CN105402395A - 一种新型无离合器、无同步器的自动变速器及其变速方法 - Google Patents

一种新型无离合器、无同步器的自动变速器及其变速方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种新型无离合器、无同步器的自动变速器及其变速方法，包括一档主动齿轮、二档主动齿轮、设置在一档主动齿轮和二档主动齿轮之间的结合齿轮、与一档主动齿轮啮合的一档从动齿轮、与二档主动齿轮啮合的二档从动齿轮、换挡控制电路、电动机控制器；一档主动齿轮、二档主动齿轮和结合齿轮上分别设有转速传感器，转速传感器用于测量对应齿轮的转速和相位并传送给换挡控制电路，换挡控制电路通过比较结合齿轮和换挡时结合齿轮将要结合的主动齿轮的转速差来调整结合齿轮的转速，直至转速差在设定范围内，并且结合齿轮和换挡时结合齿轮将要结合的主动齿轮的相位匹配时,驱动拔叉控制齿轮结合。

Description

一种新型无离合器、无同步器的自动变速器及其变速方法
技术领域
本发明涉及一种新型无离合器、无同步器的自动变速器及其变速方法，属于电动汽车控制技术领域。
背景技术
随着技术的发展，电动汽车的市场越来越大，对于电动汽车来说，一个传递效率高、易于操作，工作平稳的、使乘坐舒适的变速器是非常重要的。保守估计，一个好的变速器可以省电30%以上，并且还能扩大电动汽车的适应范围，增强电动汽车的爬坡能力，减少电机在超负荷状态下的耗电量并且改善电动汽车高速性能，减少电机和控制器高频工作的耗电量，提高工作效率，并且会在很大程度上降低电机和控制器的制造成本。
现有技术中，自动变速器采用液力耦合器，可以有较大的滑差率，所以换挡冲击小，可以降低顿挫感，但是由于滑差率较大，其传递效率也比较低；手动变速器大多采用干式离合器，其传动效率高，但不允许长时间半离合打滑，容易烧毁摩擦片，所以冲击力比较大，造成传动机构损坏，换挡之后容易出现顿挫感，让人乘坐不舒服；而机械式自动变速器（AMT）也存在换挡冲击大，顿挫感强，乘坐不舒服的问题；无级变速器（CVT）具有乘坐舒适，没有顿挫感的优点，也能根据发动机工作状况调整变速比，但是其动力传递效率降低，成本也比较高。因此，最理想的变速状态是通过调整加速踏板输出信号来控制电动机或发动机转速，使电动机或者是发动机的转速与车速匹配，来降低冲击力，但是上述方法难度较大，不利于降低驾驶难度，提高舒适性。基于以上原因，发明一种传递效率高、易于操作，工作平稳的、使乘坐舒适的变速器变得非常重要。
发明内容
本发明的一种电动汽车自动变速器，克服了现有技术存在的不足，提供了一种不需要离合器，不需要同步器，传递效率高、易于操作，工作平稳的多档自动变速器。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种新型无离合器、无同步器的自动变速器，包括一档主动齿轮、二档主动齿轮、设置在一档主动齿轮和二档主动齿轮之间的结合齿轮、换挡控制电路、电动机控制器；所述一档主动齿轮和二档主动齿轮与主动轴为间隙配合，所述结合齿轮与主动轴为花键配合，所述一档主动齿轮靠近所述结合齿轮一侧设有第一凸爪，所述二档主动齿轮靠近所述结合齿轮一侧设有第二凸爪，所述结合齿轮左右两侧与第一凸爪和第二凸爪对应位置设置有结合凸爪，所述结合齿轮可以在拔叉的驱动下，沿主动轴运动至与所述一档主动齿轮通过第一凸爪和结合凸爪的配合来结合，以及运动至与所述二档主动齿轮通过第二凸爪和结合凸爪的配合来结合；所述一档主动齿轮、所述二档主动齿轮、所述结合齿轮上分别在对应位置设有转速传感器，所述转速传感器用于测量对应齿轮的转速和相位并传送给所述换挡控制电路，所述换挡控制电路用于比较所述结合齿轮和将要换挡的主动齿轮的转速差和相位，当所述转速差在大于设定范围时，输出调速信号给所述电动机控制器来调整所述结合齿轮的转速，当所述转速差在设定范围内，并且所述结合齿轮和将要换挡的主动齿轮的相位匹配时，输出结合信号控制所述拔叉驱动所述结合齿轮与将要换挡的主动齿轮结合。
所述的一种新型无离合器、无同步器的自动变速器，还包括与所述一档主动齿轮啮合的一档从动齿轮和与所述二档主动齿轮啮合的二档从动齿轮，所述一档从动齿轮和所述二档从动齿轮与从动轴为固定配合。
所述换挡控制电路包括转速比较电路，相位比较电路，换挡操纵机构驱动电路；所述转速比较电路用于比较结合齿轮和将要换挡的主动齿轮上的转速传感器传来的两个脉冲信号的频率，并根据频率比较的结果输出不同调速信号给所述电动机控制器；所述相位比较电路用于比较结合齿轮和将要换挡的主动齿轮上的转速传感器传来的两个脉冲信号的相位，并将比较结果输出给换挡操纵机构驱动电路从而控制换挡操纵机构控制拔叉驱动结合齿轮，以及将比较结果输出给所述转速比较电路以控制转速比较电路的通断电。
所述转速比较电路包括频率测量电路和转速差运算放大器，所述相位比较电路包括相位比较器，延时电路和倒相电路，所述频率测量电路的两个信号输入端分别与结合齿轮上和将要换挡的主动齿轮上的转速传感器的信号输出端相连，所述频率测量电路的两个信号输出端分别与所述转速差运算放大器的两个信号输入端相连，所述转速差运算放大器的信号输出端与所述电动机控制器相连；所述相位比较器的两个信号输入端分别与结合齿轮上和将要换挡的主动齿轮上的转速传感器的信号输出端相连，所述相位比较器的信号输出端与所述延时电路的信号输入端相连，所述延时电路的信号输出端分为两路，一路经所述倒相电路与所述换挡操纵机构驱动电路相连，另一路与所述转速差运算放大器的电源输入端相连。
所述换挡控制电路还包括整形电路，所述整形电路位于结合齿轮上和将要换挡的主动齿轮上的转速传感器输出的脉冲信号进入所述频率测量电路以及所述相位比较电路之前，用于将所述脉冲传感信号整形为方波信号，并传送给所述频率测量转换电路和所述相位比较电路。
所述的一种新型无离合器、无同步器的自动变速器，还包括加速控制电路和用于测量车辆加速度量的加速度传感器，所述加速度传感器的信号输出端与所述加速控制电路的信号输入端连接，所述加速控制电路的信号输出端与所述转速差运算放大器的信号输出端连接后与所述电动机控制器相连，所述加速控制电路用于调整加速踏板输入的加速度量。
本发明还提出了一种新型无离合器、无同步器的自动变速器的变速方法，包括以下步骤：R1.将电动机断电或者发动机关闭节气门停止输出动力，使由电动机或发动机带动转动的结合齿轮离开档位主动齿轮；R2.换挡控制电路通电，转速传感器将包含结合齿轮和将要换挡的主动齿轮的转速和相位信息的脉冲信号传送给换挡控制电路；R3.换挡控制电路根据脉冲信号比较结合齿轮和将要换挡的档位齿轮的转速差，并根据转速差的大小自动调整调速信号并输出给电动机控制器，电动机控制器根据调速信号调整电动机或发动机转速，从而改变结合齿轮的转速直至转速差在设定范围内；R4.换挡控制电路根据脉冲信号比较结合齿轮和将要换挡的档位齿轮的相位，当结合齿轮和将要换挡的档位齿轮的相位匹配时，换挡控制电路输出控制信号给换挡操纵机构供电，由换挡操纵机构控制拔叉驱动结合齿轮沿轴向运动至与将要换挡的档位齿轮结合，同时换挡控制电路断电。
所述的一种新型无离合器、无同步器的自动变速器的变速方法，还包括以下步骤：结合齿轮与档位齿轮结合后，通过加速度传感器测量车辆的加速度值，并传送给加速控制电路，加速控制电路调整输给控制器的加速电信号并将变速器齿轮结合后车辆的加速值或者减速值限制在设定的范围内。
所述步骤R1之前还包括以下步骤：通过检测电动机的工作电流或者发动机节气门开度以判断电动机或者发动机的的负荷情况，决定变速器的变速比，或者，通过换挡杆的位置开关决定变速器的变速比。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、通过对转速差值的测量和比较以及相位的比较从而自动的和主动的调整变速器需要结合齿轮的转速及相位（或者是齿轮的角度），从而在不需要离合器、同步器并且在不需要人为操纵的情况下实现自动换挡；
2、换挡时,两个齿轮的结合没有冲击力，从而保护了电机和传动机构，可以延长车辆的寿命；
3、通过对齿轮的相位检测，缩短了电动机转速达到与变速器转速匹配所需要的时间，即缩短了换挡时间。
附图说明
图1为本发明的电动汽车自动变速器具有两档变速器时的机械结构图；
图2为本发明的电动汽车自动变速器的一个实施例的换挡控制电路的电路简图；
图3为本发明的电动汽车自动变速器的另一个实施例的换挡控制电路的电路简图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，为本发明的电动汽车自动变速器具有两档变速器时的机械结构图。图中，1为主动轴，2为轴承，11为从动轴，12为从动轴承，一档主动齿轮3与主动轴1为间隙配合，一档主动齿轮3的右侧设有凸爪301，凸爪301对应方向上安装有转速传感器302，一档从动齿轮4与一档主动齿轮3啮合；二档主动齿轮8与主动轴1为间隙配合，二档主动齿轮8上左侧设有凸爪801，凸爪801对应方向上安装有转速传感器802，二档从动齿轮9与二档主动齿轮8啮合；二档从动齿轮9和一档从动齿轮4与从动轴11为固定配合；结合齿轮5与主动轴1为花键配合，结合齿轮5设置在一档主动齿轮与二档主动齿轮之间，结合齿轮5左右两侧对应的位置，设置有可以和分别与凸爪301和凸爪801配合的凸爪501，结合齿轮一端固定连接有拔叉7，拔叉7可以在换挡操纵机构的驱动下沿着与主动轴平行的拔叉轴6左右运动；因此，结合齿轮5可以在拔叉7的驱动下向左运动至与一档主动齿轮3结合，也可以在拔叉7的驱动下向右运动至与二档主动齿轮8结合，此外，结合齿轮5的凸爪501上还安装有转速传感器502，转速传感器302，502和802用于测量对应齿轮的转速和相位。
上述两档变速器的动力传输路线为：
1）空档：结合轮5保持在中间位置，电动机动力传输给主动轴1，主动轴1通过花键带动结合齿轮5转动，由于结合齿轮5不与任一主动齿轮结合，变速器处于空转状态；
2）一档：结合齿轮5由拔叉7驱动，向左运动至与一档主动齿轮3结合，电动机动力传输给主动轴1，主动轴1通过花键带动结合齿轮5转动，结合齿轮5通过凸爪501和凸爪301的配合，带动一档主动齿轮3转动，一档主动齿轮带动与之啮合的一档从动齿轮4转动，一档从动齿轮4带动与之固定连接的从动轴11转动，二档从动齿轮9也随从动轴11转动，从而带动与之啮合的二档主动齿轮8转动；
3)二档：结合齿轮5由拔叉7驱动，向右运动至与二档主动齿轮8结合，电动机动力传输给主动轴1，主动轴1通过花键带动结合齿轮5转动，结合齿轮5通过凸爪501和凸爪801的配合，带动二档主动齿轮8转动，二档主动齿轮带动与之啮合的二档从动齿轮9转动，二档从动齿轮4带动与之固定连接的从动轴11转动，一档从动齿轮9也随从动轴11转动，从而带动与之啮合的一档主动齿轮3转动。
换挡时，两个齿轮的结合是通过各自的凸爪结合来实现的，当两个齿轮在凸爪的相位冲突的情况下进行结合时，会导致打齿问题。而转速传感器与相应齿轮的凸爪对应，而凸爪在齿轮上的位置是固定的，转速传感器输出的每个脉冲信号起点均与该齿轮的同一转角（相位）对应，因此，可以通过比较要结合的两个齿轮对应脉冲信号的相位来比较要结合的两个齿轮的相位，通过比较脉冲信号的相位情况，可以实现在齿轮的相位不冲突（即相位匹配）的情况下进行结合，从而避免打齿。
本发明的电动汽车自动变速器的电路部分包括换挡控制电路和电动机控制器，换挡控制电路用于通过比较结合齿轮5和换挡时结合齿轮将要结合的主动齿轮的转速差，调整结合齿轮5的转速，使结合齿轮5的转速与其将要结合的主动齿轮的转速匹配，即结合齿轮5与其将要结合的齿轮的转速差在设定范围内，同时，为了避免两个齿轮上的凸爪结合时，由于相位冲突而会产生的打齿问题，换挡控制电路还用于比较将要结合的两个齿轮的相位，当两个齿轮的转速差在设定范围内，并且相位不冲突（即相位匹配）时，给换挡操纵机构通电，换挡操纵机构通电后，控制拔叉7驱动结合齿轮5与将要换挡的主动齿轮结合。
本发明的电动汽车自动变速器的电路部分的一个实施例如图2所示。首先由电动机控制器的电流传感器输出的电流信号经过下限比较器A3比较后输出升档信号，或者电动机控制器的电流传感器输出的电流信号经过上限比较器A4比较后输出降档信号；或者由驾驶员操纵换挡杆经过档位开关输出的换挡信号经过三极管Q2或三极管Q3放大后驱动换挡操纵机构，换挡操纵机构驱动拨叉，进而拔叉驱动结合齿轮完成换挡过程。当电动机的工作电流大于设定值即电动机工作负荷大时自动降低档位，增大减速比，就降低了电动机的负荷增大了输出扭矩，当电动机工作电流低于设定值时即电动机工作负荷轻就自动升档，减小减速比，就提高了变速器的输出转速，也就调高了车速。
如图2所示，本实施例的换挡控制电路包括转速比较电路，转速比较电路包括整形电路，频率测量电路，转速差运算放大器A1，其中，结合齿轮上和将要换挡的主动齿轮上的转速传感器的信号输出端与整形电路相连，传感器输出脉冲信号A，B经过整形后变为方波信号，频率测量电路的两个信号输入端分别与整形电路的两个信号输出端相连，频率测量电路的两个信号输出端分别与转速差运算放大器的两个信号输入端相连，转速差运算放大器的输出信号经限流电阻R2后与电动机控制器相连；整形电路输出的方波信号A’、B’经频率测量电路测量后，由转速差运算放大器比较放大后经过限流电阻R2，通过吸收或输出电流的方式影响或调整加速踏板输给电动机控制器的调速信号，测量齿轮转速的脉冲信号调整或影响加速踏板输给电动机控制器调速信号的方法为:当脉冲信号A（对应主动齿轮）的频率大于脉冲信号B（对应结合齿轮）的频率，转速差运算放大器A1输出电流，从而推高O点的电压，进而提高电动机的转速，当脉冲信号A的频率小于脉冲信号B的频率，转速差运算放大器A1吸收电流从而拉低O点的电压，进而降低电动机的转速，当两路信号频率相同时频率运算放大器停止影响O点的电压，从而不改变电动机的转速。转速差运算放大器A1的信号输出还通过反馈电阻R4反馈到转速差运算放大器A1的负信号输入端，从而使转速差运算放大器A1的工作稳定。
此外，转速传感器均安装在凸爪对应位置上，转速传感器输出的每个脉冲信号起点均与该齿轮的同一转角对应，而凸爪在齿轮上的位置是固定的，因此，可以通过比较要结合的两个齿轮对应脉冲信号的相位（也就是齿轮的相位），在它们的相位不冲突（即齿轮的相位匹配）时进行结合来避免打齿，因此，本实施例的换挡控制电路还包括相位比较电路和换挡操纵机构驱动电路；其中，相位比较电路包括相位比较器，延时电路，倒相电路，换挡操纵机构驱动电路；方波信号A’和B’分别输入相位比较器的两个信号输入端，相位比较器的信号输出端与延时电路的信号输入端相连，延时电路的信号输出端分为两路，一路经限流电阻R5和三极管Q1放大后，与转速差运算放大器A1的电源输入端相连。相位比较器用于比较这两个脉冲信号的相位，相位比较器可以由异或门实现，信号A’和B’同高同低时，相位比较器输出低电平，反之输出高电平，高电平信号经过延时电路之后，可以给转速比较电路中的转速放大器供电；另一路经倒相电路后与换挡操纵机构驱动电路相连，当两路信号同步也就是齿轮凸爪不冲突时，倒相电路输出高电平驱动换挡操纵机构驱动电路，从而给换挡操纵机构供电，换挡操纵机构驱动拔叉使齿轮结合。
本实施例中，频率测量电路可以为频率转换电压电路，转速差运算放大器可以为电压比较电路，相位比较器可以为异或门，换挡操纵机构驱动电路的驱动方式可以为电磁驱动，也可以为液力驱动。
以由一档变为二档为例，本实施例的电动汽车自动变速器的换挡过程为：结合齿轮5在拔叉7的驱动下向右运动至空挡，换挡控制电路启动，转速传感器测量将要换挡的二档主动齿轮8和结合齿轮5的转速和相位得到脉冲信号A、B，脉冲信号A、B经整形电路后各分两路传输给相位比较器和频率测量电路，与频率测量电路连接的转速运算放大器比较结合齿轮5和二档主动齿轮上8的转速差，当脉冲信号A（对应主动齿轮）的频率大于脉冲信号B（对应结合齿轮）的频率，转速差运算放大器A1输出电流，从而推高A点的电压，进而提高电动机的转速，当脉冲信号A的频率小于脉冲信号B的频率，转速差运算放大器A1吸收电流从而拉低A点的电压，进而降低电动机的转速，当两路信号频率相同时频率运算放大器停止影响O点的电压，从而不改变电动机的转速。同时，当脉冲信号A、B不同步时，相位比较器输出高电平，高电平信号经过延时电路，限流电阻R5和三极管Q1之后，可以给转速比较电路中的转速比较放大器供电，当脉冲信号A、B同步，也就是齿轮凸爪不冲突时，倒相电路输出高电平驱动换挡操纵机构驱动电路，从而给换挡操纵机构供电，换挡操纵机构驱动拔叉使结合齿轮5与换挡主动齿轮8结合，同时停止为转速差运算放大器供电，换挡控制电路停止工作。结合齿轮带动二档主动齿轮8转动，二档主动齿轮8带动与之啮合的二档从动齿轮9转动，二档从动齿轮9带动从动轴11转动，则换挡完成。此外，上述换挡过程开始前，可以先停止电动机工作，使结合齿轮与前一档齿轮分开后，即结合齿轮运动至空挡后再为电动机供电。
本发明通过检测换挡时将要结合的两个齿轮的相位和转速，即检测结合齿轮和将要换挡的主动齿轮的相位和转速，并根据检测值调整电动机的转速，使将要结合的两个齿轮只有在转速匹配，相位相同的情况下才能结合从而实现换挡，避免了齿轮结合时的打齿现象，并且降低了变速过程中的顿挫感。
本实施例还包括用于测量车辆加速度量的加速传感器和加速控制电路，如图2所示，加速度传感器的信号C输入运算放大器A2，运算放大器A2另一个信号输入端与变阻器RP1的滑动变阻端相连，变阻器RP1的一端接电源，另一端接地，运算放大器A2输出端经电阻R3后与限流电阻R2的输出端（即O点）连接，加速踏板信号通过电阻R1后与限流电阻R2的输出端（即O点）连接。结合齿轮与换挡要结合的主动齿轮结合后，加速度传感器测量车辆的加速度量，经运算放大器A2与电位器RP1设定的输出电压（即加速度量的设置）的比较，当驾驶员通过加速踏板输出的信号要求的电机转速与车辆平稳行驶所需要的转速存在比较大的差距（即车辆出现比较快的加速或者减速）时，加速度传感器输出的信号经过与RP1设定的电压值进行比较放大后，通过吸收或者输出电流的方式影响加速踏板输给电动机控制器的调速信号，进而调整电动机的转速，从而将车辆的瞬时加速或者瞬时减速的量限制在设定的范围内，因此，也就降低了车辆在变速器齿轮结合后，由于驾驶员通过加速踏板输出信号要求电机转速与车辆平稳行驶所需要转速差距大而引起的顿挫感，提高了乘坐的舒适性。同时，车辆在换挡过程中，以及换挡完成前后，都不需要人工调整加速踏板，即可以在不调整踏板的情况下实现平稳换挡。
此外，上述转速传感器可以为磁电转速传感器，磁电式转速传感器的工作维护成本较低，运行过程无需供电，完全是靠磁电感应来实现测量，同时磁电式转速传感器的运转也不需要机械动作，无需润滑。磁电式转速传感器的结构紧凑、体积小巧、安装使用方便，可以和各种二次仪表搭配使用。
本发明还提出了一种电动汽车自动变速方法，包括以下步骤：
R1.将电动机断电或者发动机关闭节气门停止输出动力，使由电动机或发动机带动转动的结合齿轮离开档位主动齿轮；
R2.换挡控制电路通电，转速传感器将包含结合齿轮和将要换挡的档位齿轮的转速和相位信息的脉冲信号传送给换挡控制电路；
R3.换挡控制电路根据脉冲信号比较结合齿轮和将要换挡的档位齿轮的转速差，并根据转速差的大小输出调速信号给电动机控制器，电动机控制器根据调速信号调整电动机或发动机转速，从而改变结合齿轮的转速直至转速差在设定范围内；
R4.换挡控制电路根据脉冲信号比较结合齿轮和将要换挡的档位齿轮的相位，当结合齿轮和将要换挡的档位齿轮的相位匹配时，换挡控制电路输出控制信号给换挡操纵机构供电，由换挡操纵机构控制拔叉驱动结合齿轮沿轴向运动至与将要换挡的主动齿轮结合，同时换挡控制电路断电。
本发明提出的自动变速方法，还包括以下步骤：结合齿轮与档位齿轮结合后，通过加速度传感器测量车辆的加速度值，并传送给加速控制电路，加速控制电路调整输给控制器的加速电信号并将变速器齿轮结合后车辆的加速或者减速值限制在设定的范围内。
此外，步骤R1之前还包括以下步骤：通过检测电动机的工作电流或者发动机节气门开度以判断电动机或者发动机的的负荷情况，决定变速器的变速比，或者，通过换挡杆的位置开关决定变速器的变速比。
此外，转速传感器测量转速的档位齿轮根据实际情况，当结合齿轮安装在主动轴上时,上述档位齿轮为主动齿轮,当结合齿轮安装在主动轴上时，上述档位齿轮为从动齿轮。
本发明的自动变速器的换挡控制电路的另一个实施例如图3所示，图3为微电脑处理器控制的原理图。换挡时要结合的主动齿轮和结合齿轮上的传感器输出脉冲信号A、B经过整形电路整形为方波信号后分为两路，一路信号分别送至处理器a、b端口，进行频率比较，另一路信号送至处理器c、d端口，进行相位比较。加速度传感器的输出信号经过比较设定值并放大后送至处理器e端口，处理器的f、g端口是输出端口经过三极管放大后用来驱动换挡操纵机构。处理器的h端口接收电动机的工作电流信号，处理器i端口输出给电动机控制器的调速信号，处理器的j端口接收加速踏板的信号。处理器k、l端口为换挡杆位置开关，驾驶员可以通过换挡杆位置开关输出升档或降档指令。本实施例的信号处理流程与图2相同，在此不做赘述。
虽然形式不同，但本实施例的集成芯片的电路功能与前一实施例相同，即在输入的两个转速传感器信号的相位和转速均匹配的条件下，通过端口f、g输出来驱动换挡操纵机构。同时，也通过加速度传感器测量加速踏板输入的加速度量，利用加速控制电路对加速踏板输入的加速度量进行调整，直至加速度量在设定范围内才允许加速。
上面仅对两档变速器的机械结构和电路做了描述，结合上述说明，本领域普通技术人员很容易实现三档，四档甚至更多档的自动变速器，以三档变速器为例，还包括三档主动齿轮、三档从动齿轮、第二结合齿轮，其中，三档主动齿轮和从动齿轮与一档或二档主动齿轮和从动齿轮的在结构中的连接方式相同，第二结合齿轮与结合齿轮在结构中的连接方式相同，即：第二结合齿轮与主动轴为花键配合，三档主动齿轮与主动轴为间隙配合，三档从动齿轮与三档主动齿轮啮合，三档主动齿轮靠近第二结合齿轮一侧设有第三凸爪，第二结合齿轮靠近三档主动齿轮一侧设有第二结合凸爪，第二结合齿轮可以在拔叉的驱动下沿轴向运动至与三档主动齿轮通过第三凸爪和第二结合凸爪的配合来结合，三档从动齿轮与从动轴固定配合。此外，三档主动齿轮、第二结合齿轮上也分别在凸爪位置设有转速传感器。若换挡到一档或二档，控制电路用于通过比较结合齿轮和（一档或二档）主动齿轮的转速差来调整结合齿轮的转速；若换到三档，控制电路用于通过比较第二结合齿轮和三档主动齿轮的转速差来调整第二结合齿轮的转速，直至所述转速差在设定范围内，并且要结合的两个齿轮的相位匹配时输出结合信号给所述电动机控制器。
对于四档变速器，还包括四档主动齿轮，四档从动齿轮，其中，四档主动齿轮和从动齿轮与一档或二档主动齿轮和从动齿轮的在结构中的连接方式相同，第二结合齿轮与结合齿轮在结构中的连接方式相同，即：第二结合齿轮设置在所述三档主动齿轮和所述四档主动齿轮之间，四档主动齿轮与主动轴为间隙配合，四档从动齿轮与四档主动齿轮啮合，四档主动齿轮靠近第二结合齿轮一侧设有第四凸爪，第二结合齿轮左右两侧与第三凸爪和第四凸爪对应位置设置有第二结合凸爪，第二结合齿轮可以在拔叉的驱动下沿轴向运动至与三档主动齿轮通过第三凸爪和第二结合凸爪的配合来结合，以及运动至与四档主动齿轮通过第四凸爪和第二结合凸爪的配合来结合；四档从动齿轮与从动轴固定配合，四档主动齿轮在第四凸爪的位置上设有转速传感器，若换挡到一档或二档，换挡控制电路用于通过比较结合齿轮和（一档或二档）主动齿轮的转速差来调整结合齿轮的转速；若换到三档或四档，控制电路用于通过比较第二结合齿轮和（三档或四档）主动齿轮的转速差来调整第二结合齿轮的转速，直至两个将要结合的齿轮的转速差在设定范围内，并且要结合的两个齿轮的相位匹配时输出结合信号给电动机控制器。
本发明通过对换挡时需要结合的两个齿轮的相位和转速进行检测，并根据检测值调整电动机的转速，从而使将要结合的两个齿轮的转速匹配，并且使电动机在将要结合的两个齿轮的转速匹配，相位相同的情况下实现换挡，具有以下有益效果：（1）换挡时，两个齿轮的结合没有冲击力，从而保护了电机和传动机构，可以延长车辆的寿命；（2）通过对齿轮的相位检测，缩短了电动机转速达到与变速器转速匹配所需要的时间，即缩短了换挡所需时间。此外，在换挡完成后，还通过加速度传感器测量车辆的加速度量，并反馈到加速控制电路，通过加速控制电路调整反馈到电动机控制器上的加速度量，从而使车辆的加速度量控制在一定范围（可以设定）内，因此，还可以使车辆行驶平稳，提高了乘坐舒适度。
上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。例如，转速传感器可以安装在与凸爪对应的位置上，也可以安装在可以实现其测定相应齿轮转速的功能的任何位置。

Claims (9)

1.一种新型无离合器、无同步器的自动变速器的变速方法，其特征在于：包括以下步骤：
R1.将电动机断电或者发动机关闭节气门停止输出动力，使由电动机或发动机带动转动的结合齿轮离开档位主动齿轮；
R2.换挡控制电路通电，转速传感器将包含结合齿轮和将要换挡的主动齿轮的转速和相位信息的脉冲信号传送给换挡控制电路；
R3.换挡控制电路根据脉冲信号比较结合齿轮和将要换挡的档位齿轮的转速差，并根据转速差的大小自动调整调速信号并输出给电动机控制器，电动机控制器根据调速信号调整电动机或发动机转速，从而改变结合齿轮的转速直至转速差在设定范围内；
R4.换挡控制电路根据脉冲信号比较结合齿轮和将要换挡的档位齿轮的相位，当结合齿轮和将要换挡的档位齿轮的相位匹配时，换挡控制电路输出控制信号给换挡操纵机构供电，由换挡操纵机构控制拔叉驱动结合齿轮沿轴向运动至与将要换挡的档位齿轮结合，同时换挡控制电路断电。
2.根据权利要求1所述的一种新型无离合器、无同步器的自动变速器的变速方法，其特征在于：还包括以下步骤：结合齿轮与档位齿轮结合后，通过加速度传感器测量车辆的加速度值，并传送给加速控制电路，加速控制电路调整输给控制器的加速电信号并将变速器齿轮结合后车辆的加速值或者减速值限制在设定的范围内。
3.根据权利要求1所述的一种新型无离合器、无同步器的自动变速器的变速方法，其特征在于：所述步骤R1之前还包括以下步骤：通过检测电动机的工作电流或者发动机节气门开度以判断电动机或者发动机的的负荷情况，决定变速器的变速比,或者,通过换挡杆的位置开关决定变速器的变速比。
4.一种新型无离合器、无同步器的自动变速器，其特征在于：包括一档主动齿轮、二档主动齿轮、设置在一档主动齿轮和二档主动齿轮之间的结合齿轮、换挡控制电路、电动机控制器；
所述一档主动齿轮和二档主动齿轮与主动轴为间隙配合，所述结合齿轮与主动轴为花键配合，所述一档主动齿轮靠近所述结合齿轮一侧设有第一凸爪，所述二档主动齿轮靠近所述结合齿轮一侧设有第二凸爪，所述结合齿轮左右两侧与第一凸爪和第二凸爪对应位置设置有结合凸爪，所述结合齿轮可以在拔叉的驱动下，沿主动轴运动至与所述一档主动齿轮通过第一凸爪和结合凸爪的配合来结合，以及运动至与所述二档主动齿轮通过第二凸爪和结合凸爪的配合来结合；
所述一档主动齿轮、所述二档主动齿轮、所述结合齿轮上分别在对应位置设有转速传感器，所述转速传感器用于测量对应齿轮的转速和相位并传送给所述换挡控制电路，所述换挡控制电路用于比较所述结合齿轮和将要换挡的主动齿轮的转速差和相位，当所述转速差在大于设定范围时，输出调速信号给所述电动机控制器来调整所述结合齿轮的转速，当所述转速差在设定范围内，并且所述结合齿轮和将要换挡的主动齿轮的相位匹配时，输出结合信号控制所述拔叉驱动所述结合齿轮与将要换挡的主动齿轮结合。
5.根据权利要求4所述的一种新型无离合器、无同步器的自动变速器，其特征在于：还包括与所述一档主动齿轮啮合的一档从动齿轮和与所述二档主动齿轮啮合的二档从动齿轮，所述一档从动齿轮和所述二档从动齿轮与从动轴为固定配合。
6.根据权利要求4所述的一种新型无离合器、无同步器的自动变速器，其特征在于：所述换挡控制电路包括转速比较电路，相位比较电路，换挡操纵机构驱动电路；所述转速比较电路用于比较结合齿轮和将要换挡的主动齿轮上的转速传感器传来的两个脉冲信号的频率，并根据频率比较的结果输出不同调速信号给所述电动机控制器；
所述相位比较电路用于比较结合齿轮和将要换挡的主动齿轮上的转速传感器传来的两个脉冲信号的相位，并将比较结果输出给换挡操纵机构驱动电路从而控制换挡操纵机构控制拔叉驱动结合齿轮，以及将比较结果输出给所述转速比较电路以控制转速比较电路的通断电。
7.根据权利要求6所述的一种新型无离合器、无同步器的自动变速器，其特征在于：所述转速比较电路包括频率测量电路和转速差运算放大器，所述相位比较电路包括相位比较器，延时电路和倒相电路，所述频率测量电路的两个信号输入端分别与结合齿轮上和将要换挡的主动齿轮上的转速传感器的信号输出端相连，所述频率测量电路的两个信号输出端分别与所述转速差运算放大器的两个信号输入端相连，所述转速差运算放大器的信号输出端与所述电动机控制器相连；
所述相位比较器的两个信号输入端分别与结合齿轮上和将要换挡的主动齿轮上的转速传感器的信号输出端相连，所述相位比较器的信号输出端与所述延时电路的信号输入端相连，所述延时电路的信号输出端分为两路，一路经所述倒相电路与所述换挡操纵机构驱动电路相连，另一路与所述转速差运算放大器的电源输入端相连。
8.根据权利要求6所述的一种新型无离合器、无同步器的自动变速器，其特征在于：所述换挡控制电路还包括整形电路，所述整形电路位于结合齿轮上和将要换挡的主动齿轮上的转速传感器输出的脉冲信号进入所述频率测量电路以及所述相位比较电路之前，用于将所述脉冲传感信号整形为方波信号,并传送给所述频率测量转换电路和所述相位比较电路。
9.根据权利要求6所述的一种新型无离合器、无同步器的自动变速器，其特征在于：还包括加速控制电路和用于测量车辆加速度量的加速度传感器，所述加速度传感器的信号输出端与所述加速控制电路的信号输入端连接，所述加速控制电路的信号输出端与所述转速差运算放大器的信号输出端连接后与所述电动机控制器相连，所述加速控制电路用于调整加速踏板输入的加速度量。
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Termination date: 20181224

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