CN107199915B - 一种纯电动车辆换挡系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纯电动车辆换挡系统，包括控制单元，驱动电机，压力控制回路；所述压力控制回路包括直通阀、换向阀，所述直通阀与换向阀连接，所述换向阀与若干气缸连接；每个气缸分别与一个离合器连接；所述驱动电机通过离合器与车辆传动系统连接。解决电动汽车换挡的问题。

Description

一种纯电动车辆换挡系统

技术领域

本发明涉及电动汽车控制领域，尤其涉及一种纯电动车辆的多功能换挡系统。

背景技术

相对于混合动力汽车和燃料电池汽车，纯电动汽车以电动机代替燃油机，噪音低、无污染，电动机、油箱及传动系统少占的空间和重量可用以补偿电池的需求；且因使用单一的电能源，电控系统相比混合电动车大为简化，电动汽车较内燃机汽车结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小；纯电动车省去了油箱、发动机、冷却系统和排气系统，相比传统汽车的内燃汽油发动机动力系统，纯电动车能量转换效率更高，纯电动汽车应是大力推广的发展方向。

目前大部分电动车传动部分只装配单级减速箱，这使电动机长期处于临界点运转，降低了动力的输出的效率；单级减速箱不利于车辆的经济性与舒适性，并且单级减速箱一般采用大减速比，造成车辆长期处于较高的转速临界点，经济性不高；多挡位变速箱相比固定挡位对动力输出的损耗更小，能大幅度提升电动机的动力输出效率，如果能匹配一个速比范围合理的多挡变速箱，来优化电动机动力输出特性，将会大幅提升经济性和动力性，降低电池损耗，增加电池的续航里程。而多挡位自动变速箱的换挡冲击和动力中断恰是自动变速箱的技术难点。

发明内容

本发明要解决的技术问题纯电动车辆无中断换挡系统，在于提供一种，解决电动汽车换挡的问题。

本发明是这样实现的：一种纯电动车辆换挡系统，包括控制单元，驱动电机，压力控制回路；所述压力控制回路包括直通阀、换向阀，所述直通阀与换向阀连接，所述换向阀与若干气缸连接；每个气缸分别与一个离合器连接；所述驱动电机通过离合器与车辆传动系统连接；

所述控制单元用于接收车辆输入指令、还用于向驱动电机、直通阀、换向阀输出控制指令。

具体地，所述气缸为两个，分别与换向阀通气连接。

进一步地，还包括气源、过滤器，所述气源与过滤器的进端连接，所述过滤器的出端与直通阀连接。

具体地，还包括消音器，所述消音器与换向阀连接，所述消音器设置于换向阀的泄压端。

优选地，所述控制单元还用于控制在零时刻开启换向阀连通第二气缸的通路，闭合连通第一气缸的通路，将直通阀置低电平，设置驱动电机转矩值为油门踏板值；在第一预设时刻将直通阀置高电平，将电机的转矩设定为第一预设值；在第二预设时刻进行直通阀的脉冲宽度调制；在第三预设时刻将直通阀置低电平，并降低电机的转矩至第二预设值，还进行判断步骤，判断转速信号是否达到第三预设值，是则开始完成转速交换；在第四预设时刻将直通阀置高电平。

进一步地，所述控制单元还用于设置所述零时刻、第一预设时刻、第二预设时刻、第三预设时刻、第四预设时刻之间的时间间隔为3:1:3:4。

本发明具有如下优点：通过控制器控制直通阀、换向阀进行开关及通路切换，能够控制气缸内的压力对离合器的结合程度进行控制，通过实验确定的预设操作方法，能够实现在电动汽车切换挡位的效果，并且在切换过程中无任何动力中断或动力冲击感。

附图说明

图1为本发明所述的纯电动车量换挡系统示意图；

图2为本发明正转矩升挡方法参数变换示意图；

图3为本发明正转矩升挡方法流程图；

图4为本发明负转矩降挡方法参数变换示意图；

图5为本发明负转矩降挡方法流程图。

附图标记说明：

1、气源；

2、过滤器；

3、直通阀；

4、消音器；

5、消音器；

6、换向阀；

7、第一气缸；

8、第二气缸。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，本发明一种纯电动车辆2挡自动变速箱换挡系统，纯电动车辆换挡系统，包括控制单元，驱动电机，压力控制回路；所述压力控制回路包括直通阀、换向阀，所述直通阀与换向阀连接，所述换向阀与若干气缸连接；每个气缸分别与一个离合器连接；所述驱动电机通过变速箱与车辆传动系统连接；

所述控制单元用于接收车辆输入指令、还用于向驱动电机、直通阀、换向阀输出控制指令。在一些优选的实施例中，换挡系统包括TCU(自动变速箱控制单元)一挡离合器，二挡离合器。还选用三位五通换向阀作为选挡电磁阀，执行挡位选择指令，还选用两位两通直通阀作为换挡过程控制阀，控制离合器结合。该系统TCU接收油门、刹车开度信号、输出转速信号，判断换挡时机，向驱动电机、压力控制回路发送换挡控制信号。驱动电机接收TCU信号，执行换挡工况，压力控制回路接收TCU信号，执行换挡逻辑指令，推动气缸锁止离合器，完成换挡。通过上述方案，能够使得电动车辆在需要切换转矩时有足够的动力输出，并且在切换转矩时不会有动力输出不稳导致终端或冲击感的问题。其中：1、驱动电机需求转矩由各挡位离合器摩擦片转矩容量计算获得，在实验室标定修正后，最终确定；2、离合器控制压力C1、C2，换挡延时时间t(t0～t5)，PWM电磁阀脉冲宽度控制参数由电磁阀CV值(流量系数)、离合器摩擦片自由间隙、离合器摩擦片转矩容量、气缸承压面积等参数计算获得，在实验室标定修正后，最终确定。

在其他一些实施例中，所述气缸为两个，分别与换向阀通气连接。当然，气缸与离合器可以设置为多组，满足多挡位控制的需要。

另一些实施例中，为了更好地对直通阀进行供气，还包括气源、过滤器，所述气源与过滤器的进端连接，所述过滤器的出端与直通阀连接。通过上述设置达到了更好地供气的技术效果。

优选的实施例中，还包括消音器，所述消音器与换向阀连接，所述消音器设置于换向阀的泄压端。换向阀在换挡过程中需要对气缸进行泄压的时候，消音器能够很好地减少本装置的工作噪音，解决工作噪音过大的问题。

在某些实施例中，还包括正转矩升挡方法，本方法适用于换向阀联通两挡离合器的气动电动车换挡系统。所述升挡方法包括步骤，(见图3)：TCU判断油门开度、刹车开度、变速箱输出转速、当前挡位等信号达到预设值，进入正转矩升挡模式。其中，A为第一离合器通路，值为1时为开启；B为第二离合器通路，值为1时为开启；C为直通阀状态，1位开启，百分数为占空比；T为电机输出转矩值；n为电机转速。换挡过程：(1)、t0时刻进入换挡模式，进行步骤：换向阀置二挡工作位，即连通第二气缸的通路开启，连通第一气缸的通路闭合，并将直通阀置低电平；上述步骤之后第一离合器控制压力C1快速下降，此时设置驱动电机转矩值设置为与油门踏板值一致，并延时至t1；(2)、t1时刻将直通阀置高电平，此时第二离合器的控制压力C2快速上升，此时将转矩值设定为第一预设值，如400Nm，延时至t2；(3)、t2时刻，进行直通阀PWM脉冲宽度调制，此时占空比可以设置为20％，第二离合器控制压力C2缓慢上升，此时第一离合器已经慢慢脱离，随即能够实现第一、第二离合器的转矩交换，通过对直通阀进行脉冲宽度调制能够降低换挡过程中的冲挡感觉，提高用户驾驶的舒适性，本步骤延时至t3；(4)t3时刻，进行步骤，将直通阀置低电平，此时第二离合器控制压力C2恒定，并降低电机的转矩，可以设置为100Nm，驱动电机提供驱动力矩，此时电机转速快速下降，TCU进行接收判断步骤，当判断转速信号n达到预设值，例如在一些优选的实施例中设置为1900r/min，开始完成转速交换，进入下一阶段；(5)、t4时刻，再进行步骤，将直通阀置高电平，此时第二离合器控制压力C2快速上升，驱动电机转矩上升至图中的预设值，换挡结束。通过上述设计，能够使得在电动车辆在使用气动驱动系统时，从图2中可以看出，在第一离合器即将泄压完毕时进行第二离合器的升压及接入，才可以实现舒适的无中断、无冲击的换挡操作，达到提升用户换挡体验的效果。

在一些具体的实施例中，上例步骤中的第一预设值可以为300Nm、400Nm、500Nm，优选为400Nm，在t3时刻降低电机转矩时可以设置为80Nm、100Nm或120Nm，优选为100Nm，判断步骤在判断转速信号n达到预设值时，预设值可以选择1700r/min、1900r/min或2100r/min，优选为1900r/min。上述实施例能够更好地进行在第一离合器、第二离合器之间进行平稳过渡，达到舒适无中断、无冲击换挡的效果。通过修改上述的预设值，调整不同时刻的转矩、转速，电动汽车能够不同的挡位之间进行切换，例如相当于一挡升二挡、二挡升三挡、三挡升四挡等等。

为了更好地实现气动纯电动换挡系统的功能，本方法还包括特征：t0至t1、t0至t2、t0至t3、t0至t4之间的时间间隔比为3:4:7:11。具体地，从t0开始进行变化换挡的方法步骤，其间所需要的具体时间由于实际采用的直通阀、换向阀的压力阈值、气门大小决定的泄压快慢而决定，阅读过本说明书的读者都可以针对实际采用的部件特性确定时间间隔，从而确定上述时间间隔的具体数值，但是在我们优选的实施例中，t0至t1、t0至t2、t0至t3、t0至t4之间的时间间隔比为3:4:7:11，即阶段t0至t1、t1至t2、t2至t3、t3至t4之间的时间间隔比为3:1:3:4。通过上述流程我们可以了解到，作为优选的实施方式，只有将优选的时间间隔适用于本方法，才能够使得换挡系统有合理的时间进行一挡压力降低、在离合器轻度接触的时候切换换向阀、二挡压力跟进、并适时地进行转矩变换、直通阀压力跟进等一系列操作，使得用户感受到的动力输出既不会跳脱，也不会具有强烈的冲击感，达到提升乘员舒适性的同时又具有足够的动力输出，具有很好的实用效果。

负转矩降挡过程如下(见图5)：TCU判断油门开度、刹车开度、变速箱输出转速、当前挡位等信号达到预设值，进入负转矩降挡模式。其中，A为第一离合器通路，值为1时为开启；B为第二离合器通路，值为1时为开启；C为直通阀状态，1位开启，百分数为占空比；T为电机输出转矩值；n为电机转速。换挡步骤如下：(1)、t0时刻进入换挡模式，将换向阀置一挡工作位，即连通第二气缸的通路闭合，连通第一气缸的通路开启，并将直通阀置低电平，第二离合器控制压力C2快速下降，驱动电机转矩恒定为第一预设值，延时至t1；(2)、t1时刻将直通阀置高电平，第一离合器控制压力C1快速上升，延时至t2；(3)、t2时刻，对直通阀PWM进行脉冲宽度调制，第一离合器控制压力C1缓慢上升，第一离合器、第二离合器实现转矩交换，延时至t3；(4)t3时刻，将直通阀置低电平，第一离合器控制压力C1恒定，设置转矩为第二预设值，电机转速快速下降，TCU控制单元接收判断转速信号n达到第三预设值，实现转速交换，则进入下一阶段；(5)、t4时刻，将直通阀置高电平，转矩设置为油门踏板值，此时第一离合器控制压力C1快速上升，驱动电机转矩上升至工作预设值，换挡结束。

在一些具体的实施例中，上例步骤中的第一预设值可以为0Nm、10Nm、20Nm等等，优选为0Nm，在t3时刻设置第二预设值可以设置为0Nm、10Nm或20Nm，优选为0Nm，判断步骤在判断转速信号n达到第三预设值时，可以选择2200r/min、2400r/min或2600r/min，优选为2400r/min。在对直通阀进行脉冲宽度调制时的占空比可以设置为20％。上述实施例能够更好地进行在第二离合器、第一离合器之间进行平稳过渡，达到舒适无中断、无冲击换挡的效果。通过修改上述的预设值，调整不同时刻的转矩、转速，电动汽车能够不同的挡位之间进行切换，例如相当于四挡降三挡、三挡降二挡、二挡降一挡等等。

为了更好地实现气动纯电动换挡系统的功能，本方法还包括特征：t0至t1、t0至t2、t0至t3、t0至t4之间的时间间隔比为3:4:7:11。具体地，从t0开始进行变化换挡的方法步骤，其间所需要的具体时间由于实际采用的直通阀、换向阀的压力阈值、气门大小决定的泄压快慢而决定，阅读过本说明书的读者都可以针对实际采用的部件特性确定时间间隔，从而确定上述时间间隔的具体数值，但是在我们优选的实施例中，t0至t1、t0至t2、t0至t3、t0至t4之间的时间间隔比为3:4:7:11，即阶段t0至t1、t1至t2、t2至t3、t3至t4之间的时间间隔比为3:1:3:4。通过上述流程我们可以了解到，作为优选的实施方式，从图4中我们可以看到，只有将优选的时间间隔适用于本方法，才能够使得换挡系统有合理的时间进行二挡压力降低、在离合器轻度接触的时候切换换向阀、一挡压力跟进、并适时地进行转矩变换、直通阀压力跟进等一系列操作，使得用户感受到的动力输出既不会跳脱，也不会具有强烈的冲击感，达到提升乘员舒适性的同时又具有足够的动力输出，具有很好的实用效果。

本发明的TCU通过油门、刹车开度信号、输出转速信号，判断换挡模式。计算换挡逻辑指令。

本发明的压力控制回路可采用气动控制回路，液压控制回路。

本发明的三位五通换向阀作为选挡电磁阀，执行挡位选择指令，两位两通直通阀作为换挡过程控制阀，控制离合器结合。

本发明的有益效果：本专利通过一种TCU控制逻辑，控制驱动电机、压力控制回路，控制换挡离合器，可以实现纯电动自动变速箱无动力、无冲击自动换挡，无动力中断、无冲击换挡提高了车辆的舒适性，延长了变速箱的使用寿命。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种纯电动车辆换挡系统，其特征在于，包括控制单元，驱动电机，压力控制回路；所述压力控制回路包括直通阀、换向阀，所述直通阀与换向阀连接，所述换向阀与若干气缸连接；每个气缸分别与一个离合器连接；所述驱动电机通过离合器与车辆传动系统连接；

所述控制单元用于接收车辆输入指令、还用于向驱动电机、直通阀、换向阀输出控制指令；

所述控制单元还用于控制在零时刻开启换向阀连通第二气缸的通路，闭合连通第一气缸的通路，将直通阀置低电平，设置驱动电机转矩值为油门踏板值；在第一预设时刻将直通阀置高电平，将电机的转矩设定为第一预设值；在第二预设时刻进行直通阀的脉冲宽度调制；在第三预设时刻将直通阀置低电平，并降低电机的转矩至第二预设值，还进行判断步骤，判断转速信号是否达到第三预设值，是则开始完成转速交换；在第四预设时刻将直通阀置高电平。

2.根据权利要求1所述的纯电动车辆换挡系统，其特征在于，所述气缸为两个，分别与换向阀通气连接。

3.根据权利要求1所述的纯电动车辆换挡系统，其特征在于，还包括气源、过滤器，所述气源与过滤器的进端连接，所述过滤器的出端与直通阀连接。

4.根据权利要求1所述的纯电动车辆换挡系统，其特征在于，还包括消音器，所述消音器与换向阀连接，所述消音器设置于换向阀的泄压端。

5.根据权利要求4所述的纯电动车辆换挡系统，其特征在于，所述控制单元还用于设置所述零时刻、第一预设时刻、第二预设时刻、第三预设时刻、第四预设时刻之间的时间间隔为3:1:3:4。

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