【摘要】：法规和市场一直是汽车工业向前发展的两个推进器，随着世界上汽车保有量的增加，能源、排放、安全等法规不断加严，加之人们对舒适、便利、豪华、安全的追求，对汽车的性能提出了更高的要求，使得传统的机械方法已不能对汽车的性能进一步得到明显的改善和提高，从而智能自动变速器的市场得到快速崛起。而优秀的智能自动变速器的控制和应用离不开高质量高可靠性的电控硬件系统，在这里通过智能自动变速器项目案例总结了电控硬件系统的设计应用。
【关键词】：汽车电子技术；智能自动变速器；电控硬件系统。
1.智能自动变速器发展概况
当前人们对汽车的舒适性、安全性、节能性以及智能化的要求越来越高，迫使对车辆配置智能自动变速器实现高的整车舒适性和操控性，大大降低驾驶操作的复杂性和劳动强度，智能自动变速器是实现智能化辅助驾驶和自动驾驶的必备条件，能够减少事故的发生，因此，车辆配置自动变速器的比重越来越高。
从全球汽车市场变化趋势统计，其中智能自动变速器的需求和占有比例不断提升，调查数据发现欧洲的自动变速器占有率在94%，日本自动变速器占有率在84%，中国的自动变速器的占有率61%，并且每年以3%~6%的速度快速提升。
综上来看自动变速器的市场潜力和重要性巨大，而智能自动变速器能够达到精准及完美的控制效果，离不开优秀的电控系统硬件的设计。
2.电控硬件系统概念设计
对于智能自动变速器中双离合器自动变速器类型的电控硬件系统设计，按照各模块的功能主要划分为三大部分：变速器控制单元、传感器、执行器组成。其中变速器控制单元采集传感器信号以及整车信号，判断驾驶员意图和车辆当前状态，按照预定程序数据进行对比确认，并按照定义逻辑驱动执行器，驱动油路电磁阀和电子油泵电机，从而控制智能自动变速器的离合器和拨叉动作，实现动力的传输和挡位切换。
3.智能自动变速器控制单元
智能变速器控制单元TCU（Transmission Control Unit）是作为自动变速器的控制核心，实现传感器信号的采集和解析，并控制驱动电磁阀和电机按照预设指令动作，实现车辆的动力传输。
智能自动变速器的TCU安装位置在市场上产品和设计应用有所不同，像安装在车身的发动机舱内，固定安装在蓄电池或悬架旁边，采用线束连接TCU的接插件和变速器的接插件，实现电气性能的连接。
TCU安装在变速器壳体外部，附着在变速器上，采用控制器的接插件和变速器的穿缸件安装为一体，实现变速器内部电器件和外部TCU的电气性能连接。
TCU安装在变速器内部，浸泡在变速器油液里，达到高度集成，仅保留着跟整车的电源和通讯穿缸连接器，用于实现整车的电源连接和CAN通讯的传输。
总结归纳TCU的布置特点，按照安装位置的不同，TCU可分为分离式、附着式、集成式三种类型，分离式TCU与变速器独立，通常安装在发动机舱车身车架上，所需连接线束最长；附着式TCU与变速器为一体，固定在变速器壳体外部，相对分离式方案大大缩短线束的长度；集成式TCU设计在变速器壳体内部，被变速器壳体包裹在内，跟传感器、执行器电磁阀或电机即成为一体，通常称之为机电控制模块。TCU安装位置不同的分类如图1所示。
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图1 TCU安装位置不同的分类
3.1.TCU的类型特点
按照不同布置位置方案的设计理念必定存在不同类型的优缺点，首先分离式TCU优点：
a.因TCU与变速器机械方面完全分离，布置安装灵活；
b.分离式TCU的开发周期最短，实现变速器各个零部件的结构分离，实现机械部分独立，互不影响，大大缩短因关联件的变化导致产品的设计变更周期，降低开发难度和开发周期。
分离式TCU的缺点：
a.机械的分离必须增加线束的连接，增加整车线束大线，致使汽车线束复杂度和成本重量增加；
b.相对于集成式TCU，分离式TCU需要单独的外壳和连接器，从而增加了安装空间的尺寸需求，体积相对来说较大；
c.对于整个电控系统来说电磁兼容性差（EMC），因过长的线束连接执行器、传感器，降低了EMC的可靠性。
集成式TCU优点：
a.因集成式特点简化汽车线束，有效降低成本和重量，从而使得整个电控系统的EMC性能最佳，消除线束与线束之间的信号干扰；
b.所需空间极小，TCU与变速器内部相关的传感器、执行器集成为一体，取消掉控制器的外壳和额外的固定连接。
集成式TCU缺点：
a.因结构的集成导致开发工作极其复杂，各个零部件的开发工作均会相互导致整个产品的变更影响，使得开发需要长的开发周期和昂贵的资金费用；
b.集成式TCU放置在变速器内部，考虑与变速器油品的兼容和耐腐蚀因素，同时在变速器内部的温度和振动环境要求提高，需要特殊的材料的选取和芯片的选型，致使模具费用和单体TCU费用昂贵。
对于附着式的TCU而言，其结构特点和优劣势处于分离式与集成式中间，兼顾了独立式的优势特点，方便布置安装，开发周期短，也兼顾了集成式的部分优势，能够保证跟变速器为一体，消除了TCU与变速器特性数据混装风险。缺点方面也都得到了折中，同样存在线束的连接和单独的接插件，增加线束的重量和成本，但相对分离式比较，缩短了线束长度。
4.传感器架构应用设计
对于DCT自动变速器中的传感器应用主要分为这几类：转速传感器数量3~4个，检测变速器的输入轴、奇数离合器、偶数离合器、输出轴转速，通过采集该几路转速的信号识别整车车速状态和发动机状态以及两个输入轴的转速状态，从而识别挡位是否合理，并根据速度工况进行有效切换挡位，保证驾驶的舒适性和响应性能。
挡位传感器数量需要5~6个，其中1个用于判断驾驶员操作换挡手柄的意图，拨入哪个挡位（P、R、N、D、M），输入给TCU进行识别前进、后退、驻车的功能，另外其中的4~5个位置传感器用于换挡拨叉的位置检测以及驻车位置的检测，确保实际的拨叉挡位处于哪种状态，并时刻监控挡位的准确位置。
油温传感器数量2个，一个监控变速器油底壳中的油温，该温度传感器代表整箱的整体环境温度，用于补偿软件控制执行器电磁阀的精度和驱动参数的调整，避免因不同温度下出现油液的粘稠度不一样，使得机械扭矩的变化导致出现车辆控制舒适性变差，另一个油温传感器用于监控离合器的温度，动力的传输和切换完全靠离合器的结合分离以及滑摩实现，车辆工作情况中会出现离合器温度极高，为有效保护和控制离合器的状态，需要增加快速响应特性的温度传感器进行实时监控离合器的温度。
压力传感器数量2个，主要用于控制离合器的压力控制，对于车辆的起步和挡位切换，需要保持精确的压力控制，该压力的控制是否精准将影响车辆的动力和扭矩的输出，避免因控制压力的波动导致车辆输出扭矩波动，压力传感器的监控有效控制车辆的舒适性能。
5.总结
随着对车辆的要求越来越高以及对智能化舒适性的追求，必然需要提升电控系统的硬件设计要求和考虑更多技术先进性。在设计前期系统的分析了电控系统的类型特点，针对不同的控制器类型分析了相应的优劣势，有便于在设计方案选取中定义最佳设计方向。另外针对DCT自动变速器的电控系统架构对每个传感器应用和原理做相应解析，清晰理解整个DCT变速器电控系统的运行情况。
参考文献：
[1] 李建秋，夏群生，等.汽车电子学 Automobile Electrics. 清华大学出版社，2012（12）
[2] Kai Borgeeset . 汽车电子技术. 机械工业出版社，2014（3）