｈ　ｍａｔｕｒｅ．ｓｏ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ　ｓｔｉｌｌ　ｎｅｅｄ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｉｔｓ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃ￣ｅ，ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ａｄｖａｎｔａｇｅ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅ　ｏｆ　ｃｏｍｎｌｏｎ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｍｏｔｏｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｄｏｕｂｌｅ　ｃｌｕｔｃｈ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｗｅ　ｐｒｏｐｏｓｅ　ｔｗｏ　ｂｌｏｃｋ　ｄｏｕｂｌｅ　ｃｌｕｔｃｈ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｉｎ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ．　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ，ｗｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｓ仃ｕｃｎ　ｅ，ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｈａｓ　ａ　ｇｏｏｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｏｕｂｌｅ　ｃｌｕｔｃｈ；ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ　

Ｏ　引旨　．电动汽车以可再生清洁的电能为动力，克服了　传统内燃机汽车的环境污染和资源短缺问题；电动　汽车牵引电机相对传统内燃机具有较宽的工作范　围，并且电机低速时恒转矩和高速时恒功率的特性　更适合车辆运行需求。然而固定速比减速器仅有一　个挡位，使得电动汽车电机常处在低效率区域，既　

浪费宝贵电池能量而使续驶里程减少，又提高了对　牵引电机的要求。电动汽车牵引电机既要在恒转矩　区提供较高瞬时转矩，又要在恒功率区提供较高运　行速度，才能满足车辆的高速、爬坡和加速等整车　性能要求［】］。为使电动汽车发挥其优越性，并降低　电动汽车对动力电池和牵引电机要求，电动汽车传　动系统应多挡化。　手动变速器换挡操纵复杂以及换挡过程中需　

收稿日期：２０１０—１ｏ＿２７：修改目期：２０１０—１　１－２０　基金项目：江西省科技厅重大战略产品专项（２００９００６）；江西省科技厅自然基金项目（Ｚ０２７２９）；江西省教育厅科技计划项目（ＧＪＪ０９０２５）　作者简介：黄菊花（１９６２一），女，江西南昌人，教授，博士，博士生导师，主要从事汽车电子工程研究（Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕａｎｇｊｌ￣＿ｕａ６＠１６３．ｃｏｒｎ）；　徐仕华（１９８６一），男，江西进贤人，硕士生，主要从事电动汽车自动变速技术研究（Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｅｅｆａｒ５２０＠１６３．ｃｏｒｎ）；　谢世坤（１９７３一），男，江西吉安人，教授，博士，硕士生导师，主要从事材料成型控制与汽车动特性研究（Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｓｋｕｎ＠１６３．ｃｏｍ）　井冈山大学学报（自然科学版）　内部ＲＡＭ、６４ＫＢ的内部ＦＬＡＳＨ；一个８路１６位　ＴＩＭ（定时器）模块，具有高效处理多路时间事件　的能力，满足电动汽车自动变速器控制系统中多路　转速信号采集要求；８路１０位ＡＤ（模数转换）模　块，满足多路模拟信号转换精度要求；６路８位ＰＷＭ　（脉宽调制）模块，可以满足电动汽车多路电机驱　动信号输出要求；实现与其它电控单元进行通讯的　ＣＡＮ总线模块。其他可用资源：８０脚封装有可用　６０个通用Ｉ／Ｏ口、两个８位双向数字Ｉ／Ｏ口、内部　看门狗等。　以ＭＣ９Ｓ１２Ｃ６４为核心ＴＣＵ系统主要由主控制　器模块、输入模块、电机驱动模块、显示和ＣＡＮ　通信模块等组成。信号输入包括模拟信号、开关信　号和脉冲信号输入。其中电机转速采用霍尔脉冲式　传感器，转速传感器输出的脉冲信号经过光电隔　离、电平转换后输入到单片机引脚上测速。电机驱　动模块采用ＰＷＭ对两个离合器控制电机进行转速　和转向进行控制，ＰＷＭ具有调速精度高、响应速　度快、调速范围宽和耗损低等优点。ＣＡＮ通信模块　可以将ＴＣＵ与整车电机控制器和制动防抱死系统　进行数据传输，从而实现了双离合器自动变速器系　统对电机转速和转矩的控制，不仅简化了设计，降　低了系统制造成本，同时提高了ＴＣＵ的集成度和　可靠性，改善了换挡品质和整车的动力性、舒适性。　显示模块采用两个数码管，分别显示挡位和故障代　码。故障报警采用发光二极管和蜂呜器实现。　ＭＣ９Ｓ１２Ｃ６４不具有内部ＥＥＰＲＯＭ和时钟，故要增　加时钟电路以及掉电存储器。ＴＣＵ系统硬件原理图　如图３所示。　微　处　理　器　兰　图３双离合器自动变速器硬件原理图　Ｆｉｇ．３　Ｈａｒｄｗｅｒｅ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｄｏｕｂｌｅ　ｃｌｕｔｃｈ　１．３．２控制系统软件软件原理　双离合器自动变速器软件系统采用模块化程　序设计方法，由主程序、信号处理、换挡决策、执　行等模块组成。主程序是一个循环程序，它不断通　过采集信号来读取整车状态，实时根据司机的操　作，调用相应的子程序进行换挡决策、换挡和故障　诊断，并显示挡位和故障代码显示与报警。　ＴＣＵ系统主程序由上电初始化子程序、停车挡　处理子程序、空挡处理子程序、前进挡处理子程序、　倒挡处理子程序、以及在线故障诊断显示程序等子　程序组成。上电初始化子程序主要是对软件运行环　境进行必要初始化。停车挡处理子程序、空挡处理　子程序、前进挡处理子程序及倒挡处理子程序等子　程序分别根据各自挡位处理特点和功能形成各自　的循环体。故障诊断和显示功能对程序出现异常或　者无法处理情况进行处理，并显示故障代码。自动变　速器电控系统软件系统主程序流程图如图４所示。　

图４主程序流程图　Ｆｉｇ．４　Ｆｌｏｗｃｈａｒｔ　ｏｆｍａｉｎ　ｐｒｏｇｒａｍ　井冈山大学学报（自然科学版）　１０３　２　电动汽车自动变速器优点　３　总结　根据纯电动汽车两挡双离合器自动变速器的　结构特点，其具有以下几个方面优点：　（１）结构简单。纯电动汽车电机能够在一定　范围内无级调速，所以此变速系统只要采用两个前　进挡就能满足整车的动力性能和经济性，简化了传　动结构；同时通过离合器换挡机构对离合器进行结　合与分离控制即可达到自动变速的要求，不需要换　挡执行机构。　（２）节省成本。双离合器自动变速器对原有　自动变速器生产线继承性好，技术改造投入资金　少；取消了液压系统等复杂机构，降低了制造成本；　纯电动汽车电池和电机比较昂贵，采用两挡双离合　器自动变速器可节省电池电量，降低电机性能要　求，从而节省整车制造成本。　（３）换挡品质高。双离合器自动变速器结构　简单，操纵稳定，在换挡过程不切断动力，具有良　好的换挡品质及传动效率。　（４）维修方便，费用低。没有液压系统，取　消了换挡执行机构等复杂结构，降低了维修难度和　费用。　在节能减排的社会背景下，电动汽车将有良好　的发展前景。受限于电池技术和整车电机技术，电　动汽车需采用并在未来一段时间内仍需采用两挡　以上变速器来满足整车动力性和经济性。电动汽车　两挡双离合器自动变速器既降低了电动汽车对电　池和电机的要求，同时克服了手动变速器换挡品质　差和ＡＭＴ换挡中断动力源问题，因此该两挡双离　合器自动变速器具有较好的应用前景。　

参考文献：　［１］　罗光涛．纯电动客车自动变速器（　Ｔ）系统探讨［Ｊ］．汽　车齿轮，２００９（１）：７－１　１．　［２】荆崇波，苑仕华，郭晓林．双离合器自动变速器及其应用　前景分析［Ｊ］．机械传动，２００５（３）：５６—５８．　［３］　曾虎，黄菊花．纯电动汽车的电机与变速器匹配［Ｊ】．装备　制造技术，２０１０（２）．　ｌＯ一４２．　［４】　孙同景．Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ９Ｓ１２十六位单片机原理及嵌入式开发　技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００８．　［５］５　葛安林．汽车自动变速理论与设计［ＩｖＩ】．北京：机械工业　出版社，１９９３．