CN202200837U

CN202200837U - 带无离合器二速机械式自动变速箱的电动车动力系统

Info

Publication number: CN202200837U
Application number: CN2011203230825U
Authority: CN
Inventors: 张垚; 刘贻樟
Original assignee: GUANGDONG GRANDMARK AUTOMOTIVE SYSTEMS CO Ltd
Current assignee: GUANGDONG GRANDMARK AUTOMOTIVE SYSTEMS CO Ltd
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2021-08-31

Abstract

本实用新型披露一种新型的电动车动力系统，本实用新型使用一种新型的无离合器二速机械式自动变速箱，它包括输入轴（210），输出轴（220），控制拨叉（230），同步器（240），二组具有不同传动变比的齿轮组（250、260）和拨叉驱动机构（280）；电子控制器（270）控制主电动机（120）的扭矩和转速使机械式自动变速箱能可靠自动摘档和在同步器的帮助下可靠自动同步、同相位和挂挡。二速机械式自动变速箱的实现是依靠控制器对换档电机的正反转和位置控制来实现自动换档，无需驾驶员手动换档，无需离合器。本实用新型系统可专用于电动车，也可用于小功率运载工具或拖动系统的变速。

Description

带无离合器二速机械式自动变速箱的电动车动力系统

技术领域

本实用新型涉及汽车机械式自动变速箱（AMT）和电动车动力系统，属汽车变速箱技术领域。

背景技术

随着化石能源的日益枯竭和人类对环境保护的日益重视，在世界范围内已显现出普及电动车的必然性。电动车由不同形式的电源向电动机供电，包括太阳能电池、燃料电池、铅酸电池、镍氢电池、锂电池等。可供电动车使用的电动机也还有多种，如直流电机、交流电机等。电动机的功率通过变速箱传到汽车轮子上驱动汽车产生位移。电池、电动机、变速箱、车轮、及它们的连接机构就组成了电动车的动力系统。

电动车通常使用固定变速比的变速箱或带离合器的二速变速箱。固定变速比的动力系统要求电动机的调速范围大，这样电动机的造价就比较高。也有系统使用二速液压式自动变速箱，但液压式自动变速箱效率较低。还有些系统使用带离合器的手动二速变速箱来提高传动效率和降低电动机的调速范围要求，但带有一个离合器。离合器的作用是在换档时断开主动力，使变速箱的器输入、输出轴同步，在同步后换档，换好档后再把离合器合上以接通主动力源。离合器的介入使得整个变速箱的结构相对复杂、离合器容易发热、磨损、造价比较高、体积比较大、重量也大。增加车重会给电动车增加负荷、会缩短电动车的一次充电可运行距离和降低最高车速。

发明内容

本实用新型的目的旨在降低电动机的调速范围要求、减少变速箱的重量和体积、降低造价和提高可靠性。

本实用新型的技术方案是，采用无离合器的二速机械式自动变速箱（AMT），将变速箱换挡时的同步由电子控制器A快速控制主电动机来实现，同相位换挡也由变速箱的电动控制自动快速完成。

本实用新型带无离合器二速机械式自动变速箱的电动车动力系统，由输入轴，输出轴，控制拨叉，同步器，二组具有不同传动变比的齿轮组和拨叉驱动机构组成；主电动机带动主轴，通过二组具有不同传动变比的齿轮组带动输出轴，处于二组齿轮组之间的大功率同步器实现快速同步和换档；由电子控制器快速控制主电动机实现变速箱输入轴和输出轴的同步。

换挡时不需要通过离合器断开动力源，而由同步器实现快速同步，由控制器A对换档电机的正反转和位置控制来实现自动换档。

本实用新型在二速机械式自动变速箱中使用的同步器是一个大矫正力的同步器，这个大矫正力同步器的侧面摩擦力比一般的同步器高，它能协助换档时快速同步并，同步器同步齿外角小于90度。换挡机构不需要通过离合器断开动力源，而由控制器根据驾驶情况直接自动控制一个换档电机的的正反转和位置进行自动换档变速；或采用电磁铁或液压开关驱动拨叉来切换有不同传动比的齿轮组来实现两档之间的自动换挡变速。

本实用新型无离合器二速机械式自动变速箱齿轮组的相位控制是由电子控制器根据电动机转速和变速箱输出轴传感器的输出信号以及它们的变化率进行预测计算和控制电动机转速来实现，即齿轮组的相位控制是通过这两路转速信号里的脉冲波的上升沿或下降沿的发生时间来判别和控制。

图1为电动车动力系统的结构图，电池110向主驱动电动机120供电，在130电子控制器A的控制下，电动机120的力矩经变速箱140改变速度和力矩后传送给汽车轮子150。车速、电动机转速、电动机电流、电池电压都通过不同的传感器输出线160传送到130电子控制器A。

图2为无离合器二速变速箱的结构示意图，在270电子控制器B的控制下根据传感器探测到的汽车运行情况自动确定理想的档位（一档或二挡）并自动控制电动机与变速箱输出轴同步而切换到该档位，从而使汽车可以在没有人干预换挡的情况下自动地在最佳档位下运行。

图1中的130电子控制器A和图2中的270电子控制器B可以分开为两个不同的控制器也可以合并为一个控制器。

图6--图8为换挡驱动机构的结构图，图6为带转鼓的换挡驱动机构结构，采用电机控制模式，当换档控制电机610的力矩经减速齿轮组620和630减速后驱动拨叉230移动切换齿轮组进行换挡。减速齿轮组620和630可根据转速比和力矩要求合并为一组齿轮。

也可采用用电机直接转动拨叉或用其他方法驱动拨叉230，如图7为采用液压或气动模式驱动拨叉230，图8为采用电磁铁模式驱动拨叉230。

本实用新型的有益效果是，降低了对电动车的主电动机的转速要求，由于是AMT能实现自动换档且传动效率高。由于不需要离合器，变速箱体积小、重量轻、效率高。

本实用新型系统专用于电动车，也可用于小功率运载工具或拖动系统的变速。

附图说明

图1是带无离合器二速机械式自动变速箱的电动车动力系统结构图；

图2是无离合器二速变速箱的结构示意图；

图3是控制系统换档时的控制流程框图；

图4是在运行中电动机转速和车速的关系图；

图5是换挡时电机速度变化和换挡时间的关系图；

图6是带转鼓的换挡驱动机构结构图；

图7为采用液压或气动模式换挡驱动机构结构图；

图8为采用电磁铁模式驱动拨叉的换挡驱动机构结构图；

图9是同相位脉冲波形示意图；

图10是大矫正力同步器同步齿主视图；

图11是大矫正力同步器同步齿俯视图；

图12是大矫正力同步器同步齿齿角C-C放大示意图；

其中：110是电池；120是主驱动电动机；130是电子控制器A；140是二速机械式自动变速箱；150是汽车轮子；160是传感器输出线；210是变速箱输入轴；220是变速箱输出轴；230是控制拨叉；240是同步器；250是一档齿轮组；260是二档齿轮组；270是电子控制器B；280是拨叉驱动机构；410是1档换2档车速点；420是2档换1档车速点；510是车速；520是电动机速度；t1是摘档完成和开始同步时间；t2是已同步时间；t3是上档完成时间；610是换挡驱动电机；611是流体控制阀门；612是流体泵；616是电磁铁；617是电磁铁动块；620是减速齿轮组1；630是减速齿轮组2；640是一档齿轮组；650是二档齿轮组；660是换挡凸轮；710是电动机转速信号；720是变速箱输出轴转速信号；730是信号上升沿；740是信号下降沿；810是同步齿角度θ。

具体实施方式

图2是无离合器二速变速箱的结构示意图，本实用新型的具体实施方式如图2所示。

本实用新型实施例中，无离合器二速变速箱基本机构的主要部件是由输入轴210，输出轴220，拨叉230，同步器240，二组具有不同传动变比的齿轮组250，260，和拨叉驱动机构280组成。

本实用新型实施例中的拨叉驱动机构如图6、图7和图8所示，

以图6带转鼓的拨叉驱动机构280为例，当电子控制器B270确定使用1档时，驱动电动610正转（或反转），经减速和放大力矩后带动一个执行器如凸轮660旋转，从而控制拨叉230把齿轮组640接通。也可以省略凸轮660而使电机在减速后直接驱动拨叉左右移动，或用电磁铁、液压开关来控制拨叉230而切换档位。

当电子控制器B270确定使用2档时，驱动机构里的电动机610反转（或正转）带动凸轮660旋转，从而控制拨叉230把齿轮组650接通。

用电磁阀可以控制液体或气体的流向而控制拨叉的位置从而改变档位。用电子开关可控制电磁铁的吸合和释放而控制拨叉的位置从而改变档位。

问题的关键是在没有离合器情况下换挡时快速成功摘档和上档，这由变速箱的特殊结构和控制器的特殊控制策略来实现。图4为在运行中电动机和车速的关系图，当汽车速度高到一定程度时410，图2中电子控制器B270决定换到二挡，此时控制器控制进行换挡。图3为换挡控制逻辑流程图。当收到换挡指令后，电动机立即进入失电状态，电动机靠本身的惯性旋转和车身的惯性带动发电机运转。我们的实验证明，由于电动机惯性小于汽车本身，变速箱的啮合齿轮组在某一个时刻会进入无动力状态，因此图1中的电子控制器A130可以控制拨叉轻易地从一档拨出而进入空档。当拨叉进入空档位置后，控制器控制电动机处于得电制动状态而迅速降速。当电动机转速和二档的齿轮同步时和同相位时，图1中的电子控制器A130即刻停止制动并控制拨叉进二档。由于机械的惯性，机械的操作要有一定的提前量，本系统采用多阶软件观察器来确定控制提前量。接着控制器根据驾驶员要求正常控制电动机速度，此时换挡工作完成。在换档过程中车速和电动机速度变化的时序由图5表示。在换档瞬间，由于惯性可认为车速510维持不变，电动机速度520在摘档后变化，图中t₀是开始换挡时间，t₁是摘档完成和开始同步时间，t₂是已同步时间，t₃是上档完成时间。

齿轮组的相位控制是由电子控制器A130根据电动机转速和变速箱输出轴传感器的输出信号160以及它们的变化率进行预测计算和控制电动机转速来实现。图9是电动机转速传感器和变速箱输出轴传感器的输出信号示意图。图中710是电动机转速传感器信号，720是变速箱输出轴转速传感器信号。齿轮组的相位控制是通过这两路转速信号里的脉冲波的上升沿710或下降沿720的发生时间来判别和控制。尽管它们的脉冲宽窄可能不一致，但在同样的速度下，上升沿或下降沿之间的相位响应关系是存在的。相位控制不要求百分之百的准确性，因为本实用新型里包含的同步器240可以矫正较大的相位误差。

当汽车速度降到一定程度时420，图2中电子控制器B270决定从二档换到一挡，此时电动机立即进入失电状态，电动机靠本身的惯性旋转和车身的惯性带动发电机运转。我们的实验证明，由于电动机惯性小于汽车本身，变速箱的啮合齿轮组在某一个时刻会进入无动力状态，图1中的电子控制器130A可以控制拨叉轻易地从二档拨出而进入空档。当拨叉进入空档位置后，控制电动机处于空载快速加速状态而迅速增速。当预测发动机转速和一档下的齿轮会同步时，图1中的电子控制器A130控制电动机段时间失电并即刻控制拨叉进入一档。接着控制器根据驾驶员要求正常控制电动机速度，此时换挡工作完成。如前所述，为了帮助快速同步，同步器240担负着一定的重要作用，该同步器比普通同步器同步功率稍大些以克服电动机的惯性快速使齿轮组同步同相位。

之所以本实用新型里包含的同步器240可以矫正较大的相位误差，是因为这个大矫正力同步器的侧面摩擦力比一般的同步器高。这个大矫正力同步器如图10所示，它的是同步齿环上的齿角θ都小于90度，测试结果表明，它的角度在80度左右为佳。

电池110、电动机120、带无离合器二速机械式自动变速箱140、加上电子控制器A130组成了电动车动力系统的关键件。变速箱140使系统变小了，电子控制器A130使变小了的变速器有效工作。特殊的机械机构配上所发明的控制策略这种机电合一使得在无离合器情况下平顺换档成为可能。

该系统专用于电动车，也可用于小功率运载工具或拖动系统的变速。

Claims

1.一种带无离合器二速机械式自动变速箱的电动车动力系统，它包括电子控制器A、电源、主电动机、变速箱和轮子，其特征在于，所述系统变速箱为无离合器的二速机械式自动变速箱，所述变速箱包括输入轴，输出轴，控制拨叉，同步器，二组具有不同传动变比的齿轮组和拨叉驱动机构；主电动机带动主轴，通过二组具有不同传动变比的齿轮组带动输出轴，处于二组齿轮组之间的大功率同步器实现快速同步和换档；由电子控制器快速控制主电动机实现变速箱输入轴和输出轴的同步。

2.根据权力要求1所述的一种带无离合器二速机械式自动变速箱的电动车动力系统，其特征在于，所述无离合器二速机械式自动变速箱使用的同步器是一个大矫正力的同步器，其同步齿外角小于90度。

3.根据权力要求1所述的一种带无离合器二速机械式自动变速箱的电动车动力系统，其特征在于，所述无离合器二速机械式自动变速箱换档还可采用电磁铁或液压开关驱动拨叉切换有不同传动比的齿轮组来实现两档之间的自动换档变速。