一种电动汽车的二档变速系统、方法和电动汽车与流程

本发明涉及汽车技术领域，更具体地，涉及一种电动汽车的二档变速系统、方法和电动汽车。

背景技术：

国家最新标准《汽车和挂车类型的术语和定义》(GB/T 3730.1-2001)中对汽车有如下定义：由动力驱动，具有4个或4个以上车轮的非轨道承载的车辆，主要用于：载运人员和(或)货物；牵引载运人员和(或)货物的车辆；特殊用途。能源短缺、石油危机和环境污染愈演愈烈，给人们的生活带来巨大影响，直接关系到国家经济和社会的可持续发展。世界各国都在积极开发新能源技术。

电动汽车作为一种降低石油消耗、低污染、低噪声的新能源汽车，被认为是解决能源危机和环境恶化的重要途径。混合动力汽车同时兼顾纯电动汽车和传统内燃机汽车的优势，在满足汽车动力性要求和续驶里程要求的前提下，有效地提高了燃油经济性，降低了排放，被认为是当前节能和减排的有效路径之一。

在现有的电动汽车中，基本采用单速比减速器的传动方案，其原因是认为驱动电机转速比较高，高效区域的转速范围比较大，采用单速比减速器即可满足电动汽车的加速性能和最高车速要求，能量消耗率也不会太高。

现有技术的传动方案基本可以满足低速电动车和普通用途电动车的要求。然而，对于动力性、经济性指标要求比较高的电动车辆，其加速时间指标(比如100km/h加速时间指标)和最高车速指标则难以兼顾。

另外，在现有的电动汽车中，基本上采用不带P档的单速比减速器，在驻车制动失效的情况下难以锁死车辆传动系统，可能会产生不期望的移动，从而降低了驻车制动的安全性。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种电动汽车的二档变速系统、方法和电动汽车，从而兼顾加速时间指标和最高车速指标。

根据本发明实施方式的一方面，一种电动汽车的二档变速系统，包括：

整车控制器，用于采集驱动电机转速；

变速器控制器，用于基于驱动电机转速生成一档起步指令、二档切换指令或一档切换指令；

换档机构，包含一档离合器和二档离合器，所述一档离合器用于基于所述一档起步指令或一档切换指令接合以切换到一档，所述二档离合器用于基于所述二档切换指令接合以切换到二档。

在一个实施方式中，换档机构还包括P档机构；

所述整车控制器，还用于检测驻车制动状态和制动踏板深度位置；

变速器控制器，还用于当所述驱动电机转速为零、所述驻车制动状态为工作和所述制动踏板深度位置大于预定深度门限值时，生成P档驱动指令；

P档机构，用于基于所述P档驱动指令锁死减速器的输入轴的输出齿轮。

在一个实施方式中，所述一档离合器包括输入轴一档齿轮和输入轴一档离合器，所述二档离合器包括中间轴二档齿轮和中间轴二档离合器；

所述换档机构还包括：输入轴；输入轴二档齿轮；中间轴一档齿轮；中间轴输出齿轮；中间轴；主减速齿轮；差速器；输出半轴。

在一个实施方式中，变速器控制器，用于当驱动电机转速由零上升到第一预定门限值时，生成一档起步指令；所述一档离合器基于所述一档起步指令起步切换到一档时，输入轴一档离合器接合，中间轴二档离合器脱开，输入轴一档齿轮与中间轴一档齿轮啮合，中间轴输出齿轮与主减速齿轮啮合，输出半轴通过差速器输出动力。

在一个实施方式中，变速器控制器，用于当驱动电机转速由第一预定门限值上升到第二预定门限值时，生成二档切换指令；

所述二档离合器基于所述二档切换指令从一档切换到二档时，输入轴一档离合器脱开，中间轴二档离合器接合，输入轴二档齿轮与中间轴二挡齿轮接合，中间轴输出齿轮与主减速齿轮啮合，输出半轴通过差速器输出动力。

在一个实施方式中，变速器控制器，用于当驱动电机转速由第二预定门限值下降到第一预定门限值时，生成一档切换指令；所述一档离合器基于所述一档切换指令从二档切换到一档时，输入轴一档离合器接合，中间轴二档离合器脱开，输入轴一档齿轮与中间轴一档齿轮啮合，中间轴输出齿轮与主减速齿轮啮合，输出半轴通过差速器输出动力。

一种电动汽车的二档变速方法，包括：

整车控制器采集驱动电机转速；

变速器控制器基于驱动电机转速生成一档起步指令、二档切换指令或一档切换指令；

一档离合器基于所述一档起步指令或一档切换指令接合以切换到一档，二档离合器基于所述二档切换指令接合以切换到二档，其中换档机构包含一档离合器和二档离合器。

在一个实施方式中，换档机构还包括P档机构，该方法还包括：

整车控制器检测驻车制动状态和制动踏板深度位置；

当所述驱动电机转速为零、所述驻车制动状态为工作和所述制动踏板深度位置大于预定深度门限值时，变速器控制器生成P档驱动指令；

P档机构基于所述P档驱动指令锁死减速器的输入轴的输出齿轮。

在一个实施方式中，所述一档离合器包括输入轴一档齿轮和输入轴一档离合器，所述二档离合器包括中间轴二档齿轮和中间轴二档离合器，所述换档机构还包括：输入轴；输入轴二档齿轮；中间轴一档齿轮；中间轴输出齿轮；中间轴；主减速齿轮；差速器；输出半轴；

当驱动电机转速由零上升到第一预定门限值时，变速器控制器生成一档起步指令，一档离合器基于所述一档起步指令切换到一档包括：输入轴一档离合器接合，中间轴二档离合器脱开，输入轴一档齿轮与中间轴一档齿轮啮合，中间轴输出齿轮与主减速齿轮啮合，输出半轴通过差速器输出动力；

当驱动电机转速由第一预定门限值上升到第二预定门限值时，变速器控制器生成二档切换指令，二档离合器基于所述二档切换指令切换到二档包括：输入轴一档离合器脱开，中间轴二档离合器接合，输入轴二档齿轮与中间轴二挡齿轮接合，中间轴输出齿轮与主减速齿轮啮合，输出半轴通过差速器输出动力；

当驱动电机转速由第二预定门限值下降到第一预定门限值时，变速器控制器生成一档切换指令，一档离合器基于所述一档切换指令切换到一档包括：输入轴一档离合器接合，中间轴二档离合器脱开，输入轴一档齿轮与中间轴一档齿轮啮合，中间轴输出齿轮与主减速齿轮啮合，输出半轴通过差速器输出动力。

一种电动汽车，包括如上所述的电动汽车的二档变速系统。

从上述技术方案可以看出，整车控制器，用于采集驱动电机转速；变速器控制器，用于基于驱动电机转速生成一档起步指令、二档切换指令或一档切换指令；换档机构，包含一档离合器和二档离合器，一档离合器用于基于一档起步指令或一档切换指令接合以切换到一档，二档离合器用于基于二档切换指令接合以切换到二档。本发明实施方式不采用单速比减速器，而是采用二档变速器，因此可以在车辆启动时输出较大的扭矩，提高整车加速性能，还可以提高车辆的最高车速，从而兼顾加速时间指标和最高车速指标。

而且，本发明实施方式还可以使得驱动电机持续工作在高效率转速区，降低车辆能量消耗率。

另外，鉴于现有技术中电动汽车不带P档结构的缺陷，在本发明实施方式中，采用带P档结构的换档机构，可以完全锁死车辆机械传动系统，使车辆不会产生不期望的移动，从而提高驻车制动的安全性。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为根据本发明实施方式的电动汽车的二档变速系统结构图。

图2为根据本发明实施方式二档变速系统的示范性结构图。

图3为根据本发明实施方式电机效率特性的MAP图。

图4为根据本发明实施方式电动汽车二档变速方法流程图。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。

目前针对电动汽车传动技术的研究较多，而应用较少。很多时候，电动跑车对加速性能有较高要求，现有驱动电机输出扭矩及最高转速的性能指标不能兼顾最高车速和加速时间的要求，驱动电机性能参数的提升要导致成本有较大幅度的增长，与其匹配的单速比减速器亦有相同问题存在。本发明探索以此解决兼顾最高车速和加速时间问题，亦可提升整车经济性能。

鉴于现有技术中电动汽车采用单速比减速器时加速时间指标和最高车速指标则难以兼顾的缺陷，本发明采用具有二个档位的多档变速器，可以在车辆启动时输出较大的扭矩，提高整车加速性能，又可以提高车辆的最高车速，亦可使驱动电机一直工作在高效率转速区，降低车辆能量消耗率。

而且，鉴于现有技术中电动汽车不带P档结构的缺陷，在本发明实施方式中，换档机构中包含P档结构，可以完全锁死车辆机械传动系统，使车辆不会产生不期望的移动。

图1为根据本发明实施方式的电动汽车变速系统结构图。

如图1所示，该系统包括：

整车控制器101，用于采集驱动电机转速；

变速器控制器102，用于基于驱动电机转速生成一档起步指令、二档切换指令或一档切换指令；

换档机构103，包含一档离合器和二档离合器，一档离合器用于基于一档起步指令或一档切换指令接合以切换到一档，二档离合器用于基于所述二档切换指令接合以切换到二档。

在一个实施方式中，换档机构103还包括P档机构；

整车控制器101，还用于检测驻车制动状态和制动踏板深度位置；

变速器控制器102，还用于当驱动电机转速为零、驻车制动状态为工作和制动踏板深度位置大于预定深度门限值时，生成P档驱动指令；

P档机构，用于基于P档驱动指令锁死减速器的输入轴的输出齿轮。

整车控制器101是混合动力/纯电动汽车动力系统的总成控制器，负责协调发动机、驱动电机、变速箱、动力电池等各部件的工作，提高汽车的经济性、动力性、安全性并降低排放污染。

在本发明实施方式中，当驱动电机转速为零、驻车制动状态为工作和制动踏板深度位置大于预定深度门限值时，即同时满足以下条件：(1)、驱动电机转速为零；(2)、驻车制动处于工作状态、(3)、司机踩下刹车踏板，而且踏板深度超过深度门限值(比如三分之二时)。当同时满足上述三个条件时，变速器控制器102判定车辆需要驻车制动进入P档状态。P档用作停车之用，它是利用机械装置去锁紧电动汽车的转动部分，使电动汽车不能移动。

通常，P档机构可以布置在减速器中。变速器控制器102生成P档驱动指令，向减速器发送P档驱动指令。减速器包含输入轴的输出齿轮、P档驱动电机和P档结构，其中P档结构作用于输入轴的输出齿轮。当减速器接收到P档驱动指令后，P档驱动电机基于P档驱动指令，驱动P档结构锁死输入轴的输出齿轮，从而彻底锁死车辆传动系统，避免电动汽车产生不期望的移动，从而提高驻车制动的安全性。

在一个实施方式中，一档离合器包括输入轴一档齿轮和输入轴一档离合器，二档离合器包括中间轴二档齿轮和中间轴二档离合器；

换档机构还包括：输入轴；输入轴二档齿轮；中间轴一档齿轮；中间轴输出齿轮；中间轴；主减速齿轮；差速器；输出半轴。

在一个实施方式中，变速器控制器102，用于当驱动电机转速由零上升到第一预定门限值时，生成一档起步指令。一档离合器基于一档起步指令起步切换到一档时，输入轴一档离合器接合，中间轴二档离合器脱开，输入轴一档齿轮与中间轴一档齿轮啮合，中间轴输出齿轮与主减速齿轮啮合，输出半轴通过差速器输出动力。

在一个实施方式中，变速器控制器102，用于当驱动电机转速由第一预定门限值上升到第二预定门限值时，生成二档切换指令。二档离合器基于二档切换指令从一档切换到二档时，输入轴一档离合器脱开，中间轴二档离合器接合，输入轴二档齿轮与中间轴二挡齿轮接合，中间轴输出齿轮与主减速齿轮啮合，输出半轴通过差速器输出动力。

在一个实施方式中，变速器控制器102，用于当驱动电机转速由第二预定门限值下降到第一预定门限值时，生成一档切换指令。一档离合器基于所述一档切换指令从二档切换到一档时，输入轴一档离合器接合，中间轴二档离合器脱开，输入轴一档齿轮与中间轴一档齿轮啮合，中间轴输出齿轮与主减速齿轮啮合，输出半轴通过差速器输出动力。

图2为根据本发明实施方式二档变速系统的示范性结构图。

如图2所示，二档变速系统包括：结构件P档机构1、输入轴一档离合器2、输入轴一档齿轮3、输入轴4、输入轴二档齿轮5、中间轴二档齿轮6、中间轴二档离合器7、中间轴一档齿轮9、中间轴输出齿轮10、中间轴11、主减速齿轮12、差速器13。输出半轴一端安装于二档变速系统的壳体15中；驱动电机8、整车控制器(VCU)17、变速器控制器(TCU)16可以不布置在二档变速系统15中。

(1)当车辆起步时，P档结构1处于不工作状态。根据整车控制器(VCU)17提供的驱动电机转速，变速器控制器(TCU)16指令输入轴4上的一档离合器2接合，中间轴11上的二档离合器7脱开，输入轴4上的一档齿轮3与中间轴11上的一档齿轮9啮合，中间轴11上的输出齿轮10与主减速齿轮12啮合，驱动电机8通过差速器13和输出半轴14以较低的转速、较大的扭矩输出动力驱动车轮低速行驶。

(2)当车辆达到一定车速时(比如，小于驱动电机高效区最大转速如4500rpm)，根据整车控制器(VCU)17提供的驱动电机转速，变速器控制器(TCU)16指令输入轴上4上一档离合器2脱开(即输入轴一档齿轮3空转)，中间轴11上二档离合器7接合，使输入轴4上的二档齿轮5与中间轴11上的二挡齿轮6接合，中间轴11上输出齿轮10与主减速齿轮12啮合。通过差速器13，输出半轴14以较高的转速、较小的扭矩输出动力驱动车轮高速行驶。

(3)车辆从高速降为中低速行驶时，当车辆达到一定车速时(比如，大于驱动电机高效区最小转速如2500rpm)，根据整车控制器(VCU)17提供的驱动电机转速，变速器控制器(TCU)16指令输入轴4上一档离合器2接合，中间轴11二档离合器7脱开。电机控制器驱动电机8通过输入轴11上的一档齿轮3与中间轴11上的一档齿轮9啮合，中间轴11输出齿轮10与主减速齿轮12啮合，通过差速器13，输出半轴14以较低的转速、较大的扭矩输出动力驱动车轮中低速行驶。

(4)当车辆制动时，根据整车控制器(VCU)17提供的驱动电机转速，变速器控制器(TCU)16指令输入轴4上一档离合器2接合，中间轴11上二档离合器7脱开，输入轴11上的一档齿轮3与中间轴11上的一档齿轮9啮合，中间轴11上输出齿轮10与主减速齿轮12啮合，车轮通过输出半轴14，差速器13，反向驱动电机旋转为动力电池组充电。

(5)如果单纯要求整车100km/h加速时间指标，在整车控制器(VCU)17采集到加速踏板踩到底的信号时，可以采取不在驱动电机高效区最大转速点换挡的策略，用低速档直接驱动车辆至100km/h以上。

(6)车辆驻车状态下，整车控制器(VCU)17采集到电机8转速为零，车速为零，制动踏板深度大于50％，变速器控制器(TCU)16指令P档结构1工作，实现物理驻车。

本发明可以在不对驱动电机性能指标提出更高要求的情况下，提高了整车的动力性。

图3为根据本发明实施方式电机效率特性的万有特性MAP图。如图3所示，该电机高效率区域转速范围在2500rpm－4500rpm之间；扭矩区域在30Nm－90Nm之间。在加速行驶时，具有如图3所示的电机效率特性的MAP特性。

本发明还提出了一种电动汽车二档变速方法。

图4为根据本发明实施方式电动汽车二档变速方法流程图。

如图4所示，该方法包括：

步骤401：整车控制器采集驱动电机转速。

步骤402：变速器控制器基于驱动电机转速生成一档起步指令、二档切换指令或一档切换指令。

步骤403：一档离合器基于所述一档起步指令或一档切换指令接合以切换到一档，二档离合器基于所述二档切换指令接合以切换到二档，其中换档机构包含一档离合器和二档离合器。

在一个实施方式中，该方法还包括：

整车控制器检测驻车制动状态和制动踏板深度位置；

当驱动电机转速为零、驻车制动状态为工作和制动踏板深度位置大于预定深度门限值时，变速器控制器生成P档驱动指令；

P档机构基于P档驱动指令锁死减速器的输入轴的输出齿轮。

在一个实施方式中，一档离合器包括输入轴一档齿轮和输入轴一档离合器，二档离合器包括中间轴二档齿轮和中间轴二档离合器，换档机构还包括：输入轴；输入轴二档齿轮；中间轴一档齿轮；中间轴输出齿轮；中间轴；主减速齿轮；差速器；输出半轴；

当驱动电机转速由零上升到第一预定门限值时，变速器控制器生成一档起步指令，一档离合器基于一档起步指令切换到一档包括：输入轴一档离合器接合，中间轴二档离合器脱开，输入轴一档齿轮与中间轴一档齿轮啮合，中间轴输出齿轮与主减速齿轮啮合，输出半轴通过差速器输出动力；

当驱动电机转速由第一预定门限值上升到第二预定门限值时，变速器控制器生成二档切换指令，二档离合器基于所述二档切换指令切换到二档包括：输入轴一档离合器脱开，中间轴二档离合器接合，输入轴二档齿轮与中间轴二挡齿轮接合，中间轴输出齿轮与主减速齿轮啮合，输出半轴通过差速器输出动力；

当驱动电机转速由第二预定门限值下降到第一预定门限值时，变速器控制器生成一档切换指令，一档离合器基于所述一档切换指令切换到一档包括：输入轴一档离合器接合，中间轴二档离合器脱开，输入轴一档齿轮与中间轴一档齿轮啮合，中间轴输出齿轮与主减速齿轮啮合，输出半轴通过差速器输出动力。

可以将本发明实施方式提出的电动汽车二档变速系统和方法应用到各种类型的电动汽车中，包括纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(PHEV)或燃料电池汽车(FCEV)，等等。

综上所述，在本发明实施方式中，整车控制器，用于采集驱动电机转速；变速器控制器，用于基于驱动电机转速生成一档起步指令、二档切换指令或一档切换指令；换档机构，包含一档离合器和二档离合器，一档离合器用于基于一档起步指令或一档切换指令接合以切换到一档，二档离合器用于基于二档切换指令接合以切换到二档。本发明实施方式不采用单速比减速器，而是采用二档变速器，因此可以在车辆启动时输出较大的扭矩，提高整车加速性能，还可以提高车辆的最高车速，从而兼顾加速时间指标和最高车速指标。

而且，本发明实施方式还可以使得驱动电机持续工作在高效率转速区，降低车辆能量消耗率。

另外，鉴于现有技术中电动汽车不带P档结构的缺陷，在本发明实施方式中，采用带P档结构的换档机构，可以完全锁死车辆机械传动系统，使车辆不会产生不期望的移动，从而提高驻车制动的安全性。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。