电动汽车多挡变速的控制方法与流程

本发明属于电动汽车变速器控制系统领域。

背景技术

现有电动汽车的变速器大多数只有两挡、优点是系统简单缺点是效率及性价比低，叁挡及叁挡以上变速器效率高但控制系统复杂、可靠性较低，本发明通过一个多层次的塔式架构对多挡变速的控制系统进行层层分解以实现复杂系统的简单控制。

技术实现要素：

本方案本方案以amt变速器的结构为基础，通过一个多级的塔式控制架构来实现电动汽车多挡变速。以五挡变速为例，一二挡之间、二三挡之间、三四挡之间、四五挡之间的切换电路各自组成一个基本的控制单元，一二挡、二三挡这两个控制单元通过一组开关ｋａ来切换，三四挡、四五挡这两个控制单元通过一组开关ｋｂ来切换，ｋａ、ｋｂ又通过一组开关ｋｃ来切换，四个基本控制单元并行工作且控制方式相式，变速器在换挡时一挡到五挡中任意两挡之间的切换都可以通过ｋａ、ｋｂ、ｋｃ切换到一个基本控制单元来实现。

实现多挡变速首先要确定一个基本控制单元的控制方法，以一二挡这个基本控制单元为例，其换挡逻辑如下:车辆从低挡到高挡有一个的最佳换挡速度，通过测试和计算得到最佳换挡速度为v1，如果以v1为换挡点，就可能出现频繁换挡的状况[如车辆一直以v1速行驶]，我们可以在v1速度上下各确定一个临界点v3、v4，当车速低于v3时车辆必须选择低挡，当车速高于v4时车辆必须选择高挡，当车速从v3以下的速度升到v1时变速器切换成高挡，当车速继续上升但不到v4时又下降到v1速则变速器不换挡、如果车速继续上升到v4时再下降到v1速则变速器由高挡切换为低挡，当车速从v4以上的速度下降到v1时变速器由高挡切换成低挡，当车速继续下降但不到v3时又回升到v1速则变速器不换挡、如果车速继续下降到v3时再回升到v1速则变速器由低挡切换成高挡，如果车速一直在v3、v4以内变动则维持原有的挡位不变。amt变速器换挡时先要摘空挡、接下来需解决花键轴与待啮合齿轮的同步问题，在变速器换挡的瞬间，当变速器从低挡位挂向高挡位时花键轴上的高挡位齿轮的转速大于花键轴的转速、当变速器需要从高挡位挂向低挡位时花键轴上的低挡位齿轮的转速小于花键轴的转速，电动汽车电机的工作转速较大、花键轴与待啮合齿轮的速差也大，仅仅依靠同步器来挂挡会对换挡部件造成较大的冲击、同时也影响驾驶的舒适性，本方案通过增加一台调速电机的方法来实现待啮合齿轮转速和花键轴转速的同步，调速电机并联或串联接入输入轴、中间轴，当变速器从低挡位挂向高挡位时调速电机切入能量回收电路、使高挡位待啮合齿轮的转速下降，当变速器需要从高挡位挂向低挡位时调速电机切换到动力输出电路、使低挡位待啮合齿轮的转速上升，当变速器在速度v1点换挡时、调速电机需及时的在低挡位待啮合齿轮的同步控制系统和高挡位待啮合齿轮的同步控制系统中正确的切换，切换的方案如下：当车速从v3以下的速度升到v1时调速电机从低挡位待啮合齿轮的同步控制系统切换到高挡位待啮合齿轮的同步控制系统使高挡位待啮合齿轮的转速下降，当车速继续上升但不到v4时又下降到v1速则调速电机控制状态不变、如果车速继续上升到v4时再下降到v1速则调速电机从高挡位待啮合齿轮的同步控制系统切换到低挡位待啮合齿轮的同步控制系统使低挡位待啮合齿轮的转速上升，当车速继续下降但不到v3时又回升到v1速则调速电机控制状态不变、如果车速继续下降到v3时再回升到v1速则调速电机从低挡位待啮合齿轮的同步控制系统切换到高挡位待啮合齿轮的同步控制系统使高挡位待啮合齿轮的转速下降，如果车速一直在v3、v4以内变动则调速电机维持原有的控制状态不变。

具体实现方法如下：

一二挡这个基本控制单元的同步调速电机并联或串联接入输入轴、中间轴，通过一个循环切换电路来控制调速电机，当变速器从低挡位挂向高挡位时调速电机切入能量回收电路、使待啮合齿轮的转速下降，当变速器需要从高挡位挂向低挡位时调速电机切换到动力输出电路、使待啮合齿轮的转速上升。调速电机控制方法如下，根据高齿比与低齿比扭矩与速度的关系图、以两曲线的交汇点作为换挡的速度点v1，在v1速度上下各确定一个临界点v3、v4，当车速低于v3时车辆必须选择低挡，当车速高于v4时车辆必须选择高挡，由速度v3来确定一个开关k01、速度低于等于v3k01断开速度高于v3k01接通,由速度v4来确定一个开关k02、速度高于等于v4k02断开速度低于v4k02接通，k01串接一个双稳态触发器的电源、k02接双稳态触发器的sd端口、双稳态触发器的q端接一个放大电路的基极、继电器ka03、ka04的电流输入端并联后再串联接入这个放大电路的集电极、使ka03、ka04的状态输出端当作两个开关k03、k04以相反的状态变换，调速电机通过k03接入能量回收电路通过k04接入动力输出电路，当速度高于v3小于v4时k01导通、k02导通、使双稳态触发器sd端置0、则双稳态触发器q端变为低电平、使k03接通k04断开,调速电机通过k03接通能量回收电路使高挡位齿轮降速,当速度大于等于v4时k02断开则使k03断开k04导通、调速电机接入动力输出电路，当速度回调小于v4时k02导通、由于双稳态触发器的特性使q端状态不变、则k03、k04开关状态不变、当速度小于等于v3时双稳态触发器初始化。换挡时由于待啮合齿轮及花键轴的转速都是动态的变量，只有确定了第一次同歩时间点才能操作换挡拨叉。

变速器从低挡位挂向高挡位时确定第一次同歩时间点的方法如下，花键轴上安装一个转速传感器、花键轴上的高挡位齿轮安装一个转速传感器，花键轴转速传感器的输出信号与花键轴上高挡位齿轮转速传感器的输出信号分别接入一个差分放大器的两个输入端、差分放大器的输出端接入一个基本放大器的基极、一组继电器ka1、ka2、ka3的电流输入端并联后再串联接入这个放大电路的集电极、使ka1、ka2、ka3的状态输出端当作3个开关k1、k2、k3，调整此差分放大器输出端可变电阻参数、当花键轴上高挡位齿轮转速传感器的输出信号电压小于或等于花键轴转速传感器的输出信号电压时差分放大器的输出端的基本放大器导通、使k1、k2、k3的开关状态发生变化，k2接入一个双稳态触发器的输入端、双稳态触发器的输出端控制一对状态相反的k4、k5，k2被触发后k4断开k5导通、换挡拨叉挂到高挡时此双稳态触发器初始化，调速电机一路通过k4接入原调速控制电路、一路通过k3、k5接入能量回收电路，高挡位齿轮转速传感器的输出信号电压小于或等于花键轴转速传感器的输出信号电压时k3断开、反之k3接通。变速器从低挡位挂向高挡位时调速电机先通过循环切换电路切入能量回收电路使待啮合齿轮的转速下降，当待啮合齿轮的转速等于或小于花键轴的转速时换挡拨叉的启动信号通过k1使换挡拨叉挂挡、同时调速电机从原调速控制电路通过k3、k5接入能量回收电路，当花键轴的转速再次低于待啮合齿轮的转速时k3导通、调速电机通过能量回收电路使待啮合齿轮降速，调速电机通过k3的通断连续的调节待啮合齿轮的转速、使待啮合齿轮的转速始终小于或等于花键轴的转速。

变速器从高挡位挂向低挡位时确定第一次同歩时间点的方法如下，花键轴上安装一个转速传感器、花键轴上的低挡位齿轮安装一个转速传感器，花键轴转速传感器的输出信号与花键轴上低挡位齿轮转速传感器的输出信号分别接入一个差分放大器的两个输入端、差分放大器的输出端接入一个基本放大器的基极、一组继电器ka6、ka7、ka8的电流输入端并联后再串联接入这个放大电路的集电极、使ka6、ka7、ka8的状态输出端当作3个开关k6、k7、k8，调整此差分放大器输出端可变电阻参数、当花键轴上低挡位齿轮转速传感器的输出信号电压大于或等于花键轴转速传感器的输出信号电压时差分放大器的输出端的基本放大器导通、使k6、k7、k8的开关状态发生变化，k7接入一个双稳态触发器的输入端、双稳态触发器的输出端控制一对状态相反的k9、k10，k7被触发后k9断开k10导通、换挡拨叉挂到低挡时此双稳态触发器初始化。调速电机一路通过k9接入原调速控制电路、一路通过k8、k10接入能量回收电路，低挡位齿轮转速传感器的输出信号电压小于花键轴转速传感器的输出信号电压时k8断开、反之k8接通。变速器从高挡位挂向低挡位时调速电机先通过循环切换电路切入动力输出电路使待啮合齿轮的转速升高，当待啮合齿轮的转速等于或大于花键轴的转速时换挡拨叉的启动信号通过k7使换挡拨叉挂挡、同时调速电机从原调速控制电路通过k8、k10接入能量回收电路，当花键轴的转速再次低于待啮合齿轮的转速时k8导通、调速电机通过能量回收电路使待啮合齿轮降速，调速电机通过k8的通断连续的调节待啮合齿轮的转速、使待啮合齿轮的转速始终小于或等于花键轴的转速。无论高挡换低挡还是低挡换高挡、在换挡的过程中一旦出现紧急刹车使花键轴降速时待啮合齿轮也都跟着降速以保持最大程度的同步。

调速电机工作的起始点及结束点的确定方法如下,低挡位装一个开关k11、高挡位装一个开关k12、低挡位和空挡之间靠近低挡位处装一个触发开关k13、高挡位和空挡之间靠近高挡位处装一个开关触发k14、空挡处装一个开关触发k21【如图1】，换挡拨叉离开低挡位开关k11导通反之断开、换挡拨叉离开高挡位开关k12导通反之断开，开关k11、开关k12接入一个循环切换电路来控制一对状态相反的开关k15、开关k16,换挡拨叉离开低挡位k15断开k16导通、换挡拨叉到达高挡位k16断开k15导通，k11、k21组成一个触发电路来控制开关k22【如图2】、k12、k21组成一个触发电路来控制开关k23。低挡挂向高挡时，k11、k13、k14、k22组成一个触发电路来控制开关k19【如图3】，k19、k16串联成一个组合开关，换挡拨叉离开低挡位时调速电机通过k16、k19及其控制电路来调整待啮合齿轮的转速、换挡拨叉触发k13或k14时k19断开则调速电机断电。高挡挂向低挡时，k12、k1、k14、k23组成一个触发电路来控制开关k20【如图4】，k15、k20串联成一个组合开关，换挡拨叉离开高挡位时调速电机通过k15、k20及其控制电路来调整待啮合齿轮的转速、换挡拨叉触发k13或k14时k20断开则调速电机断电，k11、k12接入一个放大器的基极来控制一个开关k111【如图5】，换挡拨叉只要挂在挡位上开关k111都断开。

变速器在车速v1点换挡时、调速电机在低挡位待啮合齿轮的同步控制系统和高挡位待啮合齿轮的同步控制系统中的切换方法如下,根据高齿比与低齿比扭矩与速度的关系图、两曲线的交汇点作为换挡的速度点v1，在v1速度上下各确定一个临界点v3、v4，当车速低于v3时车辆必须选择低挡，当车速高于v4时车辆必须选择高挡，由速度v3来确定一个开关k31、速度低于等于v3k31断开速度高于v3k31接通，由速度v4来确定一个开关k32、速度高于等于v4k32断开速度低于v4k32接通，由速度v1来确定一对开关k33、k44速度高于等于v1时k33断开k44接通速度低于v1时k33接通k44断开，k31、k32接入一个循环切换电路来控制一对状态相反的开关k55、k66【如图6】，速度高于v3小于v4时k31接通k32接通则开关k55导通k66断开、速度高于等于v4时k31接通k32断开则k66导通k55断开，k31、k33接入一个循环切换电路来控制一对状态相反的开关k001、k002，k32、k34接入一个循环切换电路来控制一对状态相反的开关k003、k004，开关k001、k002，k003、k004、k55、k66再组成一对切换开关【如图7】，当车速低于v3或大于v3小于v1时调速电机通过k111、k16、k19、k55、k002接入低挡位待啮合齿轮的同步控制系统，当车速大于v1小于v4时调速电机通过k111、k16、k19、k55、k001接入高挡位待啮合齿轮的同步控制系统，当车速回调到小于v1大于v3时调速电机通过k111、k16、k19、k55、k001还是接入高挡位待啮合齿轮的同步控制系统，当车速回调到小于等于v3时k31初始化调速电机通过k111、k16、k19、k55、k002接入低挡位待啮合齿轮的同步控制系统，当车速大于等于v4时调速电机通过k111、k16、k19、k66、k003接入高挡位待啮合齿轮的同步控制系统，当车速回调大于v3小于v1时调速电机通过k111、k15、k20、k66、k004接入低挡位待啮合齿轮的同步控制系统，当车速不到v3再返回vi时调速电机通过k111、k15、k20、k66、k004接入低挡位待啮合齿轮的同步控制系统，当车速再返回v3时调速电机通过k111、k15、k20、k55、k002接入低挡位待啮合齿轮的同步控制系统，车速在v3、v4之间变动且不触及到v3、v4开关k01、k02，k03、k04、k55、k66组成的一对切换开关的状态不会发生变化【如图8】。

一二挡这个基本控制单元换挡拨叉的控制方法如下，根据v1、v3、v4复制一套低挡位待啮合齿轮的同步控制系统和高挡位待啮合齿轮的同步控制系统的切换电路，由速度v3来确定一个开关k31、速度低于等于v3k31断开速度高于v3k31接通，由速度v4来确定一个开关k32、速度高于等于v4k32断开速度低于v4k32接通，由速度v1来确定一对开关k33、k44速度高于等于v1时k33断开k44接通速度低于v1时k33接通k44断开，k31、k32接入一个循环切换电路来控制一对状态相反的开关k55、k66，速度高于v3小于v4时开关k55导通k66断开、速度高于v3时k66导通k55断开，k31、k33接入一个循环切换电路来控制一对状态相反的开关k001、k002，k32、k34接入一个循环切换电路来控制一对状态相反的开关k003、k004，开关k001、k002，k003、k004、k55、k66再组成一对切换开关、换挡信号源通过此对切换开关分别接入一挡触发器和二挡触器【如图9】、当信号源接通一挡触发器时变速器挂向一档、当信号源接通二挡触发器时变速器挂向二档。

一二挡这个基本控制单元和二三挡这个基本控制单元的切换方法如下，二三挡这个基本控制单元的同步控制系统和挂挡拨叉控制系统仿照一二挡基本控制单元控制系统设置相同的电路，根据高齿比与低齿比扭矩与速度的关系图、二挡和三挡这两个扭矩与速度关系图的交汇点作为换挡的速度点v2，取一二挡换挡速度点v1和二三挡换挡速度点v2的中间速度点为v5，由速度v5来确定一组开关ｋａ，速度低于等于v5ｋａ接通一二挡这个基本控制单元、速度高于v5ｋａ接通二三挡这个基本控制单元。一二三挡切换的同步控制系统如下，调速电机通过ｋａ1、ｋａ2分别接入一二挡的同步控制系统和二三挡的同步控制系统，当速度低于等于v5、调速电机通过ｋａ1接通一二挡的同步控制系统，当速度高于v5、调速电机通过ｋａ2接通二三挡的同步控制系统，一二三挡切换的挂挡拨叉的控制方法如下，换挡信号源通过ｋａ1、ｋａ2分别接入一二挡的挂挡拨叉控制系统和二三挡的挂挡拨叉控制系统，当速度低于等于v5、换挡信号源通过ｋａ1接通一二挡的挂挡拨叉控制系统，当速度高于v5、换挡信号源通过ｋａ2接通二三挡的挂挡拨叉控制系统。

五个挡位的切换方法如下：三四挡、四五挡这两个基本控制单元的同步控制系统和挂挡拨叉控制系统仿照一二挡基本控制单元控制系统设置相同的电路，取二三挡换挡速度点和三四挡换挡速度点的中间速度点为v6，由速度v6来确定一组开关ｋｃ，速度低于等于v6ｋｃ通过ｋａ接通一二、二三挡这两个基本控制单元，速度高于v6ｋｃ通过ｋｂ接通三四、四五挡这两个基本控制单元。变速器在换挡时一挡到五挡中任意两挡之间的切换时无论挂挡拨叉挂向那个挡位同步控制系统都能切换到同一个挡位。

变速器换挡时突然刹车可能使同步控制系统失效，其解决方法如下，刹车的过程中车速达到换挡点时可通过一个延时电路或刹车趋势判别电路使换挡信号延时导通,一方面用能量回收辅助刹车另一方面车速下降后同步效果更好，换挡信号延时导通后再进行摘空挡和同步操作，具体实施方法如下：刹车踏板装一对开关ｋａ１、ｋａ２，换挡信号一路通过ｋａ１接入换挡控制系统一路通过ｋａ２接入一个延时电路和刹车趋势判别电路并联系统，刹车踏板未踩下ｋａ１接通ｋａ２断开、刹车踏板踩下ｋａ１断开ｋａ２接通，刹车趋势分三种即向下趋势、上下浮动趋势、回位趋势，回位趋势确立后换挡信号才能通过ｋａ２接入换挡控制系统，回位趋势识别电路的设计方法如下，电路中含一计数器，电脑每隔一段时间采样一次角度传感器的电压，每次采样值再与前一次的采样值对比，比值大于等于前值则计数器加1、比值小于前值计数器归零，计数器计数到一个设定值则刹车踏板回位趋势确定则电脑发出一个导通信号使变速器摘空挡和同步操作，同步控制系统同步时发出一个挂挡信号并通过一个触发器使挂挡信号保持输出，如果刹车踏板还处在刹车状态，挂挡信号可通过一个延时电路或刹车趋势判别电路使挂挡信号延时导通，这样通过两步延时可提高同步效果。

附图说明

图1是高低挡之间调速电机控制开关的位置图。

图2是低挡位开关与空挡位处开关组成的一个触发电路。

图3是挂挡拨叉从低挡挂到空挡后再挂向高挡或低挡所构成的调速电机控制开关电路。

图4是挂挡拨叉从高挡挂到空挡后再挂向高挡或低挡所构成的调速电机控制开关电路。

图5是调速电机总控开关电路。

图6是车速在高低挡临界点之间变化时产生的一组循环切换电路。

图7是一个两挡基本切换单元中车速在挡位切换的临界点变化时产生的切换电路。

图8是一个两挡基本切换单元中调速电机在挡位切换的临界点变化时产生的切换控制电路。

图9是一个两挡基本切换单元中换挡信号在挡位切换的临界点变化时产生的切换控制电路。