CN113431896A - 一种具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制结构及方法 - Google Patents

一种具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制结构及方法 Download PDF

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Abstract

本专利提供一种不配备离合器、也无需操作离合器的情形下，实现对手动变速箱的换挡操作的具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制方法。包括电机、与电机轴相连的具有手动换挡机构的变速箱，手动换挡机构上设置用于检测操纵杆位置的位置传感器，位置传感器输出与控制器电连接；该方法包括下述步骤：手动换挡时，在驾驶员操作操纵杆从空挡挂入目标挡位之前，控制器根据位置传感器的信号，判断操纵杆要挂入的目标挡位；控制器调节电机转速，使变速箱中目标挡位的内外齿套转速同步；操纵杆在驾驶员的操作下继续向目标挡继续移动，内外齿套接合，挂入目标挡位，换挡结束。

Description

一种具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制结构及方法
技术领域
本专利涉及车辆手动换挡同步控制结构及方法。
背景技术
随着环境保护和能源形式转变的推进，电动系统在车辆上的应用日益广泛，重型车辆的燃油消耗量很大，其电动化是重要发展趋势。由于重型车辆的载重量大，车速跨度也较大，所以一般都需要配置变速箱，来同时适应大负载和高车速的要求。常规的电动化方案中，一般需要使用自动变速箱，但是这种变速箱价格昂贵，且故障率较高，这严重影响重型车的电动化发展和推广。而使用常规的手动换挡，由于需要踩离合器，使得驾驶员的劳动强度大大提高。
例如，传统的手动变速箱需要配合离合器，电机轴经离合器与变速箱输入轴相连。在需要换挡时，需要先踩下离合器，切断电机向变速箱的动力传递，然后驾驶员操作手动换挡机构中的操纵杆进行换挡操作。换挡时，由于变速箱具有同步器，在目标挡位的内外齿套转速同步之前，会阻止啮合齿套同时与内外齿套的啮合，直到内外齿套转速接近同步，手动换挡机构中的啮合齿套才能在驾驶员的换挡力的推动下继续向目标挡继续移动，内外齿套同时与啮合齿套接合，挂入目标挡位，换挡结束。之后，驾驶员才能松开离合器，此时电机动力经离合器传递给变速箱，经目标挡位变速后，由变速箱输出轴输出动力。这样手动变速箱的变速需要配合离合器的操作，操作不便，因此需要这一种经济适用的变速方案。
发明内容
本专利的目的是提供一种不配备离合器、也无需操作离合器的情形下，实现对手动变速箱的换挡操作，而且操作方便的具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制方法。
本专利所述的一种具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制方法，包括电机、与电机轴相连的具有手动换挡机构的变速箱，手动换挡机构上设置用于检测操纵杆位置的位置传感器，位置传感器输出与控制器电连接；该车辆手动换挡同步控制方法包括下述步骤：
a、手动换挡时，在驾驶员操作操纵杆从空挡挂入目标挡位之前，控制器根据位置传感器的信号，判断操纵杆要挂入的目标挡位，
b、控制器调节电机转速，使变速箱中目标挡位的内外齿套转速同步，
c、操纵杆在驾驶员的操作下继续向目标挡继续移动，内外齿套接合，挂入目标挡位，换挡结束。
所述的具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制方法，在步骤a之前有步骤a0：手动换挡时，控制器根据位置传感器的信号，判断出操纵杆从有效挡挂入空挡时，控制器减小驱动电机的扭矩。
所述的具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制方法，在步骤a之前有步骤a0：手动换挡时，控制器根据位置传感器的信号，判断出操纵杆从有效挡挂入空挡时，控制器减小驱动电机的扭矩为零。
本专利同时提供了一种不配备离合器能够实现对手动变速箱的换挡操作，而且操作方便的具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制结构。
本专利的具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制结构，包括电机、与电机轴相连的具有手动换挡机构的变速箱，手动换挡机构上设置用于检测操纵杆位置的位置传感器，位置传感器输出与控制器电连接；控制器与电机相连，以控制电机转速、输出扭矩。
所述具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制结构，所述的位置传感器，是能够将机械位置转换为对应的电信号或者数据的传感器。
所述具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制结构，它还包括用于驱动车辆的发动机。
所述具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制结构或方法，它还包括与控制器连接的换挡指令发送器，换挡指令发送器用于驾驶员向控制器发送换挡指令，控制器收到换挡指令后调节电机转速，使变速箱中目标挡位的内外齿套转速同步。
所述具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制结构或方法，所述的位置传感器，是能够将机械位置转换为对应的电信号或者数据的传感器。
所述具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制结构或方法，它还包括用于驱动车辆的发动机。
本专利的有益效果：该专利以位置传感器检测操纵杆的位置变化，通过控制器判断换挡目标，并根据目标挡位调节电机转速，使得目标挡位的内外齿套转速同步。由于变速箱具有同步器，在目标挡位的内外齿套转速同步之前，会阻止啮合齿套同时与内外齿套的啮合，直到内外齿套转速接近同步，手动换挡机构中的啮合齿套才能在驾驶员的换挡力的推动下继续向目标挡继续移动，内外齿套同时与啮合齿套接合，挂入目标挡位，换挡结束。
本专利电机轴直接与手动变速箱输入轴相连，无需配备离合器，也无需操作离合器，同时摒弃了价格昂贵、故障率较高的自动变速箱，尤其适合于重型车辆使用，操作方便，经济适用。
该专利使得驾驶操作简单化的同时，使得动力系统成本低，可靠性高，具有很高的使用价值。
附图说明
图1是实施例1的5挡变速箱的手动换挡机构换挡过程原理图。
图2是实施例2、3的5挡变速箱的手动换挡机构换挡过程原理图。
具体实施方式
实施例1：
参见图1所示，挂入1挡的过程：
当操纵杆从位置11移动到位置12，此时电脑（控制器）通过位置传感器信号的变化，判断出驾驶员需要挂入1挡或2挡；
当操纵杆从位置12移动到位置13时，在此期间，电脑通过传感器信号判断出驾驶员的目标操作挡位是1挡，然后电脑根据预设的1挡的传动比，以及当前的车速，控制驱动电机转速实现1挡同步，即调节电机的转速，使得1挡内齿套与1挡外齿套转速基本相同；在同步之前由于同步器的阻挡作用，1挡啮合齿套不能同时与1挡内齿套和1挡外齿套啮合，驾驶员不能挂入挡位；
当实现1挡同步后，操纵杆在驾驶员操作力的作用下，从位置13移动到位置14，1挡啮合齿套同时与1挡内齿套和1挡外齿套啮合，完成换挡。
位置传感器可以设置在手动换挡机构上的位置11、12、13、14处，以检测操纵杆是否在该位置上。电脑根据位置传感器的信号，判断操纵杆的位置变化。
实施例2：
参见图2，挂入3挡的过程：
当操纵杆从位置11移动到位置15时，在此期间，电脑通过信号判断出驾驶员的目标操作挡位是3挡，然后电脑预设的3挡的传动比，以及当前的车速控制驱动电机转速实现3挡同步，即调节电机的转速，使得3挡内齿套与3挡外齿套转速基本相同；在同步之前由于同步器的阻挡作用，3挡啮合齿套不能同时与3挡内齿套和3挡外齿套啮合，驾驶员不能挂入挡位；
当实现3挡同步后，操纵杆在驾驶员操作力的作用下，从位置15移动到位置16，3挡啮合齿套同时与3挡内齿套和3挡外齿套啮合，完成换挡。
位置传感器设置在手动换挡机构上的位置11、15、16处，以检测操纵杆是否在该位置上。电脑根据位置传感器的信号，判断操纵杆的位置变化。
实施例3：
参见图2，从3挡挂入空挡的过程：
当操纵杆从位置16移动到位置15时，在此期间，电脑通过信号判断出驾驶员的目标操作挡位是空挡，电脑减小电机的扭矩为零。
操纵杆在驾驶员操作力的作用下，从位置16移动到位置11，3挡啮合齿套与3挡内齿套或者3挡外齿套脱落啮合，完成换挡。
本专利的特点：
在车辆的手动换挡机构上，设置位置传感器，设置控制电脑（控制器）检测传感器的状态，当驾驶员挂挡时，首先会操作手动换挡机构的操纵杆选位然后挂入目标挡位的轨道，或者直接挂入目标挡位轨道，此时传感器信号会发生变化，控制电脑根据各个挡位的轨道对应的信号数据，判断驾驶员要挂入的目标挡位，然后，控制电机转速，使目标挡位的内外齿套转速同步，此时，由于变速箱具有同步器，在内外齿套同步之前，会阻止啮合齿套同时与内外齿套的啮合，直到内外齿套转速接近同步，换挡机构的操纵杆在驾驶员的换挡力的推动下继续向目标挡继续移动，啮合齿套同时内外齿套接合，挂入目标挡位，换挡结束。
可选的，另外设置一个由驾驶者操控的换挡指令发送器，需要换挡时，驾驶员操控该换挡指令发送器用于向控制电脑发送换挡指令，控制电脑收到换挡指令后调节电机转速，使变速箱中目标挡位的内外齿套转速同步，。当然，当变速箱处于有效挡位而触发换挡指令时，减小驱动电机的扭矩（最佳是零扭矩），以便驾驶员操作有效挡位进入空挡。
该结构和控制方法，使得驾驶操作简单化的同时，动力系统成本低，可靠性高，具有很高的使用价值。
所述的位置传感器，可以是任何一种能够将机械位置转换为对应的电信号或者数据的传感器，如各种模拟信号型角度或直线传感器、各种编码器、开关等，也可以是各种复合型传感器，传感器的类型和数量不影响本发明的权利要求。
所述的位置传感器与换挡机构的连接结构、安装位置等不影响本发明的权利要求；
所述的手动变速箱的结构，不影响本发明的权利要求；
所述的换挡指令发送器，可以是开关等任何一种能够产生电信号变化，控制电脑能够检测到信号变化的传感器，其具体结构和安装位置，不影响本发明的权利要求；
所述的控制电脑（控制器），可以是独立的控制单元，也可以是其他控制单元，例如电机控制器，这不影响本发明的权利要求；
所述的手动变速箱、换挡机构、以及同步器等属于现有技术，其挡位数量、结构及工作原理等不影响权利要求。
所述的结构或者方法，既可以用于纯电动驱动的车辆，也适用于同时具有发动机和电动机驱动的车辆。

Claims (10)

1.一种具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制方法，包括电机、与电机轴相连的具有手动换挡机构的变速箱，其特征是：手动换挡机构上设置用于检测操纵杆位置的位置传感器，位置传感器输出与控制器电连接；该车辆手动换挡同步控制方法包括下述步骤：
a、手动换挡时，在驾驶员操作操纵杆从空挡挂入目标挡位之前，控制器根据位置传感器的信号，判断操纵杆要挂入的目标挡位，
b、控制器调节电机转速，使变速箱中目标挡位的内外齿套转速同步，
c、操纵杆在驾驶员的操作下继续向目标挡继续移动，内外齿套接合，挂入目标挡位，换挡结束。
2.如权利要求1所述具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制方法，其特征是：在步骤a之前有步骤a0：手动换挡时，控制器根据位置传感器的信号，判断出操纵杆从有效挡挂入空挡时，控制器减小驱动电机的扭矩。
3.如权利要求1所述具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制方法，其特征是：在步骤a之前有步骤a0：手动换挡时，控制器根据位置传感器的信号，判断出操纵杆从有效挡挂入空挡时，控制器减小驱动电机的扭矩为零。
4.如权利要求1所述具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制方法，其特征是：它还包括与控制器连接的换挡指令发送器，换挡指令发送器用于驾驶员向控制器发送换挡指令，控制器收到换挡指令后调节电机转速，使变速箱中目标挡位的内外齿套转速同步。
5.如权利要求1所述具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制方法，其特征是：所述的位置传感器，是能够将机械位置转换为对应的电信号或者数据的传感器，如各种模拟信号型角度或直线传感器、各种编码器、开关等，也可以是各种复合型传感器，传感器的类型和数量不影响本发明的权利要求。
6.如权利要求1所述具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制方法，其特征是：它还包括用于驱动车辆的发动机。
7.一种具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制结构，包括电机、与电机轴相连的具有手动换挡机构的变速箱，其特征是：手动换挡机构上设置用于检测操纵杆位置的位置传感器，位置传感器输出与控制器电连接；控制器与电机相连，以控制电机转速、输出扭矩。
8.如权利要求7所述具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制结构，其特征是：它还包括与控制器连接的换挡指令发送器，换挡指令发送器用于驾驶员向控制器发送换挡指令。
9.如权利要求7所述具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制结构，其特征是：所述的位置传感器，是能够将机械位置转换为对应的电信号或者数据的传感器。
10.如权利要求7所述具有电机驱动的车辆手动换挡同步控制结构，其特征是：它还包括用于驱动车辆的发动机。
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