CN109869448B - 一种电动车用两挡自动变速箱及其换挡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动车用两挡自动变速箱及其换挡控制方法，属于电动车辆传动技术领域，针对现有技术前进挡切换倒挡以及倒挡切换前进挡的过程中伴随着超越离合器的冲击，影响换挡舒适性且缩短了超越离合器使用寿命的问题。本发明所述两挡自动变速器将换挡过程转换为甩块离合器的自动结合过程，消除了换挡过程中的动力中断的同时，通过预贴合过程消除了超越离合器在换挡过程中的冲击，改善车辆换挡过程的舒适性以及行驶平顺性。本发明基于齿轮副传递动力，传动效率高。并且由于提供了两个前进挡，提高了电机工作在高效区间的可能性，使得能量利用率高，同等条件下提高了车辆的续航里程。

Description

一种电动车用两挡自动变速箱及其换挡控制方法

技术领域

本发明属于电动车辆传动技术领域，具体涉及一种电动车用两挡自动变速箱及其换挡控制方法。

背景技术

我国纯电动汽车的发展迅速，市场上已经出现大规模的纯电动汽车，纯电动汽车已经进入规模化生产阶段。

纯电动汽车的驱动形式有很多种，现今纯电动汽车常用的是无离合器的单挡直驱形式。这种驱动形式即电机直接通过固定减速比装置驱动车轮，具有传动平顺性好的优点，但是该动力系统对电机以及电池的性能要求很高，为了兼顾高速巡航特性，难以避免使得车辆的加速性、爬坡能力较差且电动机的工作效率较低。还有一种典型的驱动形式是配置多挡传动装置的传统驱动系，具有加速性好，爬坡能力强且电机运行效率高等优点。

与传统内燃机不同，电动机的高效运转区间更宽。因此，纯电动车对变速箱档位数要求不高，二挡即为较合适挡位。而且，对变速箱的传动效率和换挡变挡舒适性要求较高。目前无换挡动力中断的变速的传动方案有无级变速箱CVT、双离合器自动变速箱DCT等，这些方案采用湿式离合器或者传动带，不仅机械结构复杂，成本较高，而且自身传动效率较低。电控机械式自动变速器AMT具有传动效率高的优点，但是传统电控机械式自动变速器换挡过程存在动力中断，影响车辆行驶的平顺性。此外，传统机械式自动变速箱的操纵机构包括换挡拨叉和换挡拨叉轴，这增大了变速器尺寸，增加了成本。可见开发出专门应用于电动车的简单、高效、无动力中断换挡专用变速箱十分必要。

中国发明专利(CN105864368A)中公开了一种电动车无动力中断换挡变速箱及其换挡控制方法，通过可控式超越离合器和干式离合器的耦合为单驱动电机的动力输出提供了两个前进挡位和一个倒挡位。利用离合器滑磨的原理在换挡过程中提供助力，实现换挡过程无动力中断。但是该装置的倒挡动力通过二挡齿轮副传递，使得倒挡扭矩小，车速快，不能很好地满足使用要求；另一方面，该方案采用离合器控制机构实现前进挡变挡控制，结构较为复杂，体积较大，成本较高。中国专利(CN107489741A)中，通过使用双向超越离合器，在消除两挡变速箱前进过程中换挡动力中断地同时，能够实现车辆倒挡动力通过一挡齿轮副传递，倒挡性能得到提升。但是由于其双向超越离合器地工作特性：在前进倒退两传力楔面与滚柱之间在切换时存在间隙。因此，在前进挡切换倒挡以及倒挡切换前进挡的过程中伴随着超越离合器的冲击，影响换挡舒适性的同时，缩短了超越离合器的使用寿命。另一方面，该专利所述方案通过离合器控制机构以操纵前进过程中的挡位切换动作，同样存在结构较为复杂，成本较高，换挡控制要求高的特点。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种电动车用两挡自动变速箱；由箱体1、输入轴2、一挡齿轮副、二挡齿轮副、甩块离合器、输出轴6、换挡控制机构以及电机控制器组成。

所述一挡齿轮副由一挡小齿轮31和一挡大齿轮32啮合传动连接组成，一挡小齿轮31固连在输入轴2上，一挡大齿轮32安装在输出轴6上；

所述二档齿轮副由二挡小齿轮41和二挡大齿轮42啮合传动连接组成，二挡小齿轮41通过轴承可旋转地套接在输入轴2上，二挡大齿轮42固连在输出轴6上；

所述甩块离合器为离心式甩块离合器，由甩块离合器外圈51、甩块离合器内圈52、摩擦块53和回位弹簧54组成；

甩块离合器内圈52与二挡小齿轮41相连，二者同步转动；甩块离合器外圈51与输入轴2相连，二者同步转动；摩擦块53设置在甩块离合器外圈51和甩块离合器内圈52之间，通过回位弹簧54固定在甩块离合器内圈52上，摩擦块53与甩块离合器内圈52同步转动；所述甩块离合器为通过甩块离合器内圈52转速控制摩擦块53与甩块离合器外圈51的结合和分离；

当二挡小齿轮41的转速足够高时，连接在甩块离合器内圈52上的摩擦块53在离心作用下克服回位弹簧54的拉力，沿径向向外运动，使摩擦块53与甩块离合器外圈51的内表面接触作用，并传递扭矩，使得甩块离合器外圈51在摩擦力的作用下，与内圈同步转动，即离合器结合；当二挡小齿轮41的转速不够高时，摩擦块53的离心作用不足以克服回位弹簧54的拉力，沿径向向内收缩，摩擦块53与甩块离合器外圈51的内表面分离，不传递转矩，允许离合器内外圈之间存在转速差，即离合器分离。

所述换挡控制机构包括控制齿轮副、控制齿超越离合器72和一挡超越离合器73。

所述控制齿轮副，由控制小齿轮711和控制大齿轮712啮合传动连接组成；控制小齿轮711通过控制超越离合器72安装在输入轴2上，控制大齿轮712通过轴承安装在输出轴6上；控制齿轮副的传动比大于一挡齿轮副的传动比；控制超越离合器72设置使控制齿轮副在变速箱倒挡工作时起作用，当变速箱工作在前进挡时，控制齿轮副空转不起作用。

所述一挡超越离合器73由一挡超越离合器外圈735、一挡超越离合器内圈731、滚柱保持架732、滚柱733、预紧弹簧734、控制压盘741、控制摩擦片742、波形弹簧743组成。所述一挡超越离合器73为双向超越离合器，以实现一挡正向行驶及一挡倒挡行驶；

一挡超越离合器外圈735固定在一档大齿轮32内圈，一挡超越离合器内圈731固连在输出轴6上；一挡超越离合器外圈735的内表面上设置有若干个锁止板，一挡超越离合器外圈735的内表面与一挡超越离合器内圈731外表面配合形成多个绕圆周均布的楔形空间，所述单个楔形空间的两端为两个相对的楔形锁止面，一端为一挡运行锁止面，另一端为倒挡运行锁止面；滚柱保持架732一端的端面上设有多个用于安装滚柱733的滚珠槽，另一端端面设有若干的凹槽；所述滚柱保持架732通过预紧弹簧734将滚柱733预紧在楔形空间的一挡运行锁止面内；所述控制摩擦片742通过其外边缘的凸起固定在滚柱保持架732端面的凹槽内，二者同步转动；控制大齿轮712端面设有一环形凹槽，其边缘还设有多个半圆小凹槽；所述波形弹簧743安装环形凹槽内，所述控制压盘741安装在控制摩擦片742和波形弹簧743之间，并通过其边缘的凸起固定在控制大齿轮712端面边缘的半圆小凹槽内，与之同步转动，并通过波形弹簧743轴向预紧，使控制压盘741紧贴在控制摩擦片上，以使得控制大齿轮712能够以波形弹簧743预紧取得的摩擦力带动滚柱保持架732以与之相同的运动趋势动作。

在上述结构的基础上，本发明中的电动车用两挡自动变速箱能够取得低速前进挡(一挡)，高速前进挡(二挡)以及倒挡三个工作挡位，各挡位动力传递路径如下：

一挡前进工作状态时，二挡小齿轮41的转速较低，甩块离合器呈分离状态，滚柱733贴合在一挡超越离合器外圈735中的一挡运行锁止面，一挡超越离合器锁止传递转矩。驱动电机输入的功率经过输入轴2传递至一挡小齿轮31，经过一挡齿轮副传递至一挡大齿轮32，一挡大齿轮32通过贴合在一挡超越离合器外圈735中的一挡运行锁止面的滚柱733将功率传递至一挡超越离合器内圈731，由一挡超越离合器内圈731将功率传递至输出轴6。

二挡前进工作状态时，二挡小齿轮41的转速较高，甩块离合器呈结合状态，滚柱733贴合在一挡超越离合器外圈735中的一挡运行锁止面，但由于一挡超越离合器内圈731的转速大于一挡超越离合器外圈735的转速，一挡超越离合器超越，不传递扭矩。驱动电机输入的功率经过输入轴2传递至甩块离合器外圈51，并利用摩擦块53与甩块离合器外圈51之间的摩擦力，将功率传递至甩块离合器内圈52，由此传递至二挡小齿轮41，经过二挡齿轮副传递至二挡大齿轮42，由二挡大齿轮42将功率传递至输出轴6。

倒挡工作状态时，驱动电机的输入转速较低，二挡小齿轮41的转速较低，甩块离合器呈分离状态，由于输入轴2反向转动，滚柱733贴合在一挡超越离合器外圈735中的倒挡运行锁止面上，一挡超越离合器73反向锁止，传递扭矩。驱动电机输入的功率经过输入轴2，传递至一挡小齿轮31，经过一挡齿轮副传递至一挡大齿轮32，一挡大齿轮32通过贴合在一挡超越离合器外圈735中的倒挡运行锁止面上的滚柱733将功率传递至一挡超越离合器内圈731，由一挡超越离合器内圈731将功率传递至输出轴6。并且在倒挡工作时，驱动电机控制器对驱动电机倒挡最大工作转速进行了限制，防止倒挡过程中甩块离合器结合。

一种纯电动汽车两挡自动变速箱的换挡控制方法，所述换挡控制方法包括一挡前进挡与倒挡之间的相互切换以及一挡前进挡与二挡前进挡之间的相互切换。

本发明所述电动车两挡自动变速箱从一挡前进挡切换至倒挡的工作过程如下：

在一挡前进挡工作结束时，二挡小齿轮41的转速较低，甩块离合器呈分离状态，滚柱733在折片弹簧的作用下贴合在一挡超越离合器外圈735中的一挡运行锁止面上；驱动电机控制器在接收到驾驶员挂倒挡的挡位信号后，控制驱动电机反向转动贴合角度A，并通过驱动电机上的编码器识别驱动电机轴的反向工作角度。

贴合角度A通过如下关系获得：

A＝a×(i1-i2)(1)

式(1)中a是一挡超越离合器外圈735中一挡运行锁止面倒挡运行锁止面上滚柱贴合点之间的夹角；i1是控制齿轮副的传动比；i2是一挡齿轮副的传动比)。

当驱动电机控制器通过电机编码器识别到驱动电机输入轴2反向转动了角度A之后，停止向驱动电机施加电流，挂挡动作完成。此时，滚柱733在控制摩擦片742摩擦力的作用下克服折片弹簧743弹力贴合在一挡超越离合器外圈735中的倒挡运行锁止面上。当驾驶员踩下油门踏板时，驱动电机反向转动，并且驱动电机的反向功率可直接通过一挡齿轮副以及滚柱733传递至输出轴6带动车辆，不存在滚柱空行程，消除了一挡切换至倒挡时，由于滚柱间隙带来的倒挡工作初始冲击。

本发明所述电动车两挡自动变速箱从倒挡切换至一挡前进挡的工作过程如下：

在倒挡工作结束时，二挡小齿轮41的转速较低，甩块离合器呈分离状态，滚柱733在控制摩擦片742摩擦力的作用下克服折片弹簧743弹力贴合在一挡超越离合器外圈735中的倒挡运行锁止面上。驱动电机控制器在接收到驾驶员挂前进挡的挡位信号后，控制驱动电机正向转动贴合角度A，并通过驱动电机上的编码器识别驱动电机轴的正向工作角度。

当驱动电机控制器通过电机编码器识别到驱动电机输入轴正向转动了角度A之后，停止向驱动电机施加电流，挂挡动作完成。此时，滚柱733在折片弹簧743的作用下贴合在一挡超越离合器外圈735中的一挡运行锁止面上。当驾驶员踩下油门踏板时，驱动电机正向转动，并且驱动电机的正向功率可直接通过一挡齿轮副以及滚柱733传递至输出轴6带动车辆，不存在滚柱空行程，消除了倒挡切换至一挡前进时，由于滚柱间隙带来的一挡工作初始冲击。

本发明所述电动车两挡自动变速箱从一挡前进挡切换至二挡前进挡的工作过程如下：

在前进挡开始工作时，二挡小齿轮41的转速与车速同步，转速较低，摩擦块53在回位弹簧54的作用下与甩块离合器外圈51分离，甩块离合器呈分离状态，滚柱733在折片弹簧734的作用下贴合在一挡超越离合器外圈735中的一挡运行锁止面上，此时变速箱工作在一挡状态，一挡超越离合器外圈735的转速高于一挡超越离合器内圈731的转速；随着车速的提高，二挡小齿轮41的转速同步增大，同步带动甩块离合器内圈52，使摩擦块53的转速增大，摩擦块53所受离心作用随转速增大。当车速增加到换挡车速时，输入轴2转速也上升到换挡转速，此时，甩块离合器中的摩擦块53所受回位弹簧54拉力无法产生足够的向心力时摩擦块53沿径向向外运动，使得摩擦块53的抵在甩块离合器外圈51的内表面上，接触产生的摩擦力有带动甩块离合器外圈51与甩块离合器内圈52同步转动的趋势，驱动电机的输入功率从全部通过一挡齿轮副传递逐渐由甩块离合器分配到二挡齿轮副。随着车速进一步增大，甩块离合器的摩擦块53与甩块离合器外圈51之间的摩擦力继续增大，直至甩块离合器外圈51与甩块离合器内圈52同步转动，驱动电机所有输入功率均经由二挡齿轮副传递，一挡超越离合器73进入超越状态，不传递功率。车辆完成由一挡前进到二挡前进的换挡过程。

本发明所述电动车两挡自动变速箱从二挡前进挡切换至一挡前进挡的工作过程如下：

在二挡状态下工作时，二挡小齿轮41的转速与车速同步，转速较高，摩擦块53克服回位弹簧54作用力与外圈结合，甩块离合器呈结合状态，甩块离合器内圈52的转速与甩块离合器外圈51的转速同步。一挡可控超越离合器工作在超越状态，不传递扭矩。随着车速的降低，二挡小齿轮41的转速也随之降低，同步带动甩块离合器内圈52，摩擦块53的转速减小，摩擦块53所受离心作用减小。当车速降低到换挡车速时，输入轴2转速也降低到换挡转速，此时，甩块离合器中的摩擦块53所受回位弹簧54的拉力可以产生足够向心力时，摩擦块53沿径向向内运动，使得摩擦块53在甩块离合器外圈51的内表面上脱开，产生的摩擦力逐渐减小，甩块离合器外圈51与甩块离合器内圈52之间逐渐出现转速差。随着车速进一步降低，甩块离合器摩擦块与外圈之间的摩擦力继续减小，直至摩擦块53与甩块离合器外圈51内表面完全分离。同时，滚柱733在折片弹簧734的作用下贴合在一挡超越离合器外圈735中的一挡运行锁止面，功率开始由一挡齿轮副传递，此时变速箱工作在一挡状态。车辆完成由二挡前进到一挡前进的换挡过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、得益于甩块离合器的使用，本发明所述两挡自动变速箱能够根据车速自行选换合适挡位，不需要附加的离合器控制机构以及换挡控制器。结构简单，成本显著降低；

2、根据本发明提出的换挡切换方法，消除了现有技术中前进挡切换倒挡，倒档切换前进挡时的初始冲击，提高车辆舒适性的同时，增大了双向超越离合器的使用寿命；

3、本发明所述两挡自动变速箱将换挡过程转换为甩块离合器的自动结合过程，消除了换挡过程中的动力中断，改善车辆换挡过程的舒适性以及行驶平顺性。

4、本发明所述两挡自动变速箱基于齿轮副传递动力，传动效率高。并且由于提供了两个前进挡，提高了电机工作在高效区间的可能性，使得能量利用率高，同等条件下提高了车辆的续航里程；

5、本发明所述两挡自动变速箱能够通过一挡齿轮副传递倒挡功率，提高了倒挡工作时的扭矩，降低了倒挡车速。

在实现前进过程中无动力自动换挡的同时，精简了前进挡换挡离合器执行机构以及换挡控制器。在实现以一挡齿轮对前进以及倒挡的同时，消除前进挡切换倒挡，倒挡切换前进挡时双向超越离合器存在的换挡冲击。使得装配车辆的爬坡能力，高速巡航能力以及电池能量利用率都得到提升。

附图说明

图1为本发明所述两挡自动变速箱整体示意图；

图2为本发明所述两挡自动变速箱中换挡控制机构轴测拆解示意图；

图3为本发明所述两挡自动变速箱处于一挡前进及倒挡工作时甩块离合器结合状态示意图；

图4为本发明所述两挡自动变速箱中换挡控制机构在一挡前进及二挡前进工作时一挡超越离合器的工作状态示意图；

图5为本发明所述两挡自动变速箱处于二挡前进工作时甩块离合器结合状态示意图；

图6为本发明所述两挡自动变速箱中换挡控制机构在倒挡工作时一挡超越离合器的工作状态示意图；

图7为本发明所述两挡自动变速箱由前进挡切换至倒挡时换挡控制机构间隙补偿工作原理示意图；

图8为本发明所述两挡自动变速箱由倒挡切换至前进挡时换挡控制机构间隙补偿工作原理示意图；

箱体1、输入轴2、一挡小齿轮31，一挡大齿轮32；二挡小齿轮41，二挡大齿轮42；甩块离合器外圈51，甩块离合器内圈52，摩擦块53，回位弹簧54；输出轴6；控制小齿轮711，控制大齿轮712；控制齿轮超越离合器72、一挡超越离合器73、一挡双向超越离合器内圈731、滚柱保持架732，滚柱733以及预紧折片弹簧734，双向超越离合器外圈735；控制压盘741，控制摩擦片742，波形弹簧743；轴承8。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明的技术方案，下面结合说明书附图以具体实施例的方式对本发明技术方案进行解释和说明。

如图1所示，本发明提出了一种纯电动汽车两挡自动变速箱，由箱体1，输入轴2、一挡齿轮副、二挡齿轮副、甩块离合器、输出轴6，换挡控制机构以及电机控制器组成。

所述一挡齿轮副由固连在输入轴2上的一挡小齿轮31与安装在输出轴6上一挡大齿轮32啮合传动连接组成；所述二档齿轮副4由通过轴承8可旋转地套接在输入轴2上的二挡小齿轮41与固连在输出轴上的二挡大齿轮42啮合传动连接组成；

如图3和图5所示，所述甩块离合器为离心式甩块离合器，甩块离合器外圈51与输入轴2通过花键相连并传递转矩，二者同步转动；甩块离合器内圈52与二挡齿轮副中的二挡小齿轮41相连，二者同步转动；摩擦块53通过回位弹簧54布置在内外圈之间，与内圈52可旋转地连接，并与其同步转动，回位弹簧54的弹力使得摩擦块53有与外圈51分离的趋势。取得效果如下：当内圈52即输入轴2的转速足够高时，摩擦块53在离心力的作用下，克服回位弹簧54弹力，沿径向向外运动，与外圈51的内圆表面接触作用，并传递扭矩，使得外圈51在摩擦力的作用下，与内圈52同步转动，即离合器5结合；当内圈52即输入轴2的转速不够高时，摩擦块53的离心力不足以克服回位弹簧54弹力，沿径向向内收缩，摩擦块53摩擦面与外圆51内表面分离，不传递转矩，允许内外圆之间存在转速差，即离合器5分离。

如图1所示，所述换挡控制机构包括控制齿轮副、控制齿超越离合器、一挡超越离合器73以及一挡超越离合器的滚柱控制机构。

所述控制齿轮副，由通过控制齿超越离合器安装在输入轴2上的控制小齿轮711与通过轴承安装在输出轴6上的控制大齿轮712啮合传动连接组成，控制齿轮副的传动比大于所述一挡齿轮副的传动比。控制齿超越离合器设置使控制齿轮副在变速箱倒挡工作时起作用，当变速箱工作在前进挡时，控制齿轮副空转不起作用。

如图2所示，所述一挡超越离合器为双向超越离合器，以实现一挡正向行驶及一挡倒挡行驶；所述一挡超越离合器由固定在一档大齿轮32内圈的双向超越离合器外圈735、固连在输出轴6上的一挡超越离合器内圈731、滚柱保持架732，滚柱733以及预紧弹簧734组成；如图4所示，所述一挡超越离合器外圈735的内表面与一挡超越离合器内圈731外表面形成多个绕圆周均布的楔形空间，所述单个楔形空间的两端为两个相对楔形锁止面，一端为一挡运行锁止面，另一端为倒挡运行锁止面；所述滚柱保持架732通过预紧弹簧734将滚柱733预紧在楔形空间的一挡运行锁止面内。

如图2所示，所述一挡超越离合器的滚柱控制机构，由控制压盘741，控制摩擦片742，波形弹簧743组成。所述控制摩擦片742通过外边缘的凸起固定在滚柱保持架732端面的凹槽内，与之同步转动，所述波形弹簧743安装在控制大齿轮712端面的环形凹槽内；所述控制压盘741安装在控制摩擦片742和波形弹簧743之间，并通过边缘的凸起固定在控制大齿轮712端面的凹槽内，与之同步转动。通过波形弹簧743轴向预紧，使控制压盘741紧贴在控制摩擦片742上，传递摩擦力。这使得控制大齿轮712能够以波形弹簧743预紧取得的摩擦力带动滚柱保持架732以与之相同的运动趋势动作，当变速箱以倒挡工况工作时，控制大齿轮712通过摩擦片742产生的摩擦力带动滚柱保持架732克服预紧弹簧734的弹力，将滚柱733拨动到倒挡工作面上。

在上述结构的基础上，本发明所述变速箱能够取得低速前进挡(一挡)，高速前进挡(二挡)以及倒挡三个工作挡位，各挡位动力传递路径如下：

如图3和图4所示，一挡前进工作状态时，车辆前进车速较低，二挡小齿轮41的转速较低，甩块离合器呈分离状态，滚柱733贴合在双向超越离合器外圈735中的前进挡工作面，一挡超越离合器73锁止传递转矩。驱动电机输入的功率经过输入轴2，传递至一挡小齿轮31，经过一挡齿轮副传递至一挡大齿轮32。一挡大齿轮32通过贴合在双向超越离合器外圈735中的前进挡工作面的滚柱733将功率传递至输出轴6。

如图4和图5所示，二挡前进工作状态时，车辆前进车速较高，二挡小齿轮41的转速较高，甩块离合器呈结合状态，滚柱733贴合在双向超越离合器外圈735中的前进挡工作面，双向超越离合器内圈731的转速大于外圈735的转速，一挡超越离合器73超越，不传递扭矩。驱动电机输入的功率经过输入轴2，传递至甩块离合器外圈51，并利用摩擦块53与外圈51之间的摩擦力，将功率传递至甩块离合器内圈52，由此传递至二挡小齿轮41，经过二挡齿轮副传递至二挡大齿轮42，二挡大齿轮42将功率传递至输出轴6。

如图3和图6所示，倒挡工作状态时，二挡小齿轮41的转速较低，甩块离合器呈分离状态，由于输入轴2反向转动，滚柱733贴合在双向超越离合器外圈735中的倒挡工作面，双向超越离合器73锁止并传递转矩。驱动电机输入的功率经过输入轴2，传递至一挡小齿轮31，经过一挡齿轮副传递至一挡大齿轮32。一挡大齿轮32通过贴合在双向超越离合器外圈735中的倒挡工作面的滚柱将功率传递至输出轴6。并且在倒挡工作时，驱动电机控制器对驱动电机倒挡最大工作转速进行了限制，防止倒挡过程中甩块离合器结合发生动力干涉。

一种纯电动汽车两挡自动变速箱的换挡控制方法，所述换挡控制方法包括一挡前进挡与倒挡之间的相互切换以及一挡前进挡与二挡前进挡之间的相互切换。

本发明所述电动车两挡自动变速箱从一挡前进挡切换至倒挡的工作过程如下：在一挡前进挡工作结束时，二挡小齿轮41的转速较低，甩块离合器呈分离状态，滚柱733在折片弹簧734的作用下贴合在双向超越离合器外圈735中的前进挡工作面。如图7所示，驱动电机控制器在接收到驾驶员挂倒挡的挡位信号后，控制驱动电机反向转动贴合角度A，并通过驱动电机上的编码器识别驱动电机轴的反向工作角度。贴合角度A通过如下关系获得：A＝a*(i1-i2)(式中a是双向超越离合器外圈735中前进挡工作面与倒挡工作面上，滚柱贴合点之间的夹角；i1是控制齿轮副的传动比；i2是一挡齿轮副的传动比)。当驱动电机控制器通过电机编码器识别到驱动电机输入轴2反向转动了角度A之后，停止向驱动电机施加电流，挂挡动作完成。此时，滚柱733在摩擦片742摩擦力的作用下克服折片弹簧734弹力贴合在双向超越离合器外圈735中的倒挡工作面上。当驾驶员踩下油门踏板时，驱动电机反向转动，并且驱动电机的反向功率可直接通过一挡齿轮副以及滚柱733传递至输出轴6带动车辆，不存在滚柱空行程，消除了一挡切换至倒挡时，由于滚柱733在外圈735中的间隙带来的倒挡工作初始冲击。

本发明所述电动车两挡自动变速箱从倒挡切换至一挡前进挡的工作过程如下：在倒挡工作结束时，二挡小齿轮41的转速较低，甩块离合器呈分离状态，滚柱733在摩擦片742摩擦力的作用下克服折片弹簧734弹力贴合在双向超越离合器外圈735中的倒挡工作面上。如图8所示，驱动电机控制器在接收到驾驶员挂前进挡的挡位信号后，控制驱动电机正向转动贴合角度A，并通过驱动电机上的编码器识别驱动电机轴的正向工作角度。贴合角度A通过如下关系获得：A＝a*(i1-i2)(式中a是双向超越离合器外圈中前进挡工作面与倒挡工作面上，滚柱贴合点之间的夹角；i1是控制齿轮副的传动比；i2是一挡齿轮副的传动比)。当驱动电机控制器通过电机编码器识别到驱动电机输入轴正向转动了角度A之后，停止向驱动电机施加电流，挂挡动作完成。此时，滚柱733在折片弹簧734的作用下贴合在双向超越离合器外圈735中的前进挡工作面。当驾驶员踩下油门踏板时，驱动电机正向转动，并且驱动电机的正向功率可直接通过一挡齿轮副以及滚柱733传递至输出轴6带动车辆，不存在滚柱733在外圈735中空行程，消除了倒挡切换至一挡前进时，由于滚柱间隙带来的一挡工作初始冲击。

本发明所述电动车两挡自动变速箱从一挡前进挡切换至二挡前进挡的工作过程如下：在前进挡开始工作时，二挡小齿轮41的转速与车速同步，转速较低，摩擦块53在回位弹簧54的作用下与外圈51分离，甩块离合器呈分离状态，滚柱733在折片弹簧734的作用下贴合在双向超越离合器外圈735中的前进挡工作面，此时变速箱工作在一挡状态，甩块离合器外圈51的转速高于内圈52的转速。随着车速的提高，二挡小齿轮41的转速也随之增大，同步带动甩块离合器内圈52，摩擦块53的转速增大，摩擦块53所受离心力增大。当车速增加到换挡车速时，输入轴2的转速也上升到换挡转速，此时，甩块离合器中的摩擦块53所受离心力克服回位弹簧54对它施加的弹性力，沿径向向外运动，使得摩擦块53的工作面抵在离合器外圈51的内表面上，产生的摩擦力有带动离合器外圈51与甩块离合器内圈52同步转动的趋势，驱动电机的输入功率从全部通过一挡齿轮副传递逐渐由离合器5分配到二挡齿轮副。随着车速进一步增大，甩块离合器摩擦块53与外圈51之间的摩擦力继续增大，直至内外圈同步转动，此时，驱动电机所有输入功率均经由二挡齿轮副传递，双向超越离合器73工作在超越状态，不传递功率。车辆完成由一挡前进到二挡前进的换挡过程。

本发明所述电动车两挡自动变速箱从二挡前进挡切换至一挡前进挡的工作过程如下：在二挡状态下工作时，二挡小齿轮41的转速与车速同步，转速较高，摩擦块53克服回位弹簧54作用力与外圈51结合，甩块离合器呈结合状态，甩块离合器内圈52的转速与外圈51的转速同步。双向可控超越离合器73工作在超越状态，不传递扭矩。随着车速的降低，二挡小齿轮41的转速也随之降低，同步带动离合器内圈51，摩擦块53的转速减小，摩擦块53所受离心力减小。当车速降低到换挡车速时，输入轴2转速也降低到换挡转速，此时，甩块离合器中的摩擦块53所受离心力无法克服回位弹簧54对它施加的弹性力，沿径向向内运动，使得摩擦块53的工作面在离合器外圈515的内表面上脱开，产生的摩擦力逐渐减小，离合器外51圈与甩块离合器内圈52之间逐渐出现转速差。随着车速进一步降低，甩块离合器摩擦块53与外圈51之间的摩擦力继续减小，直至摩擦块53与外圈51内表面完全分离。同时，滚柱733在折片弹簧734的作用下贴合在双向超越离合器外圈735中的前进挡工作面，功率开始由一挡齿轮副传递，此时变速箱工作在一挡状态。车辆完成由二挡前进到一挡前进的换挡过程。

Claims (4)

1.一种电动车用两挡自动变速箱的换挡控制方法，其特征在于，变速箱由箱体(1)、输入轴(2)、一挡齿轮副、二挡齿轮副、甩块离合器、输出轴(6)、换挡控制机构以及电机控制器组成；

所述一挡齿轮副由一挡小齿轮(31)和一挡大齿轮(32)啮合传动连接组成，一挡小齿轮(31)固连在输入轴(2)上，一挡大齿轮(32)安装在输出轴(6)上；

所述二挡齿轮副由二挡小齿轮(41)和二挡大齿轮(42)啮合传动连接组成，二挡小齿轮(41)通过轴承可旋转地套接在输入轴(2)上，二挡大齿轮(42)固连在输出轴(6)上；

所述甩块离合器为离心式甩块离合器，由甩块离合器外圈(51)、甩块离合器内圈(52)、摩擦块(53)和回位弹簧(54)组成；

甩块离合器内圈(52)与二挡小齿轮(41)相连，二者同步转动；甩块离合器外圈(51)与输入轴(2)相连，二者同步转动；摩擦块(53)设置在甩块离合器外圈(51)和甩块离合器内圈(52)之间，通过回位弹簧(54)固定在甩块离合器内圈(52)上，摩擦块(53)与甩块离合器内圈(52)同步转动；所述甩块离合器为通过甩块离合器内圈(52)转速控制摩擦块(53)与甩块离合器外圈(51)的结合和分离；

当二挡小齿轮(41)的转速足够高时，连接在甩块离合器内圈(52)上的摩擦块(53)在离心作用下克服回位弹簧(54)的拉力，沿径向向外运动，使摩擦块(53)与甩块离合器外圈(51)的内表面接触作用，并传递扭矩，使得甩块离合器外圈(51)在摩擦力的作用下，与内圈同步转动，即离合器结合；当二挡小齿轮(41)的转速不够高时，摩擦块(53)的离心作用不足以克服回位弹簧(54)的拉力，沿径向向内收缩，摩擦块(53)与甩块离合器外圈(51)的内表面分离，不传递转矩，允许离合器内外圈之间存在转速差，即离合器分离；

所述换挡控制机构包括控制齿轮副、控制齿超越离合器(72)和一挡超越离合器(73)；

所述控制齿轮副，由控制小齿轮(711)和控制大齿轮(712)啮合传动连接组成；控制小齿轮(711)通过控制齿超越离合器(72)安装在输入轴(2)上，控制大齿轮(712)通过轴承安装在输出轴(6)上；控制齿轮副的传动比大于一挡齿轮副的传动比；控制齿超越离合器(72)设置使控制齿轮副在变速箱倒挡工作时起作用，当变速箱工作在前进挡时，控制齿轮副空转不起作用；

所述一挡超越离合器(73)由一挡超越离合器外圈(735)、一挡超越离合器内圈(731)、滚柱保持架(732)、滚柱(733)、预紧弹簧(734)、控制压盘(741)、控制摩擦片(742)、波形弹簧(743)组成；所述一挡超越离合器(73)为双向超越离合器，以实现一挡正向行驶及一挡倒挡行驶；

一挡超越离合器外圈(735)固定在一档大齿轮(32)内圈，一挡超越离合器内圈(731)固连在输出轴(6)上；一挡超越离合器外圈(735)的内表面上设置有若干个锁止板，一挡超越离合器外圈(735)的内表面与一挡超越离合器内圈(731)外表面配合形成多个绕圆周均布的楔形空间，单个所述楔形空间的两端为两个相对的楔形锁止面，一端为一挡运行锁止面，另一端为倒挡运行锁止面；滚柱保持架(732)一端的端面上设有多个用于安装滚柱(733)的滚珠槽，另一端端面设有若干的凹槽；所述滚柱保持架(732)通过预紧弹簧(734)将滚柱(733)预紧在楔形空间的一挡运行锁止面内；所述控制摩擦片(742)通过其外边缘的凸起固定在滚柱保持架(732)端面的凹槽内，二者同步转动；控制大齿轮(712)端面设有一环形凹槽，其边缘还设有多个半圆小凹槽；所述波形弹簧(743)安装环形凹槽内，所述控制压盘(741)安装在控制摩擦片(742)和波形弹簧(743)之间，并通过其边缘的凸起固定在控制大齿轮(712)端面边缘的半圆小凹槽内，与之同步转动，并通过波形弹簧(743)轴向预紧，使控制压盘(741)紧贴在控制摩擦片上，以使得控制大齿轮(712)能够以波形弹簧(743)预紧取得的摩擦力带动滚柱保持架(732)以与之相同的运动趋势动作；

所述的电动车用两挡自动变速箱通过车轮转速大小和输入轴(2)的旋转方向进行自动换挡，可实现一挡、二挡和倒挡三个档位；

一挡前进工作状态时，二挡小齿轮(41)的转速较低，甩块离合器呈分离状态，滚柱(733)贴合在一挡超越离合器外圈(735)中的一挡运行锁止面，一挡超越离合器(73)锁止传递转矩；驱动电机输入的功率经过输入轴(2)传递至一挡小齿轮(31)，经过一挡齿轮副传递至一挡大齿轮(32)，一挡大齿轮(32)通过贴合在一挡超越离合器外圈(735)中的一挡运行锁止面的滚柱(733)将功率传递至一挡超越离合器内圈(731)，由一挡超越离合器内圈(731)将功率传递至输出轴(6)；

二挡前进工作状态时，二挡小齿轮(41)的转速较高，甩块离合器呈结合状态，滚柱(733)贴合在一挡超越离合器外圈(735)中的一挡运行锁止面，但由于一挡超越离合器内圈(731)的转速大于一挡超越离合器外圈(735)的转速，一挡超越离合器超越，不传递扭矩；驱动电机输入的功率经过输入轴(2)传递至甩块离合器外圈(51)，并利用摩擦块(53)与甩块离合器外圈(51)之间的摩擦力，将功率传递至甩块离合器内圈(52)，由此传递至二挡小齿轮(41)，经过二挡齿轮副传递至二挡大齿轮(42)，由二挡大齿轮(42)将功率传递至输出轴(6)；

倒挡工作状态时，驱动电机的输入转速较低，二挡小齿轮(41)的转速较低，甩块离合器呈分离状态，由于输入轴(2)反向转动，滚柱(733)贴合在一挡超越离合器外圈(735)中的倒挡运行锁止面上，一挡超越离合器(73)反向锁止，传递扭矩；驱动电机输入的功率经过输入轴(2)，传递至一挡小齿轮(31)，经过一挡齿轮副传递至一挡大齿轮(32)，一挡大齿轮(32)通过贴合在一挡超越离合器外圈(735)中的倒挡运行锁止面上的滚柱(733)将功率传递至一挡超越离合器内圈(731)，由一挡超越离合器内圈(731)将功率传递至输出轴(6)；并且在倒挡工作时，驱动电机控制器对驱动电机倒挡最大工作转速进行了限制，防止倒挡过程中甩块离合器结合；

从一挡前进挡切换至倒挡的工作过程如下：

在一挡前进挡工作结束时，二挡小齿轮(41)的转速较低，甩块离合器呈分离状态，滚柱(733)在折片弹簧的作用下贴合在一挡超越离合器外圈(735)中的一挡运行锁止面上；驱动电机控制器在接收到驾驶员挂倒挡的挡位信号后，控制驱动电机反向转动贴合角度A，并通过驱动电机上的编码器识别驱动电机轴的反向工作角度；

贴合角度A通过如下关系获得：

A＝a×(i1-i2) (1)

式(1)中a是一挡超越离合器外圈中一挡运行锁止面倒挡运行锁止面上滚柱贴合点之间的夹角；i1是控制齿轮副的传动比；i2是一挡齿轮副的传动比；

当驱动电机控制器通过电机编码器识别到驱动电机输入轴(2)反向转动了角度A之后，停止向驱动电机施加电流，挂挡动作完成；此时，滚柱(733)在控制摩擦片(742)摩擦力的作用下克服折片弹簧(743)弹力贴合在一挡超越离合器外圈(735)中的倒挡运行锁止面上；当驾驶员踩下油门踏板时，驱动电机反向转动，并且驱动电机的反向功率可直接通过一挡齿轮副以及滚柱(733)传递至输出轴(6)带动车辆，不存在滚柱空行程，消除了一挡切换至倒挡时，由于滚柱间隙带来的倒挡工作初始冲击。

2.根据权利要求1所述的电动车用两挡自动变速箱的换挡控制方法，其特征在于，从倒挡切换至一挡前进挡的工作过程如下：

在倒挡工作结束时，二挡小齿轮(41)的转速较低，甩块离合器呈分离状态，滚柱(733)在控制摩擦片(742)摩擦力的作用下克服折片弹簧(743)弹力贴合在一挡超越离合器外圈(735)中的倒挡运行锁止面上；驱动电机控制器在接收到驾驶员挂前进挡的挡位信号后，控制驱动电机正向转动贴合角度A，并通过驱动电机上的编码器识别驱动电机轴的正向工作角度；

当驱动电机控制器通过电机编码器识别到驱动电机输入轴正向转动了角度A之后，停止向驱动电机施加电流，挂挡动作完成；此时，滚柱(733)在折片弹簧(743)的作用下贴合在一挡超越离合器外圈(735)中的一挡运行锁止面上；当驾驶员踩下油门踏板时，驱动电机正向转动，并且驱动电机的正向功率可直接通过一挡齿轮副以及滚柱(733)传递至输出轴(6)带动车辆，不存在滚柱空行程，消除了倒挡切换至一挡前进时，由于滚柱间隙带来的一挡工作初始冲击。

3.根据权利要求1所述的电动车用两挡自动变速箱的换挡控制方法，其特征在于，从一挡前进挡切换至二挡前进挡的工作过程如下：

在前进挡开始工作时，二挡小齿轮(41)的转速与车速同步，转速较低，摩擦块(53)在回位弹簧(54)的作用下与甩块离合器外圈(51)分离，甩块离合器呈分离状态，滚柱(733)在折片弹簧(734)的作用下贴合在一挡超越离合器外圈(735)中的一挡运行锁止面上，此时变速箱工作在一挡状态，一挡超越离合器外圈(735)的转速高于一挡超越离合器内圈(731)的转速；随着车速的提高，二挡小齿轮(41)的转速同步增大，同步带动甩块离合器内圈(52)，使摩擦块(53)的转速增大，摩擦块(53)所受离心作用随转速增大；当车速增加到换挡车速时，输入轴(2)转速也上升到换挡转速，此时，甩块离合器中的摩擦块(53)所受回位弹簧(54)拉力无法产生足够的向心力时摩擦块(53)沿径向向外运动，使得摩擦块(53)的抵在甩块离合器外圈(51)的内表面上，接触产生的摩擦力有带动甩块离合器外圈(51)与甩块离合器内圈(52)同步转动的趋势，驱动电机的输入功率从全部通过一挡齿轮副传递逐渐由甩块离合器分配到二挡齿轮副；随着车速进一步增大，甩块离合器的摩擦块(53)与甩块离合器外圈(51)之间的摩擦力继续增大，直至甩块离合器外圈(51)与甩块离合器内圈(52)同步转动，驱动电机所有输入功率均经由二挡齿轮副传递，一挡超越离合器(73)进入超越状态，不传递功率；车辆完成由一挡前进到二挡前进的换挡过程。

4.根据权利要求1所述的电动车用两挡自动变速箱的换挡控制方法，其特征在于，从二挡前进挡切换至一挡前进挡的工作过程如下：

在二挡状态下工作时，二挡小齿轮(41)的转速与车速同步，转速较高，摩擦块(53)克服回位弹簧(54)作用力与外圈结合，甩块离合器呈结合状态，甩块离合器内圈(52)的转速与甩块离合器外圈(51)的转速同步；一挡可控超越离合器(73)工作在超越状态，不传递扭矩；随着车速的降低，二挡小齿轮(41)的转速也随之降低，同步带动甩块离合器内圈(52)，摩擦块(53)的转速减小，摩擦块(53)所受离心作用减小；当车速降低到换挡车速时，输入轴(2)转速也降低到换挡转速，此时，甩块离合器中的摩擦块(53)所受回位弹簧(54)的拉力可以产生足够向心力时，摩擦块(53)沿径向向内运动，使得摩擦块(53)在甩块离合器外圈(51)的内表面上脱开，产生的摩擦力逐渐减小，甩块离合器外圈(51)与甩块离合器内圈(52)之间逐渐出现转速差；随着车速进一步降低，甩块离合器摩擦块与外圈之间的摩擦力继续减小，直至摩擦块(53)与甩块离合器外圈(51)内表面完全分离；同时，滚柱(733)在折片弹簧(734)的作用下贴合在一挡超越离合器外圈(735)中的一挡运行锁止面，功率开始由一挡齿轮副传递，此时变速箱工作在一挡状态；车辆完成由二挡前进到一挡前进的换挡过程。