一种电动汽车用电机-变速器集成驱动系统的自动换挡控制系统及其方法
【专利摘要】本发明公开一种电动汽车用电机-变速器集成驱动系统的自动换挡控制系统及其方法，电动汽车用电机-变速器集成驱动系统的组成包括：驱动电机、变速器、电机控制器和换挡执行机构；驱动电机与变速器通过花键直接连接，并由电机控制器控制驱动电机输出转矩至变速器，换挡执行机构用于完成变速器的换挡操作；其特征是：设置一整车控制器，整车控制器协调控制电机控制器和换挡执行机构，从而实现电机-变速器集成驱动系统的自动换挡功能；以整车控制器和电动汽车用电机-变速器集成驱动系统构成自动换挡控制系统。本发明能实现电机-变速器集成驱动系统的自动换挡功能，并提高电动汽车用电机-变速器集成驱动系统的换挡品质。
【专利说明】-种电动汽车用电机-变速器集成驱动系统的自动换挡控 制系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电动汽车【技术领域】，涉及到电动汽车的自动换挡控制技术，特别是指 一种电动汽车用电机-变速器集成驱动系统的自动换挡控制系统及方法。
【背景技术】
[0002] 传统AMT汽车在换挡过程中通过离合器的分离来切断整车动力传递，依靠同步环 的滑摩完成同步过程，实现换挡。现有技术中的电机-变速器集成驱动系统是在驱动电机 与变速器之间取消了离合器，通过花键直接连接，在结构上有了很大的简化，降低了生产成 本，提高了传动效率。但对于电机-变速器集成驱动系统而言，在自动换挡过程中对驱动电 机、变速器及换挡执行机构的协调控制非常复杂，在换挡过程中容易产生噪声和换挡冲击， 严重影响车辆的换挡平顺性和乘坐的舒适性。而在现有电机-变速器集成驱动系统的自动 换挡控制技术中，控制系统繁杂且功能不全面，对协调控制的具体控制方法研究较少，尤其 是很难实现对驱动电机的精准控制，换挡过程中噪声冲击大，换挡时间长，换挡品质不高。
【发明内容】
[0003] 本发明为克服现有技术存在的不足之处，提出一种电动汽车用电机-变速器集成 驱动系统的自动换挡控制系统及方法，以期能实现电机-变速器集成驱动系统的自动换挡 功能，并提高电动汽车用电机-变速器集成驱动系统的换挡品质。
[0004] 本发明为解决技术问题采取如下技术方案：
[0005] 本发明一种电动汽车用电机_变速器集成驱动系统的自动换挡控制系统，所述电 动汽车用电机-变速器集成驱动系统的组成包括：驱动电机、变速器、电机控制器和换挡执 行机构；所述驱动电机与所述变速器通过花键直接连接，并由所述电机控制器控制所述驱 动电机输出转矩至所述变速器，所述换挡执行机构用于完成所述变速器的换挡操作；
[0006] 其特点是：设置一整车控制器，所述整车控制器协调控制所述电机控制器和所述 换挡执行机构，从而实现所述电机-变速器集成驱动系统的自动换挡功能；以所述整车控 制器和所述电动汽车用电机-变速器集成驱动系统构成所述自动换挡控制系统。
[0007] 本发明所述的一种电动汽车用电机-变速器集成驱动系统的自动换挡控制系统， 其特点也在于：所述整车控制器的组成包括：自动换挡模块和协调控制模块；
[0008] 所述自动换挡模块根据所述整车控制器获取的汽车行驶状态信息和踏板信息进 行分析，判断是否达到换挡条件；当满足换挡条件时，由所述协调控制模块分别向所述电机 控制器和所述换挡执行机构发出换挡协调控制指令；所述换挡协调控制指令包括：所述驱 动电机的模式指令和所述换挡执行机构的执行动作指令；
[0009] 所述电机控制器根据所述模式指令控制所述控制电机完成驱动、卸载、同步和加 载操作；所述换挡执行机构根据所述执行动作指令控制所述变速器完成摘挡、挂挡和保持 执行操作。
[0010] 本发明一种电动汽车用电机-变速器集成驱动系统的自动换挡控制方法的特点 是按如下步骤进行：
[0011] 步骤1、汽车行驶正常驱动行驶过程中，所述整车控制器不断采集汽车行驶的状态 信息和踏板信息并传递给所述自动换挡模块，所述自动换挡模块根据所述汽车行驶状态信 息和踏板信息进行分析，判断是否达到换挡条件；
[0012]步骤2、当满足换挡条件时，所述协调控制模块向所述电机控制器发出卸载模式指 令；
[0013] 步骤3、所述电机控制器根据所接收的卸载模式指令控制所述驱动电机运行在转 矩模式下，此时，所述协调控制模块根据所述驱动电机的转矩变化率不断向所述电机控制 器发出卸载目标转矩信号，从而使得所述驱动电机完成卸载操作；
[0014]步骤4、所述驱动电机完成卸载操作后，所述电机控制器控制所述驱动电机由转矩 模式切换到自由模式下，此时，所述协调控制模块向所述换挡执行机构发出摘挡执行动作 指令，从而使得所述换挡执行机构对所述变速器完成摘挡操作；
[0015]步骤5、所述变速器完成摘挡操作后，所述协调控制模块向所述电机控制器发出同 步模式指令；
[0016] 步骤6、所述电机控制器根据所接收的同步模式指令控制所述驱动电机由自由模 式切换到转速模式下，此时，所述协调控制模块向所述驱动电机发出目标转速信号，从而使 得所述驱动电机完成同步操作；
[0017] 步骤7、所述驱动电机完成同步操作后，所述电机控制器控制所述驱动电机由转速 模式切换到自由模式下，此时，所述协调控制模块向所述换挡执行机构发出挂挡执行动作 指令和挂挡执行力信号，从而使得所述换挡执行机构在挂挡执行力作用下对所述变速器完 成挂挡操作；
[0018] 步骤8、所述变速器完成挂挡操作后，所述协调控制模块向所述电机控制器发出加 载模式指令；
[0019] 步骤9、所述电机控制器根据所接收的加载模式指令控制所述驱动电机由自由模 式切换到转矩模式下，此时，所述协调控制模块根据所述驱动电机的转矩变化率不断向所 述电机控制器发出加载目标转矩信号，从而使得所述驱动电机完成加载操作；
【权利要求】
1. 一种电动汽车用电机-变速器集成驱动系统的自动换挡控制系统，所述电动汽车用 电机-变速器集成驱动系统的组成包括：驱动电机、变速器、电机控制器和换挡执行机构； 所述驱动电机与所述变速器通过花键直接连接，并由所述电机控制器控制所述驱动电机输 出转矩至所述变速器，所述换挡执行机构用于完成所述变速器的换挡操作； 其特征是：设置一整车控制器，所述整车控制器协调控制所述电机控制器和所述换挡 执行机构，从而实现所述电机-变速器集成驱动系统的自动换挡功能；以所述整车控制器 和所述电动汽车用电机-变速器集成驱动系统构成所述自动换挡控制系统。
2. 根据权利要求1所述的一种电动汽车用电机-变速器集成驱动系统的自动换挡控制 系统，其特征是：所述整车控制器的组成包括：自动换挡模块和协调控制模块； 所述自动换挡模块根据所述整车控制器获取的汽车行驶状态信息和踏板信息进行分 析，判断是否达到换挡条件；当满足换挡条件时，由所述协调控制模块分别向所述电机控制 器和所述换挡执行机构发出换挡协调控制指令；所述换挡协调控制指令包括：所述驱动电 机的模式指令和所述换挡执行机构的执行动作指令； 所述电机控制器根据所述模式指令控制所述控制电机完成驱动、卸载、同步和加载操 作；所述换挡执行机构根据所述执行动作指令控制所述变速器完成摘挡、挂挡和保持执行 操作。
3. -种电动汽车用电机-变速器集成驱动系统的自动换挡控制方法，其特征是，按如 下步骤进行： 步骤1、汽车行驶正常驱动行驶过程中，所述整车控制器不断采集汽车行驶的状态信息 和踏板信息并传递给所述自动换挡模块，所述自动换挡模块根据所述汽车行驶状态信息和 踏板信息进行分析，判断是否达到换挡条件； 步骤2、当满足换挡条件时，所述协调控制模块向所述电机控制器发出卸载模式指令； 步骤3、所述电机控制器根据所接收的卸载模式指令控制所述驱动电机运行在转矩模 式下，此时，所述协调控制模块根据所述驱动电机的转矩变化率不断向所述电机控制器发 出卸载目标转矩信号，从而使得所述驱动电机完成卸载操作； 步骤4、所述驱动电机完成卸载操作后，所述电机控制器控制所述驱动电机由转矩模式 切换到自由模式下，此时，所述协调控制模块向所述换挡执行机构发出摘挡执行动作指令， 从而使得所述换挡执行机构对所述变速器完成摘挡操作； 步骤5、所述变速器完成摘挡操作后，所述协调控制模块向所述电机控制器发出同步模 式指令； 步骤6、所述电机控制器根据所接收的同步模式指令控制所述驱动电机由自由模式切 换到转速模式下，此时，所述协调控制模块向所述驱动电机发出目标转速信号，从而使得所 述驱动电机完成同步操作； 步骤7、所述驱动电机完成同步操作后，所述电机控制器控制所述驱动电机由转速模式 切换到自由模式下，此时，所述协调控制模块向所述换挡执行机构发出挂挡执行动作指令 和挂挡执行力信号，从而使得所述换挡执行机构在挂挡执行力作用下对所述变速器完成挂 挡操作； 步骤8、所述变速器完成挂挡操作后，所述协调控制模块向所述电机控制器发出加载模 式指令； 步骤9、所述电机控制器根据所接收的加载模式指令控制所述驱动电机由自由模式切 换到转矩模式下，此时，所述协调控制模块根据所述驱动电机的转矩变化率不断向所述电 机控制器发出加载目标转矩信号，从而使得所述驱动电机完成加载操作； 步骤10、所述驱动电机完成加载操作后，所述协调控制模块向所述换挡执行机构发出 保持执行动作指令，使得所述换挡执行机构保持原位置不变，汽车正常驱动行驶，从而实现 所述电动汽车用电机-变速器集成驱动系统的自动换挡功能。 Jrjf
4. 根据权利要求3所述的控制方法，其特征是，所述驱动电机的转矩变化率^由式 Clt (1)获得：
式（1)中：!；为所述驱动电机的转矩；t为卸载或加载时间；J为电动汽车整车的等效 转动惯量；j为冲击度；r为电动汽车驱动车轮的半径；ig为所述变速器当前挡位的传动比； 为主减速器的传动比。
5. 根据权利要求3所述的控制方法，其特征是所述驱动电机的目标转速信号由式（2) 获得：
式（2)中： < 为所述驱动电机的目标转速；η为所述变速器输出轴的当前转速；igmb为 所述变速器目标挡位的传动比；ig为所述变速器当前挡位的传动比；n#为所述驱动电机的 转速修正量。
6. 根据权利要求3所述的控制方法，其特征是，所述挂挡执行力F是由式（3)获得：
式（3)中，m为所述换挡执行机构的质量；s为所述换挡执行机构在加速运动阶段的 运动距离；1为同步器同步环和结合套齿端角的长度；An为同步器同步环与结合套的转速 差；f为所述换挡执行机构在加速运动阶段所受的阻力。
【文档编号】B60W10/10GK104442822SQ201410733754
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】张炳力, 汤波, 李存俊, 刘牛, 方亚洲, 白志浩, 吴鑫平, 赵坤 申请人:合肥工业大学