CN102069892A - 电动车多挡变速电机同步换挡系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开电动车多挡变速电机同步换挡系统，包括控制器、与控制器连接的换挡开关和挡位显示器；其特征在于：一电机转速传感器件设在电机的转轴上并与控制器连接；主轴上的挡位齿轮与副轴的挡位齿轮啮合/对应；一副轴转速传感器件设在副轴上并与控制器连接；一位置传感器件设在变速鼓上并与控制器连接。本发明具有以下优点：通过自动保持同步转速，提高一次换挡成功率，避免机械离合器人为操作不当所带来的换挡冲击大、换挡过渡平稳性能差，舒适度低的缺点；同步线速度高，换挡无冲击提高齿轮寿命；无机械离合器，减低制造成本；离合器故障率降低，后期维护简单，提高整机使用寿命。

Description

电动车多挡变速电机同步换挡系统

技术领域

本发明涉及电动车变速机构控制系统，具体涉及电动车多挡变速电机同步换挡系统。

背景技术

随着能源供需矛盾日趋紧张，环境保护要求逐渐提高，燃油摩托车的缺点也日益明显。针对燃油摩托车存在的不足，人们开发出了以蓄电池为能源的电动摩托车。如轮毂式电动摩托车，这种电动摩托车的驱动电机安装在后轮毂的中心，直接驱动后轮，虽然，不消耗燃油，有益于环境保护，但存在以下不足：一是上坡牵引力不够，二是平路行驶速度慢。为了克服轮毂式电动摩托车存在的缺陷，人们又开发出了机械变速的电动摩托车。如CN 200977974Y公告的名称为“一种变挡的电动摩托车”；该电动摩托车是在燃油摩托车结构的基础上，将油箱改为电源箱，用高速直流电机与变速箱配套，作为电动摩托车的动力引擎，将其安装在车身的中下部，通过链轮传动组件驱动后轮转动。但仍没有从根本上解决现有电动摩托车存在的问题。CN 101486372A公开的“一体化电动摩托车多挡变速动力装置”，包括直流电机、变速箱和电动换挡机构；变速箱内的主传动轴上依次设有四个主动齿轮和一个减速齿轮；从动轴上设有四个对应的从动齿轮，从动轴直接与轮毂配合连接；直流电机的外壳与变速箱的箱体为一整体，其转轴端部的齿轮与一中间齿轮啮合，该中间齿轮与主传动轴上的减速齿轮啮合，电机通过导线与控制器、电源和启动开关连接。该装置结构紧凑、通过步进电机驱动变速鼓进行速度调节，使摩托车在上坡时有足够的牵引力，平路时可以加速行驶。但该装置中没有设置离合器，在换挡时，由于主动齿轮和对应的从动齿轮的线速度不一致，相互碰撞的情况时有发生，致使加挡和减挡困难，换挡不平稳，齿轮冲击大，容易损坏，因此，还需要进一步改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动车多挡变速电机同步换挡系统，它能在换挡的瞬间，调节该挡主动齿轮的线速度使之和对应的从动齿轮的线速度一致，避免齿轮间相互碰撞，使换挡过渡平稳，减小齿轮冲击噪声，延长齿轮的寿命，改善骑行舒适性。

本发明所述的电动车多挡变速电机同步换挡系统，包括控制器、分别通过总线与控制器连接的换挡开关和挡位显示器，其特征在于：

一电机转速传感器件由设在电机的转轴上的第一码盘和设在电机的后端盖上的第一霍尔传感器组成，第一霍尔传感器通过总线与控制器连接；电机的转轴上的齿轮通过一中间齿轮与主轴上的减速齿轮啮合，主轴上的挡位齿轮与副轴的挡位齿轮啮合/对应；

一副轴转速传感器件由设在副轴上的第二码盘和设在变速箱体上的第二霍尔传感器组成，第二霍尔传感器通过总线与控制器连接；

一位置传感器件由设在与步进电机配合的变速鼓上的动触点盘和设在变速箱体上的定触点组成，定触点通过总线与控制器连接。

所述的电动车多挡变速电机同步换挡系统，其所述的电机转速传感器件的第一码盘上设有10个沿圆周均布并分别与第一霍尔传感器对应的第一圆形磁钢，相邻的两个第一圆形磁钢的圆心与第一码盘圆心连线之间的夹角α为36°；第一霍尔传感器通过总线与控制器连接。

所述的电动车多挡变速电机同步换挡系统，其所述的副轴转速传感器件第二码盘上设有10个沿圆周均布并分别与第二霍尔传感器对应的第二圆形磁钢，相邻的两个第二圆形磁钢的圆心与第二码盘圆心连线之间的夹角β为36°；第二霍尔传感器通过总线与控制器连接。

所述的电动车多挡变速电机同步换挡系统，其所述的位置传感器件的动触点盘上设有5个沿圆周均布并分别与定触点对应/接触的动触点，在每相邻的两个动触点之间分别设有与定触点对应/接触的接地点；5个动触点分别对应0挡、1挡、2挡、3挡和4挡。

所述的电动车多挡变速电机同步换挡系统，其所述的控制器分别与驱动电机电路、挡位开关电路、步进电机正反转电路和步进电机驱动电路连接；驱动电机电路与电机连接；挡位开关电路与挡位显示器连接；步进电机正反转电路与换挡开关连接；步进电机驱动电路与步进电机连接；上述各电路分别与电源电路连接，电源电路与车载电源连接。

在控制器内设有同步换挡软件，接到换挡命令后，即切断电机供电，自动进行同步加挡或同步减挡。

本发明和现有技术相比具有以下优点：通过自动保持同步转速，提高一次换挡成功率，避免机械离合器人为操作不当所带来的换挡冲击大、换挡过渡平稳性能差，舒适度低的缺点；同步线速度高，换挡无冲击提高齿轮寿命；无机械离合器，减低制造成本；离合器故障率降低，后期维护简单，提高整机使用寿命。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是驱动电机转速传感器件的第一码盘示意图。

图3是第一霍尔元件示意图。

图4是从动轴转速传感器件的第二码盘示意图。

图5是第二霍尔元件示意图。

图6是位置传感器件的动触点盘示意图。

图7是本发明的控制电路示意框图。

图8是控制器的电路图。

图9是驱动电机电路图。

图10是步进电机驱动电路图。

图11是挡位开关电路图。

图12是位置传感器的电路图。

图13是第一霍尔元件的电路图。

图14是第二霍尔元件的电路图。

图15是电源电路图。

图16是设在控制器内的同步换挡软件流程图。

图17是他励直流电动机驱动恒转矩负载升速的机械特性图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

参见图1至图15所示的电动车多挡变速电机同步换挡系统，包括控制器1、分别通过总线2与控制器连接的换挡开关3和挡位显示器4；

所述的控制器1分别与驱动电机电路21、挡位开关电路22、步进电机正反转电路23和步进电机驱动电路24连接；驱动电机电路与电机5连接；挡位开关电路与挡位显示器4连接；步进电机正反转电路与换挡开关3连接；步进电机驱动电路与步进电机14连接；上述各电路分别与电源电路25连接，电源电路与车载电源连接。

电机5的转轴6上的齿轮通过一中间齿轮与主轴9上的减速齿轮啮合，主轴上的挡位齿轮与副轴10的挡位齿轮啮合/对应；

在电机5的转轴6上设有电机转速传感器件，该电机转速传感器件由设在电机的转轴上的第一码盘7和设在电机的后端盖上的第一霍尔传感器8组成，第一霍尔传感器通过总线2与控制器1的TXD 16脚连接；第一码盘上设有10个沿圆周均布并分别与第一霍尔传感器对应的第一圆形磁钢17，相邻的两个第一圆形磁钢的圆心与第一码盘圆心连线之间的夹角α为36°；

在副轴10上设有副轴转速传感器件，该副轴转速传感器件由设在副轴上的第二码盘11和设在变速箱体12上的第二霍尔传感器13组成，第二霍尔传感器通过总线2与控制器1的Seleet 14脚连接；第二码盘上设有10个沿圆周均布并分别与第二霍尔传感器对应的第二圆形磁钢18，相邻的两个第二圆形磁钢的圆心与第二码盘圆心连线之间的夹角β为36°；

在与步进电机14配合的变速鼓上设有位置传感器件，该位置传感器件由设在与步进电机配合的变速鼓上的动触点盘15和设在变速箱体12上的定触点16组成，定触点通过总线2与控制器1连接。

在动触点盘上设有5个沿圆周均布并分别与定触点16对应/接触的动触点19，在每相邻的两个动触点之间分别设有与定触点对应/接触的接地点20；5个动触点分别对应0挡、1挡、2挡、3挡和4挡；0挡与控制器的Position 37脚连接、1挡与控制器的Position 4脚连接、2挡与控制器的Position 5脚连接、3挡与控制器的Position 7脚连接、4挡与控制器的Position 8脚连接。

参见图16，在控制器内设有同步换挡软件，接到换挡命令后，即切断电机供电，自动进行同步加挡或同步减挡。

如果接到的是加挡命令，即驱动步进电机14正转，达到预设的接地点20后，停止步进电机，启动柔性E-ABS刹车控制电机5减速，根据电机的转速计算主轴9上该挡主动齿轮的线速度，根据车轮的转速计算副轴10上该挡从动齿轮的线速度，当该挡主动齿轮的线速度与该挡从动齿轮的线速度相等时，即驱动步进电机正转，达到目标挡位的动触点19后，同步加挡结束；

如果接到的是减挡命令，即驱动步进电机14反转，达到预设的接地点20后，停止步进电机，弱磁调速控制电机5提速，根据电机的转速计算主轴9上该挡主动齿轮的线速度，根据车轮的转速计算副轴10上该挡从动齿轮的线速度，当该挡主动齿轮的线速度与该挡从动齿轮的线速度相等时，即驱动步进电机反转，达到目标挡位的动触点19后，同步减挡结束。

所谓柔性E-ABS(electronic anti-lock brake system)是利用无刷电机的特性，采用能量回馈的方式，利用电子控制来实现电机的非机械接触式的电子刹车系统。能量回馈方式制动如果不采取合适的控制方式，会出现刚性强力制动。而柔性E-ABS则克服了该缺陷，根据无刷电机换向点实时、适量回馈制动，效果好，对机械不产生损伤。其基本原理是：在电机正常驱动时，是三相驱动桥根据电机的空间位置(霍尔检测)，输出开通对应的上下桥，实现驱动，能量被转换成动能；在刹车时，关闭上桥，与电源断开，而下桥依然按照空间位置开启，那么线圈就会通过续流二极管形成对电源的充电回路(电机线圈放电)，产生阻力，适当按一定增加比例调节下桥开启的脉宽，就会得到一种柔和的快捷的刹车效果。避免直接下桥两相短路造成的刚性刹车后果。

所谓弱磁调速是保持他励直流电动机电枢电源电压不变，电枢回路也不串接电阻，在电动机驱动负载转矩不很大(小于额定转矩)时，减小直流电动机的励磁磁通，可以使电动机的转速升高。

图17所示的他励直流电动机驱动恒转矩负载升速的机械特性，显然，磁通越少，转速越升高。减弱磁通转速升高的转速调节其机械特性变软，驱动负载能力会下降。从图中可以看出，当负载加大，转速会降低。电机磁通的改变，电动机的转速为：

n＝U-I_aR_a/C_eφ

式中n：电机转速，U：电机电源电压，I_a：电机电枢电流

R_a：电机电枢电阻 C_e：电动势常数(他和电机的极对数，电枢绕组形式，导体的总数有关电机设计完成该数是常数)φ：电机的磁通。如果电动机驱动恒功率负载，则转速变化时，电机的电枢电流不变。

弱磁调速的优点：设备简单，调节方便，运行效率也较高，使用于恒功率负载。缺点是励磁过弱是，机械特性的斜率大，转速稳定性差，驱动恒转矩负载时，可能会使电枢电流过大。

Claims (5)

1.电动车多挡变速电机同步换挡系统，包括控制器(1)、分别通过总线(2)与控制器连接的换挡开关(3)和挡位显示器(4)，其特征在于：

一电机转速传感器件由设在电机(5)的转轴(6)上的第一码盘(7)和设在电机的后端盖上的第一霍尔传感器(8)组成，第一霍尔传感器通过总线(2)与控制器(1)连接；电机的转轴(6)上的齿轮通过一中间齿轮与主轴(9)上的减速齿轮啮合，主轴(9)上的挡位齿轮与副轴(10)的挡位齿轮啮合/对应；

一副轴转速传感器件由设在副轴(10)上的第二码盘(11)和设在变速箱体(12)上的第二霍尔传感器(13)组成，第二霍尔传感器通过总线(2)与控制器(1)连接；

一位置传感器件由设在与步进电机(14)配合的变速鼓上的动触点盘(15)和设在变速箱体(12)上的定触点(16)组成，定触点通过总线(2)与控制器(1)连接。

2.根据权利要求1所述的电动车多挡变速电机同步换挡系统，其特征在于：所述的电机转速传感器件的第一码盘(7)上设有10个沿圆周均布并分别与第一霍尔传感器(8)对应的第一圆形磁钢(17)，相邻的两个第一圆形磁钢的圆心与第一码盘圆心连线之间的夹角α为36°；第一霍尔传感器(8)通过总线(2)与控制器(1)的TXD 16脚连接。

3.根据权利要求1所述的电动车多挡变速电机同步换挡系统，其特征在于：所述的副轴转速传感器件第二码盘(11)上设有10个沿圆周均布并分别与第二霍尔传感器(13)对应的第二圆形磁钢(18)，相邻的两个第二圆形磁钢的圆心与第二码盘圆心连线之间的夹角β为36°；第二霍尔传感器(13)通过总线(2)与控制器(1)的Seleet 14脚连接。

4.根据权利要求1所述的电动车多挡变速电机同步换挡系统，其特征在于：所述的位置传感器件的动触点盘(15)上设有5个沿圆周均布并分别与定触点(16)对应/接触的动触点(19)，在每相邻的两个动触点之间分别设有与定触点(16)对应/接触的接地点(20)；5个动触点(19)分别对应0挡、1挡、2挡、3挡和4挡；0挡与控制器的Position 37脚连接、1挡与控制器的Position4脚连接、2挡与控制器的Position 5脚连接、3挡与控制器的Position 7脚连接、4挡与控制器的Position 8脚连接。

5.根据权利要求1所述的电动车多挡变速电机同步换挡系统，其特征在于：所述的控制器(1)分别与驱动电机电路(21)、挡位开关电路(22)、步进电机正反转电路(23)和步进电机驱动电路(24)连接；驱动电机电路与电机(5)连接；挡位开关电路与挡位显示器(4)连接；步进电机正反转电路与换挡开关(3)连接；步进电机驱动电路与步进电机(14)连接；上述各电路分别与电源电路(25)连接，电源电路与车载电源连接。

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