CN114811036B - 用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱 - Google Patents

Abstract

一种用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱，涉及电动汽车技术领域，用于解决现有电动汽车的常用的三合一电驱动总成无法兼顾车辆的动力性与经济性要求的技术问题。用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱中，采用电机转子轴串联一体化的双电机结构，主驱电机连接一挡齿轮副、二挡齿轮副再经过差速器将动力传递到车轮，辅驱电机通过单向离合器驱动直接挡齿轮副再经过差速器将动力传递到车轮，主驱电机与辅驱电机既可以单独驱动车辆也可以动力耦合共同传递动力驱动车轮，车辆在运行中会有多种工作模式，通过不同工作模式的切换能够实现电机尽可能多的运行在高效区并提升电机利用率，避免了匹配上的动力冗余，也使两挡变速箱在换挡的时候无动力中断。

Description

用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱

技术领域

本发明涉及电动汽车变速箱技术领域，尤其涉及一种用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱。

背景技术

目前，电动汽车的动力系统常采用电机、减速器、控制器集成在一起的三合一模式，这样单电机与减速器的方案不能同时兼顾车辆的动力性与经济性，并且由于要优先考虑车辆的动力性以满足车辆加速与爬坡的性能导致电机的后背功率、扭矩过大，而车辆在平时低速与高速巡航的状态下其实是用不到这么高的功率，从而使电机经常的运行在高速低扭区，我们知道根据电机的效率MAP图高效区往往集中在中低转速区、在高速低扭区的效率是偏低的，最终使电动汽车在高速区电量消耗大影响车辆经济性；同时由于在城市道路工况车辆需要经常停车，这就导致电驱系统需要反复启动，而启动一个大功率的电机比小功率的电机要更加耗电。

当前电动汽车的变速箱不管采用单电机还是双电机常采用单挡减速器的方案，而当前永磁电机的特性曲线是低转速恒扭矩，高转速恒功率，我们希望车辆能在恒转矩区有较高的车速恒功率区有较高的扭矩，需要车速高就需要减速器的速比小，需要高扭矩就需要减速器的速比大些，因此单一速比的减速器是不可能同时兼顾到这一点的，通常减速器的速比是在考虑整车动力性与经济性的要求后取得一个平衡，导致电机会经常在低效率区间运行，因此为了兼顾整车的动力性与经济型，市面已经开始推出两挡变速箱用来替代当前单挡减速器存在的不足，用一挡大速比满足车辆的加速与爬坡性能，二挡小速比满足车辆高速巡航的要求，同时可以不断切换速比可以在不同的道路工况下电机都可以运行在高效区；当然市面上常见的两挡变速箱大都采用AMT的形式同步器换挡或者简化的齿套换挡，这样的换挡方式存在动力中断严重影响驾乘体验，同时由于变速箱取消了离合器与电机轴刚性连接，导致换挡存在冲击打齿现象，也会采用换挡时主动调整电机转速实现同步这样会在某种程度上提升换挡的平顺性，然而由于传感器的反馈精度以及电机自身的转速误差也很难实现完全消除换挡冲击问题，同时由于换挡策略程序的复杂自然使整个换挡时间加长，虽然提升了换挡平顺性但使动力中断的时间更长；当然也有其它采用双离合DCT以及AT形式的两挡变速箱，这两种变速箱可以解决动力中断的问题，但是由于结构复杂零部件数量多，高转速对离合器的设计增加了困难，并且还要增加液压系统，所以总的来说这两种方案设计难度大，并且成本上相对于AMT的方案会增加很多进而导致这两种方案市面上成熟的产品很少，还是处于一个研发阶段，加上当前整车厂对电驱动力总成的成本压的越来越低，显然采用这样结构复杂的两挡变速箱是很不经济的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱，用于解决现有技术中电动汽车的常用的三合一电驱动总成无法兼顾车辆的动力性与经济性要求的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱，主驱电机与辅驱电机组成一体化双电机系统，且所述主驱电机和所述辅驱电机共用一套电机壳体及冷却系统；所述辅驱电机的转子轴采用空心结构，以使所述主驱电机的转子轴能够进入至变速箱壳体内，且所述辅驱电机的转子轴的内部安装有滚针轴承；

所述主驱电机位于后端，所述辅驱电机位于前端；主驱定子绕组、辅驱定子绕组固定于电机机壳，主驱转子总成、辅驱转子总成套设于相应的定子总成里；主驱转子轴、辅驱转子轴通过深沟球轴承、第一轴承、第二轴承、第三轴承安装于所述电机机壳，当电机接收指令通电工作时，能够驱动所述主驱转子轴和所述辅驱转子轴旋转输出相应的转速与扭矩；所述主驱转子轴和所述辅驱转子轴分别安装有主驱旋变和辅驱旋变；所述电机机壳的内部具有用于冷却电机的水道，且所述辅驱转子轴的内部采用空心结构，以使所述主驱转子轴穿入至变速箱内，同时所述辅驱转子轴的内部安装有所述滚针轴承，以用于支撑所述主驱转子轴；

所述主驱电机负责驱动一挡齿轮副及二挡齿轮副，所述辅驱电机负责驱动主动齿轮，且所述主动齿轮与从动齿轮啮合，单向离合器布置于所述从动齿轮的内孔中；当车辆需要进行挡位无动力中断切换时，整车控制器VCU分别向主驱电机控制器MCU、辅驱电机控制器MCU发出指令，主驱电机控制器MCU接收整车控制器VCU的换挡信号时，所述主驱电机不再传递动力进入换挡调速模式，辅驱电机控制器MCU接收整车控制器VCU的驱动信号，所述辅驱电机开始传递动力进入工作模式，并通过所述单向离合器将电机动力传递至差速器半轴，代替所述主驱电机驱动车辆行驶；VCU向TCU发出换挡指令，换挡执行机构工作，通过拨叉、结合齿套使工作挡位脱开，当TCU检测处于空挡位置时，向执行机构发出停止工作的指令，此时所述主驱电机通过不停地反复调速使挡位齿轮与齿套的转速实现同步；当TCU内部的自检系统识别出挡位齿轮与齿套到达同步转速或者标定的转速差时，TCU向执行机构发出工作指令，执行机构再次动作通过拔叉推动齿套运动完成无动力中断换挡；

车辆的滑行模式分为自由滑行和制动滑行：根据驾驶人的意图判断车辆的滑行模式，车辆VCU根据对电门踏板与制动踏板车速信号的采集判断驾驶人的驾驶意图，当采集到所述电门踏板与所述制动踏板均处于松开状态，且车辆速度大于60km/h则判断车辆将处于自由滑行状态。

其中，当VCU根据当前车速与油门踏板的内部算法需要换挡时，向所述辅驱电机控制器MCU发出指令，所述辅驱电机进入工作模式，并向所述主驱电机控制器MCU发出指令，所述主驱电机进入无动力输出的自由模式，再向TCU发出指令以使执行机构工作，其将齿套由挡位齿轮的结合齿处拉出，进入空挡模式，此时执行机构暂停动作，VCU向所述主驱电机控制器MCU发出指令，所述主驱电机进入调速模式。

具体地，所述主驱电机的中间轴处装设有转速传感器，所述转速传感器的转速信号直接反馈至所述主驱电机控制器MCU，且所述主驱电机控制器MCU根据内部算法算出电机需要调整到的转速，同时电机调整的转速值与挡位齿轮的速比有关；当中间轴转速为n、一挡速比为i1、二挡速比为i2，需要切换到二挡齿轮，则电机调整到的转速值即为n*i2；当电机调整到了要求的转速值则会向TCU发出动作指令，执行机构工作齿套与结合齿结合，以实现转速同步无冲击换挡。

实际应用时，所述主驱转子轴通过输入轴轴承安装于变速箱壳体，且所述主驱转子轴安装有一挡主动齿轮、二挡主动齿轮；所述辅驱转子轴集成电机齿轮一体化结构，且所述一挡主动齿轮和所述二挡主动齿轮分别与一挡从动齿轮和二挡从动齿轮啮合以传递所述主驱电机的动力，同时所述电机齿轮与从动齿轮啮合以传递所述辅驱电机的动力。

其中，所述从动齿轮的内孔中安装有所述单向离合器，且所述单向离合器的外围与齿轮内孔配合，内圈通过花键与中间轴刚性连接，利用所述单向离合器的单向运转特性以使所述辅驱电机只能在前进方向上驱动车辆行驶，无法参与制动能量回收模式的工作；同时，当所述主驱电机单独驱动车辆行驶时，利用所述单向离合器的单向运转特性以避免了主驱电机单独工作时因拖动辅驱电机空转导致的拖曳损耗，提高了驱动效率且增加了续航里程，利用所述单向离合器的单向运转特性当辅驱电机与主驱电机共同驱动时，避免了双电机在扭矩耦合时因电机自身的转速误差导致的互相拖拽，避免了扭矩耦合下的转速干涉与冲击。

具体地，所述一挡从动齿轮设置有内孔，并通过一挡滚针轴承与所述中间轴连接，且所述一挡从动齿轮能够在所述中间轴自由转动；同时，所述二挡从动齿轮通过二挡滚针轴承与所述中间轴连接，并能够在所述中间轴自由转动；所述一挡从动齿轮与所述二挡从动齿轮之间设置有齿毂，且所述齿毂通过花键与所述中间轴刚性连接，所述齿毂连接有结合齿套，所述结合齿套与所述齿毂之间花键连接；所述结合齿套为内花键，所述齿毂为外花键，且内外花键之间间隙配合，所述结合齿套能够于所述齿毂左右移动；

换挡执行机构接收TCU的指令，通过换挡拨叉推动所述结合齿套左右移动，且所述结合齿套向左移动，能够与所述一挡结合齿相结合，同时所述一挡结合齿与所述结合齿套的花键端部均具有倒锥结构，此时所述二挡主动齿轮和所述二挡从动齿轮处于空转状态，所述二挡主动齿轮与所述主驱电机转子轴同步旋转，所述二挡从动齿轮在所述中间轴空转；此时，如若所述辅驱电机没有传递动力，所述单向离合器的内圈与所述中间轴刚性连接，所述从动齿轮的转速为零，所述单向离合器在所述从动齿轮的内孔中空转；

在换挡过程中所述辅驱电机接收来自整车控制器VCU的指令进行工作代替所述主驱电机驱动车辆并避免整车此时出现动力中断，所述主驱电机进入自由调速模式，直至换挡齿轮的转速与所述齿毂转速同步，换挡执行机构动作实现所述一挡结合齿与所述结合齿套相结合；当完成换挡后TCU将换挡成功指令反馈给整车控制器VCU，且VCU发送给主驱电机控制器MCU工作指令，所述主驱电机开始驱动车辆，此时整车控制器VCU根据当前油门踏板开度、车速、以及各种驱动模式效率的对比计算出车辆动力的需求，根据需求决定所述辅驱电机是停止驱动或是与所述主驱电机共同驱动车辆行驶。

进一步地，一挡升二挡的进行过程为：当TCU接收到来自整车控制器的换挡指令，主驱电机MCU接收VCU的指令进入换挡模式，所述主驱电机的扭矩为零，所述辅驱电机接收整车控制器VCU的指令进入扭矩模式，并开始替代所述主驱电机驱动车辆行驶以避免车辆的动力中断；

换挡执行机构动作，通过换挡拨叉将所述结合齿套与所述一挡结合齿脱离，此时进入空挡模式，同时所述主驱电机开始进入调速模式，通过转速传感器反馈的转速信号，调整自身的转速使所述二挡从动齿轮的转速与所述结合齿套的转速同步；主驱电机控制器MCU不断接收来自所述主驱旋变反馈的转速信号，当转速值达到需要调整到的转速值，加入中间轴上转速传感器反馈的转速为n1，一挡速比为i1、二挡速比为i2，加入换挡瞬间车速不变，则当前所述主驱电机的转速n3＝n1*i1，此时所述二挡从动齿轮的转速n4＝n1*i1/i2，且i1>i2,，显然n4>n1；为实现转速同步，所述二挡从动齿轮的转速n4要降低，则所述主驱电机要进行降速调速，调整到转速n5＝n1*i2，电机转速降低的值是n＝n1*(i1-i2)，所述主驱旋变接收到调整的转速信号n5，此时主驱电机控制器会向TCU发送同步完成的指令，TCU还进行同步自检通过内部的控制算法采集到转速传感器信号再次确认是否完成转速同步；如若同步则向执行器发送工作指令，执行器动作，所述结合齿套向右移动与所述二挡结合齿相结合，二挡换挡完成，且所述结合齿套与所述二挡结合齿的端面均具有倒锥结构，如若不同步则所述主驱电机继续调速直至实现同步后执行换挡动作；

升完二挡后，主驱电机MCU接收来自整车控制器VCU的指令进入驱动模式，此时所述辅驱电机的工作状态需要由整车控制器VCU根据车速油门踏板以及驱动效率计算出的整车动力需求，并根据需求再判定所述辅驱电机是停止工作或是与所述主驱电机的二挡共同驱动车辆。

再进一步地，所述一挡从动齿轮、所述二挡从动齿轮在换挡后将动力传递给所述结合齿套，所述结合齿套将动力传递给所述齿毂，且所述齿毂与所述中间轴刚性连接，则动力传递至所述中间轴；所述中间轴通过第一中间轴轴承和第二中间轴轴承安装于变速箱壳体，主减主动齿轮与所述中间轴刚性连接、并将动力传递至所述主减主动齿轮；

所述辅驱电机的动力经所述电机齿轮、所述从动齿轮、所述单向离合器将动力传递至所述中间轴，所述中间轴将动力传递至所述主减主动齿轮，且所述主减主动齿轮与主减从动齿轮啮合，所述主减从动齿轮与差速器壳体通过紧固螺栓刚性连接，并将动力传递至所述差速器壳体，所述差速器壳体通过行星齿轮将动力传递至半轴齿轮，且所述半轴齿轮与驱动半轴及半轴通过花键连接，并通过所述驱动半轴将动力传递至车轮。

相对于现有技术，本发明所述的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱具有以下优势：

本发明提供的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱中，采用双电机方案的动力总成，匹配的双电机相比于同等条件下单电机功率，扭矩都要小很多，按需工作当需要大功率大扭矩输出的时候采用双电机同时驱动，当车辆在中低速运行以及起步的过程中单电机的动力特性就可以满足要求，由于两个电机的扭矩都比较小，当车辆在高速状态下，避免了电机因为扭矩容量的有效利用率低导致的效率低问题，解决了当前车辆在高速状态下效率低的问题，从而也提升了电动汽车在高速工况下的续航里程；这也是当前电动汽车面临的一个大问题，为了解决这个问题本申请除了提升在高速区动力总成的效率，同时整个动力总成在高速区的驱动模式也进行了优化，当前电动汽车的特点是只要松电门电机便进入制动状态，迫使车辆减速，从而回收能量，但其实除去风阻路阻做功的损失，剩余的能量还要考虑到变速箱、电机、电控、电池回收的效率损失，所以真正储存到电池中的电能仅仅只有车辆减小动能的一小部分，但是假如不回收这部分能量而是让其保持惯性自由滑行那么它的滑行距离相比于回收的电能再次驱动车辆行使的距离肯定是要长很多，因为自由滑行状态车辆减小的动能并没有效率损失而是全部用来克服风阻路阻做功而回收的电能将再次驱动车辆时又要进一步的经过电池、电控、电机、变速箱的效率损失最后相比于开始时要回收的车辆动能就更加少了，然而在城市道路中要不停的减速停车，如果只靠制动踏板制动那么这部分能量就浪费掉了，以及当VCU判断驾驶人有制动意图时需要采用制动能量回收模式，所以鉴于这种情况本申请将滑行状态分为自由滑行与制动能量回收滑行，车辆VCU根据对电门踏板于制动踏板车速信号的采集判断驾驶人的驾驶意图，当采集到电门踏板于制动踏板都处于松开状态，并且车辆速度大于60km/h则判断车辆将处于自由滑行状态，为了尽可能的利用车辆的惯性转化为更多的动能，此时主驱电机将不开启制动能量回收模式，而是让车辆像传统燃油车那样，保持自由滑行状态，尽可能的延长滑行距离从而间接提升了车辆的续航里程。

此外，在电动车辆中也有采用双电机方案的动力总成，布置方式上常采用双电机独立平行布置、或者对向布置，这就导致动力总成体积过大，不利用整车布置，同时双电机的电机冷却系统也需要独立布置增加了动力总成的体积，同时因为独立布置需要两套冷却系统的零部件比如机壳、冷却水套、密封圈、水管、冷却器等都是互相独立的，从而导致电机系统的成本增高，鉴于以上关于双电机的布置问题本申请采用双电机同向串联式布置，辅驱电机的转子轴采用空心设计，让主驱电机的转子轴穿过从而实现双电机转子轴的同向布置，使双电机系统的体积相对于当前主流方案更加紧凑，有利于在整车层面上的布置；两个电机也是采用一个机壳与冷却水套、以及相关冷却系统的附件都可以共用，大大降低了双电机系统的物料成本，这也是本申请要解决的技术问题之一。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱的中间轴总成的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱的输入轴总成的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱中辅驱电机动力传递的路线示意图；

图5为本发明实施例提供的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱中主驱电机一挡动力传递的路线示意图；

图6为本发明实施例提供的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱中主驱电机二挡动力传递的路线示意图；

图7为本发明实施例提供的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱的控制系统原理示意图；

图8为本发明实施例提供的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱的工作流程示意图。

附图标记：

1-电机机壳；2-电机后端盖；3-主驱旋变；4-深沟球轴承；5-主驱定子绕组；6-主驱转子总成；7-主驱转子压板；8-第一轴承；9-第二轴承；10-辅驱转子总成；11-辅驱定子绕组；12-辅驱转子压板；13-第三轴承；14-辅驱旋变；15-辅驱转子轴；16-电机齿轮；17-滚针轴承；18-一挡主动齿轮；19-二挡主动齿轮；20-输入轴轴承；21-主驱转子轴；22-二挡从动齿轮；23-主减主动齿轮；24-第一中间轴轴承；25-水道；26-中间轴；27-第二中间轴轴承；28-单向离合器；29-从动齿轮；30-一挡从动齿轮；31-一挡滚针轴承；32-一挡结合齿；33-齿毂；34-二挡滚针轴承；35-结合齿套；36-二挡结合齿；37-支撑轴承；38-驱动半轴；39-差速器轴承；40-半轴齿轮；41-主减从动齿轮；42-行星齿轮；43-差速器壳体；44-差速器轴承；45-半轴；46-车轮。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱进行详细描述。

本发明实施例提供一种用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱，如图1-图8所示，主驱电机与辅驱电机组成一体化双电机系统，以减小动力总成体积便于整车的布置，且主驱电机和辅驱电机共用一套电机壳体及冷却系统；辅驱电机的转子轴采用空心结构，以使主驱电机的转子轴能够进入至变速箱壳体内，且辅驱电机的转子轴的内部安装有滚针轴承，以解决两个转子轴转速差的问题；

主驱电机位于后端，辅驱电机位于前端；主驱定子绕组5、辅驱定子绕组11固定于电机机壳1，主驱转子总成6、辅驱转子总成10套设于相应的定子总成里；主驱转子轴21、辅驱转子轴15通过深沟球轴承4、第一轴承8、第二轴承9、第三轴承13安装于电机机壳1，当电机接收指令通电工作时，能够驱动主驱转子轴21和辅驱转子轴15旋转输出相应的转速与扭矩；主驱转子轴21和辅驱转子轴15分别安装有主驱旋变3和辅驱旋变14；电机机壳1的内部具有用于冷却电机的水道25，且辅驱转子轴15的内部采用空心结构，以使主驱转子轴21穿入至变速箱内，同时辅驱转子轴15的内部安装有滚针轴承17，以用于支撑主驱转子轴21，使双转子轴的支撑刚性更好；

主驱电机负责驱动一挡齿轮副及二挡齿轮副，辅驱电机负责驱动主动齿轮，且主动齿轮与从动齿轮啮合，单向离合器布置于从动齿轮的内孔中；当车辆需要进行挡位无动力中断切换时，整车控制器VCU分别向主驱电机控制器MCU、辅驱电机控制器MCU发出指令，主驱电机控制器MCU接收整车控制器VCU的换挡信号时，主驱电机不再传递动力进入换挡调速模式，辅驱电机控制器MCU接收整车控制器VCU的驱动信号，辅驱电机开始传递动力进入工作模式，并通过单向离合器将电机动力传递至差速器半轴，代替主驱电机驱动车辆行驶；VCU向TCU发出换挡指令，换挡执行机构工作，通过拨叉、结合齿套使工作挡位脱开，当TCU检测处于空挡位置时，向执行机构发出停止工作的指令，此时主驱电机通过不停地反复调速使挡位齿轮与齿套的转速实现同步；当TCU内部的自检系统识别出挡位齿轮与齿套到达同步转速或者标定的转速差时，TCU向执行机构发出工作指令，执行机构再次动作通过拔叉推动齿套运动完成无动力中断换挡；

车辆的滑行模式分为自由滑行和制动滑行：根据驾驶人的意图判断车辆的滑行模式，车辆VCU根据对电门踏板与制动踏板车速信号的采集判断驾驶人的驾驶意图，当采集到电门踏板与制动踏板均处于松开状态，且车辆速度大于60km/h则判断车辆将处于自由滑行状态；特别是在高速工况下通过让车辆保持自由化行态能够提升车辆的续航里程，对于改善当前电动汽车在高速工况下耗电续航里程短有很大的帮助。

相对于现有技术，本发明实施例所述的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱具有以下优势：

本发明实施例提供的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱中，采用双电机方案的动力总成，匹配的双电机相比于同等条件下单电机功率，扭矩都要小很多，按需工作当需要大功率大扭矩输出的时候采用双电机同时驱动，当车辆在中低速运行以及起步的过程中单电机的动力特性就可以满足要求，由于两个电机的扭矩都比较小，当车辆在高速状态下，避免了电机因为扭矩容量的有效利用率低导致的效率低问题，解决了当前车辆在高速状态下效率低的问题，从而也提升了电动汽车在高速工况下的续航里程；这也是当前电动汽车面临的一个大问题，为了解决这个问题本申请除了提升在高速区动力总成的效率，同时整个动力总成在高速区的驱动模式也进行了优化，当前电动汽车的特点是只要松电门电机便进入制动状态，迫使车辆减速，从而回收能量，但其实除去风阻路阻做功的损失，剩余的能量还要考虑到变速箱、电机、电控、电池回收的效率损失，所以真正储存到电池中的电能仅仅只有车辆减小动能的一小部分，但是假如不回收这部分能量而是让其保持惯性自由滑行那么它的滑行距离相比于回收的电能再次驱动车辆行使的距离肯定是要长很多，因为自由滑行状态车辆减小的动能并没有效率损失而是全部用来克服风阻路阻做功而回收的电能将再次驱动车辆时又要进一步的经过电池、电控、电机、变速箱的效率损失最后相比于开始时要回收的车辆动能就更加少了，然而在城市道路中要不停的减速停车，如果只靠制动踏板制动那么这部分能量就浪费掉了，以及当VCU判断驾驶人有制动意图时需要采用制动能量回收模式，所以鉴于这种情况本申请将滑行状态分为自由滑行与制动能量回收滑行，车辆VCU根据对电门踏板于制动踏板车速信号的采集判断驾驶人的驾驶意图，当采集到电门踏板于制动踏板都处于松开状态，并且车辆速度大于60km/h则判断车辆将处于自由滑行状态，为了尽可能的利用车辆的惯性转化为更多的动能，此时主驱电机将不开启制动能量回收模式，而是让车辆像传统燃油车那样，保持自由滑行状态，尽可能的延长滑行距离从而间接提升了车辆的续航里程。

此外，在电动车辆中也有采用双电机方案的动力总成，布置方式上常采用双电机独立平行布置、或者对向布置，这就导致动力总成体积过大，不利用整车布置，同时双电机的电机冷却系统也需要独立布置增加了动力总成的体积，同时因为独立布置需要两套冷却系统的零部件比如机壳、冷却水套、密封圈、水管、冷却器等都是互相独立的，从而导致电机系统的成本增高，鉴于以上关于双电机的布置问题本申请采用双电机同向串联式布置，辅驱电机的转子轴采用空心设计，让主驱电机的转子轴穿过从而实现双电机转子轴的同向布置，使双电机系统的体积相对于当前主流方案更加紧凑，有利于在整车层面上的布置；两个电机也是采用一个机壳与冷却水套、以及相关冷却系统的附件都可以共用，大大降低了双电机系统的物料成本，这也是本申请要解决的技术问题之一。

换言之，本发明实施例提供了一种结构简单、体积小、成本低、无动力中断的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱动力总成，解决了传统AMT变速箱动力中断的问题，将双电机串联集成化结构解决了现有技术中匹配的单电动功率扭矩容量过大电机利用率比较低的问题，同时一体化串联式设计让双电机的体积更加紧凑便于整车布置，采用两个较小的电机也降低了电机的制造难度提升了可靠性，采用两个小电机单独驱动或者通过扭矩耦合驱动实现多种工作模式，使电机的利用率得到了提升，通过整车VCU提供的算法选择出效率最高的驱动模式，电机也能够更多地运行在高效区，最终提升了续航里程。

此处需要补充说明的是，旋变即旋转变压器，是一种高精度的位置传感器，能够将电机转子轴的角位移角速度实时反馈给电机控制器主驱MCU、辅驱MCU。

实际应用时，辅驱电机转子轴与传动齿轮采用一体化结构，单向离合器布置在辅驱电机传动齿轮副的从动齿轮上。现有技术中，两挡AMT变速箱采用同步器换挡的模式，本申请利用主驱电机的调速特性，采用直接齿套换挡机构，省掉了同步器总成中的同步环、钢球、滑块等零件，齿毂通过花键与中间轴刚性连接，结合齿套与齿毂花键连接，执行机构工作推动齿套与结合齿结合实现换挡。

本申请通过辅驱电机与主驱电机的扭矩耦合能够实现多种工作模式：辅驱电机单独驱动车辆、主驱电机一挡驱动车辆、主驱电机二挡驱动车辆、辅驱电机与主驱电机一挡共同驱动车辆、辅驱电机与主驱电机二挡共同驱动车辆，以上工作模式车辆控制器VCU计算每种模式下的动力总成效率，选择效率最高的驱动模式为当前汽车的工作模式。

本申请的动力驱动模式选择策略流程如下：车辆VCU的扭矩算法模块会根据当前车辆的运动状态计算出满足车辆动力性的驱动模式，VCU的效率算法模块会根据储存的电机效率MAP图计算出效率最高的驱动模式，车辆VCU会对外向主驱MCU、辅驱MCU、以及TCU发送相关的指令，最终实现效率最大的驱动模式以提高车辆的经济性。

其中，当VCU根据当前车速与油门踏板的内部算法需要换挡时，向辅驱电机控制器MCU发出指令，辅驱电机进入工作模式，并向主驱电机控制器MCU发出指令，主驱电机进入无动力输出的自由模式，再向TCU发出指令以使执行机构工作，其将齿套由挡位齿轮的结合齿处拉出，进入空挡模式，此时执行机构暂停动作，VCU向主驱电机控制器MCU发出指令，主驱电机进入调速模式。

具体地，主驱电机的中间轴处装设有转速传感器，转速传感器的转速信号直接反馈至主驱电机控制器MCU，且主驱电机控制器MCU根据内部算法算出电机需要调整到的转速，同时电机调整的转速值与挡位齿轮的速比有关；当中间轴转速为n、一挡速比为i1、二挡速比为i2，需要切换到二挡齿轮，则电机调整到的转速值即为n*i2；当电机调整到了要求的转速值则会向TCU发出动作指令，执行机构工作齿套与结合齿结合，以实现转速同步无冲击换挡，利用电机调速同步的特点本申请的两挡AMT变速箱不再采用同步器的形式，省掉了同步器里面的同步环直接采用同步器的齿套进行换挡，从而有效节省了成本，且因没有了同步器换挡系统的可靠性也得到了提高。

实际应用时，主驱转子轴21通过输入轴轴承20安装于变速箱壳体，且主驱转子轴21安装有一挡主动齿轮18、二挡主动齿轮19；辅驱转子轴15集成电机齿轮16一体化结构，且一挡主动齿轮18和二挡主动齿轮19分别与一挡从动齿轮30和二挡从动齿轮22啮合以传递主驱电机的动力，同时电机齿轮16与从动齿轮29啮合以传递辅驱电机的动力。

其中，从动齿轮29的内孔中安装有单向离合器28，且单向离合器28的外围与齿轮内孔配合，内圈通过花键与中间轴26刚性连接，利用单向离合器28的单向运转特性以使辅驱电机只能在前进方向上驱动车辆行驶，无法参与制动能量回收模式的工作；同时，当主驱电机单独驱动车辆行驶时，利用单向离合器28的单向运转特性以避免了主驱电机单独工作时因拖动辅驱电机空转导致的拖曳损耗，提高了驱动效率且增加了续航里程，利用单向离合器的单向运转特性当辅驱电机与主驱电机共同驱动时，避免了双电机在扭矩耦合时因电机自身的转速误差导致的互相拖拽，避免了扭矩耦合下的转速干涉与冲击，也即利用单向离合器28自身的单向传动特点，避免在主驱电机单独驱动车辆行驶时，辅驱电机的拖拽损失，以及当辅驱电机与主驱电机共同驱动时，避免了双电机在转速耦合时因电机自身的转速误差导致的互相拖拽，从而避免了辅驱电机被空转拖动时产生的拖曳扭矩损失，提高了动力总成的运转效率。

传统这种双电机动力总成以及前后轮单电机独立驱动的四驱车辆，会在辅驱电机上增加断开装置来避免另外一个电机的拖曳损失，从设计上来说自然也是可行的但是结构复杂会额外增加断开执行机构、驱动电机、以及相应的控制器，不具有成本优势，额外占用了动力总成很大的空间，并且从可靠性上来说这种机电一体化的系统自然也是没有纯机械的结构可靠性高；当然有的也会在双电机中采用一个永磁同步电机一个三相异步电机组合的方式，利用三相异步电机拖曳损失小的特性来解决这个问题，但是三相异步电机的整体上效率没有永磁同步电机高，影响车辆的续航里程，因此本申请通过单向离合器的应用成功解决辅驱电机被空转拖动产生的拖曳损失问题。

具体地，一挡从动齿轮30设置有内孔，并通过一挡滚针轴承31与中间轴26连接，且一挡从动齿轮30能够在中间轴26自由转动；同时，二挡从动齿轮22通过二挡滚针轴承34与中间轴26连接，并能够在中间轴26自由转动，以减少空转带来的滑动摩擦；一挡从动齿轮30与二挡从动齿轮22之间设置有齿毂33，且齿毂33通过花键与中间轴26刚性连接，齿毂33连接有结合齿套35，结合齿套35与齿毂33之间花键连接；结合齿套35为内花键，齿毂33为外花键，且内外花键之间间隙配合，结合齿套35能够于齿毂33左右移动；

换挡执行机构接收TCU的指令，通过换挡拨叉推动结合齿套35左右移动，且结合齿套35向左移动，能够与一挡结合齿32相结合，同时一挡结合齿32与结合齿套35的花键端部均具有倒锥结构，以避免结合齿套35与结合齿结合时出现的打齿现象，从而顺利完成一挡的换挡，此时二挡主动齿轮19和二挡从动齿轮22处于空转状态，二挡主动齿轮19与主驱电机转子轴同步旋转，二挡从动齿轮22在中间轴26空转；此时，如若辅驱电机没有传递动力，单向离合器28的内圈与中间轴26刚性连接，由于单向离合器28的单向性，中间轴26的旋转并不能通过单向离合器28带动从动齿轮29旋转，也即从动齿轮29与单向离合器28是处于脱开状态，从动齿轮29的转速为零，单向离合器28在从动齿轮29的内孔中空转；

在换挡过程中辅驱电机接收来自整车控制器VCU的指令进行工作代替主驱电机驱动车辆并避免整车此时出现动力中断，主驱电机进入自由调速模式，直至换挡齿轮的转速与齿毂22转速同步，换挡执行机构动作实现所述一挡结合齿与结合齿套35相结合；当完成换挡后TCU将换挡成功指令反馈给整车控制器VCU，且VCU发送给主驱电机控制器MCU工作指令，主驱电机开始驱动车辆，此时整车控制器VCU根据当前油门踏板开度、车速、以及各种驱动模式效率的对比计算出车辆动力的需求，根据需求决定辅驱电机是停止驱动或是与主驱电机共同驱动车辆行驶。

进一步地，一挡升二挡的进行过程为：当TCU接收到来自整车控制器的换挡指令，主驱电机MCU接收VCU的指令进入换挡模式，主驱电机的扭矩为零，辅驱电机接收整车控制器VCU的指令进入扭矩模式，并开始替代主驱电机驱动车辆行驶以避免车辆的动力中断；

换挡执行机构动作，通过换挡拨叉将结合齿套35与一挡结合齿32脱离，此时进入空挡模式，同时主驱电机开始进入调速模式，通过转速传感器反馈的转速信号，调整自身的转速使二挡从动齿轮22的转速与结合齿套35的转速同步，或是转速差控制在能够实现顺利换挡的范围之内，且具体转速差值根据换挡标定进行最终的确认；主驱电机控制器MCU不断接收来自主驱旋变3反馈的转速信号，当转速值达到需要调整到的转速值，加入中间轴上转速传感器反馈的转速为n1，一挡速比为i1、二挡速比为i2，加入换挡瞬间车速不变，则当前主驱电机的转速n3＝n1*i1，此时二挡从动齿轮的转速n4＝n1*i1/i2，且i1>i2,，显然n4>n1；为实现转速同步或者合理范围的转速差，二挡从动齿轮的转速n4要降低，则主驱电机要进行降速调速，调整到转速n5＝n1*i2，电机转速降低的值是n＝n1*(i1-i2)，主驱旋变3接收到调整的转速信号n5，此时主驱电机控制器会向TCU发送同步完成的指令，为了防止车辆由于转速的波动导致的实际情况未能同步现象，TCU还进行同步自检通过内部的控制算法采集到转速传感器信号再次确认是否完成转速同步；如若同步则向执行器发送工作指令，执行器动作，结合齿套35向右移动与二挡结合齿36相结合，二挡换挡完成，且为了更加顺利的进挡，结合齿套35与二挡结合齿36的端面均具有倒锥结构，如若不同步则主驱电机继续调速直至实现同步或要求的转速差后执行换挡动作；此外，二挡降一挡时的具体换挡步骤与一挡升二挡同理，在此不再赘述；

升完二挡后，主驱电机MCU接收来自整车控制器VCU的指令进入驱动模式，此时辅驱电机的工作状态需要由整车控制器VCU根据车速油门踏板以及驱动效率计算出的整车动力需求，并根据需求再判定所述辅驱电机是停止工作或是与主驱电机的二挡共同驱动车辆。

再进一步地，一挡从动齿轮30、二挡从动齿轮22在换挡后将动力传递给结合齿套35，结合齿套35将动力传递给齿毂33，且齿毂33与中间轴26刚性连接，则动力传递至中间轴26；中间轴26通过第一中间轴轴承24和第二中间轴轴承27安装于变速箱壳体，主减主动齿轮23与中间轴26刚性连接、并将动力传递至主减主动齿轮23；

辅驱电机的动力经电机齿轮16、从动齿轮29、单向离合器28将动力传递至中间轴26，中间轴26将动力传递至主减主动齿轮23，且主减主动齿轮23与主减从动齿轮41啮合，主减从动齿轮41与差速器壳体43通过紧固螺栓刚性连接，并将动力传递至差速器壳体43，差速器壳体43通过行星齿轮42将动力传递至半轴齿轮40，且半轴齿轮40与驱动半轴38及半轴45通过花键连接，并通过驱动半轴38将动力传递至车轮46，以完成整个动力总成的动力传递进而驱动车辆行驶。

本发明实施例提供的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱中控制系统包括：主驱MCU、整车控制器VCU、辅驱MCU、TCU，主驱MCU负责主驱电机的控制、辅驱MCU负责辅驱电机的控制、TCU作为换挡控制器，主驱MCU、辅驱MCU、TCU通过CAN总线与整车控制器VCU电气连接以实现通讯协议，并作为整车控制器VCU实时接收车辆的车速、电门开度、制动踏板、挡位信号等，根据内部的算法实时向主驱MCU、辅驱MCU、TCU发送相关指令。VCU对整个动力总成的控制包括两部分：一是动力系统的控制，即主驱MCU、辅驱MCU实时接收来自VCU的信号，并进行相关的扭矩转速的调整，进而使主驱电机和辅驱电机能够按照VCU的要求输出相关的功率扭矩转速；二是换挡指令，即VCU根据车辆的运行状态内部的算法模块计算出车辆此时是否需要换挡，如果换挡则VCU向TCU发送换挡指令，TCU得到指令内部的控制模块会使执行器工作进而完成换挡。双电机的工作模式共有三种：主驱电机单独驱动车辆、辅驱电机单独驱动车辆、主驱电机辅驱电机扭矩耦合驱动，具体选择何电机作为车辆的动力来源是由VCU里面的效率算法模块根据三种模式下其模式的效率最高，由于整车控制器储存里有两个电机的效率MAP图，因此整车控制器会很容易的算出三种模式下的效率值，具体算法比较简单本申请不再赘述，VCU通过实时控制双电机的运行模式保证车辆在运行状态的动力性与经济性以及换挡舒适性。

采用双电机系统，辅驱电机驱动直接挡、主驱电机驱动两档变速箱，因此车辆在行使过程中根据动力性与经济性的要求就多种驱动模式可供选择，下面将根据不同的路况对本申请的驱动模式进行介绍，主驱电机作为车辆的主要动力来源其匹配的功率扭矩都要比辅驱电机大，辅驱电机作为车辆在加速、爬坡、换挡的辅助动力，当车辆在加速、爬坡、以及高速巡航时的辅助动力，在满足车辆动力性的前提下尽可能的提高经济性，考虑到经济性也会有辅驱电机独立驱动车辆的时刻。

整车控制器VCU的效率算法模块会在同时都满足车辆动力性的驱动模式中选则效率最高的模式作为车辆当前的动力来源，具体算法策略如下，车辆VCU的扭矩算法模块会根据当前车辆的运动状态计算出满足车辆动力性的驱动模式，进一步VCU的效率算法模块会根据储存的电机效率MAP图计算出效率最高的驱动模式，进一步的车辆VCU会对外向主驱MCU、辅驱MCU以及TCU发送相关的指令，最终实现效率最大的驱动模式提高车辆的经济性。

下面结合附图对本发明实施例提供的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱在不同道路工况下的驱动模式的工作原理进行详细说明：

起步模式：在平路与缓坡中起步，主驱电机单独驱动车辆，VCU向TCU发送工作指令、执行器工作，结合齿套35与一挡结合齿32结合，由于结合齿套35与一档结合齿32的端部均具有有倒锥结构，因此在执行器换挡力的推动下使主驱转子轴21旋转一个很小的角度进而推进去完成变速箱的静态换挡，VCU向主驱MCU发送工作指令，主驱电机输出动力驱动车辆起步；当车辆在陡坡中起步，车辆VCU识别出此时车辆的状态，VCU里的扭矩算法模块识别出主驱电机无法起动车辆时，会向辅驱MCU发送指令，辅驱电机工作，带动电机齿轮16、主动齿轮与从动齿轮29啮合，从动齿轮29的内部安装有单向离合器28，单向离合器28的特征是在车辆前进方向上能够传递动力，单向离合器28与中间轴26刚性连接，将动力传递给至主减主动齿轮23，主驱电机的一档齿轮副也将动力传递至主减主动齿轮23，从而实现扭矩耦合，最终将动力传递至车轮46，使车辆完成陡坡起步；

加速模式：当车辆完完成起步后，通常开始加速模式，此时整车控制器VCU通过电门踏板的开度大小以及电门踩下去的速度判断驾驶人的意图，区分当前车辆是缓加速模式还是急加速模式；

缓加速模式，保持主驱电机的一挡模式进行加速，一挡的动力传递路线：主驱转子轴21转动，带动一挡主动齿轮18和一挡从动齿轮30旋转，一挡从动齿轮30上有一档结合齿32，一档结合齿32与结合齿套35结合，结合齿套35与齿毂33花键连接，齿毂33与中间轴26通过花键刚性连接，中间轴26与主减主动齿轮23刚性连接，最终动力通过主减主动齿轮23和主减从动齿轮41传递至驱动半轴38和半轴45，最终驱动车辆加速；

当整车控制器VCU判断驾驶人处于急加速模式时，整车控制器向辅驱MCU发送工作的扭矩、转速指令，辅驱电机工作开始运转与主驱电机扭矩耦合共同驱动车辆的急加速，双电机扭矩耦合驱动的实施方式与车辆双电机起步时的实施方式一样，都是双电机通过各自的传动齿轮副将动力汇集到了主减主动齿轮23和主减从动齿轮41上，并将动力传递至驱动半轴38和半轴45；

这里重点要强调一个问题，双电机是扭矩耦合驱动，那么自然涉及到两个电机扭矩分配策略问题，具体实施方式，整车控制器VCU根据车速、电门开度、加速度等信号算出车辆需求的轮端扭矩，按照1：1的比例将轮端扭矩等分给主驱电机与辅驱电机，等分的轮端扭矩根据辅驱电机传动齿轮副的速比i0、主驱电机一挡齿轮副速比i1，转化为辅驱电机、主驱电机的输出扭矩，VCU将此扭矩指令发送给主驱MCU、辅驱MCU，主驱电机、辅驱电机输出相应的扭矩动力；

巡航模式：当车辆完成一段加速后通常会进入巡航模式，巡航模式根据车辆的速度分为低速巡航、中速巡航、高速巡航，进一步的规定0～50km/h为低速巡航、50～80km/h为中速巡航、80km/h以上为高速巡航，整车控制器VCU根据车辆的运行速度识别出当前车辆的巡航状态，进而选择相应的驱动模式；

当车速处于0～60km/h，整车控制器VCU判定车辆处于低速巡航状态，VCU的扭矩算法模块只向主驱MCU发送扭矩指令，主驱电机在一档模式下负责驱动车辆行使；VCU根据当前车速算出辅驱电机保持当前车速需要的转速进而向辅驱MCU发送转速指令，辅驱电机实现自由空转，不传递扭矩，通过这种控制策略能够使单向离合器的内外圈转速同步，避免单向离合器的内外圈因转速差导致的磨损问题，当需要辅驱电机作为辅助动力驱动车辆时，辅驱电机不用在启动到需求转速，缩短了辅驱电机的响应时间；

当车速处于60～80km/h以及80km/以上的中速巡航、高速巡航状态时，由于车辆大部分时间都是处于中速、高速的巡航状态，因此这种工况下的车辆的运行状态直接关系到整车的续航里程，因此当车辆处于中高速巡航时，整车控制器VCU里的效率算法模块需寻找到不同车速下效率最高的驱动模式，进一步的整车控制器里储存有主驱电机、辅驱电机的效率MAP图；

同样的整车控制器VCU判定车辆的巡航模式，确定车辆的巡航状态，主驱电机作为车辆动力将一直处于工作状态，辅驱电机不单独驱动车辆行驶只作为辅助动力协助主驱电机驱动车辆行驶，当只有主驱电机工作，中高转速下电机空转的效率损失问题更加严重，为了避免电机空转导致的电机效率损失的问题，同时电机的空转带动齿轮旋转将引入多个噪声源，电机的空转噪音与齿轮的空转敲击噪音并且这种噪音强度都是随着转速的增加而增强，因此系统的NVH性能会变得更差，根据以上考虑辅驱电机如果不传递动力将处于断电不工作状态，此时动力总成在满足车辆动力需求的前提下共有四种驱动模式，a主驱电机一挡驱动、b主驱电机二挡驱动、c主驱电机一挡模式与辅驱电机扭矩耦合驱动、d主驱电机二挡模式与辅驱电机扭矩耦合驱动，进一步的VCU里的效率算法模块根据储存的效率MAP图，找到电机相应扭矩转速下的效率点，进而算出主驱电机效率、辅驱电机效率、主驱电机辅驱电机扭矩耦合驱动下的综合效率，进一步的对比四种驱动模式下的电机效率值选择相应的工作模式；

滑行模式：目前电动汽车在高速状态下更加耗电除了永磁电机在高转速时效率低这个原因之外，也与当前电动汽车的制动能量回收模式有关，当前电动汽车的特点是只要松电门电机便进入制动状态，迫使车辆减速，从而回收能量，但其实除去风阻路阻做功的损失，剩余的能量还要考虑到变速箱、电机、电控、电池回收的效率损失，所以真正储存到电池中的电能仅仅只有车辆减小动能的一小部分，但是假如不回收这部分能量而是让其保持惯性自由滑行那么它的滑行距离相比于回收的电能再次驱动车辆行使的距离肯定是要长很多，因为自由滑行状态车辆减小的动能并没有效率损失而是全部用来克服风阻路阻做功而回收的电能将再次驱动车辆时又要进一步的经过电池、电控、电机、变速箱的效率损失，最后相比于开始时要回收的车辆动能就更加少了，但是在城市道路中要不停的减速停车，如果只靠制动踏板制动那么这部分能量就浪费掉了，以及当VCU判断驾驶人有制动意图时需要采用制动能量回收模式，所以鉴于这种情况本申请将滑行状态分为自由滑行与制动能量回收滑行；

车辆VCU根据对电门踏板于制动踏板车速信号的采集判断驾驶人的驾驶意图，当采集到电门踏板于制动踏板都处于松开状态，并且车辆速度大于60km/h则判断车辆将处于自由滑行状态，为了尽可能的利用车辆的惯性转化为更多的动能，此时主驱电机将不开启制动能量回收模式，而是让车辆像传统燃油车那样，保持自由滑行状态，尽可能的延长滑行距离从而间接提升了车辆的续航里程；当车辆处于滑行状态时，VCU向TCU发送换挡指令，变速箱摘挡，变速箱保持空挡状态，由于一挡从动齿轮30和二挡从动齿轮22与结合齿套35是脱开状态，主驱转子轴21将不能被拖动旋转，从而避免电机转子被拖动造成的铁损，向主驱MCU发送断电指令，主驱电机进入停止工作状态不输出转速与扭矩，从动齿轮29的内部装有单向离合器28，利用单向离合器28只能单向驱动的特性，中间轴26不能通过单向离合器28使从动齿轮29旋转，同时电机齿轮16也不能被拖动，辅驱转子轴15也不能被拖动，从而保证了车辆可以进入自由滑行状态，避免了两个电机转子被拖动造成的铁损问题，进一步的为了保证需要动力输出缩短动力的响应时间，VCU向辅驱MCU发送转速指令，辅驱电机自由转动不输出扭矩、转速值相对与对应当前车速下辅驱电机的输出转速要小，转速差值控制在50～100rpm；

如果在自由滑行中车辆VCU检测到了制动踏板信号、或者电门踏板信号，意味着自由滑行状态结束那么此时主驱电机将进入制动滑行能量回收或者驱动模式状态，变速箱将进入换挡状态，为了避免车辆动力中断在变速箱换挡前，辅驱电机接收工作指令，输出扭矩驱动车辆行使，主驱电机调速、执行器动作变速箱开始换挡，换挡完成，主驱电机根据当前VCU的需求选择相应工作模式，如果是VCU采集到制动信号那么主驱电机进入制动能量回收模式，车辆开始制动滑行，如果采集到的是电门信号，那么主驱电机进入驱动模式驱动车辆行驶；

制动滑行：制动滑行的判定，当车辆车速＜60KM/H，只要采集到了电门踏板有松开的趋势，车辆便进入制动回收模式，以及车速大于60KM/H时，采集到了制动踏板信号，主驱电机也要进入制动回收模式，制动滑行时变速箱保持一挡状态，结合齿套35与一档结合齿32结合，车轮46的转速通过主减主动齿轮23和主减从动齿轮41、中间轴26、齿毂33、结合齿套35、一档结合齿32、一挡主动齿轮18和一挡从动齿轮30，拖动主驱转子轴21旋转，主驱电机进入制动能量回收模式，进一步单向离合器28的单向传递动力特点导致辅驱转子轴15就不能被拖动，最终实现主驱电机在制动滑行中实现能量回收；

停车模式：停车模式又分为两种，短暂停车、长期驻车，短暂停车即车辆保持驾驶状态只是中途短时间的停止，整车控制器根据当前车速，挡位模式、以及制动踏板信号识别出当前的驾驶状态处于短暂停车状态，那么主驱电机、辅驱电机都停止工作，不再输出扭矩与转速、变速箱的挡位处于一挡状态，结合齿套35与一挡结合齿32结合，使车辆起步时主驱电机工作、动力响应快起步没有延迟；当VCU检测到车辆将处于长期驻车状态，当VCU检测到车辆驻车完成，VCU向TCU发送换空挡的指令，执行器工作，通过换挡拨叉推动结合齿套35与一挡结合齿32分离，位置传感器向TCU发送空挡位置信号，TCU向VCU发送换挡完成指令，车辆断电进入长期驻车状态；

爬坡模式：爬坡模式根据坡度的大小分为两种模式，缓坡模式、陡坡模式，车辆的动力性匹配根据整车的需求都是不同的因此缓坡与陡坡的坡度定义需要根据最终车辆的标定来定，本申请仅对在不同的坡道上相应的驱动模式进行说明；

当车辆VCU检测到此时处于缓坡模式，这种情况下由主驱电机输出动力、辅驱电机停止工作，变速箱处于一挡状态，结合齿套35与一档结合齿32结合，主驱电机的动力经过一挡主动齿轮18和一挡从动齿轮30传递给中间轴26，并经过主减主动齿轮23和主减从动齿轮41传递给驱动半轴38和半轴45，最终驱动车辆爬坡；

当车辆判定处于陡坡模式时，主驱电机不能完成车辆的动力需求，辅驱电机工作、辅驱转子轴15旋转带动电机齿轮16和从动齿轮29传动，并通过单向离合器28的单向传递动力特性将动力传递到了中间轴26，主驱电机的动力经过主驱转子轴21、一档主动齿轮18、一档从动齿轮30、一档结合齿32、结合齿套35、齿毂33，将主驱电机的动力传递到了中间轴26上，实现辅驱电机与主驱电机扭矩耦合传递动力，双电机的动力经过主减主动齿轮23和主减从动齿轮41、差速器壳体43、驱动半轴38、半轴45，将动力传递到了车轮46上，最终驱动车辆完成陡坡的爬行；

倒车模式：车辆控制器VCU通过采集当前的挡位传感器的位置信息，识别出当前车辆将处于倒车模式，在倒车模式中将由主驱电机完成车辆的倒车，辅驱电机将断电停止工作，变速箱将处于一档状态，结合齿套35与一档结合齿32结合，主驱MCU接收VCU的指令进入倒车模式，主驱转子轴21反向旋转，并通过一挡主动齿轮18和一挡从动齿轮30传递动力，主驱转子轴21反向旋转带动一档齿轮副反向驱动，并通过结合齿套35、一档结合齿32、齿毂33带动中间轴26反向驱动，同时通过主减主动齿轮23和主减从动齿轮41、差速器壳体43、驱动半轴38、半轴45，将动力传递到了车轮46上完成车辆的倒车模式。

多种驱动模式工作表如下：

综上所述，两挡变速箱从技术难度以及成本方面考虑AMT的方案应该是作为优选的，只要能够找到解决动力中断问题的方法，本申请通过双电机系统匹配两挡AMT变速箱，并在两挡变速箱内增加辅驱电机独立的减速传动机构，在换档时采用辅驱电机工作的方式将成功解决这个痛点，这是两挡变速箱搭载后解决的第一个痛点；另外本来采用双电机系统，单个电机的功率扭矩相比之前的单电机方案都得到了一定程度的减小，当匹配这样一款两挡变速箱后由于一挡的速比相比于单挡减速器得到了很大的提升，进而使电机的峰值扭矩能够进一步降低很多，从而使电机的体积更小成本更低，也即本申请解决了电驱动力总成的第二个痛点(电机体积大成本高)。

双电机匹配两挡变速箱使动力总成具有多种驱动模式，以电机的效率作为目标函数、获取车辆在任何时刻效率最优的驱动模式，从而提升了车辆运行的经济型，因此本申请解决了当前电驱动总成运行时特别是在城市路况中低速段高效区利用率低的痛点。

同时，当前的双电机系统不管是双电机集成在一起的电驱动总成，还是前轮后轮独立驱动，前轮、后轮各有一套单电机动力总成，都要面对一个问题就是当单电机驱动车辆时，另外一个电机是处于一个被反拖运行的状态，这就产生了拖拽损失，影响单电机驱动的机械效率，并且由于转子自身转动惯量较大，以及转子的铁损，更增加了单电机驱动时的效率损失，从而影响整车电耗，降低车辆的续航里程；为了解决这个问题当前有的方案会采用永磁同步电机与三相异步电机结合使用的方案，但是三相异步电机的运行效率没有永磁电机高同时控制复杂，也是处于迫不得已的方案，也有在其中一个辅驱电机与减速器之间增加一个有伺服电机自动控制的脱开装置，方案上的确是可行的，但是电机的转速高，想在这样高的转速下实现脱开与接合对脱开装置的结构与零部件的精度以及控制策略都要求非常高，除了脱开与接合的可靠性，开发成本以及零部件物料成本都会很高，在成本上此种方案也是毫无优势，因此为了解决单电机工作时另外一个电机的拖拽损失的痛点，本申请采用在辅驱电机与传动系统之间增加一个机械式的单向离合器，当主驱电机工作时，辅驱电机要被拖动时利用单向离合器自身固有的运转单向性成功将传动齿轮与辅驱电机脱开，当辅驱电机工作时刚好是单向离合器接合传递扭矩的旋转方向以成功驱动车辆工作。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱，其特征在于，主驱电机与辅驱电机组成一体化双电机系统，且所述主驱电机和所述辅驱电机共用一套电机壳体及冷却系统；所述辅驱电机的转子轴采用空心结构，以使所述主驱电机的转子轴能够进入至变速箱壳体内，且所述辅驱电机的转子轴的内部安装有滚针轴承；

所述主驱电机位于后端，所述辅驱电机位于前端；主驱定子绕组、辅驱定子绕组固定于电机机壳，主驱转子总成、辅驱转子总成套设于相应的定子总成里；主驱转子轴、辅驱转子轴通过深沟球轴承、第一轴承、第二轴承、第三轴承安装于所述电机机壳，当电机接收指令通电工作时，能够驱动所述主驱转子轴和所述辅驱转子轴旋转输出相应的转速与扭矩；所述主驱转子轴和所述辅驱转子轴分别安装有主驱旋变和辅驱旋变；所述电机机壳的内部具有用于冷却电机的水道，且所述辅驱转子轴的内部采用空心结构，以使所述主驱转子轴穿入至变速箱内，同时所述辅驱转子轴的内部安装有所述滚针轴承，以用于支撑所述主驱转子轴；

所述主驱电机负责驱动一挡齿轮副及二挡齿轮副，所述辅驱电机负责驱动主动齿轮，且所述主动齿轮与从动齿轮啮合，单向离合器布置于所述从动齿轮的内孔中；当车辆需要进行挡位无动力中断切换时，整车控制器VCU分别向主驱电机控制器MCU、辅驱电机控制器MCU发出指令，主驱电机控制器MCU接收整车控制器VCU的换挡信号时，所述主驱电机不再传递动力进入换挡调速模式，辅驱电机控制器MCU接收整车控制器VCU的驱动信号，所述辅驱电机开始传递动力进入工作模式，并通过所述单向离合器将电机动力传递至差速器半轴，代替所述主驱电机驱动车辆行驶；VCU向TCU发出换挡指令，换挡执行机构工作，通过拨叉、结合齿套使工作挡位脱开，当TCU检测处于空挡位置时，向执行机构发出停止工作的指令，此时所述主驱电机通过不停地反复调速使挡位齿轮与齿套的转速实现同步；当TCU内部的自检系统识别出挡位齿轮与齿套到达同步转速或者标定的转速差时，TCU向执行机构发出工作指令，执行机构再次动作通过拔叉推动齿套运动完成无动力中断换挡；

车辆的滑行模式分为自由滑行和制动滑行：根据驾驶人的意图判断车辆的滑行模式，车辆VCU根据对电门踏板与制动踏板车速信号的采集判断驾驶人的驾驶意图，当采集到所述电门踏板与所述制动踏板均处于松开状态，且车辆速度大于60km/h则判断车辆将处于自由滑行状态。

2.根据权利要求1所述的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱，其特征在于，当VCU根据当前车速与油门踏板的内部算法需要换挡时，向所述辅驱电机控制器MCU发出指令，所述辅驱电机进入工作模式，并向所述主驱电机控制器MCU发出指令，所述主驱电机进入无动力输出的自由模式，再向TCU发出指令以使执行机构工作，其将齿套由挡位齿轮的结合齿处拉出，进入空挡模式，此时执行机构暂停动作，VCU向所述主驱电机控制器MCU发出指令，所述主驱电机进入调速模式。

3.根据权利要求2所述的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱，其特征在于，所述主驱电机的中间轴处装设有转速传感器，所述转速传感器的转速信号直接反馈至所述主驱电机控制器MCU，且所述主驱电机控制器MCU根据内部算法算出电机需要调整到的转速，同时电机调整的转速值与挡位齿轮的速比有关；当中间轴转速为n、一挡速比为i1、二挡速比为i2，需要切换到二挡齿轮，则电机调整到的转速值即为n*i2；当电机调整到了要求的转速值则会向TCU发出动作指令，执行机构工作齿套与结合齿结合，以实现转速同步无冲击换挡。

4.根据权利要求1所述的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱，其特征在于，所述主驱转子轴通过输入轴轴承安装于变速箱壳体，且所述主驱转子轴安装有一挡主动齿轮、二挡主动齿轮；所述辅驱转子轴集成电机齿轮一体化结构，且所述一挡主动齿轮和所述二挡主动齿轮分别与一挡从动齿轮和二挡从动齿轮啮合以传递所述主驱电机的动力，同时所述电机齿轮与从动齿轮啮合以传递所述辅驱电机的动力。

5.根据权利要求4所述的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱，其特征在于，所述从动齿轮的内孔中安装有所述单向离合器，且所述单向离合器的外围与齿轮内孔配合，内圈通过花键与中间轴刚性连接，利用所述单向离合器的单向运转特性以使所述辅驱电机只能在前进方向上驱动车辆行驶，无法参与制动能量回收模式的工作；同时，当所述主驱电机单独驱动车辆行驶时，利用所述单向离合器的单向运转特性避免了主驱电机单独工作时因拖动辅驱电机空转导致的拖曳损耗，提高了驱动效率且增加了续航里程，利用所述单向离合器的单向运转特性当辅驱电机与主驱电机共同驱动时，避免了双电机在扭矩耦合时因电机自身的转速误差导致的互相拖拽，避免了扭矩耦合下的转速干涉与冲击。

6.根据权利要求5所述的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱，其特征在于，所述一挡从动齿轮设置有内孔，并通过一挡滚针轴承与所述中间轴连接，且所述一挡从动齿轮能够在所述中间轴自由转动；同时，所述二挡从动齿轮通过二挡滚针轴承与所述中间轴连接，并能够在所述中间轴自由转动；所述一挡从动齿轮与所述二挡从动齿轮之间设置有齿毂，且所述齿毂通过花键与所述中间轴刚性连接，所述齿毂连接有结合齿套，所述结合齿套与所述齿毂之间花键连接；所述结合齿套为内花键，所述齿毂为外花键，且内外花键之间间隙配合，所述结合齿套能够于所述齿毂左右移动；

换挡执行机构接收TCU的指令，通过换挡拨叉推动所述结合齿套左右移动，且所述结合齿套向左移动，能够与所述一挡结合齿相结合，同时所述一挡结合齿与所述结合齿套的花键端部均具有倒锥结构，此时所述二挡主动齿轮和所述二挡从动齿轮处于空转状态，所述二挡主动齿轮与所述主驱电机转子轴同步旋转，所述二挡从动齿轮在所述中间轴空转；此时，如若所述辅驱电机没有传递动力，所述单向离合器的内圈与所述中间轴刚性连接，所述从动齿轮的转速为零，所述单向离合器在所述从动齿轮的内孔中空转；

在换挡过程中所述辅驱电机接收来自整车控制器VCU的指令进行工作代替所述主驱电机驱动车辆并避免整车此时出现动力中断，所述主驱电机进入自由调速模式，直至换挡齿轮的转速与所述齿毂转速同步，换挡执行机构动作实现所述一挡结合齿与所述结合齿套相结合；当完成换挡后TCU将换挡成功指令反馈给整车控制器VCU，且VCU发送给主驱电机控制器MCU工作指令，所述主驱电机开始驱动车辆，此时整车控制器VCU根据当前油门踏板开度、车速、以及各种驱动模式效率的对比计算出车辆动力的需求，根据需求决定所述辅驱电机是停止驱动或是与所述主驱电机共同驱动车辆行驶。

7.根据权利要求6所述的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱，其特征在于，一挡升二挡的进行过程为：当TCU接收到来自整车控制器的换挡指令，主驱电机MCU接收VCU的指令进入换挡模式，所述主驱电机的扭矩为零，所述辅驱电机接收整车控制器VCU的指令进入扭矩模式，并开始替代所述主驱电机驱动车辆行驶以避免车辆的动力中断；

换挡执行机构动作，通过换挡拨叉将所述结合齿套与所述一挡结合齿脱离，此时进入空挡模式，同时所述主驱电机开始进入调速模式，通过转速传感器反馈的转速信号，调整自身的转速使所述二挡从动齿轮的转速与所述结合齿套的转速同步；主驱电机控制器MCU不断接收来自所述主驱旋变反馈的转速信号，当转速值达到需要调整到的转速值，加入中间轴上转速传感器反馈的转速为n1，一挡速比为i1、二挡速比为i2，加入换挡瞬间车速不变，则当前所述主驱电机的转速n3=n1*i1，此时所述二挡从动齿轮的转速n4=n1*i1/i2，且i1>i2,，显然n4>n1；为实现转速同步，所述二挡从动齿轮的转速n4要降低，则所述主驱电机要进行降速调速，调整到转速n5=n1*i2，电机转速降低的值是n=n1*（i1-i2），所述主驱旋变接收到调整的转速信号n5，此时主驱电机控制器会向TCU发送同步完成的指令，TCU还进行同步自检通过内部的控制算法采集到转速传感器信号再次确认是否完成转速同步；如若同步则向执行器发送工作指令，执行器动作，所述结合齿套向右移动与所述二挡结合齿相结合，二挡换挡完成，且所述结合齿套与所述二挡结合齿的端面均具有倒锥结构，如若不同步则所述主驱电机继续调速直至实现同步后执行换挡动作；

升完二挡后，主驱电机MCU接收来自整车控制器VCU的指令进入驱动模式，此时所述辅驱电机的工作状态需要由整车控制器VCU根据车速油门踏板以及驱动效率计算出的整车动力需求，并根据需求再判定所述辅驱电机是停止工作或是与所述主驱电机的二挡共同驱动车辆。

8.根据权利要求7所述的用于电动汽车的多模式双电机两挡变速箱，其特征在于，所述一挡从动齿轮 、所述二挡从动齿轮在换挡后将动力传递给所述结合齿套，所述结合齿套将动力传递给所述齿毂，且所述齿毂与所述中间轴刚性连接，则动力传递至所述中间轴；所述中间轴通过第一中间轴轴承和第二中间轴轴承安装于变速箱壳体，主减主动齿轮与所述中间轴刚性连接、并将动力传递至所述主减主动齿轮；

所述辅驱电机的动力经所述电机齿轮、所述从动齿轮、所述单向离合器将动力传递至所述中间轴，所述中间轴将动力传递至所述主减主动齿轮，且所述主减主动齿轮与主减从动齿轮啮合，所述主减从动齿轮与差速器壳体通过紧固螺栓刚性连接，并将动力传递至所述差速器壳体，所述差速器壳体通过行星齿轮将动力传递至半轴齿轮，且所述半轴齿轮与驱动半轴及半轴通过花键连接，并通过所述驱动半轴将动力传递至车轮。