CN110435441A - 电摩电机变速系统扭矩控制结构及调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电摩电机变速系统扭矩控制结构及调试方法，以转速控制信号、离合器温度为控制条件，控制器对电磁离合器进行输出控制；转速控制信号包括：转把的握转角度、握转角度的变换时间；通过不同的变换时间内所达到的握转角度与当前离合器温度的对应关系组合形成控制逻辑，控制逻辑触发电磁离合器产生不同扭矩输出的多个模式：当达到变换时间的第一个触发值时，车速随握转角度增阶而升级，且此时电磁离合器为普通模式；当达到变换时间的第二个触发值时，车速随握转角度的变化及离合器温度的逐渐增阶而升级，此时电磁离合器依次进入各增压模式，若离合器温度直接或逐渐达到离合器温度的最大触发值时，电磁离合器切换回普通模式。

Description

电摩电机变速系统扭矩控制结构及调试方法

技术领域

本发明涉及一种电摩电机变速系统扭矩控制结构及调试方法。

背景技术

目前电动车普遍采用的驱动方法是电机直驱，电机仅靠固定减速比的方法驱动，在有限的区间范围内工作。所以目前的电摩电机引进了多档位变速系统，来应对复杂工况对转矩的要求，通过降低电机转速，降低起步最大放电电流，利用小功率的电机就可以瞒足实际工况的需要。但由于目前市场并没有为小功率电机开发专用的离合器，只能使用传统小功率摩托车上的机械式离合器，但这种单离合器传递扭矩小，无法满足电机各工况扭矩传递需求，同时操作复杂，对使用者操作熟练度要求很高。如果采用大功率摩托车机械式离合器，尺寸空间又太大，与电机不匹配。所以普通机械离合器尺寸及传递扭矩的局限性，始终制约电摩电机多档位变速系统的发展。

汽车级使用的离合器和变速系统，虽然技术成熟，同时传递扭矩可以满足，但尺寸太大。市面上目前所有的干式和湿式电磁离合器，也是受尺寸、传递扭矩和应用场合的约束，很难满足电摩电机多档位变速系统需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能够提高电机传递扭矩，又能够实现整个电机小尺寸的电摩电机变速系统扭矩控制结构及调试方法。其中该变速系统为多档位变速结构，同时使用电磁离合器实现电机轴与变速箱主轴动力传递，通过控制电磁离合器传递的扭矩，来实现电摩车辆在全工况下扭矩平稳的输出。

本发明的技术方案是：电摩电机变速系统扭矩控制结构，包括电动机（带机芯温度传感器）、多档齿轮变速箱、传递可变扭矩的电磁离合器、电摩控制器（ECU）、加速转把、离合器温度传感器，各零部件主要功能如下：

电动机：根据离合器传递扭矩的变化，提供与之匹配的输出扭矩。

多档齿轮变速箱：采用目前成熟的多组独立的减速比齿轮组。

传递可变扭矩的电磁离合器：在收到需要增加传递扭矩信号后，电磁离合器会进入“增压”模式，进入增压模式电磁离合器吸合力加大，传递扭矩上升，释放更多的电机扭矩，提升电摩整车的加速度。当检测到电摩车辆所需扭矩下降，控制器会根据需要自动关闭电磁离合器“增压”模式，进入普通模式。这样使用更小尺寸的电磁离合器，就可以满足车辆在各种工况下的行驶需求，从而达到降低能耗和整机重量的目的。电磁离合器进入“增压”模式控制方式可以是提高电压或增大电流来实现。

电摩控制器：通过检测电机（机芯）转速信号n，车速信号ν，加速转把位置传感器的握转角度信号α，电机机芯温度Ta，离合器（润滑油）温度Tb，握转角度信号的变换时间t，电磁离合器扭矩变换后工作时间ta，档位信号D，来检测控制电磁离合器的运行，保证电磁离合器在增压和非增压模式内及时和平稳的切换。

加速转把：通过检测加速转把位置百分比和位置百分比变换的时间长短，给控制器提供启动电磁离合器进入增压模式的条件。

离合器温度传感器：通过检测离合器温度，给控制器提供启动电磁离合器进入增压模式的条件，同时起到对离合器的保护作用，实现电磁离合器扭矩调整的闭环控制。

基于上述的电摩电机变速系统扭矩控制结构，本发明还涉及了适用于该结构的一种电摩电机变速系统扭矩控制方法。

该控制方法涉及的传感结构及控制原件包括电摩电机、档位传感器、车速传感器、转速传感器、转把位置传感器、控制器、离合器温度传感器等，在控制器内先刷入各工况运行参数。

根据变速箱的传动级可以分为D1档、D2档、D3档，根据电机型号及转速比等参数设计，D1档状态下电机转速设计为n~n1、n1~n2、n2~n3三级，车速设计为v~v1、v1~v2、v2~v3三级。D2档状态下电机转速设计为n~n1，车速设计为v1~v2；D3档状态下电机转速设计为n~n1，车速设计为v2~v3。

同时加速转把的握转角度则选用三个触发值α1、α2、α3；握转角度的变换时间则选用两个触发值t1、t2；离合器温度也两个触发值Tb1、Tb2。

因此，电摩车辆起步时，变速箱处于D1档位中，在变换时间t1内达到握转角度α1时，电磁离合器进入普通模式，此时电机转速则在n~n1内，车速为v~v1。

在此基础上，若继续在变换时间t1内达到握转角度α2时（α2>α1），电磁离合器仍然在普通模式下，但随着电能持续充给量变大，则此时电机转速则在n1~n2内，车速为v1~v2。

根据减速箱的传动比，D1档下的电机最大转速为n2~n3，车速最大为v2~v3。因此，可以通过在变换时间t1增大握转角度至α3（α3>α2）。此时，电磁离合器仍然在普通模式下，但随着电能持续充给量变大，则此时电机转速则在n2~n3内，车速为v2~v3。

那么根据D2档的车速设计与电机转速设计，D2档下在变换时间t1内达到握转角度α1，则此时，电磁离合器在普通模式下，电机转速则在n~n1内，车速为v1~v2。

例外的是，当在D1档下，车速欲从v2提升到v3，电机转速从n2提升到n3，则要加速转把的握转角度信号在变换时间t2内到达α3，电磁离合器仍然在普通模式下工作，因为从n2到n3转速下普通模式可以满足机芯输出的最大扭矩。

以上均是电磁离合器在普通模式下进行的传动，综上可知普通模式下电磁离合器与电机机芯的扭矩输出较小，其传动率比较平缓，此时车速是平缓上升的。

那么为了达到较高的加速效果和较快的加速响应，电磁离合器还设置了一个增压模式，在该增压模式下，电磁离合器与电机机芯的扭矩输出较高。

在车辆起步后电磁离合器处于普通模式下时，变速箱处于D1档位中，在变换时间t2内达到握转角度α1时，同时离合器温度为Tb，电磁离合器进入增压模式A，离合器传递扭矩增大，同时增加电机机芯输出扭矩，电机转速从n提升到n1时间缩短，车辆快速的从v提升到v1。但若整个加速过程中，如果离合器温度从Tb直接上升到Tb2，此时不管车辆时速是否到v1，电磁离合器都会自动切换到普通模式，同时电机机芯输出扭矩下降。

在上述基础上，当加速转把的握转角度信号在变换时间t2内到达α2，离合器温度为Tb时，电磁离合器仍然进入增压模式A，若离合器温度继续升至Tb1时，电磁离合器会进入增压模式B，离合器传递最大扭矩，同时电机机芯输出最大扭矩，电机转速从n提升到n1时间进一步缩短，车辆极速从v提升到v1。同样在整个加速过程中，如果离合器温度从Tb1上升到Tb2，此时不管车辆时速是否到ν1，电磁离合器都会自动切换到普通模式，同时电机机芯输出扭矩下降。

当在D1档下，若车速已达到v1，电机转速已达n1，此时若握转角度信号在变换时间t2内到达α2时，同时离合器温度为Tb时，电磁离合器进入增压模式A，离合器传递扭矩增大，同时增加电机机芯输出扭矩，车速从v1提升到v2，电机转速从n1提升到n2。同样在整个加速过程中，如果离合器温度从Tb直接上升到Tb2，此时不管车辆时速是否到v2，电磁离合器都会自动切换到普通模式，同时电机机芯输出扭矩下降。

同样，当在D1档下，车速欲从v1提升到v2，电机转速从n1提升到n2，则需要加速转把的握转角度信号在变换时间t2内到达α3，同时离合器温度为Tb1时，电磁离合器仍然进入增压模式A。因为从n1到n2转速下增压模式A可以满足机芯输出的最大扭矩。 同样在整个加速过程中，如果离合器温度从Tb1上升到Tb2，此时不管车辆时速是否到v2，电磁离合器都会自动切换到普通模式，同时电机机芯输出扭矩下降。

D2档状态下电机转速设计为n~n1，车速设计为v1~v2：

在D2档下，车速欲从v1提升到v2，电机转速从n提升到n1， 则需加速转把的握转角度信号在变换时间t2内到达α1，同时离合器温度为Tb时，电磁离合器进入增压模式A。同样在整个加速过程中，如果离合器温度从Tb1上升到Tb2，此时不管车辆时速是否到ν2，电磁离合器都会自动切换到普通模式，同时电机机芯输出扭矩下降。

在D2档下，车速欲从v1提升到v2，电机转速从n提升到n1， 还可以通过加速转把的握转角度信号在变换时间t2内到达α2，离合器温度为Tb时，电磁离合器仍然进入增压模式A，若离合器温度继续升至Tb1时，电磁离合器会进入增压模式B，离合器传递最大扭矩。同样在整个加速过程中，如果离合器温度从Tb1上升到Tb2，此时不管车辆时速是否到ν2，电磁离合器都会自动切换到普通模式，同时电机机芯输出扭矩下降。

D3档状态下电机转速设计为n~n1，车速设计为v2~v3：

在D3档下，车速欲从v2提升到v3，电机转速从n提升到n1， 则需加速转把的握转角度信号在变换时间t2内到达α2，离合器温度为Tb时，电磁离合器仍然进入增压模式A，若离合器温度继续上升至Tb1时，电磁离合器会进入增压模式B，离合器传递最大扭矩。同样在整个加速过程中，如果离合器温度从Tb1上升到Tb2，此时不管车辆时速是否到ν3，电磁离合器都会自动切换到普通模式，同时电机机芯输出扭矩下降。

除去上述各情况，电摩电机在各档位匀速行驶及低负荷工况下，电磁离合器均工作在普通模式下。当电摩车辆在上坡工况时，控制器会根据机芯转速、离合器温度及转把位置的角度信号，来控制电磁离合器进入增压模式。

优选的是，上述步骤4-14中，通过转把握转角度信号的变换时间t（t＜t1＜t2）和握转角度α（α＜α1＜α2＜α3），触发电磁离合器进入增压模式。电磁离合器增压模式实行条件和要求为：电磁离合器增压模式A工作温度不能超过Tb2（Tb＜Tb1＜Tb2），电机机芯转速不能超过n2（n＜n1＜n2＜n3），电磁离合器增压模式B工作温度不能超过Tb2，电机机芯转速不能超过n1。同时电磁离合器模式切换与当前车速和档位没有对应关系。

优选的是，使用小尺寸和额定扭矩小的电磁离合器，通过短时间提升电磁离合器吸合力的特性，满足加速及高负荷工况下电摩车辆扭矩输出需求，达到提速平稳和迅速的目的。同时通过检测离合器温度，实现电磁离合器吸合力调整闭环控制。

本发明的优点是：

1、本发明的电摩电机变速系统扭矩控制结构及调试方法，能够在电摩电机运行的过程中，提升电磁离合器的传递扭矩，使电机机芯能够输出更多的扭矩，提高车辆加速度。

2、本发明的电摩电机变速系统扭矩控制结构及调试方法，根据电机扭矩的输出曲线图，电磁离合器在不同转速区间提供不同的增压比，匹配电机在各转速下的扭矩需求。

3、本发明的摩电机变速系统扭矩控制结构及调试方法，通过使用小尺寸的电磁离合器满足电机扭矩输出需求，解决了多档位电摩电机大扭矩输出与小外形尺寸的平衡问题。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为电摩电机变速系统扭矩控制结构及调试方法的原理图；

其中：1、电动机；2、电磁离合器；3、变速箱；4、电磁离合器控制模块；5、电摩控制器；6、电机输出轴；7、离合器轴；8、变速箱输入轴。

具体实施方式

实施例1：

一种电摩电机变速系统扭矩控制结构，包括电动机1（带机芯温度传感器）、多档齿轮的变速箱3、传递可变扭矩的电磁离合器2、电摩控制器5（ECU）、加速转把、电磁离合器控制模块4。电动机的电机输出轴6连接至离合器轴7，离合器轴7同时传动至变速箱输入轴8。电磁离合器2上接入了电磁离合器控制模块4，电磁离合器控制模块4则与电摩控制器5电连接。

实施例2：

一种电摩电机变速系统扭矩控制结构及调试方法，实现本发明实施例的电摩电机变速系统扭矩控制系统包括电动机、多档变速系统、档位传感器（D-SW）档位、车速传感器（VSS）、转速传感器(M-RPM)、转把位置传感器(throttle)、控制器（M30）、离合器温度传感器，在控制器（M30）中事先存储电磁离合器工作在普通模式、增压模式A、增压模式B所需逻辑和参数。

电磁离合器工作在普通模式：电摩车辆在起步时，由控制器（M30）端子输出信号，当转把位置传感器的握转角度信号在变换时间t1内到达α1时，电磁离合器在普通模式下工作。

电磁离合器工作在增压模式A：当转把位置传感器的握转角度信号在变换时间t2内到达α1，同时离合器温度为Tb时，电磁离合器进入增压模式A。

电磁离合器工作在增压模式B：当转把位置传感器的握转角度信号在变换时间t2内到达α2，离合器温度为Tb1时，电磁离合器会进入增压模式B。

根据目前电摩电机型号及正常工作参数，本调试方法中的参数范围选择如下表所示：

电机参数	普通模式的输出扭矩	增压模式A的输出扭矩	增压模式B的输出扭矩	握转角度α的参考范围	变换时间t的参考范围
						5KW	50N/m	60 N/m	70 N/m	0-100%	0-2s

实施例3：

该控制方法涉及的传感结构及控制原件包括电摩电机、档位传感器、车速传感器、转速传感器、转把位置传感器、控制器、离合器温度传感器等，在控制器内先刷入各工况运行参数，具体控制方法包括以下步骤:

步骤1、控制器检测到档位D、车速信号ν、电机转速n、加速转把的握转角度信号α、加速转把的握转角度信号的变换时间t、离合器温度Tb；

步骤2、检测到档位传感器（D-SW）档位从D转换到D1，控制电磁离合器通电进入普通模式，此时可以拧动转把起步；

步骤3、在D1档下，当加速转把的握转角度信号在变换时间2s内到达40%时，电磁离合器在普通模式下工作，电机转速从0提升到2500rpm，车速从0提升到20KM/h。

步骤4、在D1档下，当加速转把的握转角度信号在变换时间1s内到达40%，同时离合器温度为25℃时，电磁离合器进入增压模式A，离合器传递扭矩增大至60N/m，同时增加电机机芯输出扭矩，电机转速从0提升到2500rpm时间缩短，车辆快速的从0提升到20KM/h。在整个加速过程中，如果离合器温度从25℃上升到80℃，此时不管车辆时速是否到20KM/h，电磁离合器都会自动切换到普通模式，同时电机机芯输出扭矩下降至25 N/m。

步骤5、在D1档下，当加速转把的握转角度信号在变换时间1s内到达60%，离合器温度为25℃时，电磁离合器仍然进入增压模式A，但当离合器温度为50℃时，电磁离合器会进入增压模式B，离合器传递最大扭矩为70N/m，同时电机机芯输出最大扭矩，电机转速从0提升到2500rpm时间进一步缩短，车辆极速从0提升到20KM/h。同样在整个加速过程中，如果离合器温度从50℃上升到80℃，此时不管车辆时速是否到20KM/h，电磁离合器都会自动切换到普通模式，同时电机机芯输出扭矩下降至25 N/m。

步骤6、当在D1档下，车速从20KM/h提升到30KM/h，电机转速从2500rpm提升到5000rpm，转把位置传感器的角度信号在2s时间内到达60%时，电磁离合器在普通模式下工作。

步骤7、当在D1档下，车速从20KM/h提升到30KM/h，电机转速从2500rpm提升到5000rpm，加速转把的握转角度信号在变换时间1s内到达60%时，同时离合器温度为25℃时，电磁离合器进入增压模式A，离合器传递扭矩增大为60N/m，同时增加电机机芯输出扭矩。同样在整个加速过程中，如果离合器温度从25℃上升到80℃，此时不管车辆时速是否到30KM/h，电磁离合器都会自动切换到普通模式，同时电机机芯输出扭矩下降至25 N/m。

步骤8、当在D1档下，车速从20KM/h提升到30KM/h，电机转速从2500rpm提升到5000rpm，加速转把的握转角度信号在变换时间1s内到达80%时，同时离合器温度为50℃时，电磁离合器仍然进入增压模式A，因为从2500rpm到5000rpm转速下增压模式A可以满足机芯输出的最大扭矩为30N/m。 同样在整个加速过程中，如果离合器温度从50℃上升到80℃，此时不管车辆时速是否到30KM/h，电磁离合器都会自动切换到普通模式，同时电机机芯输出扭矩下降至25 N/m。

步骤9、当在D1档下，车速从30KM/h提升到40KM/h，电机转速从5000rpm提升到7500rpm，加速转把的握转角度信号在变换时间2s内到达80%时，电磁离合器在普通模式下工作。

步骤10、当在D1档下，车速从30KM/h提升到40KM/h，电机转速从5000rpm提升到7500rpm，加速转把的握转角度信号在变换时间1s内到达80%时，电磁离合器仍然在普通模式下工作，因为从5000rpm到7500rpm转速下普通模式可以满足机芯输出的最大扭矩。

步骤11、在D2档下，车速从20KM/h提升到30KM/h，电机转速从0提升到2500rpm，当加速转把的握转角度信号在变换时间2s内到达40%时，电磁离合器在普通模式下工作。

步骤12、在D2档下，车速从20KM/h提升到30KM/h，电机转速从0提升到2500rpm， 当加速转把的握转角度信号在变换时间1s内到达40%，同时离合器温度为25℃时，电磁离合器进入增压模式A。同样在整个加速过程中，如果离合器温度从50℃上升到80℃，此时不管车辆时速是否到30KM/h，电磁离合器都会自动切换到普通模式，同时电机机芯输出扭矩下降。

步骤13、在D2档下，车速从20KM/h提升到30KM/h，电机转速从0提升到2500rpm， 当加速转把的握转角度信号在变换时间1s内到达60%，离合器温度为25℃时，电磁离合器仍然进入增压模式A，但当离合器温度为50℃时，电磁离合器会进入增压模式B。同样在整个加速过程中，如果离合器温度从50℃上升到80℃，此时不管车辆时速是否到30KM/h，电磁离合器都会自动切换到普通模式，同时电机机芯输出扭矩下降。

步骤14、在D3档下，车速从30KM/h提升到40KM/h，电机转速从0提升到2500rpm， 当加速转把的握转角度信号在变换时间1s内到达60%，离合器温度为25℃时，电磁离合器仍然进入增压模式A，但当离合器温度为50℃时，电磁离合器会进入增压模式B。同样在整个加速过程中，如果离合器温度从50℃上升到80℃，此时不管车辆时速是否到40KM/h，电磁离合器都会自动切换到普通模式，同时电机机芯输出扭矩下降。

步骤15、电摩电机在各档位匀速行驶及低负荷工况下，电磁离合器均工作在普通模式下。

步骤16、当电摩车辆在上坡工况时，控制器会根据机芯转速、离合器温度及转把位置的角度信号，来控制电磁离合器进入增压模式。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明的。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明的所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.电摩电机变速系统扭矩控制方法，基于档位和车速、电机转速的对应关系下，以转速控制信号、离合器温度为控制条件，控制器对电磁离合器进行输出控制形成多级的车速及电机转速；其特征在于：转速控制信号包括：转把的握转角度、握转角度的变换时间；每个控制条件包括：升序排列的多个触发值形成的多阶状态；

通过不同的变换时间内所达到的握转角度与当前离合器温度的对应关系组合形成控制逻辑，控制逻辑触发所述电磁离合器产生不同扭矩输出的多个模式：

当达到变换时间的第一个触发值时，车速随握转角度增阶而升级，且此时电磁离合器为普通模式；

当达到变换时间的第二个触发值时，车速随握转角度的变化及离合器温度的逐渐增阶而升级，此时电磁离合器依次进入各增压模式，若离合器温度直接或逐渐达到离合器温度的最大触发值时，电磁离合器切换回普通模式。

2.根据权利要求1所述的电摩电机变速系统扭矩控制结构及调试方法，其特征在于：所述增压模式包括第一增压模式和第二增压模式。

3.根据权利要求2所述的电摩电机变速系统扭矩控制结构及调试方法，其特征在于：当在变换时间的第二个触发值内达到握转角度的第一个触发值时，同时达到离合器温度的第一个触发值，电磁离合器进入第一增压模式。

4.根据权利要求2所述的电摩电机变速系统扭矩控制结构及调试方法，其特征在于：当在变换时间的第二个触发值内达到握转角度的第二个触发值时，同时达到离合器温度的第一个触发值，电磁离合器进入第一增压模式，若离合器温度再达到第二个触发值，则电磁离合器进入第二增压模式。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的电摩电机变速系统扭矩控制结构及调试方法，其特征在于：所述电磁离合器的第一增压模式时，离合器温度不超过离合器温度的第二个触发值。

6.根据权利要求5所述的电摩电机变速系统扭矩控制结构及调试方法，其特征在于：所述电磁离合器的第二增压模式时，离合器温度不超过离合器温度的第一个触发值。

7.根据权利要求1或6所述的电摩电机变速系统扭矩控制结构及调试方法，其特征在于：当车速处于匀速状态下，电磁离合器进入普通模式。

8.一种采用上述权利要求1至7所述的电摩电机变速系统扭矩控制方法的电摩电机变速系统扭矩控制结构，包括:提供动力的电动机、提供转速控制信号的转把、提供转速调档的变速箱；其特征在于：还包括了传递可变扭矩的电磁离合器；所述电磁离合器设置有普通模式和增压模式；所述电磁离合器上连接一电磁离合器控制模块；所述电磁离合器控制模块连接至控制器。

9.根据权利要求8所述的电摩电机变速系统扭矩控制结构，其特征在于：所述控制器检测档位信号、车速信号、电机转速信号、转把的握转角度及变换时间信号、离合器温度信号。

10.根据权利要求9所述的电摩电机变速系统扭矩控制结构，其特征在于：所述电磁离合器控制模块通过检测离合器温度，给控制器提供启动电磁离合器进入增压模式的条件。