电动汽车的P挡控制与应急维修,本文是电动汽车类本科论文范文跟电动汽车和应急维修和控制方面在职开题报告范文.
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文/广东 汪学慧 汪贵行
电动汽车的P挡是自动变速器的驻车挡(图1),当换挡杆被推到P挡位时,通过变速器内换挡手柄对换挡摇臂的操纵,驱动停车锁杆上的锥形体将停车爪压下,此时变速器的锁止齿轮被停车爪销锁止不能转动,车辆不能移动称之为“驻车”.不论是在上坡道或下坡道,P挡都是车辆可靠停车的保证.电动汽车普遍装有P挡控制器,电动汽车上的P挡控制,其作用等同于传统自动变速器的“驻车挡”,此功能通过一个复杂的电机系统来完成.当前,从实际维修经验来看,由于与P挡控制相关的零件质量和使用等因素,国产电动汽车的P挡控制出现故障的频率较高.
一旦P挡被突然锁止不能释放,车辆则不能行驶,即便换挡杆拨到D或R挡,车辆仍然不能移动,使车友们措手不及十分尴尬.而一般初接触电动汽车的维修技师往往也对P挡控制原理不够熟悉,到现场救援后容易不知所措.即使有经验的维修技师,现场解决此问题也较为困难,导致最后只能拖车,使车主花费增加.针对此现象本文将主要介绍电动汽车P挡控制装置的结构及控制原理,以及当出现P挡故障时的简单应紧处理方法.
一、电动汽车的P挡控制装置
在电动汽车上实现P挡锁止齿轮的停车爪销结构如图2所示,图中的锥形推杆是可伸出或缩回的.当锥形推杆伸出时,停车爪被压下,其爪块卡在锁止齿轮的槽内,实现P挡的锁止功能；若锥形推杆是缩回状态,停车爪不被压下,依靠回位弹簧的作用,停车爪被弹起则释放锁止齿轮,这时锁止齿轮能旋转,车辆则可正常行驶.而锥形推杆的伸缩平移则是由上方的P挡驱动轴来推动的,图2中的波形弹簧有使锥形推杆定位的作用.
1.P挡控制装置
P当控制装置主要包括：P挡锁止电机、电机控制器、霍尔式锁止位置传感器、P位按钮(雷达感应按钮)、挡位控制器等.在图2上方的P挡驱动轴是由P挡电机来驱动的,它直接安装在变速器整体的侧面,由于电机要产生较大的推力,受空间体积的限制,其控制方式与结构较为复杂.
P位按钮在换挡杆处于P位时,能自动产生信号,电机控制器和挡位控制器是独立存在的,电机控制器安装在驾驶员座椅下方,挡位控制器装于驾驶室中控台换挡操纵机构的前方,而P挡锁止电机装在变速器侧面,锁止电机内部有霍尔式位置传感器,两者是集成一体装的.P挡电机控制器的作用是控制P挡电机的旋转,在P位时会自动锁止变速器的输出,完成对P挡电机的转动控制,以实现爪销锁止对其输出齿轮的锁止作用.而当换挡杆不在P挡时则电机反转,带动锥形推杆缩回,直到停车爪销释放锁止齿轮,这时车辆则可以行驶.
2.P挡电机采取开关磁阻电机
P挡电机采取体积极小巧的特殊开关磁阻电机,它也属于一种交流异步电机,但其低速和起始的输出转矩较大.开关磁阻电机利用磁铁吸引铁质材料的性质,电机的定子铁芯由导磁良好的硅钢片冲制,有多个偶数的凸齿极,其上绕有线圈,当通电后会产生旋转磁性；转子铁芯有比定子较少的凸极,它不是采用永磁材料,是由导磁良好的硅钢片冲制叠成.磁阻电机是利用磁阻变化原理来产生转矩的,是由定子与转子间气隙中磁阻的变化产生的.当定子绕组轮流通电时,产生一个单相磁场,遵循“磁阻最小原则”,利用磁拉力即磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合,如同橡皮筋有收缩的性质,如图3所示,当转子轴线与定子磁极的轴线不重合时,有磁拉力作用在转子上并产生转矩,使其趋向于磁阻最小的位置.使两轴线重合,类似于磁铁吸引铁材料的现象,开关磁阻电机就是属于这一类型的电机.
电动汽车上的P电机通常采取三相12/8极的磁阻电机,英文简称为SRD开关磁阻电机,其定子为三相有12个极,转子为8个凸极,需要专门的三相变频器为它供电,其结构如图3.当定子线圈轮流通上交流电,一个通电周期为三相六个节拍.转子被定子的旋转磁场形成的磁拉力带动产生旋转运动.
磁阻电机的结构简单,定子上只有简单的集中绕组,转子上无任何绕组、不用永磁体和滑环等,甚至比鼠笼式电机更为简单.SRD电机的材料利用系数高,比直流电机或感应电机体积小、坚固、维护少.特别是有低速运行时转矩大的特点,电机的转矩与电流方向无关,只需电流激励,不会出现像交流电机变频器那样有电源直通短路的危险,所以功率变换器电路相对较简单,可靠性高,可在宽广的速度和负载范围内高效运行,有非常高效的调速性能.存在的不足之处主要是转矩脉动大、振动和噪声也较大磁阻电机的这些优点特别适合在电动汽车上应用,有极广阔的前景,将是下一代汽车使用的主要驱动电机.
3.P挡电机中电机控制器的控电功能
P挡磁阻电机之所以能产生旋转,需要对它供给三相交流电,P挡电机控制器给电机提供三相交流电,其工作电压为13&plun;0.2V.在电机控制器内有一个三相逆变器就是完成此项功能的,它能将汽车上蓄电池的直流电转变为三相交流电,这就是逆变器的电子开关作用.
4.电机内部“摆轮”式减速机构
其特点是能产生很大的减速比,电机的输出转速减慢到只有5.8r/min,可获达7.5N·m的输出力矩,足够驱动停车爪的运作.摆轮减速机构内有叶轮和摆轮等部件,其结构如图4所示.
从图4P挡电机的解剖的图上可知,左边带的为磁阻电机的定子有12极,通入三相交流电,电机的中部电路板上是霍尔式位置传感器的电子信号部分,在图右端盖的中间为固定的齿圈,齿圈有61齿.图上左上方为磁阻电机的8极转子,转子旋转时通过轴承下方的一个偏心圆,能驱动带外齿的摆轮旋转,摆轮上有60个齿.固定齿圈与摆齿构成了一个大速比的减速器,当电机转子旋转60圈时,摆轮才旋转一圈.摆轮的背面装了一个法兰盘(图4中部带九孔的圆板),圆板背面的有一个花键套,通过花键套与P挡锁止机构的“P挡驱动轴”(图2)相配.由于电机有减速机构,所以电机的最大输出转矩被放大到7.5～7.8N·m,对驱动P挡锁止齿轮的停车爪销伸缩是有利的.
5.电机内部霍尔式位置传感器
用于检测爪销对输出齿轮的锁止状况.同时P挡控制器还接收安装在电机一体的霍尔式位置传感器传来的信号,检测电机旋转到限位时,即换挡杆在P挡位时,电机带动锥形推杆伸出,让停车爪销锁止锁止齿轮的信号,一旦车辆被锁止后,电机也立即断电并停止旋转.如果换挡杆不在P位时,则电机反转推动锥形推杆缩进,使停车爪销释放锁止齿轮,能让车辆行驶,同样当释放锁止齿轮后,电机也会自动停止供电.霍尔式传感器就是专门检测车辆是否在P锁止位置的,在电机8极转子的背面中部有一个永磁体随转子一道旋转,霍尔式位置传感器能感应出转子瞬间到达的位置,以控制变频器对电机的供电.
二、P挡故障的应紧处理方法
当电动车出现P挡被锁止不能释放,车辆不能行驶故障时,因为现场维修很困难,通常的做法是请大型拖车将车辆拖到专业维修厂去修理,车主不仅要耽误较长时间,还需要支付较高的拖车费和维修费.P挡电机是安装在变速器的侧面,其上有DC-DC转换器才可接触到P挡控制器,现场维修需要卸下变频器上的进出冷却水管,动力电池的橙色直流高压线和三相高压输出线,以及控制线束的接插件和固定螺丝等,还要带上补充防冻液,工作量大也很不安全.能不能用简便的方法,灵活地应急处置一下,让车辆能正常运行,或能开到修理厂再进行处理呢？
1.P挡锁止电机的控制过程分析
图5是P挡的控制逻辑图,当换挡杆不在P挡,即在D挡、R挡或N挡时,如图5中黑体字所述,实行解锁的逻辑控制,通过P挡电机控制器将解锁命令传给P挡电机,电机旋转将锁止机构的锥形推杆缩回,P挡锁止机构被释放,则车辆可行驶.当P挡被释放,电机完成任务后就会自动停止运转.反之,当换挡杆在P挡时,如图5下方一行紫红色字所述,车辆则实行锁止的逻辑控制,此时P挡电机控制器将锁止信号给P挡电机,电机逆向旋转将锁止机构的锥形推杆伸出,P挡锁止机构被锁止,则车辆不能移动.同样当P挡被锁止后,也会自动停止电机的运转.
2.换N挡的操作办法
一旦P挡位出现异常迹象时,如不易换D挡和R挡,或车辆不能实现行驶状况时,表明P挡电机本身或P挡控制器可能出现了故障.这在停车时,车友们可将换挡杆放于N挡,拉上驻车制动器即可驻车,切不可按往常的操作方法,将换挡杆放在P位,然后及时将车开到维修厂去修理.其实这时车辆是可以运行的,只是缺了P挡,车友应注意在停车时需要记住这种操作方法,就是切记换挡杆回避P位！这样P挡锁止装置不运作,就是不让P 挡被锁的现象发生.注意在停车时应选择在平坦道路,还一定要拉紧驻车制动器！3.检查和更换低压蓄电池
P挡的磁阻电机由车上的低压蓄电池供电,而不使用动力电池的高压电.P挡电机控制器的电路原理图如图6所示,蓄电池提供的电机电源,经P挡继电器后流向磁阻电机,轮流通过三相磁阻电机的定子线圈,流向P挡电机控制器中的电子开关,即三相逆变器后,再流回电源的负极而构成回路.如果蓄电池使用较长时间电压不足时,磁阻电机的工作电压不足,也会造成电机输出的驱动转矩下降.若是车辆停在坡道上,停车爪与锁止齿轮间产生侧边摩擦阻力,可能会加重P挡电机的负荷,如果蓄电池的电压不足,也会造成P挡无法释放的情形,这时更换蓄电池可能是解决此故障的一种方法.
4.采取反向旋转磁阻电机的P挡拔出法
虽然采取换N挡的操作办法可回避P挡锁止,但车主们往往在不经意间,习惯性地会将换挡杆放回到P位,又产生P挡被异常锁止,出现车辆无法行驶的现象.为此我们在处理这种故障时,特别采取了“反向旋转电机”的P挡拔出法.具体操作的方法是,找到P挡电机控制器,如比亚迪F3DM、秦牌和唐牌车,P挡电机控制器装于驾驶员座椅下方,将座椅尽量向前推移,可方便地对P挡电机控制器上接插件进行拨下操作.
如图6所示,“三相电子开关逆变器为电机提供三相交流电回路.图6中还有从P挡电机反馈回来的霍尔式位置传感器的蓝、灰、紫色三条线,以及经挡位控制器及驱动电机控制器来的、通讯用的CAN总线蓝、橙两条线.此外还有供电的低压火线和搭铁线,P挡继电器的控制线等.其中从三相逆变器与P挡电机连接的共有九条线,从图7可见九条线分为三组,每组三条线是并联在一起的,线色分别是三条蓝/红（L/R）线、三条蓝/黑（L/B）线和三条黄/绿（Y/G）线.
如果发生换挡杆放回到P位产生被异常锁止,车辆无法行驶的尴尬情况时,可将P挡电机控制器上三相逆变器到P挡电机的三相交流电进行换相操作.即将蓝/黑线、黄/绿线剪断后,将蓝/黑线与黄/绿线交错对接,具体见图7所示的“一、交错相线,电机逆转”.
将输出到三相磁阻锁止电机的蓝/黑线与黄/绿线交错对接后,此时换挡杆仍停留在P位,此时车辆再进行正常通电操作,仔细听可听到P挡电机反转的响声,表明P挡锁止已经被释放了.此时千万不要移动换挡杆,要是换挡杆保持在P位不动,并将P挡电机控制器上交错对接的蓝/黑线与黄/绿线断开,切断P挡电机的供电线,此时电机则无法旋转,只能保持在释放位置.如图7的“二、保持P挡状态下剪断二条相线”,车辆此时已恢复到可行驶的状况.之后,不管换挡杆放置在什么位置,P挡均不能被锁止.对已断开的蓝/黑线与黄/绿线均应单独进行绝缘包扎,防止其发生短路再连接.
值得特别提醒的是, 经过上述处理的车辆,切记在停车时应选择在平坦处,不要在坡道上驻车！并应保持手刹功能良好,以防止出现坡道滑车事故！建议车辆最好开到专业维修厂进行正规化的维修,如图7的“三、行驶进厂维修”所指.
其实,P挡控制功能只是驻车锁住汽车,使其不能移动,由于现在电动汽车的P挡控制方法存在的故障频率较多,有些国产的电动汽车则已经对这种控制方法进行了改进,如2016年款的比亚迪电动汽车,就取消了传统的P挡控制方式,用加强手刹来锁止车辆.
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