CN107965552B - 电动车辆无级变速驱动系统、变速控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种电动车辆技术领域的电动车辆无级变速驱动系统、变速控制系统及方法，包括：第一驱动电机、行星轮系、第二驱动电机和第三输出机构，其中，行星轮系设有齿圈、行星支架、太阳轮和若干行星齿轮，行星齿轮周向均布在行星支架上，行星支架和齿圈之一与第二驱动电机的输出轴啮合、另一与第三输出机构啮合，齿圈与行星齿轮啮合，太阳轮与第一驱动电机输出端连接并与行星齿轮啮合。本发明采用行星减速机构，通过第二驱动电机带动行星支架或者齿圈的转动达到所需要的减速比，完成电动车的无级变速，实现换挡自动化。

Description

电动车辆无级变速驱动系统、变速控制系统及方法
技术领域
本发明涉及的是一种电动车辆领域的技术，具体是一种电动车辆无级变速驱动系统、变速控制系统及方法。
背景技术
市场上现有的电动车辆绝大部分采用固定速比的减速器，没有变速机构。固定速比减速器仅有一个挡位，让电机常处在低效率区域，既浪费宝贵电池能量，又提高了对牵引电机的要求，进一步减少车辆续驶里程。
虽然一些高端品牌电动车辆采用了变速机构，但主要都是固定挡位的手动变速器，较少采用无级变速器。手动变速器通过齿轮组的配合，机构复杂，且手动换挡时动力输出会中断。而无级变速器采用传动带和可变槽宽的棘轮进行动力传递，即当棘轮变化槽宽时，相应改变驱动轮与从动轮上传动带的接触半径进行变速，传动带一般用橡胶带、金属带和金属链等，但是传动带很容易损坏，不能承受较大的载荷。
此外应用于电动车辆变速器上的手动变速器和无级变速器体积大、重量重、制造成本高，维护复杂，推高了电动车辆的价格，约束了电动车辆的普及。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种电动车辆无级变速驱动系统、变速控制系统及方法，能够通过带动行星支架或者齿圈的转动达到所需要的减速比，完成电动车的无级变速，实现换挡自动化。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：第一驱动电机、行星轮系、第二驱动电机和第三输出机构，其中：行星轮系设有齿圈、行星支架、太阳轮和若干行星齿轮，行星齿轮周向均布在行星支架上，行星支架和齿圈之一与第二驱动电机的输出轴啮合、另一与第三输出机构啮合，齿圈与行星齿轮啮合，太阳轮与第一驱动电机输出端连接并与行星齿轮啮合作为动力主输入端。
所述的齿圈、行星支架和太阳轮均套设在主轴上。
所述第三输出机构设有轮轴，所述的轮轴与电动车辆的驱动轴采用花键或联轴器固定连接。
所述的第一驱动电机包括转子总成和绕线定子，其中，转子总成设有转子内衬套，优选地，转子内衬套一端固定有太阳轮。
优选地，所述第一驱动电机的输出端与太阳轮通过减速机构相连，所述的减速机构为皮带、链条、齿轮传动机构中任意一种。
一种应用于上述电动车辆无级变速驱动系统的变速控制系统，包括：行车电脑、制动传感器、变速传感器、第一驱动电机控制单元、第二驱动电机控制单元、第一转速传感器和第二转速传感器，其中，
制动传感器与行车电脑相连并输出制动信号；
变速传感器与行车电脑相连并输出加速信号或减速信号；
行车电脑与第一驱动电机控制单元、第二驱动电机控制单元相连并传输两驱动电机的控制信息；
第一转速传感器与行车电脑相连并输出第一驱动电机转速信息；
第二转速传感器与行车电脑相连并输出第二驱动电机转速信息。
所述电动车辆无级变速驱动系统的变速控制系统还包括：第一电流传感器、第二电流传感器、第一电压传感器、第二电压传感器、第一扭矩传感器和第二扭矩传感器，其中，
第一扭矩传感器与行车电脑相连并输出第一驱动电机扭矩信息；
第二扭矩传感器与行车电脑相连并输出第二驱动电机扭矩信息；
第一电流传感器、第一电压传感器与第一驱动电机控制单元相连并分别输出第一驱动电机的输入电流和输入电压信息；
第二电流传感器、第二电压传感器与第二驱动电机控制单元相连并分别输出第二驱动电机的输入电流和输入电压信息。
一种基于上述变速控制系统的电动车辆变速控制方法，包括以下步骤：
S1，首先判断输入信号是否为制动信号，若为制动信号，则第一驱动电机和第二驱动电机停转，电动车辆停车，否则判断为变速信号；
S2，接着判断变速信号是否为加速信号，若为加速信号，再判断第一驱动电机电流是否小于设定值，若小于设定值则进一步判断第一驱动电机效率是否大于设定值，否则第一驱动电机限流后判断第一驱动电机效率大小；
若判断变速信号为减速信号，接着判断第一驱动电机电流是否小于设定值，若小于设定值则进一步判断第一驱动电机效率是否大于设定值，否则第一驱动电机限流后判断第一驱动电机效率的大小；
S3，根据步骤S2的判断结果：
在变速信号为加速信号的情况下，若第一驱动电机效率大于设定值，则第一驱动电机加速，接着判断整车速度与目标速度的大小，若整车速度与目标速度相等则保持当前行车速度，若整车速度大于目标速度则刹车减速，若整车速度小于目标速度则返回步骤S2；若第一驱动电机效率等于设定值，则判断第二驱动电机电流是否小于设定值；若第一驱动电机效率小于设定值，则第一驱动电机限流后判断第二驱动电机电流是否小于设定值；
在变速信号为减速信号的情况下，若第一驱动电机效率大于设定值，则第一驱动电机减速，接着判断整车速度与目标速度的大小，若整车速度与目标速度相等则保持当前行车速度，若整车速度大于目标速度则刹车减速，若整车速度小于目标速度则返回步骤S2；若第一驱动电机效率等于设定值，则判断第二驱动电机电流是否小于设定值；若第一驱动电机效率小于设定值，则第一驱动电机限流后判断第二驱动电机电流是否小于设定值；
S4，根据步骤S3的判断结果：
在变速信号为加速信号的情况下，若第二驱动电机电流不小于设定值，则第二驱动电机限流保护后判断第二驱动电机效率是否大于设定值，否则直接判断第二驱动电机效率是否大于设定值；若第二驱动电机效率大于设定值，则第二驱动电机加速，之后判断整车速度与目标速度的大小；若第二驱动电机效率等于设定值，则保持当前行车速度；若第二驱动电机效率小于设定值，则第二驱动电机限流至第二驱动电机效率等于设定值后保持当前行车速度；
在变速信号为减速信号的情况下，若第二驱动电机电流不小于设定值，则第二驱动电机限流保护后判断第二驱动电机效率是否大于设定值，否则直接判断第二驱动电机效率是否大于设定值；若第二驱动电机效率大于设定值，则第二驱动电机减速，之后判断整车速度与目标速度的大小；若第二驱动电机效率等于设定值，则保持当前行车速度；若第二驱动电机效率小于设定值，则第二驱动电机限流至第二驱动电机效率等于设定值后保持当前行车速度；
S5，根据步骤S4，在变速信号为减速信号的情况下，第二驱动电机减速后，若整车速度不大于目标速度，则刹车减速，否则比较N1与N2的大小；
S6，根据步骤S5，若N1小于N2，则停车，否则返回步骤S4判断整车速度与目标速度的大小。
所述行车速度随第一驱动电机、第二驱动电机调整行星支架或齿圈的转动方向和转速而变化。
所述行星支架转速：
1)太阳轮与齿圈同向转动，其中， Nh2＝Nb，
Figure GDA0001539183220000033
2)太阳轮与齿圈反向转动，其中，
Figure GDA0001539183220000036
Na表示第一驱动电机输出轴转速，Nb表示齿圈转速，Nf表示第二驱动电机输出轴转速，Nh1表示齿圈固定、太阳轮输入且太阳轮与齿圈同向转动时行星支架转速，Nh2表示太阳轮固定、齿圈输入且太阳轮与齿圈同向转动时行星支架转速，N’h1表示齿圈固定、太阳轮输入且太阳轮与齿圈反向转动时行星支架转速，N’h2表示太阳轮固定、齿圈输入且太阳轮与齿圈反向转动时行星支架转速，iha表示齿圈固定、太阳轮输入、行星支架输出时的减速比，ihb表示太阳轮固定、齿圈输入、行星支架输出时的减速比，Zb表示齿圈内齿齿数，Zc表示与太阳轮啮合的行星轮齿数，Zd表示与齿圈内齿啮合的行星轮齿数，Ze表示齿圈外齿齿数，Zf表示第二驱动电机齿数。
所述齿圈转速：
1)太阳轮与行星支架同向转动，
Figure GDA0001539183220000041
其中，
Figure GDA0001539183220000042
Nb2＝Nh，
Figure GDA0001539183220000043
2)太阳轮与行星支架反向转动，其中，
Figure GDA0001539183220000046
Nh表示行星支架转速，Nb1表示行星支架固定、太阳轮输入且太阳轮与行星支架同向转动时齿圈转速，Nb2表示太阳轮固定、行星支架输入且太阳轮与行星支架同向转动时齿圈转速，N’b1表示行星支架固定、太阳轮输入且太阳轮与行星支架反向转动时齿圈转速，N’b2表示太阳轮固定、行星支架输入且太阳轮与行星支架反向转动时齿圈转速，iba表示行星支架固定、太阳轮输入、齿圈输出时的减速比，ibh表示太阳轮固定、行星支架输入、齿圈输出时的减速比，Zb表示齿圈内齿齿数，Zc表示与太阳轮啮合的行星轮齿数，Zd表示与齿圈内齿啮合的行星轮齿数，Ze表示齿圈外齿齿数，Zf表示第二驱动电机齿数。
技术效果
与现有技术相比，本发明采用行星减速机构，通过第二驱动电机带动行星支架或者齿圈的转动达到所需要的减速比，完成电动车的无级变速，实现换挡自动化，在此过程中换挡动力不中断，能够平滑过渡，提高了换挡品质；与此同时本发明具有体积小、重量轻、结构简单、成本低的特点。
附图说明
图1为基于本发明的电动车辆示意图；
图2为本发明中无级变速驱动系统结构示意图；
图3为实施例1的无级变速驱动系统爆炸结构图；
图4为实施例1的无级变速驱动系统剖面结构图；
图5为实施例1中行星轮系与驱动电机、结构示意图；
图6为本发明中行星支架与行星齿轮结构示意图；
图中：(a)为整体结构示意图，(b)为爆炸结构图；
图7为本发明中转子总成结构示意图；
图中：(a)为爆炸结构图，(b)剖面结构示意图；
图8为本发明中绕线定子结构示意图；
图9为实施例2的结构示意图；
图10为本发明中行车控制系统结构示意图；
图11为本发明行车变速控制流程图；
图中：行星轮系罩壳1、61815轴承2、61905轴承3、齿圈4、6204轴承5、第二驱动电机6、第三输出机构7、行星轮系8、6006轴承9、驱动电机上罩壳10、内六角螺钉11、61808轴承12、太阳轮13、主轴14、转子总成15、61804轴承16、绕线定子17、6304轴承18、驱动电机下罩壳19、内花键20、轴用卡簧21、止转销22、行星支架81、16004轴承82、61903轴承83、行星齿轮84、无级变速驱动系统100、转子内衬套151、转子磁钢152、转子铁芯153。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细描述。
实施例1
如图1、图3和图4所示，本实施例涉及一种无级变速驱动系统100，包括：主轴14、第一驱动电机、行星轮系8、第二驱动电机6和第三输出机构7，其中：主轴14上套设有行星轮系8，行星轮系8设有齿圈4、行星支架81、太阳轮13和若干行星齿轮84，齿圈4与第二驱动电机6的输出轴齿轮啮合，行星支架81与第三输出机构7啮合，齿圈4与行星齿轮84啮合，太阳轮13与第一驱动电机输出端连接并与行星齿轮84啮合作为动力主输入端。
如图5和图6所示，所述的行星轮系8中行星支架81通过16004轴承82套设在主轴14上；所述的行星齿轮84为双联齿轮，通过61903轴承83设置在行星支架81。
所述的第三输出机构7设有轮轴，所述的轮轴设有内花键20，与电动车辆的驱动轴的外花键啮合，驱动电动车辆运动。
如图2和图4所示，所述的行星轮系8、第二驱动电机6和第一驱动电机设置在壳体内的三个腔室中；所述的壳体包括：行星轮系罩壳1、第一驱动电机上罩壳10和第一驱动电机下罩壳19，其中：第一驱动电机下罩壳19为阶梯型罩壳，内部设有隔板，第一驱动电机上罩壳10与第一驱动电机下罩壳19连接形成第一驱动电机腔室，行星轮系罩壳1与第一驱动电机上罩壳10通过内六角螺11固定连接形成行星轮系腔室，行星轮系罩壳1、第一驱动电机上罩壳10和第一驱动电机下罩壳19之间形成第二驱动电机腔室。
所述内六角螺钉11的规格为M8*25。
所述的齿圈4通过61815轴承2套设在行星轮系罩壳1内，所述的第三输出机构7两端分别通过61905轴承3设置在行星轮系罩壳1内、通过6006轴承9设置在第一驱动电机上罩壳10内。
如图3、图4和图8所示，所述的驱动电机包括转子总成15和绕线定子17，其中：转子总成15通过齿圈4通过6204轴承5套设在主轴14上，绕线定子17套设在转子总成上且一端固定在驱动电机下罩壳19内，驱动电机下罩壳19通过6304轴承18套设在主轴14上。
所述绕线定子17的外表面四周周向均布有若干止转销22，防止绕线定子17受力转动。
如图4和图7所示，所述的转子总成15包括：转子内衬套151、转子磁钢152和转子铁芯153，其中：转子内衬套151上套设有转子铁芯153，转子铁芯153内周向均布有若干转子磁钢152，转子内衬套151一端固定有太阳轮13，第一驱动电机上罩壳10通过61808轴承12套设在转子内衬套151上，转子内衬套151两端分别通过61804轴承16和6204轴承5套设在主轴14上。
所述的主轴14在6204轴承5、16004轴承82和6304轴承一侧设有轴用卡簧21，以便齿圈4、行星轮系8、第一驱动电机和第一驱动电机下罩壳19的定位固定；所述轴用卡簧21的规格为
Figure GDA0001539183220000061
本实施例在工作时，第一驱动电机和第二驱动电机6的动力分别通过太阳轮13和齿圈4从行星齿轮84输出，先后带动行星支架齿盘81和第三输出机构7进行动力输出；通过控制第二驱动电机6的正反转及转速的快慢，得到行星支架齿盘81的不同速比，实现电动车辆无级变速。
如图10所示，一种应用于上述电动车辆无级变速驱动系统的变速控制系统，包括：行车电脑、制动传感器、变速传感器、第一驱动电机控制单元、第二驱动电机控制单元、第一电流传感器、第二电流传感器、第一电压传感器、第二电压传感器、第一扭矩传感器、第二扭矩传感器、第一转速传感器和第二转速传感器，其中，
制动传感器与行车电脑相连并输出制动信号；
变速传感器与行车电脑相连并输出加速信号或减速信号；
行车电脑与第一驱动电机控制单元、第二驱动电机控制单元相连并传输两驱动电机的控制信息；
第一扭矩传感器、第一转速传感器与行车电脑相连并分别输出第一驱动电机的扭矩信息和转速信息；
第二扭矩传感器、第二转速传感器与行车电脑相连并分别输出第二驱动电机扭矩信息和转速信息；
第一电流传感器、第一电压传感器与第一驱动电机控制单元相连并分别输出第一驱动电机的输入电流和输入电压信息；
第二电流传感器、第二电压传感器与第二驱动电机控制单元相连并分别输出第二驱动电机的输入电流和输入电压信息。
如图11所示，一种基于上述变速控制系统的电动车辆变速控制方法，包括以下步骤：
S1，首先判断输入信号是否为制动信号，若为制动信号，则第一驱动电机M1和第二驱动电机M2停转，电动车辆停车，否则判断为变速信号；
S2，接着判断变速信号是否为加速信号，若为加速信号，再判断第一驱动电机电流I1是否小于设定值I3，若小于设定值I3则进一步判断第一驱动电机效率η1是否大于设定值X，否则第一驱动电机M1限流后判断第一驱动电机效率η1大小；
若判断变速信号为减速信号，接着判断第一驱动电机电流I1是否小于设定值I3，若小于设定值I3则进一步判断第一驱动电机效率η1是否大于设定值X，否则第一驱动电机M1限流后判断第一驱动电机效率η1的大小；
S3，根据步骤S2的判断结果：
在变速信号为加速信号的情况下，若第一驱动电机效率η1大于设定值X，则第一驱动电机M1加速，接着判断整车速度S1与目标速度S2的大小，若整车速度S1与目标速度S2相等则保持当前行车速度，若整车速度S1大于目标速度S2则刹车减速，若整车速度S1小于目标速度S2则返回步骤S2；若第一驱动电机效率η1等于设定值X，则判断第二驱动电机电流I2是否小于设定值I4；若第一驱动电机效率I2小于设定值I4，则第一驱动电机M1限流后判断第二驱动电机电流I2是否小于设定值I4；
在变速信号为减速信号的情况下，若第一驱动电机效率η1大于设定值X，则第一驱动电机M1减速，接着判断整车速度S1与目标速度S2的大小，若整车速度S1与目标速度S2相等则保持当前行车速度，若整车速度S1大于目标速度S2则刹车减速，若整车速度S1小于目标速度S2则返回步骤S2；若第一驱动电机效率η1等于设定值X，则判断第二驱动电机电流I2是否小于设定值I4；若第一驱动电机效率η1小于设定值X，则第一驱动电机M1限流后判断第二驱动电机电流I2是否小于设定值I4；
S4，根据步骤S3的判断结果：
在变速信号为加速信号的情况下，若第二驱动电机电流I2不小于设定值I4，则第二驱动电机M2限流保护后判断第二驱动电机效率η2是否大于设定值Y，否则直接判断第二驱动电机效率η2是否大于设定值Y；若第二驱动电机效率η2大于设定值Y，则第二驱动电机M2加速，之后判断整车速度S1与目标速度S2的大小；若第二驱动电机效率η2等于设定值Y，则保持当前行车速度；若第二驱动电机效率η2小于设定值Y，则第二驱动电机M2限流至第二驱动电机效率η2等于设定值Y后保持当前行车速度；
在变速信号为减速信号的情况下，若第二驱动电机电流I2不小于设定值I4，则第二驱动电机M2限流保护后判断第二驱动电机效率η2是否大于设定值Y，否则直接判断第二驱动电机效率η2是否大于设定值Y；若第二驱动电机效率η2大于设定值Y，则第二驱动电机M2减速，之后判断整车速度S1与目标速度S2的大小；若第二驱动电机效率η2等于设定值Y，则保持当前行车速度；若第二驱动电机效率η2小于设定值Y，则第二驱动电机M2限流至第二驱动电机效率η2等于设定值Y后保持当前行车速度；
S5，根据步骤S4，在变速信号为减速信号的情况下，第二驱动电机M2减速后，若整车速度S1不大于目标速度S2，则刹车减速，否则比较N1与N2的大小；
S6，根据步骤S5，若N1小于N2，则停车，否则返回步骤S4判断整车速度S1与目标速度S2的大小。
实施例2
如图9所示，本实施例与实施例1的区别之处在于，所述的第二驱动电机6与行星支架81啮合，所述的齿圈4与第三输出机构7啮合。
所述第二驱动电机6、第三输出机构7和行星轮系8亦可通过皮带等传动方式结合，不限于多级齿轮的啮合传动。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。除电动车辆外，本发明亦可应用于其他传动变速领域。

Claims (1)

1.一种双电机电动车辆无级变速控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，首先判断输入信号是否为制动信号，若为制动信号，则第一驱动电机和第二驱动电机停转，电动车辆停车，否则判断为变速信号；
S2，接着判断变速信号是否为加速信号，若为加速信号，再判断第一驱动电机电流是否小于设定值，若小于设定值则进一步判断第一驱动电机效率是否大于设定值，否则第一驱动电机限流后判断第一驱动电机效率大小；
若判断变速信号为减速信号，接着判断第一驱动电机电流是否小于设定值，若小于设定值则进一步判断第一驱动电机效率是否大于设定值，否则第一驱动电机限流后判断第一驱动电机效率的大小；
S3，根据步骤S2的判断结果：
在变速信号为加速信号的情况下，若第一驱动电机效率大于设定值，则第一驱动电机加速，接着判断整车速度与目标速度的大小，若整车速度与目标速度相等则保持当前行车速度，若整车速度大于目标速度则刹车减速，若整车速度小于目标速度则返回步骤S2；若第一驱动电机效率等于设定值，则判断第二驱动电机电流是否小于设定值；若第一驱动电机效率小于设定值，则第一驱动电机限流后判断第二驱动电机电流是否小于设定值；
在变速信号为减速信号的情况下，若第一驱动电机效率大于设定值，则第一驱动电机减速，接着判断整车速度与目标速度的大小，若整车速度与目标速度相等则保持当前行车速度，若整车速度大于目标速度则刹车减速，若整车速度小于目标速度则返回步骤S2；若第一驱动电机效率等于设定值，则判断第二驱动电机电流是否小于设定值；若第一驱动电机效率小于设定值，则第一驱动电机限流后判断第二驱动电机电流是否小于设定值；
S4，根据步骤S3的判断结果：
在变速信号为加速信号的情况下，若第二驱动电机电流不小于设定值，则第二驱动电机限流保护后判断第二驱动电机效率是否大于设定值，否则直接判断第二驱动电机效率是否大于设定值；若第二驱动电机效率大于设定值，则第二驱动电机加速，之后判断整车速度与目标速度的大小；若第二驱动电机效率等于设定值，则保持当前行车速度；若第二驱动电机效率小于设定值，则第二驱动电机限流至第二驱动电机效率等于设定值后保持当前行车速度；
在变速信号为减速信号的情况下，若第二驱动电机电流不小于设定值，则第二驱动电机限流保护后判断第二驱动电机效率是否大于设定值，否则直接判断第二驱动电机效率是否大于设定值；若第二驱动电机效率大于设定值，则第二驱动电机减速，之后判断整车速度与目标速度的大小；若第二驱动电机效率等于设定值，则保持当前行车速度；若第二驱动电机效率小于设定值，则第二驱动电机限流至第二驱动电机效率等于设定值后保持当前行车速度；
S5，根据步骤S4，在变速信号为减速信号的情况下，第二驱动电机减速后，若整车速度不大于目标速度，则刹车减速，否则比较N1与N2的大小；
S6，根据步骤S5，若N1小于N2，则停车，否则返回步骤S4判断整车速度与目标速度的大小；
所述N1为第一驱动电机经行星轮系输出后对应的电动车辆输出轴的转速大小，所述N2为第二驱动电机经行星轮系输出后对应的电动车辆输出轴的转速大小。
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