引领电气CAD、PLM以及模拟仿真的未来

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基于DCT的混合动力电驱变速器的研究及电气设计(一)

发表时间:2017-09-28 作者: 陈岳  殷承良   来源: 互联网
本文以对基于DCT的混合动力电驱变速器的研究和对其在整车的电气设计为目标,绘制了机电耦合电驱变速器替代EDU之后的整车高低压配电原理图,设计了混动系统中主要控制器的外部接口并对其进行相互连接,依据汽车电系导线线径和颜色设计的基本原则,设计连接导线的线径和颜色,最后从电子泵电机控制器、TCU和PCU外部线路的接插件选择和线束长度两方面,对机电耦合电驱变速器在整车的线束进行了设计。

    0 引言

    环境污染尤其是大气污染日益严重、传统能源储量日趋紧张的今天,以电动汽车为代表的新能源汽车由于其节能环保、能量来源广泛等优点越来越受到人们的重视和青睐。混合动力作为桥梁连接传统与未来,机电耦合的全混合动力是节能的最佳选择,机电耦合箱技术是企业的战略制高点。

    双离合变速器DCT除了具有自动变速器的舒适性和手动变速器的灵活性外,它还能够提供不问断的动力输出。DCT360横置前驱湿式双离合器自动变速器,代表当今最先进的变速器技术。由上海汽车变速器有限公司SAGW 、上汽股份有限公司技术中心SMTC和德国GIF三方联合开发,上海汽车变速器有限公司SAGW 具有自主知识产权。采用手动变速器传动单元,配备双离合器主体结构,由变速器控制单元TCU作为换挡执行单元对换挡进行精确控制。

    上汽荣威E550搭载的EDU智能电驱变速器主要是集成了两个电机、两个离合器和一套两个挡位的齿轮组,相当于是把动力单元和传动单元全都集成在了一起,混合动力系统当中的两个电机即主电机和辅助电机全都放置在了这个变速器当中。上汽EDU智能电驱变速器采用双电机驱动,而单电机具有空间紧凑和低成本优势,而且技术难度相对较低,性价比较高。因此最终选择湿式DCT+单电机的耦合方案,替代原车的EDU 电驱变速器。将原车中的整车控制器替换成新的HCU,对原车进行机械结构、电气系统和控制系统进行改制,本文主要针对整车电气系统的高低压配电线路和线束进行重新设计。新开发的单电机驱动的机电耦合电驱变速器的示意图如下:

   

    图1 新开发的单电机驱动的电驱变速器

    l 汽车电驱动系统各主要部件的整车布置

    原车中的EDU智能电驱变速器是采用双电机进行驱动,而新开发的机电耦合电驱变速器采用单电机进行驱动,随之与原车相比,会产生许多配套的新增件、改制件和沿用件。因此,由此导致的汽车电驱动系统的各主要部件在整车的位置布置需要重新进行设计。

    本文主要研究机电耦合电驱变速器替换原车EDU智能电驱变速器后其在整车的电气设计,因此,只需设计高压电源、整车控制器HCU、变速器控制TCU、电机控制器PCU和电子泵电机控制器及其所控制部件在整车的布置位置。以尽量保持原车相关部件布置位置不变和确保所有部件不发生机械结构干涉为原则,以上各部件的布置位置如下:高压电源布置在后行李舱地板下,整车控制器HCU布置在主驾驶座下方,变速器控制器TCU 布置在副驾驶座下方,EDU的双电机替换为单电机后在前舱留下空余空间,新设计的基于DCT的机电耦合电驱变速器布置在该空余空问位置,电机控制器PCU和电子泵电机控制器布置在前舱且远离发动机处,尽量靠近电驱变速器。

    2 电气原理图及整车主要部件的高低压配电设计

    2.1 汽车的高压主回路

    汽车的高压主回路是由动力电池、正极和负极接触器、高压负载和预充电回路组成。预充电回路由预充电接触器和预充电阻连接而成,高压负载主要是指高压器件和电机控制器。由于一些高压用电设备和电机控制器内部含有比较大的电容电路,为了防止发生高压电路接通的瞬间发生用电事故,特别设计了预充电回路。基于双离合变速器DCT360的混合动力机电耦合电驱变速器在整车布置后,汽车的高压主回路如下图所示:

   

    图2 汽车的高压主回路

    2.2 控制系统的高低压配电

    混合动力汽车所搭载的主电源为336 V高压电源,主要用于经电机控制器到驱动电机和经电子泵电机控制器到用于冷却电驱变速器的电子泵电机。另外整车部分低压电器设备的电源供给的源头也都来自于汽车所搭载的高压电源,因此336 V的高压电源需要经过集成在电机控制器中的DC/DC转换器转变为部分低压用电器所需要的12 V低压。经DC/DC转换器转变后得到的12 V低压,首先进入整车控制器,再由整车控制器作为配电控制单元向变速器控制器、电子泵电机控制器和电机控制器等低压电器设备供给电源。配电控制系统原理图如下图所示:

   

    图3 配电控制系统原理图

    3 整车主要控制器的CAN总线连接

    本文中CAN总线主要用于整车控制器HCU与DCT双离合变速器的TCU、电机控制器PCU及电子泵电机控制器进行信息传递。汽车网络结构对于不同类型的节点是采用多条不同速率的总线分别连接,在实现整车的网络管理和信息共享时使用的是网关服务器。汽车内部通信的核心是网关,通过网关,各条总线上信息的共享以及实现汽车内部的网络管理和故障诊断功能都可以得到实现。下图是基于CAN总线的汽车电气网络结构图:

   

    图4 基于CAN总线的汽车电气网络结构

    发动机控制器MCU、变速器控制器TCU、电机控制器PCU等通过高速总线与整车控制器HCU相连,形成可以高速、实时控制的高速传输网。灯光控制器ECU、电动车窗ECU、仪表显示ECU 等通过四速网络与整车控制器HCU进行信息交互。两种总线通过集成在整车控制器HCU内部的网关实现信息共享和网络管理。