CN102788118A - 电动车用三档自动变速器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车动力技术领域，具体公开了一种电动车用三档自动变速器及其控制方法，该变速器包括：变速器控制器；第一电动机，与所述变速器控制器电连接，与第一输入轴啮合连接；第二电动机，与所述变速器控制器电连接，且与第二输入轴连接；一档齿轮，由所述第二输入轴驱动；二档齿轮，由所述第一输入轴驱动；三档齿轮，由所述第二输入轴驱动；输出轴，可选择地由所述一档齿轮、二档齿轮和三档齿轮驱动，或其中两档齿轮一起驱动；同步器，其接收所述变速器控制器的控制信号并控制所述一档齿轮和三档齿轮与输出轴的连接与断开。本发明结构简单，易于实现，具有高效率和良好的舒适性。

Description

电动车用三档自动变速器及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车动力技术领域，特别涉及一种电动车用三档自动变速器及其控制方法。

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，纯电动汽车作为绿色新能源技术的一个分支，以其零排放、噪声低、结构相对简单以及可以实现交通能源来源多元化等优点，逐渐为人们所关注，市场份额也逐年增加。

但是纯电动汽车也存在很多不如人意的缺点：现有的电动汽车采用的驱动机构大多为以下两种模式，电池+单电动机+常规自动变速箱+差速器的模式，以及电池+单电动机+减速齿轮+差速器的模式。其中常规自动变速器是针对目前的常规车辆设计的，没有考虑到电动车自身的特点，采用传统的自动变速器，即上述第一种模式不只增加整车的生产成本，也无法发挥电动车电机的优点。如果不采用变速器只采用减速齿轮，即上述第二种模式，为了满足整车的运行工况，需要电机有很高的转速范围，这不仅增大了电机的成本，也无法优化电池及电机的工作区域。传统电动汽车还突出表现为行驶里程短、动力性较差等缺点，成为了纯电动汽车广泛推广的主要瓶颈。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提高变速器的效率和舒适度，降低对电动机的性能要求，降低成本，提高电池的续航里程。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电动车用三档自动变速器，包括：

变速器控制器；

第一电动机，与所述变速器控制器电连接，且与第一输入轴啮合；

第二电动机，与所述变速器控制器电连接，且与第二输入轴连接；

一档齿轮，由所述第二输入轴驱动；

二档齿轮，由所述第一输入轴驱动；

三档齿轮，由所述第二输入轴驱动；

输出轴，可选择地由所述一档齿轮、二档齿轮和三档齿轮驱动或其中两档档位一起驱动；

同步器，其接收所述变速器控制器的控制信号并控制所述一档齿轮和三档齿轮与输出轴的连接与断开。

进一步地，上述技术方案还包括：

差速器，与所述输出轴连接，另两个端分别通过半轴与两个车轮连接。

还包括：减速齿轮，连接所述输出轴与差速器。

还包括：整车控制器，与所述变速器控制器连接，向所述变速器控制器发送换挡所需信号。

其中，所述第一电动机和第二电动机为永磁同步电机或者直流无刷电机。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种电动车用三档自动变速器的控制方法，包括以下步骤：

步骤S1、变速器控制器判断车辆的工况信息，若为正常情况下的起步工况，则执行步骤S2；若为路面较滑的起步工况，则执行步骤S3；若为路面具有坡度的起步工况，则执行步骤S4；

步骤S2、所述变速器控制器控制同步器挂上一档齿轮，并控制第二电动机转动，所述第二电动机带动一档齿轮转动，所述一档齿轮驱动输出轴，所述第二电动机的扭矩通过输出轴输出并传递给半轴及车轮，驱动车辆起步；

步骤S3、所述变速器控制器控制同步器脱离一档齿轮和三档齿轮，并控制第一电动机转动，所述第一电动机带动二档齿轮转动，所述二档齿轮驱动输出轴，所述第一电动机的扭矩通过输出轴输出并传递给半轴及车轮，驱动车辆起步；

步骤S4、所述变速器控制器控制同步器挂上一档齿轮，控制第二电动机带动一档齿轮转动，所述一档齿轮驱动输出轴；控制所述第一电动机带动二档齿轮转动，所述二档齿轮驱动输出轴；所述第一电动机和第二电动机的输入扭矩进行叠加，共同通过输出轴输出并传递给半轴及车轮，驱动车辆起步。

所述步骤S1还包括：

若变速器控制器判断车辆为巡航工况，且满足换档条件，则执行步骤S5；则本方法还包括以下步骤：

步骤S5、所述变速器控制器控制当前档位对应的电动机降低动力输出，同时控制目标档位对应的电动机增加动力输出。

所述步骤S1还包括：

若所述变速器控制器判断车辆为恶劣工况，则执行步骤S6；则本方法还包括以下步骤：

步骤S6、所述变速器控制器控制开启当前未开启的档位，使得两个电动机共同驱动车辆行驶。

若所述变速器控制器判断车辆为故障工况，则执行步骤S7；则本方法还包括以下步骤：

步骤S7、所述第一电动机发生故障后，所述变速器控制器控制第二电动机通过第二输入轴驱动一档齿轮行驶；所述第二电动机故障后，所述变速器控制器控制第一电动机通过第一输入轴驱动二档齿轮行驶。

所述步骤S1还包括：

若所述变速器控制器判断车辆为需要倒档的工况，则执行步骤S8，则本方法还包括以下步骤：

步骤S8、所述变速器控制器控制同步器挂上一档齿轮，并控制第二电动机反转实现车辆的倒车。

(三)有益效果

上述技术方案具有如下有益效果：本发明结构简单，不需要额外采购使用昂贵的双离合器，因此开发的成本会降低，开发周期会缩短；另外该变速器由于是直接齿轮传动，效率比传统的自动变速器和无级变速器要高，传动效率和电控机械式自动变速箱以及手动变速器类似；且由于双电动机的结构可实现无动力中断换挡，驾驶舒适性和自动变速器和无级变速器类似。因此本发明变速器综合了手动变速器、自动变速箱的高效率特点和无级变速器的良好舒适性等优点。另一方面两个电动机的体积及扭矩功率要求低，易于实现；且提高了电池的续航里程。

附图说明

图1是本发明实施例的电动车用三档自动变速器的结构示意图；

图2是本发明实施例的电动车用三档自动变速器换挡时的扭矩变化图；

图3是本发明实施例的电动车用三档自动变速器的控制方法的流程图。

其中，1：第一电动机；2：第二电动机；3：一档齿轮；4：二档齿轮；5：三档齿轮；6：车轮；7：半轴；8：差速器；9：输入轴啮合齿轮；10：第一输入轴；11：第二输入轴；12：同步器；13：减速齿轮；14：变速器输出轴；15：变速器控制器；16：整车控制器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例的电动车用三档自动变速器包括：变速器控制器15，两个电动机1和2，三个档的齿轮3、4和5，输入轴啮合齿轮9、两个输入轴10和11，同步器12、减速齿轮13、变速器输出轴14、变速器控制器(Transmission Control Unit，TCU)15以及整车控制器(Vehicle Control Unit，VCU)16。

其中第一电动机1和第二电动机2均与变速器控制器15电连接；第一电动机1通过输入轴啮合齿轮9与第一输入轴10啮合连接；二档齿轮4由第一输入轴10驱动；第二电动机2与第二输入轴11连接，一档齿轮3以及三档齿轮5由第二输入轴11驱动；同步器12接收变速器控制器15的控制信号并控制一档齿轮3、二档齿轮4、三档齿轮5与输出轴14的连接与断开；输出轴14可选择地由一档齿轮3、二档齿轮4和三档齿轮5驱动，或者其中两档档位一起驱动；输出轴14还与减速齿轮13连接，减速齿轮13与差速器8连接，然后差速器8与两个半轴7连接，两个半轴7分别与车轮6连接。整车控制16与变速器控制器15连接，用于对变速器控制器15进行控制，向变速器控制器15发送换挡所需信号，图1中的实线表示机械连接，虚线表示电连接。

本实施例中，两个电动机均为小功率的永磁同步电机或者直流无刷电机；选用的电动机的扭矩响应时间要短，最好是小于0.3s。

下面根据不同的工况来描述本发明实施例的三档自动变速器的工作原理，也即本发明电动车用三档自动变速器的控制方法，包括：

步骤S1、变速器控制器判断车辆的工况信息，若为正常情况下的起步工况，则执行步骤S2；若为路面较滑的起步工况，则执行步骤S3；若为路面具有坡度的起步工况，则执行步骤S4；若变速器控制器判断车辆为巡航工况，且满足换档条件，则执行步骤S5；若变速器控制器判断车辆为恶劣工况，则执行步骤S6；若变速器控制器判断车辆为故障工况，则执行步骤S7；若变速器控制器判断车辆为需要倒档的工况，则执行步骤S8。

步骤S2、变速器控制器控制同步器挂上一档齿轮，并控制第二电动机转动，第二电动机带动一档齿轮转动，一档齿轮驱动输出轴，第二电动机的扭矩通过输出轴输出并传递给半轴及车轮，驱动车辆起步；

步骤S3、变速器控制器控制同步器脱离一档齿轮和三档齿轮，并第一电动机转动，第一电动机带动二档齿轮转动，二档齿轮驱动输出轴，第一电动机的扭矩通过输出轴输出并传递给半轴及车轮，驱动车辆起步；

步骤S4、变速器控制器控制同步器挂上一档齿轮，第二电动机带动一档齿轮转动，一档齿轮驱动输出轴；变速器控制器控制第一电动机带动二档齿轮转动，二档齿轮驱动输出轴；第一电动机和第二电动机的输入扭矩进行叠加，共同通过输出轴输出并传递给半轴及车轮，驱动车辆起步。

步骤S5、变速器控制器控制当前档位对应的电动机降低动力输出，同时控制目标档位对应的电动机增加动力输出。

步骤S6、变速器控制器控制开启当前未开启的档位，使得两个电动机共同驱动车辆行驶。

步骤S7、第一电动机发生故障后，变速器控制器控制第二电动机通过第二输入轴驱动一档齿轮行驶；第二电动机故障后，变速器控制器控制第一电动机通过第一输入轴驱动二档齿轮行驶。

步骤S8、变速器控制器控制同步器挂上一档齿轮，并控制第二电动机反转实现车辆的倒车。

具体地，

1、起步工况，本实施例包括三种起步模式：

(1)对于正常情况下的起步公开，例如平地起步。变速器控制器15发出指令控制同步器12挂上一档齿轮3，然后变速器控制器15发出指令，控制第二电动机2转动，第二电动机2转动并通过第二输入轴11带动一档齿轮3转动，一档齿轮3驱动输出轴14，第二电动机2的扭矩通过输出轴14输出至减速齿轮13和差速器8，并将扭矩传递给半轴7及车轮6，驱动车辆起步行驶，从而实现一档起步；

(2)对于一些路面比较滑的情况的起步工况，如雪地起步等；变速器控制器15发出指令，控制第一电动机1转动，第一电动机1通过输入轴啮合齿轮9带动第一输入轴10转动；第一输入轴10带动二档齿轮4转动，二档齿轮4驱动输出轴14，第一电动机1的扭矩通过输出轴14输出至减速齿轮13和差速器8，并将扭矩传递给半轴7及车轮6，驱动车辆起步行驶，从而实现二档起步；

(3)对于一些特殊情况下的起步工况，如坡道起步等；变速器控制器15发出指令，控制同步器12挂上变速器一档齿轮3，控制第二电动机2带动变速器一档齿轮3转动，变速器一档齿轮3驱动输出轴14；变速器控制器1控制第一电动机1通过第一输入轴10带动二档齿轮4转动，变速器二档齿轮4驱动输出轴14；两个电动机的输入扭矩进行叠加，共同通过输出轴14，输出至减速齿轮13和差速器8，并将扭矩传递给半轴7及车轮6，驱动车辆起步。

2、巡航工况：在车辆起步后，根据不同的档位，两个电动机可以交替工作：

结合图2所示，一档起步后，变速器控制器15判断如果满足换二档的条件，则控制第二电动机2逐渐关闭动力输出，同时控制第一电动机1逐渐的增加动力输出，最终第二电动机2关闭，第一电动机1工作。可以通过程序设定，使得整个动力切换的过程在＜0.3秒的时间内完成。其中换二档的条件包括车速达到某设定值，油门满足一定条件等等，此为本领域公知常识，根据不同车型的具体情况而设定，在次不再赘述。

二档升三档的切换过程类似于一档换二档，根据换挡规律的要求，变速器控制器15判断当满足二档升三档的条件时，控制同步器12动作挂上三档齿轮5，第一电动机1逐渐降低动力输出直至关闭扭矩，第二电动机2逐渐增大动力输出增大扭矩，扭矩的增大减小呈非线性变化。

二档降一档时的顺序相反，变速器控制器15判断当满足二档将一档的条件时，控制第一电动机1降低扭矩输出，最终关闭，同时控制第二电动机2的输出扭矩逐渐增多，最终实现完全由第二电动机2驱动车辆。其它的换挡动作类似。

正常情况下车辆的行驶只需要一个电动机提供动力，换档的时候为了保证无动力中断，在控制一个电动机切断扭矩输出的时候，同时另一个电机启动扭矩的输出。在整个换挡的过程中，扭矩的输出是连续的。

3、对于急加速、爬坡或路况恶劣等工况，此时驾驶员需求功率较大，巡航工况中采用的驱动方式不能完全满足扭矩需要，因此变速器控制器15根据当前的档位如果当前为1档，则1档和2档一起工作，如果当前为2档，则2档和1档一起工作，如果当前为3档则2档和3档一起工作。两个电动机共同驱动车辆行驶，从而满足扭矩需求。

4、对于故障模式下的工况：两台电动机中的一台发生故障并不会影响车辆的行驶，第一电动机1发生故障后，变速器控制器15可以控制第二电动机2通过第二输入轴10驱动一档齿轮3行驶，第二电动机2故障后变速器控制器15可以控制第一电动机1通过第一输入轴11驱动二档齿轮4行驶。

5、对于需要倒档的工况：本实施例的变速器中没有设倒档齿轮，变速器控制器15判断当前需要倒档时，控制同步器12挂上一档齿轮3，并控制第二电动机1反转实现车辆的倒车。整车控制器16向变速器控制器15提供换挡需要的信号(车速、踏板、制动、档位等信号)。对于根据这些信号如何判断工况是本领域普通技术人员可以结合本领域公知常识并根据车辆的实际运行情况来设定的，不属于本发明的重点，在此不再赘述。

本实施例中三个档的齿轮3、4和5都是自由转动的，一档齿轮3或三档齿轮5通过同步器12完成与输出轴14的锁住，同步器12的左右动作分别锁止一档齿轮3和三档齿轮5，锁止后一档齿轮3或三档齿轮5和输出轴14一起同轴转动，同步器12锁止某个齿轮后，完成了相应的挂档动作。

变速器控制器也可以控制同步器提前挂档，例如当前工作在二档，根据驾驶员的意图结合换挡规律，提前挂一档或是三档。两个电动机扭矩的切换完成了整个换挡工作。由于换挡期间对扭矩的切换要求比较严格，因此在换挡的时候，变速器控制器能够对两个电动机的输出扭矩进行完全的控制。

在对扭矩有大要求的情况下两台电动机是可以一起工作的：大扭矩起步的时候一档和二档可以一起工作，将两台电动机的扭矩输出，例如上述第三种起步方式。

由于两个电动机单独运行的时候都是对功率要求低，转速要求高的工况，如平地中高速行驶，因此两个电动机的体积、扭矩及功率要求较低；同时对电池的需求功率较小。相比传统的单电机，提高了电池的续航里程及使用寿命。

由以上实施例可以看出，本发明实施例具有如下有益效果：本发明实施例提供的电动车用三档自动变速器结构简单，不需要额外采购使用昂贵的双离合器，因此开发的成本会降低，开发周期会缩短，该变速器由于是直接齿轮传动，效率比传统的自动变速器(AutomaticTransmission，AT)和无级变速器(Continuously VariableTrans-mission，CVT)要高，传动效率和电控机械式自动变速箱(Automated Mechanical Transmission，简称AMT)以及手动变速器(Manual Transmission，MT)类似，由于双电动机的结构可实现无动力中断换挡，驾驶舒适性和AT和CVT类似。因此本发明变速器综合了MT、AMT的高效率特点和CVT的良好舒适性等优点。另一方面两个电动机的体积及扭矩功率要求低，易于实现。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.电动车用三档自动变速器，其特征在于，包括：

变速器控制器；

第一电动机，与所述变速器控制器电连接，且与第一输入轴啮合；

第二电动机，与所述变速器控制器电连接，且与第二输入轴连接；

一档齿轮，由所述第二输入轴驱动；

二档齿轮，由所述第一输入轴驱动；

三档齿轮，由所述第二输入轴驱动；

输出轴，可选择地由所述一档齿轮、二档齿轮和三档齿轮驱动，或其中两档齿轮一起驱动；

同步器，其接收所述变速器控制器的控制信号并控制所述一档齿轮和三档齿轮与输出轴的连接与断开。

2.如权利要求1所述的电动车用三档自动变速器，其特征在于，还包括：

差速器，与所述输出轴连接，另两个端分别通过半轴与两个车轮连接。

3.如权利要求1所述的电动车用三档自动变速器，其特征在于，还包括：减速齿轮，连接所述输出轴与差速器。

4.如权利要求1所述的电动车用三档自动变速器，其特征在于，还包括：整车控制器，与所述变速器控制器连接，向所述变速器控制器发送换挡所需信号。

5.如权利要求1所述的电动车用三档自动变速器，其特征在于，所述第一电动机和第二电动机为永磁同步电机或者直流无刷电机。

6.如权利要求1-5任一项所述的自动变速器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、变速器控制器判断车辆的工况信息，若为正常情况下的起步工况，则执行步骤S2；若为路面较滑的起步工况，则执行步骤S3；若为路面具有坡度的起步工况，则执行步骤S4；

步骤S2、所述变速器控制器控制同步器挂上一档齿轮，并控制第二电动机转动，所述第二电动机带动一档齿轮转动，所述一档齿轮驱动输出轴，所述第二电动机的扭矩通过输出轴输出并传递给半轴及车轮，驱动车辆起步；

步骤S3、所述变速器控制器控制同步器脱离一档齿轮和三档齿轮，并控制第一电动机转动，所述第一电动机带动二档齿轮转动，所述二档齿轮驱动输出轴，所述第一电动机的扭矩通过输出轴输出并传递给半轴及车轮，驱动车辆起步；

步骤S4、所述变速器控制器控制同步器挂上一档齿轮，控制第二电动机带动一档齿轮转动，所述一档齿轮驱动输出轴；控制所述第一电动机带动二档齿轮转动，所述二档齿轮驱动输出轴；所述第一电动机和第二电动机的输入扭矩进行叠加，共同通过输出轴输出并传递给半轴及车轮，驱动车辆起步。

7.如权利要求6所述的自动变速器的控制方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：

若变速器控制器判断车辆为巡航工况，且满足换档条件，则执行步骤S5；则本方法还包括：

步骤S5、所述变速器控制器控制当前档位对应的电动机降低动力输出，同时控制目标档位对应的电动机增加动力输出。

8.如权利要求7所述的自动变速器的控制方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：

若所述变速器控制器判断车辆为恶劣工况，则执行步骤S6：

步骤S6、所述变速器控制器控制开启当前未开启的档位，使得两个电动机共同驱动车辆行驶。

9.如权利要求7所述的自动变速器的控制方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：

若所述变速器控制器判断车辆为故障工况，则执行步骤S7：

步骤S7、所述第一电动机发生故障后，所述变速器控制器控制第二电动机通过第二输入轴驱动一档齿轮行驶；所述第二电动机故障后，所述变速器控制器控制第一电动机通过第一输入轴驱动二档齿轮行驶。

10.如权利要求7所述的自动变速器的控制方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：若所述变速器控制器判断车辆为需要倒档的工况，则执行步骤S8：

步骤S8、所述变速器控制器控制同步器挂上一档齿轮，并控制第二电动机反转实现车辆的倒车。

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