CN101362426A - 一种小型纯电动汽车动力总成机电耦合系统 - Google Patents

Abstract

一种小型纯电动汽车动力总成机电耦合系统，变速机构的输入端通过自动离合器与电动机的输出端连接，变速机构的输出端与差速器的输入端连接；所述变挡控制单元的输出端与ECU控制器的变挡信号输入端连接，ECU控制器的制动信号输入端与制动开关连接，ECU控制器的启动信号输入端与启动开关连接，ECU控制器的车速信号输入端与车速传感器的输出端连接，ECU控制器的转速信号输入端与转速传感器的输出端连接，所述ECU控制器的第一输出端与离合电机连接，ECU控制器的第二输出端与电动机连接。本发明采用电动机与自动离合器及变速机构的自适应控制，使得整个动力总成的结构简单紧凑、重量轻、制造成本低，并且控制方便、操作舒适。

Description

一种小型纯电动汽车动力总成机电耦合系统

技术领域

本发明属于汽车技术领域，具体地说，尤其涉及小型纯电动汽车动力总成机电耦合系统。

背景技术

目前，由于燃油汽车对环境的污染以及国际石油价格的不断攀高，各汽车生产厂家均加大了电动汽车的研究步伐，特别是小型纯电动汽车，已成为国内外汽车企业努力研究的方向。

小型纯电动汽车是指整车质量在900kg以下、纯粹以电力作为动力源的新型汽车。小型纯电动汽车的动力性指标参照GB 18385-2001的测试标准：最高时速≥100km/h；加速时间在0-50km/h时≤6s，在50-80km/h时≤8s；最大爬坡度为20％。小型纯电动汽车的经济性指标参照GB 18386-2001的测试标准：能量消耗率≤10kWh/100km；续驶里程≥100km；制动能量回收率≥10％。小型纯电动汽车的噪声指标参照GB 1495-2002的测试标准：低于限值2-3。小型纯电动汽车的整车成本以年批量生产5000台计算，应不超过7万元/台。

现有的电动汽车一般以燃料电池作为动力源，直接将燃料的化学能转变为电能，经电动机驱动车辆运行。现有电动汽车的电动机械驱动系统一般分为以下几种：

1、用电机驱动系统取代内燃机驱动系统，传统系统中保留内燃机汽车的变速箱、传动轴、后桥和半轴等传动部件，但结构复杂、装配困难、重量重、制造成本高，不是应用和发展的方向。

2、采用轮毂电机驱动，电机装在车轮轮毂中，直接驱动车轮，提高传动效率，节省空间，减少悬挂质量，但缺点较多，如电机与车轮集成导致非簧载质量较大，恶化悬架隔振性能，影响不平路面行驶条件下的车辆操控性和安全性，车辆大负荷低速爬坡工况下容易出现冷却不足导致的轮毂电机过热烧毁问题，目前应用的技术还不成熟。

3、机电集成化驱动系统，取消了齿轮变速箱，只采用一部分机械传动的齿轮、差速器、半轴等零部件来传递动力，节省空间，便于设计和集成，是当前应用和发展的方向，但是已有技术不成熟，动力性能不好，驾驶员的换挡强度大，换挡时间较长，驾驶的舒适感较差。

综上所述，现有的电动汽车要么动力总成部分结构复杂、装配困难、重量重、造价高，难以满足小型纯电动汽车的经济性及整车成本要求；要么加速、爬坡能力不强，换挡操作复杂，驾驶舒适感差，难以满足小型纯电动汽车的动力性要求；同时，电动汽车所使用的燃料电池价格非常昂贵，基本靠进口，这些都成为制约小型纯电动汽车应用、发展的关键因素，怎样设计出一款全新的动力总成及操控系统，使小型纯电动汽车满足动力性、经济性及整车成本等相关要求，是汽车生产企业殛待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种小型纯电动汽车动力总成机电耦合系统，以满足小型纯电动汽车动力性、经济性及整车成本等相关要求。

本发明的技术方案如下：一种小型纯电动汽车动力总成机电耦合系统，包括电动机、制动开关、车速传感器、转速传感器、启动开关、自动离合器、差速器、左半轴和右半轴，其中差速器的两个输出端分别与左、右半轴连接，其关键在于：在所述电动机与差速器之间设置有变速机构并配备有变挡控制单元，所述变速机构的输入端通过自动离合器与电动机的输出端连接，变速机构的输出端与差速器的输入端连接；所述变挡控制单元的输出端与ECU控制器的变挡信号输入端连接，ECU控制器的制动信号输入端通过导线与制动开关连接，ECU控制器的启动信号输入端通过导线与启动开关连接，ECU控制器的车速信号输入端与车速传感器的输出端连接，ECU控制器的转速信号输入端与转速传感器的输出端连接，所述ECU控制器的第一输出端与离合电机连接，该离合电机控制自动离合器的接合与分离，所述ECU控制器的第二输出端与电动机连接。

本发明是根据小型纯电动汽车的技术指标，通过分析国内外电动汽车的特点，综合动力性、经济性及整车成本要求而设计的全新技术方案。本发明中电动机的动力通过自动离合器传递给变速机构，再由变速机构传递给差速器、左右半轴及车轮，驱动整车行驶。启动开关通过ECU控制器控制电动机的启动，自动离合器起传递或切断电动机与变速机构之间动力的作用，自动离合器的动作由离合电机控制。整车的运行状态由变速机构决定，变速机构由驾驶室内设置的换挡杆控制，换挡杆的动作可通过变挡控制单元传递给ECU控制器。本发明中ECU控制器采集制动开关、车速传感器、转速传感器和变挡控制单元的信号，经过其内部设置的特定算法，判断是否制动、车速与转速是否匹配，并输出控制指令，以控制离合电机、电动机完成相应的动作。本发明采用电动机与自动离合器及变速机构的自适应控制，取消了传统结构中的发动机和变速箱，使得整个动力总成的结构简单紧凑、装配容易、重量轻、制造成本低，并且控制方便、操作舒适，不仅从根本上解决了环境污染问题，而且能有效降低电动汽车的生产成本，有利于电动汽车的推广使用。

为了简化结构、便于装卸及操控，上述变速机构由第一传动轴、第一轴一挡齿轮、第一轴二挡齿轮、第二传动轴、第二轴一挡齿轮、第二轴二挡齿轮、变速同步接合套、花键毂、拨叉、减速主动齿轮、输出轴和减速从动齿轮构成，其中第一传动轴通过自动离合器与电动机的输出端连接，在第一传动轴上固套第一轴一挡齿轮和第一轴二挡齿轮，在所述第二传动轴上相应地空套有第二轴一挡齿轮和第二轴二挡齿轮，所述第二轴一挡齿轮与第一轴一挡齿轮常啮合，第二轴二挡齿轮与第一轴二挡齿轮常啮合；在所述第二轴一挡齿轮与第二轴二挡齿轮之间设有变速同步接合套，该变速同步接合套通过花键毂与第二传动轴连接，变速同步接合套上连接拨叉，所述变速同步接合套在拨叉的作用下能相对第二传动轴进行轴向移动，有选择地与第二轴一挡齿轮或第二轴二挡齿轮接合；在所述第二传动轴上还固套有减速主动齿轮，该减速主动齿轮与输出轴上的减速从动齿轮常啮合，所述输出轴与差速器的输入端连接。

拨叉与驾驶室内的换挡杆连接，换挡杆可通过拨叉拨动变速同步接合套，使之相对第二传动轴进行左右滑移。变速同步接合套具有三种状态：与第二轴一挡齿轮接合，对应整车的爬坡挡或倒车挡；与第二轴二挡齿轮接合，对应整车的行驶挡；或者与第二轴一挡齿轮及第二轴二挡齿轮分离，对应整车的停车挡。换挡杆与自动离合器及电动机之间通过电路联动，即换挡杆的动作通过变挡控制单元传递给ECU控制器，以控制离合电机、电动机完成相应的动作。当控制换挡杆停留在停车挡位时，自动离合器在电信号的控制下自动脱开，电动机空转，而变速同步接合套不与第二轴一挡齿轮及第二轴二挡齿轮接合；当控制换挡杆移动到行驶挡位或爬坡挡位时，变速同步接合套受拨叉的控制与第二轴二挡齿轮或第二轴一挡齿轮接合，自动离合器在电信号的控制下处于半离合状态，此时电动机的动力通过自动离合器带动第一轴二挡齿轮和第一轴一挡齿轮旋转，第二轴二挡齿轮及第二轴一挡齿轮在第一轴二挡齿轮和第一轴一挡齿轮的带动下绕第二传动轴空转，与第二轴二挡齿轮或第二轴一挡齿轮接合的变速同步接合套通过花键毂将动力传递给第二传动轴，使减速主动齿轮通过减速从动齿轮带动输出轴旋转，输出轴再通过差速器将动力传递给半轴，驱动车轮转动，整车向前行驶。当需要倒车时，首先将换挡杆置于停车挡位，使自动离合器自动脱开，然后控制电动机的输出轴反向空转，再移动换挡杆到爬坡挡位，使自动离合器接合，变速同步接合套与第二轴一挡齿轮接合，此时第一传动轴、第二传动轴、输出轴及左右半轴均反向旋转，整车向后行驶。

上述变挡控制单元由换挡开关、停止挡开关、爬坡挡开关、行驶挡开关和倒车挡开关组成，这五个开关相互并联，其中换挡开关与ECU控制器的换挡信号输入脚连接，停止挡开关与ECU控制器的停止信号输入脚连接，爬坡挡开关与ECU控制器的爬坡信号输入脚连接，行驶挡开关与ECU控制器的行驶信号输入脚连接，倒车挡开关与ECU控制器的倒车信号输入脚连接。以上挡位开关分别与换挡杆的动作相对应，换挡杆每次换挡的动作分两步完成，即按下和移动，当按下换挡杆时，换挡开关导通，ECU控制器检测到换档信号，控制离合电机动作，使自动离合器分离；将按下的换挡杆移动到特定的挡位后松开，换挡杆向上回位，换挡开关断开，此时对应的挡位开关导通，将挡位信号传递给ECU控制器，由ECU控制器发出执行指令，具体表现为：

当整车需要由停车状态启动时，按下换挡杆并移动到行驶挡位，在按下换挡杆的瞬间，换挡开关导通，ECU控制器检测到换档信号，控制离合电机动作，使自动离合器分离；换挡杆移动到位且换挡信号消失(即放开换挡杆，换挡杆向上复位)后，此时换挡开关断开，行驶挡开关导通，向ECU控制器输入行驶信号，ECU控制器同时检测制动信号、转速信号、车速信号进行综合判断，从而控制离合电机动作，使自动离合器以合适的速度和适当的时间吸合，整车进入行驶状态。

当整车需要由停车状态或行驶状态改为爬坡模式时，按下换挡杆并移动到爬坡挡位，在按下换挡杆的瞬间，换挡开关导通，ECU控制器检测到换档信号，控制离合电机动作，使自动离合器分离；换挡杆移动到位且换挡信号消失(即放开换挡杆，换挡杆向上复位)后，此时换挡开关断开，爬坡挡开关导通，向ECU控制器输入爬坡信号，ECU控制器检测制动信号、转速信号、车速信号进行综合判断，从而控制离合电机动作，使自动离合器以合适的速度和适当的时间吸合，整车进入爬坡动作。

当整车需要倒车时，首先变挡到停车挡位，使自动离合器分离，然后按下倒车按钮，使倒车挡开关导通，ECU控制器检测到倒车信号，控制电动机反向转动；再按下换挡杆并移动到爬坡挡位，在按下换挡杆的瞬间，换挡开关导通，ECU控制器检测到换档信号，控制离合电机动作，使自动离合器分离；换挡杆移动到位且换挡信号消失(即放开换挡杆，换挡杆向上复位)后，此时换挡开关断开，爬坡挡开关导通，ECU控制器检测制动信号、转速信号、车速信号进行综合判断，从而控制离合电机动作，使自动离合器以合适的速度和适当的时间吸合，从而实现倒车。完成倒车后，当换挡杆从爬坡挡位移动到停车挡位时，倒车信号切断，整车停止；若换挡杆从爬坡挡位移动到行驶挡位时，倒车信号切断，电动机正向转动，则整车进入正常行驶状态。

在上述换挡开关上并联有换挡指示灯，停止挡开关上并联有停止挡指示灯，爬坡挡开关上并联有爬坡挡指示灯，行驶挡开关上并联有行驶挡指示灯，倒车挡开关上并联有倒车挡指示灯，所述换挡指示灯、停止挡指示灯、爬坡挡指示灯、行驶挡指示灯和倒车挡指示灯均布置在驾驶室内的挡位显示面板上，并且倒车挡指示灯与倒车挡开关的按钮集成在一起。按下换挡杆时，换挡开关导通，换挡指示灯亮；将换挡杆移动到特定的挡位时，相应的挡位开关导通，挡位指示灯亮；当放开换挡杆，换挡杆向上复位后，换挡开关断开，换挡指示灯熄灭。这样换挡杆的状态均由相应的指示灯表现，以便驾驶员能更直观地进行操作。

上述ECU控制器上设有加速信号输入接口，该加速信号输入接口与位置传感器连接，所述位置传感器安装在驾驶室内的加速踏板上。在正常行驶/倒车/爬坡过程中，若脚踩加速踏板，则ECU控制器实时检测该加速踏板的位置信号，ECU控制器将根据加速踏板踩下的行程，控制电动机的转速，并控制离合电机的动作，使自动离合器处于半离合或全离合状态，从而实现变速。

上述自动离合器为干式自动离合器，该自动离合器的主动元件连接在电动机的输出轴上，自动离合器的从动元件连接在第一传动轴上。自动离合器采用干式自动离合器，结构更简单、成本更低。

为了使第二轴一、二挡齿轮相对于第二传动轴转动灵活、润滑良好，上述第二轴一挡齿轮和第二轴二挡齿轮通过轴承或轴套套装在第二传动轴上。

所述动力总成机电耦合系统的电控部分均由磷酸铁锂电池供电，磷酸铁锂电池取材方便、材料成本低、并且环保。

本发明的有益效果是：

1、采用电动机与自动离合器及变速机构的自适应控制，不仅提高了整车的动力性能，如加速、爬坡能力，而且通过自动离合器的作用，可实现挡位的自动切换，降低了驾驶员的换挡强度，减少了换挡时间，提高了驾驶舒适性，满足了小型纯电动汽车动力性的要求。

2、取消了传统结构中的发动机和变速箱，整个动力总成的结构简单紧凑、装配容易、重量轻、制造成本低，满足了小型纯电动汽车的经济性及整车成本等相关指标。

3、完全以电力作为动力源，清洁环保，从根本上解决了环境污染问题。

附图说明

图1为本发明的机械结构原理图。

图2为本发明的电路原理图。

图3为小型纯电动汽车的挡位示意图。

图4为本发明启动过程的流程图。

图5为本发明从停车到爬坡过程的流程图。

图6为本发明从正常行驶到爬坡过程的流程图。

图7为本发明从爬坡到正常行驶过程的流程图。

图8为本发明倒车过程的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明的机械部分包括电动机3、自动离合器11、变速机构、差速器12、左半轴25和右半轴26，其中变速机构由第一传动轴13、第一轴一挡齿轮16、第一轴二挡齿轮15、第二传动轴19、第二轴一挡齿轮18、第二轴二挡齿轮17、变速同步接合套14、花键毂27、拨叉24、减速主动齿轮20、输出轴23和减速从动齿轮21构成。所述电动机3的输出轴通过自动离合器11与第一传动轴13连接，该自动离合器11为干式自动离合器，自动离合器11的主动元件连接在电动机3的输出轴上，自动离合器11的从动元件连接在第一传动轴13上。当自动离合器11的主、从动元件相接合时，能够将电动机3的动力传递给第一传动轴13；当自动离合器11的主、从动元件相分离时，可切断电动机3与第一传动轴13之间的动力传递。

从图1、图3中可知，在第一传动轴13上固套有第一轴一挡齿轮16和第一轴二挡齿轮15，第一轴一挡齿轮16及第一轴二挡齿轮15能随第一传动轴13同步转动。所述第二传动轴19与第一传动轴13平行，在第二传动轴19上通过轴承或轴套套装有第二轴一挡齿轮18和第二轴二挡齿轮17，第二轴一挡齿轮18及第二轴二挡齿轮17能绕第二传动轴19相对转动。所述第二轴一挡齿轮18与第一轴一挡齿轮16常啮合，第二轴二挡齿轮17与第一轴二挡齿轮15常啮合，在第二轴一挡齿轮18与第二轴二挡齿轮17之间设置变速同步接合套14，该变速同步接合套14通过花键毂27与第二传动轴19连接，变速同步接合套14上连接拨叉24，拨叉24与驾驶室内的换挡杆22连接，换挡杆22可通过拨叉24拨动变速同步接合套14，使变速同步接合套14相对第二传动轴19进行轴向移动，有选择地与第二轴一挡齿轮18或第二轴二挡齿轮17接合。

从图1中还可知，在第二传动轴19上还固套有减速主动齿轮20，该减速主动齿轮20位于第二轴一挡齿轮18的外侧，并能随第二传动轴19同步转动。所述输出轴23与第二传动轴19平行，在输出轴23上固套减速从动齿轮21，该减速从动齿轮21与减速主动齿轮20常啮合。所述输出轴23与差速器12前部的输入端连接，差速器12两侧的输出端分别与左、右半轴24、25连接。

如图2所示，本发明的电控部分包括ECU控制器1、离合电机2、电动机3、制动开关4、车速传感器5、转速传感器6、变挡控制单元7、启动开关8、位置传感器9和电源10。其中电源10为磷酸铁锂电池，位置传感器9安装在驾驶室内的加速踏板上，该位置传感器9的正极与电源10连接，负极接地，而输出端与ECU控制器1的加速信号输入端连接，向ECU控制器1输入加速踏板的位置信号。制动开关4安装在驾驶室内的制动踏板上，该制动开关4由电源10供电，并通过导线与ECU控制器1的制动信号输入端连接，制动开关4向ECU控制器1输入制动踏板的动作信号，以控制整车制动。所述启动开关8由电源10供电，并通过导线与ECU控制器1的启动信号输入端连接，启动开关8向ECU控制器1输入启动信号，控制电动机3的启动。所述车速传感器5的正极与电源10连接，负极接地，车速传感器5的输出端与ECU控制器1的车速信号输入端连接，车速传感器5向ECU控制器1输入整车的速度信号。所述转速传感器6的输出端与ECU控制器1的转速信号输入端连接，转速传感器6向ECU控制器1输入电动机3的转速信号。所述ECU控制器1的第一输出端与离合电机2连接，该离合电机2控制自动离合器11的接合与分离，所述ECU控制器1的第二输出端与电动机3连接，ECU控制器1控制电动机3的转向与转速。

从图2和图3中可知，变挡控制单元7由换挡开关K’、停止挡开关P’、爬坡挡开关L’、行驶挡开关D’和倒车挡开关R’组成，这五个开关相互并联，均由电源10供电。其中换挡开关K’与ECU控制器1的换挡信号输入脚连接，停止挡开关P’与ECU控制器1的停止信号输入脚连接，爬坡挡开关L’与ECU控制器1的爬坡信号输入脚连接，行驶挡开关D’与ECU控制器1的行驶信号输入脚连接，倒车挡开关R’与ECU控制器1的倒车信号输入脚连接。在所述换挡开关K’上并联有换挡指示灯K，停止挡开关P’上并联有停止挡指示灯P，爬坡挡开关L’上并联有爬坡挡指示灯L，行驶挡开关D’上并联有行驶挡指示灯D，倒车挡开关R’上并联有倒车挡指示灯R，所述换挡指示灯K、停止挡指示灯P、爬坡挡指示灯L、行驶挡指示灯D和倒车挡指示灯R均布置在驾驶室内的挡位显示面板上，并且倒车挡指示灯R与倒车挡开关R’的按钮集成在一起。

如图1、图3所示，变速同步接合套14具有三种状态：与第二轴一挡齿轮18接合，对应整车的爬坡挡或倒车挡；与第二轴二挡齿轮17接合，对应整车的行驶挡；或者与第二轴一挡齿轮18及第二轴二挡齿轮17分离，对应整车的停车挡。换挡指示灯K、停止挡指示灯P、爬坡挡指示灯L、行驶挡指示灯D和倒车挡指示灯R均布置在驾驶室内，换挡杆22也布置在驾驶室内。

从图1、图2、图3并结合图4所示，本发明采用电动机3与自动离合器11及变速机构的自适应控制，变挡控制单元7根据换挡杆22的动作而设定。ECU控制器1借用现有汽车ECU的通用模块，内部算法及外在接口根据本发明的功能做适应性调整，其结构在此不做赘述。本发明中换挡杆22初始时停留在停车挡位P位置，而变速同步接合套14处于不与第二轴一挡齿轮18及第二轴二挡齿轮17接合的状态(见图1)。当整车需要由停车状态启动时，接通启动开关8及停止挡开关P’，使电动机3正向转动，并点亮停止挡指示灯P；接着按下换挡杆22并移动到行驶挡位D位置，在按下换挡杆22的瞬间，换挡开关K’导通，ECU控制器1检测到换档信号，点亮换挡指示灯K，同时熄灭停止挡指示灯P；当换挡杆22移动到位时，ECU控制器1检测到行驶挡位信号，点亮行驶挡指示灯D；换挡杆22在移动的过程中通过拨叉24拨动变速同步接合套14，使变速同步接合套14相对第二传动轴19进行轴向移动，直至与第二轴二挡齿轮17接合；当换挡杆22上的换挡信号消失(即放开换挡杆22，换挡杆22向上复位)后，ECU控制器1熄灭换挡指示灯K，同时检测制动信号、转速信号、车速信号进行综合判断，从而控制离合电机2动作，使自动离合器11以合适的速度和适当的时间吸合，此时电动机3的动力通过自动离合器11带动第一传动轴13及第一轴一挡齿轮16、第一轴二挡齿轮15旋转，第二轴一挡齿轮18及第二轴二挡齿轮17在第一轴一挡齿轮16和第一轴二挡齿轮15的带动下绕第二传动轴19旋转，与第二轴二挡齿轮17接合的变速同步接合套14通过花键毂27将动力传递给第二传动轴19，使减速主动齿轮20通过减速从动齿轮21带动输出轴23旋转，输出轴23再通过差速器12将动力传递给左、右半轴25、26，驱动车轮转动，整车进入行驶状态。

从图1、图2、图3并结合图5所示，当整车需要由停车状态改为爬坡模式时，首先接通启动开关8及停止挡开关P’，使电动机3正向转动，并点亮停止挡指示灯P；接着按下换挡杆22并移动到爬坡挡位L位置，在按下换挡杆22的瞬间，换挡开关K’导通，点亮换挡指示灯K，同时熄灭停止挡指示灯P；当换挡杆22移动到位时，ECU控制器1检测到爬坡挡位信号，点亮爬坡挡指示灯L；换挡杆22在移动的过程中通过拨叉24拨动变速同步接合套14，使变速同步接合套14相对第二传动轴19进行轴向移动，直至与第二轴一挡齿轮18接合；当换挡杆22上的换挡信号消失(即放开换挡杆22，换挡杆22向上复位)后，ECU控制器1熄灭换挡指示灯K，同时检测制动信号、转速信号、车速信号进行综合判断，从而控制离合电机2动作，使自动离合器11以合适的速度和适当的时间吸合，此时电动机3的动力通过自动离合器11带动第一传动轴13及第一轴一挡齿轮16、第一轴二挡齿轮15旋转，第二轴一挡齿轮18及第二轴二挡齿轮17在第一轴一挡齿轮16和第一轴二挡齿轮15的带动下绕第二传动轴19旋转，与第二轴一挡齿轮18接合的变速同步接合套14通过花键毂27将动力传递给第二传动轴19，使减速主动齿轮20通过减速从动齿轮21带动输出轴23旋转，输出轴23再通过差速器12将动力传递给左、右半轴25、26，驱动车轮转动，整车进入爬坡动作。

从图1、图2、图3并结合图6所示，当整车需要由行驶状态改为爬坡模式时，按下换挡杆22并将换挡杆22从行驶挡位D位置移动到爬坡挡位L位置，在按下换挡杆22的瞬间，ECU控制器1控制离合电机2动作，使自动离合器11分离，同时将行驶挡指示灯D熄灭，且点亮换挡指示灯K；当换挡杆22移动到位时，ECU控制器1检测到爬坡挡位信号，点亮爬坡挡指示灯L；在换挡杆22从行驶挡位D移动到爬坡挡位L的过程中，换挡杆22通过拨叉24拨动变速同步接合套14，使变速同步接合套14相对第二传动轴19进行轴向移动，从与第二轴二挡齿轮17接合改为与第二轴一挡齿轮18接合；当换挡杆22上的换挡信号消失(即放开换挡杆22，换挡杆22向上复位)后，ECU控制器1熄灭换挡指示灯K，同时检测制动信号、转速信号、车速信号进行综合判断，从而控制离合电机2动作，使自动离合器11以合适的速度和适当的时间吸合，整车进入爬坡动作。

同理，从图1、图2、图3并结合图7所示，当整车需要由爬坡模式改为行驶状态时，按下换挡杆22并将换挡杆22从爬坡挡位L位置移动到行驶挡位D位置，在按下换挡杆22的瞬间，ECU控制器1控制离合电机2动作，使自动离合器11分离，同时将爬坡挡指示灯L熄灭，且点亮换挡指示灯K；当换挡杆22移动到位时，ECU控制器1检测到行驶挡位信号，点亮行驶挡指示灯D；在换挡杆22从爬坡挡位L移动到行驶挡位D的过程中，换挡杆22通过拨叉24拨动变速同步接合套14，使变速同步接合套14相对第二传动轴19进行轴向移动，从与第二轴一挡齿轮18接合改为与第二轴二挡齿轮17接合；当换挡杆22上的换挡信号消失(即放开换挡杆22，换挡杆22向上复位)后，ECU控制器1熄灭换挡指示灯K，同时检测制动信号、转速信号、车速信号进行综合判断，从而控制离合电机2动作，使自动离合器11以合适的速度和适当的时问吸合，整车进入行驶动作。

从图1、图2、图3并结合图8所示，当整车需要倒车时，首先变挡到停车挡位，使停止挡指示灯P亮，变速同步接合套14处于不与第二轴一挡齿轮18及第二轴二挡齿轮17接合的状态；接着按下倒车按钮，ECU控制器1检测到倒车信号，点亮倒车挡指示灯R，同时控制电动机3反向转动；再按下换挡杆22，ECU控制器1检测到换挡信号，点亮换挡指示灯K，并同时熄灭停止挡指示灯P；移动换挡杆22到爬坡挡位L位置，ECU控制器1检测到爬坡挡位信号，点亮爬坡挡指示灯L；换挡杆22在移动的过程中通过拨叉24拨动变速同步接合套14，使变速同步接合套14相对第二传动轴19进行轴向移动，直至与第二轴一挡齿轮18接合；当放开换挡杆22，换挡杆22向上复位后，ECU控制器1熄灭换挡指示灯K，ECU控制器1检测制动信号、转速信号、车速信号进行综合判断，从而控制离合电机2动作，使自动离合器11以合适的速度和适当的时间吸合，电动机3的反转动力依次通过第一传动轴13、第一轴一挡齿轮16、第二轴一挡齿轮18、变速同步接合套14、花键毂27、第二传动轴19、减速主动齿轮20、减速从动齿轮21、输出轴23、差速器12，驱动车轮转动，从而实现倒车。完成倒车后，当换挡杆22从爬坡挡位L移动到停车挡位P时，倒车信号中断，倒车挡指示灯R自动熄灭，整车停止；若换挡杆22从爬坡挡位L移动到行驶挡位D时，倒车信号中断，电动机3正向转动，倒车挡指示灯R自动熄灭，整车进入正常行驶状态。

在正常行驶/倒车/爬坡过程中，若脚踩加速踏板，则ECU控制器1实时检测该加速踏板的位置信号，ECU控制器将根据加速踏板踩下的行程，控制电动机3的转速，并控制离合电机2的动作，使自动离合器11处于半离合或全离合状态，从而实现变速。

Claims (8)

1、一种小型纯电动汽车动力总成机电耦合系统，包括电动机(3)、制动开关(4)、车速传感器(5)、转速传感器(6)、启动开关(8)、自动离合器(11)、差速器(12)、左半轴(25)和右半轴(26)，其中差速器(12)的两个输出端分别与左、右半轴(25、26)连接，其特征在于：在所述电动机(3)与差速器(12)之间设置有变速机构并配备有变挡控制单元(7)，所述变速机构的输入端通过自动离合器(11)与电动机(3)的输出端连接，变速机构的输出端与差速器(12)的输入端连接；所述变挡控制单元(7)的输出端与ECU控制器(1)的变挡信号输入端连接，ECU控制器(1)的制动信号输入端通过导线与制动开关(4)连接，ECU控制器(1)的启动信号输入端通过导线与启动开关(8)连接，ECU控制器(1)的车速信号输入端与车速传感器(5)的输出端连接，ECU控制器(1)的转速信号输入端与转速传感器(6)的输出端连接，所述ECU控制器(1)的第一输出端与离合电机(2)连接，该离合电机(2)控制自动离合器(11)的接合与分离，所述ECU控制器(1)的第二输出端与电动机(3)连接。

2、根据权利要求1所述的小型纯电动汽车动力总成机电耦合系统，其特征在于：所述变速机构由第一传动轴(13)、第一轴一挡齿轮(16)、第一轴二挡齿轮(15)、第二传动轴(19)、第二轴一挡齿轮(18)、第二轴二挡齿轮(17)、变速同步接合套(14)、花键毂(27)、拨叉(24)、减速主动齿轮(20)、输出轴(23)和减速从动齿轮(21)构成，其中第一传动轴(13)通过自动离合器(11)与电动机(3)的输出端连接，在第一传动轴(3)上固套第一轴一挡齿轮(16)和第一轴二挡齿轮(15)，在所述第二传动轴(19)上相应地空套有第二轴一挡齿轮(18)和第二轴二挡齿轮(17)，所述第二轴一挡齿轮(18)与第一轴一挡齿轮(16)常啮合，第二轴二挡齿轮(17)与第一轴二挡齿轮(15)常啮合；在所述第二轴一挡齿轮(18)与第二轴二挡齿轮(17)之间设有变速同步接合套(14)，该变速同步接合套(14)通过花键毂(27)与第二传动轴(19)连接，变速同步接合套(14)上连接拨叉(24)，所述变速同步接合套(14)在拨叉(24)的作用下能相对第二传动轴(19)进行轴向移动，有选择地与第二轴一挡齿轮(18)或第二轴二挡齿轮(17)接合；在所述第二传动轴(19)上还固套有减速主动齿轮(20)，该减速主动齿轮(20)与输出轴(23)上的减速从动齿轮(21)常啮合，所述输出轴(23)与差速器(12)的输入端连接。

3、根据权利要求2所述的小型纯电动汽车动力总成机电耦合系统，其特征在于：所述变挡控制单元(7)由换挡开关(K’)、停止挡开关(P’)、爬坡挡开关(L’)、行驶挡开关(D’)和倒车挡开关(R’)组成，这五个开关相互并联，其中换挡开关(K’)与ECU控制器(1)的换挡信号输入脚连接，停止挡开关(P’)与ECU控制器(1)的停止信号输入脚连接，爬坡挡开关(L’)与ECU控制器(1)的爬坡信号输入脚连接，行驶挡开关(D’)与ECU控制器(1)的行驶信号输入脚连接，倒车挡开关(R’)与ECU控制器(1)的倒车信号输入脚连接。

4、根据权利要求3所述的小型纯电动汽车动力总成机电耦合系统，其特征在于：在所述换挡开关(K’)上并联有换挡指示灯(K)，停止挡开关(P’)上并联有停止挡指示灯(P)，爬坡挡开关(L’)上并联有爬坡挡指示灯(L)，行驶挡开关(D’)上并联有行驶挡指示灯(D)，倒车挡开关(R’)上并联有倒车挡指示灯(R)，所述换挡指示灯(K)、停止挡指示灯(P)、爬坡挡指示灯(L)、行驶挡指示灯(D)和倒车挡指示灯(R)均布置在驾驶室内的挡位显示面板上，并且倒车挡指示灯(R)与倒车挡开关(R’)的按钮集成在一起。

5、根据权利要求3或4所述的小型纯电动汽车动力总成机电耦合系统，其特征在于：所述ECU控制器(1)上设有加速信号输入接口，该加速信号输入接口与位置传感器(9)连接，所述位置传感器(9)安装在驾驶室内的加速踏板上。

6、根据权利要求2或3所述的小型纯电动汽车动力总成机电耦合系统，其特征在于：所述自动离合器(11)为干式自动离合器，该自动离合器(11)的主动元件连接在电动机(3)的输出轴上，自动离合器(11)的从动元件连接在第一传动轴(13)上。

7、根据权利要求2或3所述的小型纯电动汽车动力总成，其特征在于：所述第二轴一挡齿轮(18)和第二轴二挡齿轮(17)通过轴承或轴套套装在第二传动轴(19)上。

8、根据权利要求4所述的小型纯电动汽车动力总成机电耦合系统，其特征在于：该动力总成机电耦合系统的电控部分均由磷酸铁锂电池供电。

Images