探析電動(dòng)汽車機(jī)械自動(dòng)變速器控制優(yōu)化

鄧方　楊陽

摘要：目前隨著科技不斷的發(fā)展，國民的生活水平獲得了很大的改善，汽車在我國的普及率越來越高，我國目前工業(yè)的快速發(fā)展及居民生活水平的大幅提升使汽車的購買率節(jié)節(jié)攀升。但由于汽車尾氣是環(huán)境污染的重要因素，再加上國家也出臺(tái)了許多新能源汽車發(fā)展的好政策因而目前汽車廠商都在本著可持續(xù)發(fā)展的核心思想不斷地探索電動(dòng)汽車以及一些清潔能源的使用。基于此，本文主要討論電動(dòng)汽車機(jī)械自動(dòng)變速器具體控制優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;機(jī)械自動(dòng)變速器;控制策略

0? 引言

在進(jìn)行電動(dòng)汽車機(jī)械自動(dòng)變速器的控制過程當(dāng)中，必須對其性能進(jìn)行全面的分析，同時(shí)也要了解其中的發(fā)展限制的主要因素，最為重要的就是要對機(jī)械自動(dòng)變速器的各方面性能進(jìn)行不斷地優(yōu)化與探索，從而使電動(dòng)汽車在使用的過程當(dāng)中能夠更加高效，同時(shí)也可以降低生產(chǎn)成本來讓企業(yè)獲得更多的收益，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)。

1? 電動(dòng)汽車機(jī)械變速器的概述

電動(dòng)汽車的探索與研究與許多學(xué)科都具有直接關(guān)系，其中的系統(tǒng)工程非常的復(fù)雜，目前自動(dòng)變速系統(tǒng)當(dāng)中的自動(dòng)變速器主要可以分成多種類型，比如液力式的、機(jī)械式的等等。電控的機(jī)械自動(dòng)變速器通過加入一些電控單元來進(jìn)行自動(dòng)化換檔，其中的控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)可以分成傳感器的信號(hào)采集系統(tǒng)和換擋執(zhí)行系統(tǒng)部分。這種電控的控制器性能比較優(yōu)越，而且投入的成本相對也不會(huì)很高，因此也受到很多廠家的普及使用，得到了比較廣泛地推廣。本文對電動(dòng)汽車的機(jī)械變速器具體的控制優(yōu)化策略方面進(jìn)行探索，主要包括對電控自動(dòng)變速箱的結(jié)構(gòu)和對電動(dòng)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的及其影響因素進(jìn)行一系列的探索。

2? 如何對電動(dòng)汽車機(jī)械自動(dòng)變速器進(jìn)行優(yōu)化控制

2.1 電動(dòng)汽車機(jī)械自動(dòng)變速器換檔方面的問題

傳統(tǒng)的手動(dòng)變速器汽車往往是有離合器的，駕駛員可以通過離合器來對汽車進(jìn)行一系列的變速，離合器可以切斷或連接發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的動(dòng)力傳輸。一般來說駕駛員可以通過摘檔、掛倒檔和前進(jìn)檔以及踩離合器退入到新的檔位就可以完成換檔，離合器是傳統(tǒng)手動(dòng)檔汽車來進(jìn)行換檔的一個(gè)主要的零部件。

2.2 電控機(jī)械的自動(dòng)變速器無需離合器的具體工作過程

電動(dòng)汽車在行駛的過程當(dāng)中會(huì)受到周圍環(huán)境的影響。比如電動(dòng)汽車在上坡過程當(dāng)中，在上坡之前自動(dòng)變速器會(huì)直接控制其電量以及制動(dòng)力大小，讓電動(dòng)汽車的狀態(tài)能夠達(dá)到最優(yōu)，同時(shí)也可以更加節(jié)約能源。但在這個(gè)時(shí)候如果駕駛員對電動(dòng)汽車發(fā)出一定的干擾指令，那么系統(tǒng)就會(huì)將駕駛員的操作作為中心來改變電動(dòng)汽車內(nèi)部的控制，這種情況就很容易對電動(dòng)汽車的行駛做出比較不利的影響。因此如果想要讓電動(dòng)汽車整體的性能獲得全面的提高，就必須優(yōu)化電動(dòng)汽車的實(shí)際動(dòng)力，使設(shè)計(jì)的變速箱能夠整體創(chuàng)新;另外一個(gè)方面也要讓駕駛員的駕駛水平盡可能的提升，減少錯(cuò)誤操作。自動(dòng)變速器主要通過自動(dòng)變速器電腦（ECU）來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)比如離合器、制動(dòng)器等等來達(dá)到不同的輸出輸入比來得到不同的檔位。在設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車變速器的過程當(dāng)中，要盡量考慮到電動(dòng)汽車實(shí)際的電量，將機(jī)械自動(dòng)變速器與電量二者結(jié)合起來，這樣才能幫助電動(dòng)汽車擁有更優(yōu)的性能。在電動(dòng)汽車的電量比較充足的時(shí)候，可以對機(jī)械自動(dòng)變速器進(jìn)行一系列的控制操作;但如果電動(dòng)汽車電量明顯不足時(shí)，那么在對機(jī)械變速箱進(jìn)行控制操作的過程中就會(huì)出現(xiàn)一些問題，這些問題主要體現(xiàn)在方向控制以及相關(guān)的換檔操作方面。所以如果想要讓電動(dòng)汽車的機(jī)械自動(dòng)變速器的性能可以獲得更多的優(yōu)化，就必須要能夠盡量控制電動(dòng)汽車的實(shí)際電能消耗和解決電動(dòng)汽車當(dāng)中電池容量的問題與行駛上的問題（比如溫度和穩(wěn)定性影響）以及設(shè)計(jì)方面不合理的一些相關(guān)的問題。在進(jìn)行電動(dòng)汽車的機(jī)械自動(dòng)變速器優(yōu)化的過程當(dāng)中，盡量讓駕駛員的操作能更加符合經(jīng)濟(jì)性以及動(dòng)力性的要求，同時(shí)也需要讓經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)力性能夠進(jìn)行隨意的切換，可以設(shè)計(jì)多種駕駛模式以滿足不同狀態(tài)下和不同駕駛者的需要。比如上坡的時(shí)候可以選擇動(dòng)力模式而高速路況較好的時(shí)候選擇經(jīng)濟(jì)模式。并且可以將電動(dòng)汽車的性價(jià)比盡量變得更高，駕駛員需要盡量熟悉電動(dòng)汽車的自動(dòng)變速器變速規(guī)律與換檔規(guī)律，這樣讓電動(dòng)汽車在不同的環(huán)境下對機(jī)械自動(dòng)變速器的使用最優(yōu)化。

2.3 電動(dòng)汽車機(jī)械變速器的換檔方面的具體操作

首先電動(dòng)汽車自動(dòng)變速器沒有離合器，換檔過程實(shí)際上就是通過換檔單元進(jìn)行檔位變化和控制電機(jī)的輸出功率。其主要有三種換擋的方式，分別是氣動(dòng)電控式、液壓電控式和電動(dòng)電控式。這三種換檔方式當(dāng)中，電動(dòng)電控式最為普遍，其方法主要是使用機(jī)械自動(dòng)變速器對電動(dòng)汽車的電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)以及扭矩行全面的控制，讓換檔的過程能更加的精準(zhǔn)。機(jī)械自動(dòng)變速器其具體的設(shè)計(jì)原理是能夠直接控制轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠螺母，能夠讓轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪正常運(yùn)行從而帶動(dòng)傳動(dòng)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。另外一個(gè)方面電動(dòng)汽車在進(jìn)行電機(jī)檔位的轉(zhuǎn)換的過程中換檔中間軸能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)，等換檔完成后再由電機(jī)繼續(xù)保持工作，而且這個(gè)換檔工程中必須保證動(dòng)力輸出平穩(wěn)。這個(gè)過程就可以叫做電動(dòng)汽車自動(dòng)變速箱的換檔。這樣沒有離合器的換檔過程當(dāng)中，能夠讓電動(dòng)汽車在換檔的時(shí)候盡量消耗更少的動(dòng)能，保證電動(dòng)汽車的行駛時(shí)間更長，從而使電動(dòng)汽車的性能能夠獲得更多的優(yōu)化。

3? 電動(dòng)汽車機(jī)械自動(dòng)變速器的具體性能

電動(dòng)汽車的自動(dòng)變速器不僅能夠讓電動(dòng)汽車在駕駛的時(shí)候更加穩(wěn)定，同時(shí)也可以讓電動(dòng)汽車在行駛過程中續(xù)航時(shí)間變得更長，因此機(jī)械自動(dòng)變速器是電動(dòng)汽車當(dāng)中的一個(gè)革新產(chǎn)品，同時(shí)具有在未來可能全面發(fā)展的趨勢。目前主要是有四種電動(dòng)汽車的機(jī)械自動(dòng)變速器，分別是電控機(jī)械自動(dòng)變速器、液壓機(jī)械自動(dòng)變速器、無極機(jī)械自動(dòng)變速器以及雙離合機(jī)械自動(dòng)變速器，這四種機(jī)械自動(dòng)變速器各有長短;但電控機(jī)械自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)和其他三種比起來更為簡單，成本更低，而且工作的效率更高，所以我國很多的電動(dòng)汽車都使用這種自動(dòng)變速器。把換檔操作當(dāng)中的手動(dòng)操作裝置改成電控盒，讓電動(dòng)汽車的換檔能夠更具自動(dòng)化的特點(diǎn)，多個(gè)傳感器接受車速信號(hào)、電機(jī)信號(hào)以及檔位信號(hào)進(jìn)行采集，之后再傳送到控制模塊當(dāng)中去，控制模塊再輸出控制指令，控制指令再驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行換檔，從而達(dá)到自動(dòng)換檔的目的。不僅如此，電控機(jī)械的自動(dòng)變速器在工作的時(shí)候也需要能夠接受駕駛員的具體指令，也就是踩油門加速踏板或者減速制動(dòng)，在停車以及開車的過程當(dāng)中，需要按照相應(yīng)的指令來進(jìn)行相應(yīng)的換檔，這樣可以盡量減少電動(dòng)汽車換檔的時(shí)間，從而使電動(dòng)汽車在換檔當(dāng)中的卡頓現(xiàn)象能夠大大減低[1]。

4? 電動(dòng)汽車自動(dòng)變速器受到的阻礙

對電動(dòng)汽車進(jìn)行深入的探索便可以發(fā)現(xiàn)一些限制性的問題，例如電動(dòng)汽車的行駛時(shí)間較短，動(dòng)力比較不足，而且成本也相對比較高，耗電量很大[2]，但是續(xù)航時(shí)間又比較短，況且很多充電的基礎(chǔ)的設(shè)施都比較缺少，因而也使得很多人在購買的過程中會(huì)比較猶豫，讓電動(dòng)汽車的行業(yè)也難以得到全面的發(fā)展，電動(dòng)汽車與普通汽車比起來行駛的公里數(shù)明顯比較短，并且如果周圍的環(huán)境比較惡劣（比如低溫環(huán)境）或是駕駛員的駕駛水平不足，那么行駛時(shí)長將會(huì)更短，因此很難滿足消費(fèi)者的全面需求[3]。

5? 電動(dòng)汽車機(jī)械自動(dòng)變速器控制方面的優(yōu)化

5.1 對換檔過程的整個(gè)優(yōu)化策略

電動(dòng)汽車的自動(dòng)變速器沒有離合器，在換檔的過程中，主要就是控制電動(dòng)汽車的動(dòng)力電機(jī)的具體工作模式以及控制變速器的選換擋。其執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以分成三種類型，即電控液動(dòng)、電控氣動(dòng)以及電控電動(dòng)。本文選擇的是電控電動(dòng)的形式，這種類型的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)使用主控芯片對電機(jī)扭矩進(jìn)行控制，再對自動(dòng)變速箱檔位進(jìn)行控制，可以根據(jù)傳感器獲得的信息快速調(diào)整，非常靈活具有先天的優(yōu)勢。

5.2 對自動(dòng)變速器的控制優(yōu)化

首先要盡量縮短換擋的時(shí)間，同時(shí)盡量減少換檔過程中的沖擊，做到換檔平順。無離合器式系統(tǒng)換擋主要就是為了能夠讓車輛的轉(zhuǎn)速得以滿足，同時(shí)讓轉(zhuǎn)速扭矩能夠進(jìn)行一定的改變，對變速器進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)變化得到不同的傳動(dòng)比。其品質(zhì)評(píng)價(jià)主要就是看兩個(gè)關(guān)鍵的方面，第一個(gè)就是換擋的時(shí)間。怎樣才能夠盡量快速并且平穩(wěn)的進(jìn)行換擋，首先要了解換擋過程當(dāng)中的一些運(yùn)算速率，其次執(zhí)行相關(guān)機(jī)構(gòu)的反應(yīng)與換擋的速度要比較快，最后控制系統(tǒng)要能夠協(xié)調(diào)控制和變速器之間的工作效率。

第二個(gè)就是換擋的沖擊，在頻繁換檔的過程中盡可能將沖擊度減少到最小，否則駕駛者感受到換檔的沖擊會(huì)大大降低駕駛的舒適性。這兩個(gè)方面是汽車的機(jī)械變速器具體的控制策略能夠不斷的進(jìn)行優(yōu)化的方向。

最后就是控制模式切換的變化率。動(dòng)力電機(jī)的三種工作模式可分成調(diào)速模式、自由模式以及例句模式。而例句模式就是在普通行駛過程當(dāng)中的一種模式，在檔位被摘除之前很有可能會(huì)變成自由模式，則在換檔完成之后就會(huì)變成調(diào)速的模式，這三種檔位切換過程當(dāng)中會(huì)有相互變化。這種變化需要控制單元能夠自動(dòng)地進(jìn)行切換。這是電控電動(dòng)自動(dòng)變速器發(fā)展的優(yōu)勢也是比較有發(fā)展前景的方向。

5.3 綜合控制優(yōu)化策略

要能夠確認(rèn)動(dòng)力電機(jī)扭矩的最大變化率，在實(shí)時(shí)的變化率小于最大變化率的前提之下，讓其值盡量接近于零，從而讓例句模式以及自由模式可以相互進(jìn)行切換，在對動(dòng)力電機(jī)調(diào)速的過程當(dāng)中，盡量讓轉(zhuǎn)速以及同步之前的轉(zhuǎn)速能夠有所提升;在換檔結(jié)束之后，駕駛員的駕駛意圖有可能會(huì)被控制單元自動(dòng)識(shí)別，從而完成動(dòng)力電機(jī)切換的過程，同時(shí)也可以縮短換檔時(shí)間，讓自由模式與例句模式能夠相互之間自由轉(zhuǎn)換。

6? 結(jié)束語

綜上所述，在對電動(dòng)汽車的機(jī)械自動(dòng)變速器進(jìn)行控制優(yōu)化的過程當(dāng)中，要能夠盡量縮短換檔的時(shí)間，減少換檔的沖擊以及自由切換其工作模式來讓電動(dòng)汽車整體的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性得以提升。從而提高駕駛的舒適度，提高汽車的經(jīng)濟(jì)性能，降低使用成本，也使消費(fèi)者更愿意選擇電動(dòng)汽車，而廠家也能節(jié)省制造成本。進(jìn)而擴(kuò)大電動(dòng)車的市場份額，使汽車產(chǎn)業(yè)更環(huán)保。

參考文獻(xiàn)：

[1]李玉柱.探析電動(dòng)汽車機(jī)械自動(dòng)變速器控制策略優(yōu)化[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2019（08）：152-153.

[2]祁先學(xué).探析電動(dòng)汽車機(jī)械自動(dòng)變速器控制策略優(yōu)化[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（09）：158-159.

[3]江國平.探析電動(dòng)汽車機(jī)械自動(dòng)變速器控制策略優(yōu)化[J].時(shí)代汽車，2019（07）：166-167.

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作者簡介：鄧方（1986-），男，碩士研究生，助教，研究方向?yàn)槠嚲S修;楊陽（1992-），女，碩士研究生，助教，研究方向?yàn)槠嚲S修。