CN104455384B - 基于两挡变速的电驱动系统及其协调换挡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于两挡变速的电驱动系统及其协调换挡控制方法，包括供电单元、电机控制器、电机、车辆控制器、换挡控制器和两挡行星变速器。其中两挡行星变速器中采用行星传动两挡自动变速箱并配备湿式离合器换挡，换挡方便，且体积和重量大幅减小；换挡过程中车辆控制器采用总线通讯控制电机控制器和换挡控制器，使电机控制器控制电机输出转矩跟踪电机转矩最优轨迹，换挡控制器控制换挡油压跟踪换挡油压最优轨迹，从而实现对电机转矩和换挡油压的同步调节，以减少离合器、制动器结合或者分离时主从部件转速差以及换挡冲击，实现平顺换挡。

Description

基于两挡变速的电驱动系统及其协调换挡控制方法

技术领域

发明涉及一种电驱动系统及换挡控制方法，具体涉及一种基于两挡变速的电驱动系统及其协调换挡控制方法。

背景技术

目前纯电驱动车辆的电驱动系统一般采用在电机与驱动轮之间增加变速箱的方式，对电机输出扭矩和转速进行调节，以满足车辆牵引需求。对于纯电动汽车，以AMT(电控机械自动变速器)为代表的固定轴式自动变速箱使用较为普遍，但其换挡过程中存在动力中断，换挡冲击大并需重复标定，并增加了传动系统的动载荷，影响传动系统寿命；而AT(液力自动变速器)结构复杂，传动效率低，动力损耗大；CVT(机械无级自动变速器)变速箱传动带容易损坏，无法承受较大的载荷；DSG(直接换挡变速器)结构复杂，制造成本较高。如果采用固定速比减速器，无需换挡，但需选用更大转矩的驱动电机，存在电机功率大量富余、电机及驱动系统的体积和重量大、成本高等问题。

已经公开的固定轴式AMT变速箱一般具备三挡，与之对应的换挡操控机构多采用同步器，其结构较为简单，换挡过程中对电机采取转速控制，换挡效果不好；或者采取离合器换挡，但这使得变速箱结构和换挡控制复杂，体积重量优势也不明显。

在换挡控制方法的选择上，目前大部分研究单单考虑电机本身的效率，而忽视了变速箱在不同转速下效率的不同，这会导致非最优结果出现，同时使得换挡过程不平稳。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于两挡变速的电驱动系统及其协调换挡控制方法，该驱动系统采用行星传动两挡自动变速箱并配备湿式离合器换挡，结构简单，既能保证电机性能充分发挥，又能满足车辆低速爬坡和高速行驶的牵引要求；在换挡过程中对电机转矩和换挡油压进行同步调节，以减少离合器、制动器结合或者分离时主从部件转速差以及换挡冲击，实现平顺换挡。

所述的基于两挡变速的电驱动系统包括：供电单元、电机控制器、电机、车辆控制器、换挡控制器和两挡行星变速器。

所述两挡行星变速器包括：变速器箱体、单行星排、组合式液压离合器/制动器、和换挡液压系统；所述组合式液压离合器/制动器包括离合器、制动器和液压油缸；所述离合器活塞和制动器活塞通过弹簧立柱刚性连接，弹簧立柱上套装有复位弹簧，制动器活塞与液压油缸活塞一体。

所述组合式液压离合器/制动器中，制动器的主动件与变速器箱体相连，从动件与单行星排的齿圈相连；离合器的主动件与电机输出轴相连，从动件与单行星排的齿圈相连；所述单行星排的行星架输出动力。

通过换挡液压系统控制组合式液压离合器/制动器中制动器和离合器的结合和分离完成换挡；当换挡油压在液压油缸活塞上的作用力能够克服复位弹簧的恢复力时，液压油缸活塞在换挡油压的作用下移动至其最大位移，此时制动器结合，离合器分离，两挡行星变速器处于低挡；当换挡油压不足以克服复位弹簧的恢复力时，在复位弹簧的作用下，液压油缸活塞回到其初始位置，此时制动器分离，离合器结合，两挡行星变速器处于高挡。

该系统的整体连接关系为：所述供电单元与电机控制器相连，所述电机控制器分别与驱动电机和换挡控制器相连；所述驱动电机的动力输出轴与单行星排的太阳轮相连；所述车辆控制器与供电单元、电机控制器以及换挡控制器之间通过总线相连。

所述车辆控制器用于向换挡控制器发送换挡指令。

所述换挡控制器接收到换挡指令后，控制换挡液压系统以实现换挡；同时调节换挡油压，跟踪换挡时换挡油压控制轨迹。

所述电机控制器控制电机的输出转矩，同时跟踪换挡时的电机转矩控制轨迹。

所述换挡液压系统包括油泵电机、液压油泵、换挡开关阀、高速开关阀和溢流阀；所述油泵电机用于驱动液压油泵，液压油泵通过进油油路与两挡行星变速器中的液压油缸相连；在所述进油油路上沿进油方向依次设置有单向阀、换挡开关阀和高速开关阀；换挡控制器通过调节高速开关阀的占空比调节换挡油压，通过控制换挡开关阀的通断对液压油缸油路的通断进行控制；润滑油路接入单向阀与换挡开关阀之间，在所述润滑油路上设置有溢流阀。

所述供电单元包括发动机-发电机组和电能存储单元；所述电能存储单元能够单独工作或与发动机-发电机组共同工作。

基于上述的两挡变速电驱动系统的协调换挡控制方法，所述车辆控制器内预存有电机转矩最优轨迹和换挡油压最优轨迹，所述电机转矩最优轨迹和换挡油压最优轨迹的确定，以车辆的冲击度和滑摩功为综合控制指标，运用线性二次最优控制理论获得；

在换挡过程中，车辆控制器依据换挡时的油门开度和车速对电机转矩最优轨迹和换挡油压最优轨迹进行插值计算；然后将插值计算后的换挡油压最优轨迹发送给换挡控制器，将插值计算后的电机转矩最优轨迹发送给电机控制器；所述换挡控制器控制换挡油压跟踪换挡油压最优轨迹，所述电机控制器控制电机输出转矩跟踪电机转矩最优轨迹。

在以车辆的冲击度和滑摩功为综合控制指标时，所构建的二次性能指标函数J为：

$J=\frac{1}{2}{\∫}_0^{t_m}(\frac{\mathrm{dW}}{\mathrm{dt}}+\mathrm{\η}{j}^2)\mathrm{dt}$

其中：j为车辆的冲击度，W为车辆的滑摩功，t_m为离合器的分离或结合时间，η为冲击度权重系数，0＜η＜1。

为采用线性二次型最优控制理论获得电机转矩最优轨迹和换挡油压最优轨迹，建立两挡变速电驱动系统的动力学方程，通过状态变量和控制变量表述二次性能指标函数J：

$J=\frac{1}{2}{\∫}_0^{t_m}(X^T{Q}_{1}X+U^T{Q}_{2}U)\mathrm{dt}$

其中Q₁为状态加权矩阵，Q₂为控制矩阵；

在离合器分离或结合阶段，取x₁＝ω_t-ω_r,x₂＝T_m,x₃＝T_cl作为状态变量，作为控制变量，则二次性能指标函数J中： $X=\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ x_3\end{array}\right];U=\left[\begin{array}{c}{u}_1\\ u_2\end{array}\right];$ ω_t为电机的输出角速度，ω_r为单行星排中齿圈的角速度；T_m为电机输出转矩，T_cl为离合器摩擦力矩；

在自由阶段，取x₁＝ω_r,x₂＝T_m作为状态变量，作为控制变量；则二次性能指标函数J中： $X=\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\end{array}\right];$ U＝[u₁]；

在制动器结合或分离阶段，取x₁＝ω_r,x₂＝T_m,x₃＝T_br作为状态变量，作为控制变量，则二次性能指标函数J中： $X=\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ x_3\end{array}\right];U=\left[\begin{array}{c}{u}_1\\ u_2\end{array}\right],$ T_br为单行星排中齿圈的输出转矩。

有益效果：

(1)该电驱动系统采用行星传动两挡自动变速箱并配备湿式离合器换挡，从原理上克服了目前电动汽车AMT变速箱普遍存在调挡、挂挡困难、换挡控制重复标定等问题，并且结构简单，体积和重量大幅减小；同时能实现柔性换挡(换挡过程平稳)，在高挡时获得更高的传动效率。

(2)在换挡过程中采用最佳效率换挡，并基于最小冲击度和滑摩功建立电机转矩最优轨迹和换挡油压最优轨迹；在换挡过程中，控制电机转矩和换挡油压跟踪其最优轨迹，从而实现对电机转矩和换挡油压的同步调节，以减少离合器、制动器结合或者分离时主从部件转速差以及换挡冲击，实现平顺换挡。

附图说明

图1为基于两挡变速的电驱动系统的结构示意图；

图2为两挡行星变速器传动结构示意图；

图3为换挡控制器的液压控制原理示意图；

图4为升挡过程中两挡行星变速器的工作原理示意图；

图5为协调换挡控制流程图；

图6为基于最佳效率换挡的不同油门开度下换挡车速示意图。

其中：1-发动机-发电机组、2-电能存储单元、3-电机控制器、4-驱动电机、5-车辆控制器、6-换挡控制器、7-两挡行星变速器、8-差速器、9-车轮

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种基于两挡变速的电驱动系统及其协调换挡控制方法，该系统采用行星传动两挡自动变速箱并配备湿式离合器换挡，换挡方便，且体积和重量大幅减小；在换挡过程中能够对电机转矩和换挡油压进行同步调节，以减少离合器、制动器结合或者分离时主从部件转速差以及换挡冲击，实现平顺换挡。

该电驱动系统的结构如图1所示，包括发动机-发电机组(APU)1、电能存储单元(ESD)2、电机控制器(MDU)3、驱动电机(M)4、车辆控制器(VCU)5、换挡控制器(TCU)6、两挡行星变速器7、车辆主减速器、差速器8和车轮9。

其中两挡行星变速器7的结构如图2所示，包括变速器箱体、单行星排、离合器、制动器、换挡液压系统。

其中组合式液压离合器/制动器包括离合器、制动器和液压油缸；其中离合器和制动器采用联动机构设计，离合器和制动器的压板固定不动，离合器活塞和制动器活塞通过弹簧立柱刚性连接，弹簧立柱上套装有复位弹簧，且制动器活塞与液压油缸活塞一体。

换挡液压系统包括油泵电机、液压油泵、单向阀、换挡开关阀、高速开关阀(也可以采用电磁比例阀)、溢流阀和液压油缸等，如图3所示。其中油泵电机用于驱动液压油泵，液压油泵通过进油油路与液压油缸相连。在进油油路上沿进油方向依次设置有单向阀、换挡开关阀和高速开关阀。其中高速开关阀为两位三通电磁阀，换挡控制器(TCU)6通过调节高速开关阀的占空比能够调节换挡油压，从而实现换挡时换挡油压控制轨迹的跟踪。换挡开关阀为两位两通电磁阀，换挡控制器(TCU)6通过控制换挡开关阀的通断对液压油缸油路的通断进行控制，以实现换挡。润滑油路接入单向阀与换挡开关阀之间，在润滑油路上设置有溢流阀，用于调节润滑油路油压。

两挡行星变速器7的连接关系及换挡原理为：制动器的主动件与变速器箱体相连，从动件与单行星排的齿圈R相连，离合器的主动件与驱动电机(M)的输出轴相连，从动件与单行星排的齿圈R相连，单行星排的行星架输出动力。制动器与离合器的结合和分离均通过换挡液压系统控制。两挡行星变速器7的换挡主要由换挡油压压力和复位弹簧的恢复力对液压油缸活塞的合力来实现。当换挡油压在液压油缸活塞上的作用力能够克服复位弹簧的恢复力时，制动器结合，液压油缸活塞在换挡油压的作用下移动至其最大位移，此时制动器结合，离合器分离，两挡行星变速器处于低挡，如图4(a)所示；当换挡油压不足以克服复位弹簧的恢复力时，在复位弹簧的作用下，液压油缸活塞回复到其初始位置，此时制动器分离，离合器结合，两挡行星变速器处于高挡；如图4(c)所示。

该系统的整体连接关系如图1所示：发动机-发电机组(APU)1和电能存储单元(ESD)2分别与电机控制器(MDU)3相连，电机控制器(MDU)3产生三相交流电，分别与驱动电机(M)4和换挡控制器(TCU)6相连，为驱动电机(M)4和换挡控制器(TCU)6提供电能。驱动电机(M)4的动力输出轴与单行星排的太阳轮S同轴相连。两挡行星变速器7中，单行星排的行星架作为动力输出，可直接与传动轴相连，也可以通过传动比为i的齿轮组或定轴齿轮减速增扭后再与传动轴相连，传动轴与主减速器相连，再将动力通过车辆差速器8传递至车轮9。车辆控制器(VCU)5与发动机-发电机组(APU)1、电机控制器(MDU)3以及换挡控制器(TCU)6之间通过CAN总线相连，以控制其运行。

所述电能存储单元(ESD)2可以是动力电池或者超级电容。

所述电机控制器(MDU)3控制驱动电机(M)4产生车辆行驶所需转矩和换挡过程所需转矩；同时能够跟踪换挡时驱动电机的转矩控制轨迹；控制油泵电机，产生两挡变速器齿轮润滑油压和换挡油压所需动力。

所述车辆控制器(VCU)5能够依据需要选取电能存储单元(ESD)2单独工作或者与发动机-发电机组(APU)1共同工作，提供驱动电机(M)4所需的电能。

该电驱动系统的变速原理为：当需要换挡时，车辆控制器(VCU)5向换挡控制器(TCU)6发送换挡指令；换挡控制器(TCU)6接收到换挡指令后，换挡开关阀通/断电，并通过调节高速开关阀的占空比来控制换挡油压。当换挡油压轨迹达到换挡控制器(TCU)6内存储的最优轨迹时，实现换挡。在换挡过程中，车辆控制器(VCU)5适时地对驱动电机施加驱动转矩和制动转矩，并及时调整发动机-发电机组功率输出。具体为：

降挡时，换挡开关阀通电，调节高速开关阀的占空比，高压流体通过进油油路进入液压油缸从而驱动活塞运动。首先离合器克服复位弹簧作用力并处于脱离状态，完成离合器分离过程。随之而来的是自由过程，该阶段中离合器和制动器均处于分离状态，如图4(b)所示。随着活塞的继续移动，制动器开始结合，进而降挡进入制动器结合过程，直到制动器完全结合状态，变速箱第一级行星传动机构的齿圈与变速箱箱体相连，变速箱处于低挡，如图4(a)所示，传动比为K+1，k为齿圈齿数与太阳轮齿数之比。

升挡时，换挡开关阀断电，调节高速开关阀的占空比，液压油缸进行泄压，在复位弹簧的作用下，制动器首先进行分离，即制动器分离过程，经过自由过程后进入离合器接合阶段，直至离合器完成结合，此后变速箱第一级行星传动机构的齿圈与太阳轮保持连接，变速箱处于高挡，如图4(c)所示，传动比为1。

为减少换挡过程中，离合器、制动器结合或分离时主从部件的转速差以及换挡冲击，实现平顺换挡，采用换挡协调控制方法对换挡过程进行控制。因升挡与降挡过程类似，本实施例中以降挡过程的离合器分离阶段为例，具体介绍利用线性二次性最优控制理论，进行电机转矩和换挡油压的协调控制过程。

为对电机转矩和换挡油压进行协调控制，在车辆控制器内预存电机转矩最优轨迹和换挡油压最优轨迹。电机转矩最优轨迹和换挡油压(即离合器油压)最优轨迹的获得方法为：

步骤一：建立两挡变速电驱动系统的动力学模型：

$\left[\begin{array}{cc}{J}_{11}& J_{12}\\ J_{21}& J_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_t\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_o\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{T}_m-a_{11}{T}_{\mathrm{br}}-a_{12}{T}_{\mathrm{cl}}\\ -a_{12}{T}_{\mathrm{br}}+a_{12}{T}_{\mathrm{cl}}-T_f\end{array}\right]$

其中： $a_{11}=-\frac{1}{k},a_{12}=\frac{k+1}{k};$

J1₁＝(J₁+J_s)+J_ra₁₁ ²+NJ_pa₁₂ ²；

$a_{21}=-\frac{2}{k-1},a_{22}=\frac{k+1}{k-1},$

J₁₂＝J₂₁＝J_ra₁₁a₁₂+NJ_pa₂₁a₂₂；

J₂₂＝J_c+J₂+J_ra₁₂ ²+NJ_pa₂₂ ²+mr_c ²。

ω_t为电机的输出角速度，ω_o为两档行星变速器的输出角速度；T_m为电机输出转矩，T_f为道路阻力矩折算到两档行星变速器输出轴的等效阻力矩，T_br为单行星排中齿圈的输出转矩，T_cl为离合器摩擦力矩；J₁为两档行星变速器之前的部件折算到电机动力输出轴的转动惯量，J_s为单行星排中太阳轮的转动惯量，J_r为单行星排中齿圈的转动惯量，J_p为单行星排中行星轮的转动惯量，J_c为单行星排中行星架的转动惯量，J₂为两档行星变速器之后的传动系统包括整车平移质量折算到输出轴上的等效转动惯量；N为单行星排中行星轮的个数；k为齿圈齿数与太阳轮齿数之比，m为行星轮的等效质量；r_c为行星轮的半径。

步骤二：采用状态方程的形式表示步骤一中所述的动力学模型

取x₁＝ω_t-ω_r,x₂＝T_m,x₃＝T_cl作为状态变量，作为控制变量，其中ω_r为齿圈的角速度；则步骤一中动力学模型的状态方程为：

$\stackrel{\·}{X}=\mathrm{AX}+\mathrm{BU}+V$

其中：

$A=\left[\begin{array}{ccc}0& \frac{a_{12}(J_{21}+J_{22})}{J_{11}{J}_{22}-J_{12}{J}_{21}}& \frac{-{a_{12}}^2(J_{11}+2J_{12}+J_{22})}{J_{11}{J}_{22}-J_{12}{J}_{21}}\\ 0& 0& 0\\ 0& 0& 0\\ & & \end{array}\right],X=\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ x_3\end{array}\right],B=\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 1& 0\\ 0& 1\end{array}\right],U=\left[\begin{array}{c}{u}_1\\ u_2\end{array}\right]$

$V=\left[\begin{array}{c}\frac{a_{12}(J_{11}+J_{21})}{J_{11}{J}_{22}-J_{12}{J}_{21}}{T}_f\\ 0\\ 0\\ \end{array}\right];$ V为干扰矩阵，由道路阻力矩决定，这里道路阻力矩包括滚动阻力矩、空气阻力矩、坡道阻力矩。

步骤三：构建二次性能指标函数

离合器分离期间，车辆的冲击度j和滑摩功W分别为：

$j=\frac{\mathrm{da}}{\mathrm{dt}}=\frac{r_w}{i_0}\frac{d^2{\mathrm{\ω}}_o}{{\mathrm{dt}}^2}=\frac{r_w}{i_0(J_{11}{J}_{22}-J_{21}{J}_{12})}\×[a_{12}(J_{11}+J_{21})u_2-J_{21}{u}_1]$

$W={\∫}_0^{t_m}{T}_{\mathrm{cl}}({\mathrm{\ω}}_t-{\mathrm{\ω}}_r)\mathrm{dt}={\∫}_0^{t_m}{x}_1{x}_3\mathrm{dt}$

其中：a为车辆加速度，r_w为车轮半径，i₀为两挡行星变速器7中主减速器的传动比。

选取换挡过程中，车辆的冲击度j和滑摩功W为综合控制目标，构建二次性能指标函数J：

$J=\frac{1}{2}{\∫}_0^{t_m}(\frac{\mathrm{dW}}{\mathrm{dt}}+\mathrm{\η}{j}^2)\mathrm{dt}$

为简化计算，去掉车辆的冲击度j中的常数项则简化后的二次性能指标函数J为：

$\begin{array}{c}J=\frac{1}{2}{\∫}_0^{t_m}\{x_1{x}_3+\mathrm{\η}{[a_{12}(J_{11}+J_{21})u_2-J_{21}{u}_1]}^2\}\mathrm{dt}\\ =\frac{1}{2}{\∫}_0^{t_m}(X^T{Q}_{1}X+U^T{Q}_{2}U)\mathrm{dt}\end{array}$

其中：t_m为离合器分离时间，η为冲击度权重系数，0＜η＜1；Q₁为状态加权矩阵，Q₂为控制矩阵；

$Q_1=\left[\begin{array}{ccc}0& 0& 0.5\\ 0& 0& 0\\ 0.5& 0& 0\end{array}\right],Q_2=\mathrm{\η}\left[\begin{array}{cc}{J}_{21}^2& 0\\ -2a_{12}(J_{11}+J_{21})J_{21}& a_{12}^2{(J_{11}+J_{21})}^2\end{array}\right]$

步骤四：采用线性二次型最优控制理论获得电机输出转矩T_m的最优轨迹和离合器摩擦力矩T_cl的最优轨迹

定义U＝-Q₂ ^-1B^T[P(t)X+M(t)v+h(t)]，由线性二次型最优控制理论有：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{P}=-\mathrm{PA}-A^{T}P+\mathrm{PB}{Q_2}^{-1}{B}^{T}P-Q_1\\ \stackrel{\·}{M}=\mathrm{PB}{Q_2}^{-1}{B}^{T}M-A^{T}M\\ \stackrel{\·}{h}=\mathrm{PB}{Q_2}^{-1}{B}^{T}h-A^{T}h-\mathrm{PV}\end{array}\right.$

通过以上矩阵微分方程，可以得到电机输出转矩T_m和离合器摩擦力矩T_cl的最优轨迹；

步骤五：获得换挡油压最优轨迹

根据离合器摩擦转矩与离合器油压的关系式：

$p=\frac{F_s}{A}-\frac{T_{\mathrm{cl}}}{\mathrm{A\μZ}}\frac{3({R_2}^2-{R_1}^2)}{2({R_2}^3-{R_1}^3)}$

即可得到离合器油压(换挡油压)的最优轨迹；

其中：p为离合器油压，单位为N，μ为离合器摩擦片的摩擦系数；Z为离合器摩擦副数；R₁、R₂为离合器摩擦副的内、外半径，单位为m；F_s为复位弹簧的作用力，单位为N；A为活塞面积，单位为m²。

基于此，车辆的换挡过程如图5所示，下述以车降挡为例，对其换挡过程进行详细介绍：

车辆按初始挡行驶后，车辆控制器(VCU)依据布置在车辆上的传感器，实时获得车速和油门开度，然后与车辆控制器(VCU)5内部存储的依据最佳效率所获得的如图6所示的换挡规律比对；若需要降挡，则进入离合器分离阶段。

在离合器分离阶段，电机控制器通过控制驱动电机降低离合器转矩；在该过程中车辆控制器依据换挡时的车速和油门开度对电机转矩最优轨迹和换挡油压最优轨迹进行插值计算；然后将插值计算后的换挡油压最优轨迹发送给换挡控制器，将插值计算后的电机转矩最优轨迹发送给电机控制器。换挡控制器控制换挡油压跟踪换挡油压最优轨迹，所述电机控制器控制电机输出转矩跟踪电机转矩最优轨迹。从而实现换挡过程中的动力系统的协调控制，直至离合器转矩为0。

离合器完全分离后，进入自由阶段。控制电机转矩，使齿圈转速达到设定范围，然后进入制动器结合阶段。

在制动器结合阶段，制动器转矩增加，在该过程中换挡控制器和电机控制器采用同样的方式跟踪换挡油压最优轨迹和电机转矩最优轨迹；直至齿圈转速为0；此时制动器结合，换挡过程结束。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于两挡变速电驱动系统的协调换挡控制方法，其特征在于，

所述两挡变速的电驱动系统包括：供电单元、电机控制器、电机、车辆控制器、换挡控制器和两挡行星变速器；

所述两挡行星变速器包括：变速器箱体、单行星排、组合式液压离合器/制动器、和换挡液压系统；所述组合式液压离合器/制动器包括离合器、制动器和液压油缸；所述离合器活塞和制动器活塞通过弹簧立柱刚性连接，弹簧立柱上套装有复位弹簧，制动器活塞与液压油缸活塞一体；

所述组合式液压离合器/制动器中，制动器的主动件与变速器箱体相连，从动件与单行星排的齿圈相连；离合器的主动件与电机输出轴相连，从动件与单行星排的齿圈相连；所述单行星排的行星架输出动力；

通过换挡液压系统控制组合式液压离合器/制动器中制动器和离合器的结合和分离完成换挡；当换挡油压在液压油缸活塞上的作用力能够克服复位弹簧的恢复力时，液压油缸活塞在换挡油压的作用下移动至其最大位移，此时制动器结合，离合器分离，两挡行星变速器处于低挡；当换挡油压不足以克服复位弹簧的恢复力时，在复位弹簧的作用下，液压油缸活塞回到其初始位置，此时制动器分离，离合器结合，两挡行星变速器处于高挡；

该系统的整体连接关系为：所述供电单元与电机控制器相连，所述电机控制器分别与电机和换挡控制器相连；所述电机的动力输出轴与单行星排的太阳轮相连；所述车辆控制器与供电单元、电机控制器以及换挡控制器之间通过总线相连；

所述车辆控制器用于向换挡控制器发送换挡指令；

所述换挡控制器接收到换挡指令后，控制换挡液压系统以实现换挡；同时调节换挡油压，跟踪换挡时换挡油压控制轨迹；

所述电机控制器控制电机的输出转矩，同时跟踪换挡时的电机转矩控制轨迹；

所述车辆控制器内预存有电机转矩最优轨迹和换挡油压最优轨迹，所述电机转矩最优轨迹和换挡油压最优轨迹的确定，以车辆的冲击度和滑摩功为综合控制指标，运用线性二次最优控制理论获得；

在换挡过程中，车辆控制器依据换挡时的油门开度和车速对电机转矩最优轨迹和换挡油压最优轨迹进行插值计算；然后将插值计算后的换挡油压最优轨迹发送给换挡控制器，将插值计算后的电机转矩最优轨迹发送给电机控制器；所述换挡控制器控制换挡油压跟踪换挡油压最优轨迹，所述电机控制器控制电机输出转矩跟踪电机转矩最优轨迹。

2.如权利要求1所述的两挡变速电驱动系统的协调换挡控制方法，其特征在于，

在以车辆的冲击度和滑摩功为综合控制指标时，所构建的二次性能指标函数J为：

$J=\frac{1}{2}{\∫}_0^{t_m}(\frac{dW}{dt}+{\mathrm{\ηj}}^2)dt$

其中：j为车辆的冲击度，W为车辆的滑摩功，t_m为离合器的分离或结合时间，η为冲击度权重系数，0＜η＜1。

3.如权利要求2所述的两挡变速电驱动系统的协调换挡控制方法，其特征在于，

为采用线性二次型最优控制理论获得电机转矩最优轨迹和换挡油压最优轨迹，建立两挡变速电驱动系统的动力学方程，通过状态变量和控制变量表述二次性能指标函数J：

$J=\frac{1}{2}{\∫}_0^{t_m}(X^T{Q}_{1}X+U^T{Q}_{2}U)dt$

其中Q₁为状态加权矩阵，Q₂为控制矩阵；

在离合器分离或结合阶段，取x₁＝ω_t-ω_r,x₂＝T_m,x₃＝T_cl作为状态变量，作为控制变量，则二次性能指标函数J中：ω_t为电机的输出角速度，ω_r为单行星排中齿圈的角速度；T_m为电机输出转矩，T_cl为离合器摩擦力矩；

在自由阶段，取x₁＝ω_r,x₂＝T_m作为状态变量，作为控制变量；则二次性能指标函数J中：U＝[u₁]；

在制动器结合或分离阶段，取x₁＝ω_r,x₂＝T_m,x₃＝T_br作为状态变量，作为控制变量，则二次性能指标函数J中：T_br为单行星排中齿圈的输出转矩。