专利名称：一种无离合器的变速传动装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种变速传动装置及其控制方法，尤其涉及一种无离合器的 变速传动装置及其控制方法。
背景技术：
在传统的内燃机车辆，离合器的功用为使汽车平稳起步；中断给传动 系的动力，配合换档；防止传动系过载。但是通过离合器实现上述功能的过 程中，不仅要求驾驶人员的熟练操作，而且不可避免地出现了动力中断，使 得车辆的加减速不够平滑。另外，离合器是依靠其主动部分和从动部分接触 面间的摩擦作用，或是用液体作为传动介质，或是用磁力传动而工作的，其 本身的存在老化磨损的问题。而且在混合动力或电动汽车上，由于电动机可 以带负载启动，所以其启动过程无需传统内燃机汽车的离合器。因此在混合 动力和电动汽车的传动系统的设计中，与其考虑基于现有技术的传动系统的 改进，如CN 1272203C公开的一种并联式混合动力汽车无离合器操作的换 档控制方法，不如适应电动机本身的特点设计一种无离合器的变速传动装置 及其控制方法。发明内容为了克服上述传统变速装置的操作性、车辆动力性和元件耐久性等方面 的不足，本发明提供了一种易于操作、车辆动力性良好、而且基本无需考虑 元件耐久性问题的无离合器的变速传动装置及其控制方法。本发明提供的一种无离合器的变速传动装置，其中，该装置包括电动机 10和变速器20，所述电动机10与变速器20连接，电动机10的动力通过电动机输入轴输入给变速器20，该装置还包括控制装置30，所述控制装置30
分别与所述电动机10和变速器20电连接，其中，所述控制装置30用于根 据变速器20的转速，判断是否需要换档，如果需要换档，则首先调整电动 机10的转矩从而控制变速器20的退档，再根据变速器20的转速调整电动 机10的转速从而控制变速器20的换档。
本发明还提供了 -种无离合器的变速传动方法，其中，该方法包括根据 变速器(20)的转速，判断是否需要换档，如果需要换档，则首先调整电动 机(10)的转矩从而控制变速器(20)的退档，再根据变速器(20)的转速 调整电动机(10)的转速从而控制变速器(20)的档位更换。
本发明提供的无离合器的变速传动装置在变速时不需要使用离合器，而 是根据检测装置所检测的变速器的转速控制变速器换档，并控制电动机的转 矩和转速配合变速器的换档操作。该变速传动装置的优点在于重量小，维护 方便，同时结构简单、控制过程相对简便并且应用范围广泛。
图1为本发明提供的无离合器的变速传动装置的结构图2为本发明提供的无离合器的变速传动装置的控制装置的结构图3为本发明提供的无离合器的变速传动控制方法的流程图4为本发明提供的无离合器的变速传动控制方法的升档示意流程图。
具体实施例方式
下面结合附图具体描述本发明。
如图1所示，本发明提供的变速传动装置，包括电动机10和变速器20。 电动机的结构和工作原理为本领域技术人员所公知，所述电动机可采用 本领域技术人员所公知的各种电动机，在此不再赘述。所述变速器的结构为本领域技术人员所公知，如可采用两轴式变速器或 三轴式变速器，在此以两轴式变速器为例，其主要包括输入轴、输出轴、多 组档位齿轮、以及换档执行装置。由于电动机可以容易地实现反向转动，则 本发明的变速器优选地可采用无倒档变速器。
所述电动机10与变速器20连接，电动机10的动力通过输入轴输入给
变速器20，所述电动机10与变速器20之间不需要离合器，可以通过本领域
技术人员公知的各种方式连接，如通过联轴器或花键等将电动机轴与变速器
的输入轴相连。其中，该装置还包括控制装置30，所述控制装置30分别与 所述电动机10和变速器20电连接，其中，所述控制装置30根据变速器20 的转速，当需要换档时，分别调整电动机10的转矩和转速从而控制变速器 20的换档。
如图2所示，所述控制装置30包括相互电连接的信号采集单元31和信 号处理单元32，以及分别与信号处理单元32电连接的电动机控制单元33 和变速器控制单元34，其中，所述信号采集单元31用于采集变速器20的转 速；所述信号处理单元32用于接收信号采集单元31采集的变速器20的转 速，当在该转速下需要换档时，向电动机控制单元33发送调节电动机转矩 和转速的指令；当电动机10的转矩和转速调整完成时，由信号处理单元32 向变速器控制单元34分别发送控制变速器20的退档和换档的指令；所述电 动机控制单元33用于接收信号处理单元32发送的调节电动机转矩和转速的 指令，调整电动机10的转矩和转速；所述变速器控制单元34用于接收信号 处理单元32发送的控制变速器20的退档和换档的指令，分别控制变速器20 的退档和换档。
所述信号处理单元32存储有对应于各个档位的多个转速阈值Si，电动 机在变速器(20)的各个转速阈值Si的空负荷运转时的转矩值Mi和与各个
档位对应的传动比Kj;所述转矩值M与转速S的对应关系是M与丰成正比例，其比例系数对于电动机一定的情况下为常数。各个转速阈值Si、转矩 值Mj和传动比Kj的存储可通过存储器来实现。
所述控制装置30还包括，所述信号采集单元31用于实时采集变速器20 的转速S;所述信号处理单元32用于接收所述转速S，并将转速S与存储的 转速阈值Si逐个比较，当在当前转速S需要换档时，读取出与转速S对应的 转矩值M和传动比K，并且根据当前档位结合或者不结合转速S的变化趋 势选定目标档位；分别向电动机控制单元33发送调整电动机转矩和转速的 指令，向变速器控制单元34发送退档和换档的指令；电动机控制单元33用 于接收信号处理单元32发送的调整电动机转矩和转速的指令，分别调整电 动机的转矩值为M和转速为S/K;变速器控制单元34用于接收信号处理单 元32发送的退档指令，当电动机的转矩值为M时，此时同步器与变速器的 档位齿轮之间相互作用力为零，可以容易地将两者去配合，而不会造成机械 部件的损伤，那么指示变速器20执行退档，当电动机的转速为S/K时，此 时同步器与变速器的档位齿轮之间速度差为零，可以容易地将两者配合，而 不会造成机械部件的损伤，那么将换档至目标档位。
所述控制装置30还包括，所述信号处理单元32首先向电动机控制单元 33发送调整电动机转矩的指令，并且根据当前档位结合或者不结合转速S 的变化趋势选定目标档位；电动机控制单元33接收信号处理单元32发送的 调整电动机转矩的指令，调整电动机10的转矩值为M，并发送表示转矩同 步完成的反馈信号至信号处理单元32;信号处理单元32接收电动机控制单 元33发送的表示转矩同步完成的反馈信号，并向变速器控制单元34发送退 档的指令；变速器控制单元34接收信号处理单元32发送的退档的指令，并 指示变速器20执行退档，并且将表示退档完成的信号发送至信号处理单元 32;信号处理单元32接收变速器控制单元34发送的表示退档完成的信号， 接收变速器20当前转速S'，向电动机控制单元33发送调整电动机转速的指令；电动机控制单元33接收信号处理单元32发送的调整电动机转速的指令， 调整电动机10的转速为S'/K，并发送表示转速同步完成的反馈信号至信号 处理单元32;信号处理单元32接收电动机控制单元33发送的表示转速同步 完成的反馈信号，并且向变速器控制单元34发送换档的指令；变速器控制 单元34接收信号处理单元32发送的换档的指令，并指示变速器20执行换 档至目标档位。根据本发明的变速传动装置，其中，所述退档操作和换档操作是所述变 速器控制单元34通过电信号指示变速器(20)的换档执行装置而实现的。 所述换档执行装置用于通过使档位齿轮与输入轴去配合而进行退档，并且通 过使档位齿轮与输出轴配合而进行换档，其结构、连接方式以及工作原理为 本领域人员所公知，如可以通过各种同步器来实现，在此不再赘述。根据本发明的变速传动装置，其中，所述信号采集单元41为转速传感 器，可采用光电式、霍尔式传感器或者磁感应式传感器，安装于变速器20 输出轴上，用于检测变速器20的转速。根据本发明的变速传动装置，其中，所述转速阈值Sj的设置是所述变速 器(20)的转速阈值Si的个数为N个，阈值Si二最大转速Xi/N， 2^N<10， i为整数，且0<i<N。当采用上述阈值设定方法时，在选择目标档位时还需 要结合转速的变化趋势，根据转速的上升或者下降判定是需要升档或者降 档，从而选定目标档位。优选地，为了减少档位过于频繁地切换并且简化判断仅根据当前档位即 可实现目标档位的选择，根据本发明的变速传动装置，其中，所述变速器(20) 的转速阈值S,的个数为2N个，阈值Si二最大转速Xi/N士Y， 2^N<10， i为整 数，且0〈i〈N， Y的值为Sj的2%-5%。当采用上述阈值设定方法时，在选 择目标档位时不需要结合转速的变化趋势，仅根据转速和当前档位即可选定 目标档位。具体地说，每两个档位之间的阈值为两个，其中最大转速Xi/N+Y作为低档位向高档为切换的阈值，并且最大转速Xi/N-Y作为高档位向低档位切换的阈值。其中，Y为远小于Si的整数，可以设置为&的2。％-5%，当 Si的值较大时，其5%的数值也较大，不利于档位的及时切换，那么Y值的 设定可以依据不同阈值Si而不同，优选地，当Si较大时，Y相对于Sj的比 例相应减小，如2%。根据本发明的变速传动装置，其中，所述控制装置30可以方便地在车 辆的电子控制单元中实现，也可以通过数字信号处理或者嵌入式系统来实 现。本发明还提供了一种无离合器的变速传动控制方法，其中，该方法包括 根据变速器20的转速，判断是否需要换档，如果需要换档，则首先调整电 动机10的转矩从而控制变速器20的退档，再根据变速器20的转速调整电 动机10的转速从而控制变速器20的档位更换。根据本发明的变速传动控制方法，如图3所示，其中，该方法包括以下 歩骤采集变速器20的转速；判断在该转速下是否需要换档，如果需要换 档，则分别调节电动机转矩和转速；当电动机转矩调整完成时，将变速器20 退档，当电动机转速调整完成时，切换变速器档位。根据本发明的的变速传动控制方法，如图4所示，其中，该方法包括以 下步骤存储对应于各个档位的多个转速阈值Si，电动机在各个转速阈值S, 的空负荷运转时的转矩值M,和各个档位对应的传动比K,;采集变速器20的 转速S;将转速S与转速阈值Si逐个比较，确定在当前转速S是否需要换档， 读取出与转速S对应的转矩值M和传动比K，并且根据当前档位结合或者 不结合转速S的变化趋势选定目标档位；分别调整电动机转矩为M和转速 为S/K;当电动机的转矩值为M时，指示变速器20执行退档，当电动机的 转速为S/K时，将档位切换至目标档位。根据本发明的的变速传动控制方法，仍然参考图4，其中，该方法包括以下步骤发送调整电动机转矩的指令；调整电动机10的转矩值为M，并 发送表示转矩同步完成的反馈信号；发送退档的指令；指示变速器20执行 退档，并且发送表示退档完成的信号；接收变速器当前转速S'，发送调整电 动机转速的指令；调整电动机10的转速为SVK，并发送表示转速同步完成 的反馈信号；发送换档的指令；指示变速器20执行换档至目标档位。根据本发明的变速传动控制方法，其中，所述转速阈值Si的的个数为N 个，阈值S,二最大转速Xi/N， 2^N<10， i为整数，且(Ki〈N。优选地，根据本发明的变速传动控制方法，其特征在于，所述转速阈值 Sj的个数为2N个，阈值Si二最大转速Xi/N土Y， 2^N<10， i为整数，且0<i<N， Y的值为Si的0.5X-5X。下面，以两档变速器为例，对本发明的工作原理和过程进行详细说明。 电动机与变速器连接，电动机的动力通过输入轴输入给变速器，控制装 置分别与所述电动机和变速器电连接。根据第--种阈值设定方法，仅需要设定--个阈值，则S产最大转速/2。当 车辆起歩后，以低速运行，当转速大于S,时，信号处理单元首先向电动机控 制单元发送调整电动机转矩的指令；电动机控制单元接收信号处理单元发送 的调整电动机转矩的指令，调整电动机的转矩值为M，此时同步器与变速器 档位齿轮之间的咬合阻力最小，并发送表示转矩同步完成的反馈信号至信号 处理单元；信号处理单元接收电动机控制单元发送的表示转矩同步完成的反 馈信号，并向变速器控制单元发送退档的指令；变速器控制单元接收信号处 理单元发送的退档的指令，并指示变速器执行退档，此时拨叉将同步齿环拨 到空档，并且将表示退档完成的信号发送至信号处理单元；信号处理单元接 收变速器控制单元发送的表示退档完成的信号，接收变速器当前转速S'，向 电动机控制单元发送调整电动机转速的指令；电动机控制单元接收信号处理 单元发送的调整电动机转速的指令，调整电动机的转速为SVK，并发送表示转速同步完成的反馈信号至信号处理单元；信号处理单元接收电动机控制单 元发送的表示转速同步完成的反馈信号，并且向变速器控制单元发送换档的 指令；变速器控制单元接收信号处理单元发送的换档的指令，并指示变速器20执行换档至高档。当车辆减速转速小于s,时，就要降档，其操作过程与升档类似，故省略说明。根据第二种阈值设定方法，则需要设定两个阈值，则S产最大转速/2-Y 并且S产最大转速/2+Y，其中￥=最大转速乂5%。当车辆加速转速大于S2时， 需要升档；而当车辆减速转速小于S,时，则需要降档，其操作过程与上述操 作过程类似，故省略说明。由于电动机通过控制施加反向电压可以很容易地实现反转，所以无需设 置倒档和相应的传动机构，当需要倒车时，只需控制电动机反转，随着扭矩 的加大就可以实现倒车。
权利要求
1、一种变速传动装置，其特征在于，该变速传动装置包括电动机(10)和变速器(20)，所述电动机(10)与变速器(20)连接，电动机(10)的动力通过输入轴输入给变速器(20)，该装置还包括控制装置(30)，所述控制装置(30)分别与所述电动机(10)和变速器(20)电连接，其中，所述控制装置(30)用于根据变速器(20)的转速，当需要换档时，分别调整电动机(10)的转矩和转速从而控制变速器(20)的换档。
2、 根据权利要求1所述的变速传动装置，其特征在于，所述控制装置 (30)包括相互电连接的信号采集单元(31)和信号处理单元(32)，以及分别与信号处理单元(32)电连接的电动机控制单元(33)和变速器控制单 元G4)，其中所述信号采集单元(31)用于采集变速器(20)的转速； 所述信号处理单元(32)用于接收信号采集单元(31)采集的变速器(20) 的转速，当在该转速下需要换档时，向电动机控制单元(33)发送调节电动 机转矩和转速的指令；当电动机(10)的转矩和转速调整完成时，由信号处 理单元(32)向变速器控制单元(34)分别发送控制变速器(20)的退档和 换档的指令； 所述电动机控制单元(33)用于接收信号处理单元(32)发送的调节电 动机转矩和转速的指令，调整电动机(10)的转矩和转速；所述变速器控制单元(34)用于接收信号处理单元(32)发送的控制变 速器(20)的退档和换档的指令，分别控制变速器(20)的退档和换档。
3、 根据权利要求2所述的变速传动装置，其特征在于，信号处理单元 (32)存储有对应于各个档位的变速器(20)的多个转速阈值Si，电动机在各个转速阈值Si的空负荷运转时的转矩值Mi和与各个档位对应的传动比Ki;所述信号采集单元(31)用于实时采集变速器(20)的转速S;所述信号处理单元(32)用于接收所述转速S，并将转速S与存储的转速阈值Si比较，当在当前转速s需要换档时，读取出与转速s对应的转矩值M和传动比K，并且根据当前档位结合或者不结合转速S的变化趋势选定目 标档位；向电动机控制单元(33)分别发送调整电动机(10)转矩和转速的 指令，并分别根据电动机(10)的转矩和转速，向变速器控制单元(34)发 送退档和换档的指令；电动机控制单元(33)用于接收信号处理单元(32)发送的调整电动机 (10)转矩和转速的指令，分别调整电动机(10)的转矩值为M和转速为S/K;变速器控制单元(34)用于接收信号处理单元(32)发送的指令，当电 动机的转矩值为M时，指示变速器(20)执行退档，当电动机的转速为S/K 时，将换档至目标档位。
4、根据权利要求3所述的变速传动装置，其特征在于 所述信号处理单元(32)首先向电动机控制单元(33)发送调整电动机转矩的指令，并且根据当前档位结合或者不结合转速S的变化趋势选定目标档位；电动机控制单元(33)接收信号处理单元(32)发送的调整电动机转矩 的指令，调整电动机(10)的转矩值为M，并发送表示转矩同步完成的反馈 信号至信号处理单元(32);信号处理单元(32)接收电动机控制单元(33)发送的表示转矩同步完 成的反馈信号，并向变速器控制单元(34)发送退档的指令；变速器控制单元(34)接收信号处理单元(32)发送的退档的指令，并 指示变速器(20)执行退档，并且将表示退档完成的信号发送至信号处理单元(32);信号处理单元(32)接收变速器控制单元(34)发送的表示退档完成的 信号，接收变速器当前转速S，，向电动机控制单元(33)发送调整电动机转 速的指令；电动机控制单元(33)接收信号处理单元(32)发送的调整电动机转速 的指令，调整电动机(10)的转速为SVK，并发送表示转速同步完成的反馈 信号至信号处理单元(32);信号处理单元(32)接收电动机控制单元(33)发送的表示转速同步完 成的反馈信号，并且向变速器控制单元(34)发送换档的指令；变速器控制单元(34)接收信号处理单元(32)发送的换档的指令，并 指示变速器(20)执行换档至目标档位。
5、 根据权利要求1-4任意一项所述的变速传动装置，其特征在于，所 述退档操作和换档操作是所述变速器控制单元(34)通过电信号指示变速器(20)的换档执行装置而实现的。
6、 根据权利要求2-4任意一项所述的变速传动装置，其特征在于，所 述信号釆集单元(31)为转速传感器。
7、 根据权利要求3和4任意一项所述的变速传动装置，其特征在于， 所述变速器(20)的转速阈值Si的个数为N个，阈值Si二最大转速Xi/N， 2^N<10， i为整数，且(Ki〈N。
8、 根据权利要求3和4任意一项所述的变速传动装置，其特征在于， 所述变速器(20)的转速阈值Si的个数为2N个，阈值S,二最大转速Xi/N士Y，2^N<10， i为整数，且(Ki〈N， Y的值为S,的2X-5X。
9、 一种无离合器的变速传动控制方法，其特征在于，该方法包括根据 变速器(20)的转速，判断是否需要换档，如果需要换档，则首先调整电动 机(10)的转矩从而控制变速器(20)的退档，再根据变速器(20)的转速 调整电动机(10)的转速从而控制变速器(20)的档位更换。
10、 根据权利要求9所述的变速传动控制方法，其特征在于，该方法包 括实时采集变速器(20)的转速；判断在该转速下是否需要换档，如果需要 换档，则分别调节电动机转矩和转速；当电动机转矩调整完成时，将变速器(20)退档，当电动机转速调整完 成时，切换变速器档位。
11、 根据权利要求9所述的变速传动控制方法，其特征在于，该方法包 括存储对应于各个档位的变速器(20)的多个转速阈值Si，电动机在各个 转速阈值Si的空负荷运转时的转矩值Mi和各个档位对应的传动比Kj;采集变速器(20)的转速S;将转速S与转速阈值Si比较，确定在当前转速S是否需要换档，读取出 与转速S对应的转矩值M和传动比K，并且根据当前档位结合或者不结合 转速S的变化趋势选定目标档位；分别调整电动机转矩为M和转速为S/K;当电动机的转矩值为M时，指示变速器(20)执行退档操作，当电动 机的转速为S/K时，将档位切换至目标档位。
12、 根据权利要求11所述的变速传动控制方法，其特征在于，该方法 包括发送调整电动机转矩的指令，并且根据当前档位结合或者不结合转速S 的变化趋势选定目标档位；调整电动机(IO)的转矩值为M，并发送表示转矩同步完成的反馈信号; 发送退档的指令；指示变速器(20)执行退档，并且发送表示退档完成的信号； 接收变速器(20)的当前转速S'，发送调整电动机(10)转速的指令； 调整电动机(10)的转速为SVK，并发送表示转速同步完成的反馈信号； 发送换档的指令；指示变速器(20)执行换档至目标档位。
13、 根据权利要求11和12任意一项所述的变速传动装置，其特征在于， 所述变速器(20)的转速阈值Sj的个数为N个，阈值Si二最大转速Xi/N， 2^N<10， i为整数，且(Ki〈N。
14、 根据权利要求11和12任意一项所述的变速传动装置，其特征在于， 所述变速器(20)的转速阈值Si的个数为2N个，阈值Sj二最大转速Xi/N士Y， 2^N<10， i为整数，且0〈i〈N， Y的值为Si的2X-5X。
全文摘要
一种无离合器的变速传动装置及其控制方法，其中，该变速传动装置包括电动机(10)和变速器(20)，所述电动机(10)与变速器(20)连接，电动机(10)的动力通过输入轴输入给变速器(20)，该装置还包括控制装置(30)，所述控制装置(30)分别与所述电动机(10)和变速器(20)电连接，其中，所述控制装置(30)根据变速器(20)的转速，判断是否需要换档，如果需要换档，则首先调整电动机(10)的转矩从而控制变速器(20)的退档，再根据变速器(20)的转速调整电动机(10)的转速从而控制变速器(20)的换档。
文档编号B60W30/18GK101290066SQ20071009824
公开日2008年10月22日 申请日期2007年4月20日 优先权日2007年4月20日
发明者凯 刘, 波 周, 周旭光, 徐循进, 杨广明, 汤小华, 波 祖, 齐阿喜, 剑 龚 申请人:比亚迪股份有限公司