CN109139899A - 一种换挡装置、方法及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换挡装置，所述换挡装置包括同步器、挡位齿轮、驻车齿轮、驱动机构和控制器；所述同步器设置于所述挡位齿轮和所述驻车齿轮之间；所述同步器包括啮合机构，所述驱动机构用于驱动所述啮合机构移动，所述啮合机构与所述挡位齿轮或所述驻车齿轮啮合；所述控制器与所述驱动机构电连接，所述控制器用于根据操作者的指令控制所述驱动机构进行换挡操作。本发明还公开了一种基于上述换挡装置的换挡方法，以及还公开了一种具有上述换挡装置的车辆。本发明将驻车纳入换挡中进行集成控制，在控制简洁、标定方便等方面都占据优势；控制策略更可靠；节约了成本；具有可扩展和可移植性。

Description

一种换挡装置、方法及车辆

技术领域

本发明涉及一种换挡装置，尤其涉及一种应用于同步器的换挡装置，还涉及该装置的换挡方法和具有该装置的车辆。

背景技术

换挡是指车辆在各个挡位之间切换的过程；驻车是在车辆需要停车时给车辆一个阻力，使车辆不溜车。不管是在传统的燃油车还是现在新能源汽车中，由于换挡和驻车是由两套专门的传动链进行工作的，因此相应的需要为换挡功能和驻车功能各自单独配置一套控制逻辑进行控制。这就会导致控制装置的冗余等问题。

另外现有的新能源汽车中，混合动力电驱装置中的发动机和发电机在进行串联和并联切换时，都采用离合器当作驱动器去实现发动机动力的接合与断开。这不但会使车辆本身控制繁琐，还会导致驾驶者操作步骤的增多。因此，有必要寻求一种控制简洁，反馈于驾驶者操作也简单的控制方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种换挡装置，所述换挡装置包括同步器、挡位齿轮、驻车齿轮、驱动机构和控制器；

所述同步器设置于所述挡位齿轮和所述驻车齿轮之间；所述同步器包括啮合机构，所述驱动机构用于驱动所述啮合机构移动，所述啮合机构与所述挡位齿轮或所述驻车齿轮啮合；所述控制器与所述驱动机构电连接，所述控制器用于根据操作者的指令控制所述驱动机构进行换挡操作。

进一步的，所述挡位齿轮包括变速箱中用于传递转速和扭矩的齿轮；所述驻车齿轮包括变速箱中用于驻车的齿轮。

进一步的，所述同步器的挡位包括运动挡、空挡和驻车挡，具体的，啮合机构与挡位齿轮连接时，处于运动挡；啮合机构与驻车齿轮连接时，处于驻车挡；啮合机构既不与挡位齿轮连接也不与驻车齿轮连接时，处于空挡。所述换挡是指同步器的运动挡、空挡和驻车挡三者之间的变换。

进一步的，所述控制器包括：

目标挡位确定模块，用于确定同步器的目标挡位；

当前挡位实时获取模块，用于实时获取车辆的当前挡位；

挡位比较模块，用于比较所述当前挡位和所述目标挡位是否相同；

换挡动作确定模块，用于当所述当前挡位和所述目标挡位不同时，根据当前挡位和目标挡位确定换挡动作；

换挡指令获取模块，用于根据换挡动作获取预先存储的换挡指令；

驱动机构控制指令生成模块，用于根据换挡指令和预先存储的换挡曲线生成驱动机构控制指令；

其中，所述换挡动作包括由速度挡换为空挡、由空挡换为速度挡、由驻车挡换为空挡和由空挡换为驻车挡。

进一步的，所述目标挡位确定模块还包括：

挡位信号获取子模块，用于获取操作者给出的换挡的挡位信号；

挡位信号判断子模块，用于根据挡位信号和预先存储的换挡曲线判断目标挡位；

所述当前挡位实时获取模块还包括：

啮合机构位置获取子模块，用于获取同步器的啮合机构位置；

当前挡位判断子模块，用于根据啮合机构位置判断当前挡位。

进一步的，所述控制器还包括当前动作状态获取模块，用于判断装置当前是否正在进行换挡操作。

进一步的，所述换挡指令包括由驻车挡切换为空挡指令、空挡切换为驻车挡指令、运动挡切换为空挡指令和空挡切换为运动挡指令。

进一步的，所述控制器还包括：换挡准备指令获取模块，用于根据所述换挡动作获取预先存储的换挡准备指令；

其中，所述换挡准备指令包括第一换挡准备指令、第二换挡准备指令和第三换挡准备指令；

所述第一换挡准备指令用于控制制动踏板的位置；所述第二换挡准备指令用于控制车辆的速度；所述第三换挡准备指令用于控制车辆的拖曳扭矩和转速差。

相应地，本发明还提供了一种基于上述换挡装置的换挡方法，所述换挡方法包括：

确定同步器的目标挡位；

实时获取同步器的当前挡位；

比较所述当前挡位和所述目标挡位是否相同；

若所述当前挡位和所述目标挡位不同，则根据所述当前挡位和所述目标挡位确定换挡动作；

根据所述换挡动作获取预先存储的换挡指令；

根据所述换挡指令生成驱动机构控制指令；

所述驱动机构根据所述驱动机构控制指令执行换挡操作；

其中，所述目标挡位包括运动挡、空挡和驻车挡，所述当前挡位包括运动挡、空挡和驻车挡。

进一步的，在根据所述当前挡位和所述目标挡位确定换挡动作之前，还要判断装置当前是否正在进行换挡操作；

在根据所述换挡动作获取预先存储的换挡指令之前，还要根据所述换挡动作获取预先存储的换挡准备指令并执行，所述换挡准备指令用于为同步器换挡做准备。

相应地，本发明还提供了一种车辆，所述车辆包括上述换挡装置，所述换挡装置包括同步器、挡位齿轮、驻车齿轮、驱动机构和控制器；所述车辆还包括发动机、发电机、电池和电动机；

所述车辆的工作模式包括纯电动模式、串联驱动模式、并联驱动模式和停车发电模式：

所述车辆处于纯电动模式时，所述同步器处于空挡，电池与电动机连接驱动挡位齿轮转动，车辆处于低速状态；

所述车辆处于串联驱动模式时，所述同步器处于空挡，发动机、发电机、电池和电动机依次连接，挡位齿轮在电动机的驱动下转动，车辆处于中速状态；

所述车辆处于并联驱动模式时，所述同步器处于运动挡，发动机、发电机、电池和电动机依次连接，电动机驱动挡位齿轮转动；并且发动机也与挡位齿轮连接驱动挡位齿轮转动，车辆处于高速状态；

所述车辆处于停车发电模式时，所述同步器处于驻车挡，发动机、发电机和电池依次连接，车辆处于停车状态，电池处于充电状态。

本发明所述控制方法主要应用于同步器设置于挡位齿轮和驻车齿轮之间的一类情况，将驻车纳入换挡中进行集成控制，重新定义了传统的“换挡”功能，具有如下有益效果：

(1)本发明提供的同步器控制方法能够控制同步器换挡去完成多模混动减速器的串、并联模式切换，还能同时控制驻车功能，让其互不干涉的同时又能相互兼容；因此，在控制简洁、标定方便等方面都占据优势。

(2)本发明提供的同步器控制方法主要通过控制同步器的啮合机构位置，即可实现进入驻车挡、解锁驻车挡、进入空挡以及混动车下的串并联切换的功能，其控制对象少，相应的控制策略也更可靠。

(3)通过预先控制电机控制同步器输入端转速和扭矩，解决了同步器本身存在着摩擦容量不足的问题，以保证同步器换挡功能的可靠性。

(4)本发明大大减化了控制装置，缩短开发周期器、减少工作量，满足功能的前提下，大大节约了成本。

(5)并且，本发明提供的控制方法还可应用于传统汽车的DCT、AMT以及纯电动车减速器等产品中，具有可扩展和可移植性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明实施例所述控制器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的目标挡位确定模块的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的当前挡位实时获取模块的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的换挡准备执行模块的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的第一换挡准备执行子模块的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的第二换挡准备执行子模块的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的第三换挡准备执行子模块的结构示意图；

图8是本发明实施例所述的换挡方法的流程示意图；

图9是本发明实施例提供的确定同步器的目标挡位的流程示意图；

图10是本发明实施例提供的确定换挡动作的流程示意图；

图11是本发明实施例提供的第一换挡准备指令的流程示意图；

图12是本发明实施例提供的第二换挡准备指令的流程示意图；

图13是本发明实施例提供的第三换挡准备指令的流程示意图；

图14是本发明所述换挡装置应用于车辆换挡时，车辆处于纯电动模式的示意图；

图15是本发明所述换挡装置应用于车辆换挡时，车辆处于串联驱动模式的示意图；

图16是本发明所述换挡装置应用于车辆换挡时，车辆处于并联驱动模式的示意图；

图17是本发明所述换挡装置应用于车辆换挡时，车辆处于停车发电模式的示意图；

图18是本发明第二个实施例所述换挡装置的结构示意图。

其中，图中P挡为驻车挡，N挡为空挡；S挡为运动挡；Unpark指令为驻车挡切换为空挡指令；Park指令为空挡切换为驻车挡指令；Unshift指令为运动挡切换为空挡指令；Shift指令为空挡切换为运动挡指令；

以及，图中附图对应标记为：1-控制器；101-目标挡位确定模块；1011-挡位信号获取子模块；1012-挡位信号判断子模块；102-当前挡位实时获取模块；1021-啮合机构位置获取子模块；1022-当前挡位判断子模块；103-挡位比较模块；104-换挡动作确定模块；105-换挡准备指令获取模块；106-换挡指令获取模块；107-驱动机构控制指令生成模块；108-当前动作状态获取模块；109-换挡准备执行模块；1091-第一换挡准备执行子模块；10911-制动踏板位置获取子模块；10912-制动踏板位置判断子模块；1092-第二换挡准备执行子模块；10921-车速获取子模块；10922-车速判断子模块；10923-制动控制子模块；1093-第三换挡准备执行子模块；10931-扭矩获取子模块；10932-转速获取子模块；10933-扭矩判断子模块；10934-转速判断子模块；10935-扭矩控制子模块；10936-转速控制子模块；2-驱动机构；201-驱动电机；202-滚珠丝杠；3-啮合机构；301-拨叉；302-驻车机构；303-齿套；4-同步器；5-驻车齿轮；6-挡位齿轮；7-发动机；8-发电机；9-电池；10-电动机；11-车轮；12-单边同步器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一个实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

另外，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的相连或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

如图1-17所示，本实施例提供了一种换挡装置，所述换挡装置包括同步器4、挡位齿轮6、驻车齿轮5、驱动机构2和控制器1；所述同步器4设置于所述挡位齿轮6和所述驻车齿轮5之间；所述同步器4包括啮合机构3，所述驱动机构2用于驱动所述啮合机构3移动，所述啮合机构3与所述挡位齿轮6或所述驻车齿轮5啮合；所述控制器1与所述驱动机构2电连接，所述控制器1用于根据操作者的指令控制所述驱动机构2进行换挡操作。

进一步的，所述挡位齿轮6包括变速箱中用于传递转速和扭矩的齿轮；所述驻车齿轮5包括变速箱中用于驻车的齿轮。

进一步的，所述同步器4的挡位包括运动挡、空挡和驻车挡，具体的，啮合机构3与挡位齿轮6连接时，所述同步器4处于运动挡；啮合机构3与驻车齿轮5连接时，所述同步器4处于驻车挡；啮合机构3既不与挡位齿轮6连接也不与驻车齿轮5连接时，所述同步器4处于空挡。所述换挡是指同步器4的运动挡、空挡和驻车挡三者之间的变换。

如图1所示，进一步的，所述控制器1包括：

目标挡位确定模块101，用于确定同步器4的目标挡位；

当前挡位实时获取模块102，用于实时获取车辆的当前挡位；

挡位比较模块103，用于比较所述当前挡位和所述目标挡位是否相同；

换挡动作确定模块104，用于当所述当前挡位和所述目标挡位不同时，根据当前挡位和目标挡位确定换挡动作；

换挡指令获取模块106，用于根据换挡动作获取预先存储的换挡指令；

驱动机构控制指令生成模块107，用于根据换挡指令和预先存储的换挡曲线生成驱动机构控制指令；

其中，所述换挡动作包括由速度挡换为空挡、由空挡换为速度挡、由驻车挡换为空挡和由空挡换为驻车挡。

如图2所示，进一步的，所述目标挡位确定模块101还包括：

挡位信号获取子模块1011，用于获取操作者给出的换挡的挡位信号；

挡位信号判断子模块1012，用于根据挡位信号和预先存储的换挡曲线判断目标挡位。

如图3所示，进一步的，所述当前挡位实时获取模块102还包括：

啮合机构位置获取子模块1021，用于获取同步器4的啮合机构3位置；

当前挡位判断子模块1022，用于根据啮合机构3位置判断当前挡位。

进一步的，所述控制器1还包括当前动作状态获取模块108，用于判断装置当前是否正在进行换挡操作。

进一步的，根据所述换挡动作，相应的所述换挡指令包括由驻车挡切换为空挡指令、空挡切换为驻车挡指令、运动挡切换为空挡指令和空挡切换为运动挡指令。

进一步的，所述控制器1还包括：换挡准备指令获取模块105，用于根据所述换挡动作获取预先存储的换挡准备指令；

其中，所述换挡准备指令包括第一换挡准备指令、第二换挡准备指令和第三换挡准备指令；

所述第一换挡准备指令用于控制制动踏板的位置；所述第二换挡准备指令用于控制车辆的速度；所述第三换挡准备指令用于控制车辆的拖曳扭矩和转速差。

进一步的，所述换挡装置还包括换挡准备执行模块109，用于根据换挡准备指令执行相应的操作；如图4所示，所述换挡准备执行模块109还包括第一换挡准备执行子模块1091、第二换挡准备执行子模块1092和第三换挡准备执行子模块1093。

如图5所示，进一步的，所述第一换挡准备执行子模块1091用于执行第一换挡准备指令，包括：

制动踏板位置获取子模块10911，用于获取制动踏板的位置；

制动踏板位置判断子模块10912，用于判断所述制动踏板是否被踩下。

如图6所示，进一步的，所述第二换挡准备执行子模块1092用于执行第二换挡准备指令，包括：

车速获取子模块10921，用于获取车辆的速度；

车速判断子模块10922，用于判断所述车速是否小于C；

制动控制子模块10923，用于控制所述车速小于C。

如图7所示，进一步的，所述第三换挡准备执行子模块1093用于执行第三换挡准备指令，包括：

扭矩获取子模块10931，用于获取车辆的拖曳扭矩；

转速获取子模块10932，用于获取车辆的转速差；

扭矩判断子模块10933，用于判断所述扭矩是否小于A；

转速判断子模块10934，用于判断所述转速差是否小于B；

扭矩控制子模块10935，用于控制车辆扭矩小于A；

转速控制子模块10936，用于控制车辆转速差小于B。

其中，所述A、B和C为实现最佳效果而取的值，可以为固定的某值、某一范围或者为根据实际情况变化的动态值。

如图8所示，相应地，本发明还提供了一种基于上述换挡装置的换挡方法，所述换挡方法包括以下步骤：

S100：确定同步器4的目标挡位；

S200：实时获取车辆的当前挡位；

S300：比较所述当前挡位和所述目标挡位是否相同；

S400：若所述当前挡位和所述目标挡位不同，则根据所述当前挡位和所述目标挡位确定换挡动作；

S500：根据所述换挡动作获取预先存储的换挡准备指令并驱动；

S600：根据所述换挡动作获取预先存储的换挡指令；

S700：根据所述换挡指令生成驱动机构控制指令；

S800：所述驱动机构2根据所述驱动机构控制指令执行换挡操作；

其中，所述目标挡位包括运动挡、空挡和驻车挡，所述当前挡位包括运动挡、空挡和驻车挡。

如图9所示，进一步的，所述步骤S100中确定车辆的目标挡位还包括以下步骤：

S110：获取操作者的目标挡位信号；

S120：判断所述挡位信号是否为驻车挡；

S130：若所述挡位信号不为驻车挡，则判断所述挡位信号是否为空挡；

S140：若所述挡位信号不为空挡，则根据换挡曲线确定目标挡位为空挡或运动挡；

其中，所述换挡曲线是多挡位变速器换挡的根据曲线，也被称为换挡map或Shiftmap。

进一步的，所述步骤S120中，所述挡位信号为驻车挡时，则目标挡位为驻车挡。

进一步的，所述步骤S130中，所述挡位信号为空挡时，则目标挡位为空挡。

进一步的，所述步骤S200中，通过扫描所述啮合机构3的位置来获取所述当前挡位。

进一步的，所述步骤S300中，当所述当前挡位和所述目标挡位相同时，则换挡结束；当所述当前挡位和所述目标挡位不同时，则进行步骤S400。

进一步的，所述步骤S300和所述步骤S400之间还包括步骤S300’：判断是否正在进行换挡操作；如果是，则返回步骤S100；如果不是，则重新扫描当前挡位，进行步骤S400。

进一步的，所述步骤S400还包括以下步骤：

S410：判断所述当前挡位是否为驻车挡；

S420：若所述当前挡位不是驻车挡，则判断所述当前挡位是否为空挡；

S430：若所述当前挡位不是空挡，则判断所述当前挡位是否为运动挡；

S440：若所述当前挡位不是运动挡，则报错。

具体的，当所述当前挡位为驻车挡时，判断所述目标挡位为运动挡还是空挡；若所述目标挡位既不是运动挡也不是空挡，则重新确定同步器4的目标挡位；若所述目标挡位是运动挡或空挡中任意之一，则换挡动作为所述由驻车挡换为空挡；

当所述当前挡位为空挡时，判断所述目标挡位为驻车挡还是运动挡，若所述目标挡位既不是驻车挡也不是运动挡，则重新确定同步器4的目标挡位；若所述目标挡位为驻车挡，则换挡动作为所述由空挡换为驻车挡；若所述目标挡位为运动挡，则换挡动作为所述由空挡换为运动挡；

当所述当前挡位为运动挡时，判断所述目标挡位为驻车挡还是空挡；若所述目标挡位既不是驻车挡也不是空挡，则重新确定同步器4的目标挡位；若所述目标挡位是驻车挡或空挡中任意之一，则换挡动作为所述由运动挡换为空挡。

进一步的，所述步骤S500中的所述换挡准备指令包括第一换挡准备指令、第二换挡准备指令和第三换挡准备指令；所述步骤S500包括：

S510：当所述换挡动作为所述由驻车挡换为空挡时，获取第一换挡准备指令；

S520：当所述换挡动作为所述由空挡换为驻车挡时，获取第二换挡准备指令；

S530：当所述换挡动作为所述由运动挡换为空挡或为所述由空挡换为运动挡时，获取第三换挡准备指令。

如图11所示，进一步的，所述第一换挡准备指令包括以下步骤：

S511：获取制动踏板的位置；

S512：根据所述制动踏板的位置判断所述制动踏板是否被踩下；

S513：若所述制动踏板被踩下，则返回步骤S510。

进一步的，所述步骤S520中，若所述制动踏板未被踩下，则进入步骤S600。

如图12所示，进一步的，所述第二换挡准备指令包括以下步骤：

S521：获取车辆的速度；

S522：判断所述车速是否小于C；

S523：若所述车速大于等于C，则进行制动控制，并返回步骤S521。

进一步的，所述步骤S522中，若所述车速小于C，则进入步骤S600。

如图13所示，进一步的，所述第三换挡准备指令包括以下步骤：

S531：获取车辆的拖曳扭矩和转速差；

S532：判断所述拖曳扭矩是否小于A；

S533：若所述拖曳扭矩小于A，判断所述转速差是否小于B；

S534：若所述转速差小于B，则进入步骤S600。

进一步的，所述步骤S532中，若所述车速大于等于A，则进行扭矩控制，并返回步骤S531。

进一步的，所述步骤S533中，若所述转速差大于等于B，则进行转速控制，并返回步骤S531。

进一步的，在所述步骤S700中，所述换挡指令通过换挡曲线生成驱动机构控制指令；其中，所述换挡曲线是多挡位变速器换挡的根据曲线，也被称为换挡map或Shiftmap。

进一步的，所述步骤S700中，根据所述驱动机构控制指令控制相应的驱动机构2进行换挡操作。根据实际的结构，所述驱动机构2可以为任意符合要求的驱动机构2。因此，根据实际的控制对象和换挡曲线，所述驱动机构控制指令可以是转速指令、位移指令、速度指令、电磁阀开度指令等。

综上，上述操作能够实现四种挡位的切换，分别为：由驻车挡换为空挡、由空挡换为驻车挡、由空挡换为运动挡和由运动挡换为空挡。当需要进行由驻车挡换为运动挡时，经历过上述操作后，当前挡位由驻车挡变为空挡。由于当前挡位是实时获取与目标挡位比对，因此，将再次进行上述操作，从而由中间挡位空挡变为目标挡位运动挡。由运动挡换为驻车挡具有同样的操作。

如图14至17所示，相应的，本实施例还提供了一种车辆，所述车辆包括上述换挡装置，所述换挡装置包括同步器4、挡位齿轮6、驻车齿轮5、驱动机构2和控制器1；所述车辆还包括发动机7、发电机8、电池9和电动机10；

所述发动机7、所述发电机8、所述电池9、所述电动机10和所述挡位齿轮6依次连接，所述发动机7还与所述挡位齿轮6连接，所述同步器4设置于所述挡位齿轮6和所述驻车齿轮5之间；所述驱动机构2分别与所述同步器4的啮合机构3和所述控制器1连接；所述控制器1与所述驱动机构2电连接，所述控制器1用于根据操作者的指令控制所述驱动机构2进行换挡操作。

进一步的，所述车辆能够实现四种基本工作模式，分别为：纯电动模式、串联驱动模式、并联驱动模式和停车发电模式。

如图14所示，在纯电动模式中，同步器4处于空挡，发动机7和发电机8都不与电池9连接，电池9与电动机10连接驱动挡位齿轮6转动(即图中粗线连接处)，车辆处于低速状态；

如图15所示，在串联驱动模式中，同步器4处于空挡，发动机7、发电机8、电池9和电动机10依次连接，挡位齿轮6在电动机10的驱动下转动(即图中粗线连接处)，车辆处于中速状态；

如图16所示，在并联驱动模式中，同步器4处于运动挡，发动机7、发电机8、电池9和电动机10依次连接，电动机10驱动挡位齿轮6转动；并且发动机7也与挡位齿轮6连接驱动挡位齿轮6转动(即图中粗线连接处)，车辆处于高速状态；

如图17所示，在停车发电模式中，同步器4处于驻车挡，发动机7、发电机8和电池9依次连接(即图中粗线连接处)，车辆处于停车状态，电池9处于充电状态。

实施例：

如图18所示，本实施例提供了一种应用于单边同步器12的换挡装置，所述换挡装置包括同步器4、挡位齿轮6、驻车齿轮5、驱动机构2和控制器1；

所述同步器4设置于所述挡位齿轮6和所述驻车齿轮5之间；所述同步器4包括啮合机构3，所述驱动机构2用于驱动所述啮合机构3移动，所述啮合机构3与所述挡位齿轮6或所述驻车齿轮5啮合；所述控制器1与所述驱动机构2电连接，所述控制器1用于根据操作者的指令控制所述驱动机构2进行换挡操作。

所述啮合机构3包括单边同步器12的齿套303、拨叉301和驻车机构302，所述驻车机构302与所述拨叉301连接，且设置于靠近所述驻车齿轮5的一侧；所述拨叉301移动带动所述齿套303和所述驻车机构302移动；所述齿套303能够与所述挡位齿轮6啮合，所述驻车机构302能够与所述驻车齿轮5啮合，且两者不会同时啮合，但是可以同时不啮合。

当单边同步器12的齿套303与挡位齿轮6连接，进行传统运动速度挡位的切换，即运动挡；当驻车机构302与驻车齿轮5连接，进行驻车操作，即驻车挡；当单边同步器12处于中位，既不与挡位齿轮6连接也不与驻车齿轮5连接时，车辆处于空挡状态，即空挡。因此，单边同步器12的换挡也就是在运动挡、空挡和驻车挡之间的切换。

因此，挡位的切换可以具体分为六个动作状态，分别为：由驻车挡换为空挡、由驻车挡换为运动挡、由空挡换为驻车挡、由空挡换为运动挡、由运动挡换为驻车挡和由运动挡换为空挡。在单边同步器12中，空挡处于驻车挡和运动挡之间，在驻车挡和运动挡进行切换时，都要经过空挡后再切换。即可将由驻车挡换为运动挡动作分解为由驻车挡换为空挡和由空挡换为运动挡两步；由运动挡换为驻车挡动作分解为由运动挡换为空挡和由空挡换为驻车挡两步动作。故而实际的动作状态只有四种，分别为：由驻车挡换为空挡、由空挡换为驻车挡、由空挡换为运动挡和由运动挡换为空挡。

如图1所示，进一步的，所述控制器1包括：

目标挡位确定模块101，用于确定单边同步器12的目标挡位；

当前挡位实时获取模块102，用于实时获取车辆的当前挡位；

挡位比较模块103，用于比较所述当前挡位和所述目标挡位是否相同；

换挡动作确定模块104，用于当所述当前挡位和所述目标挡位不同时，根据当前挡位和目标挡位确定换挡动作；

换挡指令获取模块106，用于根据换挡动作获取预先存储的换挡指令；

驱动机构控制指令生成模块107，用于根据换挡指令和预先存储的换挡曲线生成驱动机构控制指令；

其中，所述换挡动作包括由速度挡换为空挡、由空挡换为速度挡、由驻车挡换为空挡和由空挡换为驻车挡。

如图2所示，进一步的，所述目标挡位确定模块101还包括：

挡位信号获取子模块1011，用于获取操作者给出的换挡的挡位信号；

挡位信号判断子模块1012，用于根据挡位信号和预先存储的换挡曲线判断目标挡位。

如图3所示，进一步的，所述当前挡位实时获取模块102还包括：

啮合机构位置获取子模块1021，用于获取单边同步器12的啮合机构3位置；

当前挡位判断子模块1022，用于根据啮合机构3位置判断当前挡位。

进一步的，所述控制器1还包括当前动作状态获取模块108，用于判断装置当前是否正在进行换挡操作。

进一步的，根据所述换挡动作，相应的所述换挡指令包括由驻车挡切换为空挡指令、空挡切换为驻车挡指令、运动挡切换为空挡指令和空挡切换为运动挡指令。

进一步的，所述控制器1还包括：换挡准备指令获取模块105，用于根据所述换挡动作获取预先存储的换挡准备指令；

其中，所述换挡准备指令包括第一换挡准备指令、第二换挡准备指令和第三换挡准备指令；

所述第一换挡准备指令用于控制制动踏板的位置；所述第二换挡准备指令用于控制车辆的速度；所述第三换挡准备指令用于控制车辆的拖曳扭矩和转速差。

进一步的，所述换挡装置还包括换挡准备执行模块109，用于根据换挡准备指令执行相应的操作；如图4所示，所述换挡准备执行模块109还包括第一换挡准备执行子模块1091、第二换挡准备执行子模块1092和第三换挡准备执行子模块1093。

如图5所示，进一步的，所述第一换挡准备执行子模块1091用于执行第一换挡准备指令，包括：

制动踏板位置获取子模块10911，用于获取制动踏板的位置；

制动踏板位置判断子模块10912，用于判断所述制动踏板是否被踩下。

如图6所示，进一步的，所述第二换挡准备执行子模块1092用于执行第二换挡准备指令，包括：

车速获取子模块10921，用于获取车辆的速度；

车速判断子模块10922，用于判断所述车速是否小于C；

制动控制子模块10923，用于控制所述车速小于C。

如图7所示，进一步的，所述第三换挡准备执行子模块1093用于执行第三换挡准备指令，包括：

扭矩获取子模块10931，用于获取车辆的拖曳扭矩；

转速获取子模块10932，用于获取车辆的转速差；

扭矩判断子模块10933，用于判断所述扭矩是否小于A；

转速判断子模块10934，用于判断所述转速差是否小于B；

扭矩控制子模块10935，用于控制车辆扭矩小于A；

转速控制子模块10936，用于控制车辆转速差小于B。

其中，所述A、B和C为实现最佳效果而取的值，可以为固定的某值、某一范围或者为根据实际情况变化的动态值。

结合图8所示，相应地，本发明还提供了一种基于上述换挡装置的换挡方法，所述换挡方法包括以下步骤：

S100：确定单边同步器12的目标挡位；

S200：实时获取车辆的当前挡位；

S300：比较所述当前挡位和所述目标挡位是否相同；

S400：若所述当前挡位和所述目标挡位不同，则根据所述当前挡位和所述目标挡位确定换挡动作；

S500：根据所述换挡动作获取预先存储的换挡准备指令并驱动；

S600：根据所述换挡动作获取预先存储的换挡指令；

S700：根据所述换挡指令生成驱动机构控制指令；

S800：所述驱动机构2根据所述驱动机构控制指令执行换挡操作；

其中，所述目标挡位包括运动挡、空挡和驻车挡，所述当前挡位包括运动挡、空挡和驻车挡。

如图9所示，进一步的，所述步骤S100中确定车辆的目标挡位还包括以下步骤：

S110：获取操作者的目标挡位信号；

S120：判断所述挡位信号是否为驻车挡；

S130：若所述挡位信号不为驻车挡，则判断所述挡位信号是否为空挡；

S140：若所述挡位信号不为空挡，则根据换挡曲线确定目标挡位为空挡或运动挡；

其中，所述换挡曲线是多挡位变速器换挡的根据曲线，也被称为换挡map或Shiftmap。

进一步的，所述步骤S120中，所述挡位信号为驻车挡时，则目标挡位为驻车挡。

进一步的，所述步骤S130中，所述挡位信号为空挡时，则目标挡位为空挡。

如图18所示，进一步的，所述步骤S200中，通过扫描所述拨叉301的位置来获取所述当前挡位。在本结构中，拨叉301带动单边同步器12齿套303左右移动，拨叉301共有三个位置：拨叉301带动齿套303向挡位齿轮6移动，进入运动挡；拨叉301移动至中位，进入空挡；拨叉301移向驻车齿轮5，进入驻车挡。因此，通过扫描拨叉301的位置就能得到单边同步器12当前挡位。

进一步的，所述步骤S300中，当所述当前挡位和所述目标挡位相同时，则换挡结束；当所述当前挡位和所述目标挡位不同时，则进行步骤S400。

进一步的，所述步骤S300和所述步骤S400之间还包括步骤S300’：判断是否正在进行换挡操作；如果是，则返回步骤S100；如果不是，则重新扫描当前挡位，进行步骤S400。

如图10所示，进一步的，所述步骤S400还包括以下步骤：

S410：判断所述当前挡位是否为驻车挡；

S420：若所述当前挡位不是驻车挡，则判断所述当前挡位是否为空挡；

S430：若所述当前挡位不是空挡，则判断所述当前挡位是否为运动挡；

S440：若所述当前挡位不是运动挡，则报错。

进一步的，所述步骤S410中的当前挡位为驻车挡时，还包括以下步骤：

S411：判断所述目标挡位是否为运动挡；

S412：若所述目标挡位不是运动挡，则判断所述目标挡位是否为空挡；

S413：若所述目标挡位不是空挡，则驱动步骤S100。

进一步的，所述步骤S412中的目标挡位为空挡时，换挡动作为由驻车挡换为空挡。

进一步的，所述步骤S420中的当前挡位为空挡时，还包括以下步骤：

S421：判断所述目标挡位是否为驻车挡；

S422：若所述目标挡位不是驻车挡，则判断所述目标挡位是否为运动挡；

S423：若所述目标挡位不是运动挡，则驱动步骤S100。

进一步的，所述步骤S421中的目标挡位为驻车挡时，换挡动作为由空挡换为驻车挡。

进一步的，所述步骤S422中的目标挡位为运动挡时，换挡动作为由空挡换为运动挡。

进一步的，所述步骤S430中的当前挡位为运动挡时，还包括以下步骤：

S431：判断所述目标挡位是否为驻车挡；

S432：若所述目标挡位不是驻车挡，则判断所述目标挡位是否为空挡；

S433：若所述目标挡位不是空挡，则驱动步骤S100。

进一步的，所述步骤S431中的目标挡位为驻车挡时，换挡动作为由运动挡换为空挡。

进一步的，所述步骤S432中的目标挡位为空挡时，换挡动作为由运动挡换为空挡。

进一步的，所述步骤S500中的所述换挡准备指令包括第一换挡准备指令、第二换挡准备指令和第三换挡准备指令；所述步骤S500包括：

S510：当所述换挡动作为所述由驻车挡换为空挡时，获取第一换挡准备指令；

S520：当所述换挡动作为所述由空挡换为驻车挡时，获取第二换挡准备指令；

S530：当所述换挡动作为所述由运动挡换为空挡或为所述由空挡换为运动挡时，获取第三换挡准备指令。

如图11所示，进一步的，所述第一换挡准备指令包括以下步骤：

S511：获取制动踏板的位置；

S512：根据所述制动踏板的位置判断所述制动踏板是否被踩下；

S513：若所述制动踏板被踩下，则返回步骤S510。

进一步的，所述步骤S520中，若所述制动踏板未被踩下，则进入步骤S600。

如图12所示，进一步的，所述第二换挡准备指令包括以下步骤：

S521：获取车辆的速度；

S522：判断所述车速是否小于C；

S523：若所述车速大于等于C，则进行制动控制，并返回步骤S521。

进一步的，所述步骤S522中，若所述车速小于C，则进入步骤S600。

如图13所示，进一步的，所述第三换挡准备指令包括以下步骤：

S531：获取车辆的拖曳扭矩和转速差；

S532：判断所述拖曳扭矩是否小于A；

S533：若所述拖曳扭矩小于A，判断所述转速差是否小于B；

S534：若所述转速差小于B，则进入步骤S600。

进一步的，所述步骤S532中，若所述车速大于等于A，则进行扭矩控制，并返回步骤S531。

进一步的，所述步骤S533中，若所述转速差大于等于B，则进行转速控制，并返回步骤S531。

进一步的，在所述步骤S700中，所述换挡指令通过换挡曲线生成驱动机构控制指令；其中，所述换挡曲线是多挡位变速器换挡的根据曲线，也被称为换挡map或Shiftmap。

进一步的，所述步骤S700中，根据所述驱动机构控制指令控制相应的驱动机构2进行换挡操作。在本实施例，所述驱动机构2包括驱动电机201和滚珠丝杠结构202，驱动电机201转动带动滚珠丝杠202移动从而实现拨叉301的左右移动。但是根据实际的结构，所述驱动机构2可以为电机结合其他机构，可以为液压缸也可以为其他任意符合要求的驱动机构2。因此，根据实际的控制对象和换挡曲线，所述驱动机构控制指令可以是转速指令、位移指令、速度指令、电磁阀开度指令等等。

综上，上述操作能够实现四种挡位的切换，分别为：由驻车挡换为空挡、由空挡换为驻车挡、由空挡换为运动挡和由运动挡换为空挡。当需要进行由驻车挡换为运动挡时，经历过上述操作后，当前挡位由驻车挡变为空挡。由于当前挡位是实时获取与目标挡位比对，因此，将再次进行上述操作，从而由中间挡位空挡变为目标挡位运动挡。由运动挡换为驻车挡具有同样的操作。

如图14至17所示，相应的，本实施例还提供了一种车辆，所述车辆包括上述换挡装置，所述换挡装置包括单边同步器12、挡位齿轮6、驻车齿轮5、驱动机构2和控制器1；所述车辆还包括发动机7、发电机8、电池9和电动机10；

所述发动机7、所述发电机8、所述电池9、所述电动机10和所述挡位齿轮6依次连接，所述发动机7还与所述挡位齿轮6连接，所述单边同步器12设置于所述挡位齿轮6和所述驻车齿轮5之间；所述驱动机构2分别与所述单边同步器12的啮合机构3和所述控制器1连接；所述控制器1与所述驱动机构2电连接，所述控制器1用于根据操作者的指令控制所述驱动机构2进行换挡操作。

在图14-17中，单边同步器12具有左、中、右三个挡位，移动至左位则与发动机7侧的挡位齿轮6连接，移动至右位则与驻车齿轮5连接，处于中位时则都不连接。所述车辆能够实现四种基本工作模式，分别为：纯电动模式、串联驱动模式、并联驱动模式和停车发电模式。

如图14所示，在纯电动模式中，单边同步器12处于空挡，发动机7和发电机8都不与电池9连接，电池9与电动机10连接驱动挡位齿轮6转动(即图中粗线连接处)，车辆处于低速状态；

如图15所示，在串联驱动模式中，单边同步器12处于空挡，发动机7、发电机8、电池9和电动机10依次连接，挡位齿轮6在电动机10的驱动下转动(即图中粗线连接处)，车辆处于中速状态；

如图16所示，在并联驱动模式中，单边同步器12处于运动挡，发动机7、发电机8、电池9和电动机10依次连接，电动机10驱动挡位齿轮6转动；并且发动机7也与挡位齿轮6连接驱动挡位齿轮6转动(即图中粗线连接处)，车辆处于高速状态；

如图17所示，在停车发电模式中，单边同步器12处于驻车挡，发动机7、发电机8和电池9依次连接(即图中粗线连接处)，车辆处于停车状态，电池9处于充电状态。

以上所述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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种换挡装置，其特征在于，所述换挡装置包括同步器、挡位齿轮、驻车齿轮、驱动机构和控制器；

所述同步器设置于所述挡位齿轮和所述驻车齿轮之间；所述同步器包括啮合机构，所述驱动机构用于驱动所述啮合机构移动，所述啮合机构与所述挡位齿轮或所述驻车齿轮啮合；所述控制器与所述驱动机构电连接，所述控制器用于根据操作者的指令控制所述驱动机构进行换挡操作。

2.根据权利要求1所述的一种换挡装置，其特征在于，所述挡位齿轮包括变速箱中用于传递转速和扭矩的齿轮；所述驻车齿轮包括变速箱中用于驻车的齿轮。

3.根据权利要求1所述的一种换挡装置，其特征在于，所述同步器的挡位包括运动挡、空挡和驻车挡；

所述控制器包括：

目标挡位确定模块，用于确定同步器的目标挡位；

当前挡位实时获取模块，用于实时获取车辆的当前挡位；

挡位比较模块，用于比较所述当前挡位和所述目标挡位是否相同；

换挡动作确定模块，用于当所述当前挡位和所述目标挡位不同时，根据当前挡位和目标挡位确定换挡动作；

换挡指令获取模块，用于根据换挡动作获取预先存储的换挡指令；

驱动机构控制指令生成模块，用于根据换挡指令和预先存储的换挡曲线生成驱动机构控制指令；

其中，所述换挡动作包括由速度挡换为空挡、由空挡换为速度挡、由驻车挡换为空挡和由空挡换为驻车挡。

4.根据权利要求3所述的一种换挡装置，其特征在于，所述目标挡位确定模块还包括：

挡位信号获取子模块，用于获取操作者给出的换挡的挡位信号；

挡位信号判断子模块，用于根据挡位信号和预先存储的换挡曲线判断目标挡位；

所述当前挡位实时获取模块还包括：

啮合机构位置获取子模块，用于获取同步器的啮合机构位置；

当前挡位判断子模块，用于根据啮合机构位置判断当前挡位。

5.根据权利要求3所述的一种换挡装置，其特征在于，所述控制器还包括当前动作状态获取模块，用于判断装置当前是否正在进行换挡操作。

6.根据权利要求3所述的一种换挡装置，其特征在于，所述换挡指令包括由驻车挡切换为空挡指令、空挡切换为驻车挡指令、运动挡切换为空挡指令和空挡切换为运动挡指令。

7.根据权利要求3所述的一种换挡装置，其特征在于，所述控制器还包括：换挡准备指令获取模块，用于根据所述换挡动作获取预先存储的换挡准备指令；

其中，所述换挡准备指令包括第一换挡准备指令、第二换挡准备指令和第三换挡准备指令；

所述第一换挡准备指令用于控制制动踏板的位置；所述第二换挡准备指令用于控制车辆的速度；所述第三换挡准备指令用于控制车辆的拖曳扭矩和转速差。

8.一种换挡方法，其特征在于，权利要求1-7中任意一项所述的换挡装置的换挡方法包括：

确定同步器的目标挡位；

实时获取同步器的当前挡位；

比较所述当前挡位和所述目标挡位是否相同；

若所述当前挡位和所述目标挡位不同，则根据所述当前挡位和所述目标挡位确定换挡动作；

根据所述换挡动作获取预先存储的换挡指令；

根据所述换挡指令生成驱动机构控制指令；

所述驱动机构根据所述驱动机构控制指令执行换挡操作；

其中，所述目标挡位包括运动挡、空挡和驻车挡，所述当前挡位包括运动挡、空挡和驻车挡。

9.根据权利要求8所述的一种换挡方法，其特征在于，在根据所述当前挡位和所述目标挡位确定换挡动作之前，还要判断装置当前是否正在进行换挡操作；

在根据所述换挡动作获取预先存储的换挡指令之前，还要根据所述换挡动作获取预先存储的换挡准备指令并执行，所述换挡准备指令用于为同步器换挡做准备。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求1-7中任意一项所述的换挡装置，所述换挡装置包括同步器、挡位齿轮、驻车齿轮、驱动机构和控制器；所述车辆还包括发动机、发电机、电池和电动机；

所述车辆的工作模式包括纯电动模式、串联驱动模式、并联驱动模式和停车发电模式：

所述车辆处于纯电动模式时，所述同步器处于空挡，电池与电动机连接驱动挡位齿轮转动，车辆处于低速状态；

所述车辆处于串联驱动模式时，所述同步器处于空挡，发动机、发电机、电池和电动机依次连接，挡位齿轮在电动机的驱动下转动，车辆处于中速状态；

所述车辆处于并联驱动模式时，所述同步器处于运动挡，发动机、发电机、电池和电动机依次连接，电动机驱动挡位齿轮转动；并且发动机也与挡位齿轮连接驱动挡位齿轮转动，车辆处于高速状态；

所述车辆处于停车发电模式时，所述同步器处于驻车挡，发动机、发电机和电池依次连接，车辆处于停车状态，电池处于充电状态。