专利名称：一种电动车辆驱动机构及其换挡变速方法
技术领域：
本发明涉及电动车辆，更具体地说，涉及一种电动车辆驱动机构及其换挡 变速方法。
背景技术：
目前，人们日益重视对环境的保护和能源的有效合理使用。因此，高效、 节能、环保的电动汽车逐渐成为汽车行业的发展趋势。传统的电动汽车由于电 动机本身可以调速，而且可以带负载启动，所以无需设置多个挡位，从而无需 设置离合器。但是，如果想让这种传统电动汽车以高速行驶，那么电动机必须 具有很高的转速，然而电动机的特性是在高转速情况下为恒功率输出，所以此 时电动机能够提供的扭矩很有限。因此，这种传统的电动汽车只能依靠电动机 来调整车速，并且车速受到极大限制，无法高速行驶。
CN2461806Y中公开了一种微型电瓶轿车，如图1所示，该电瓶轿车的驱动 机构主要包括电动机l、与电动机1相连的电机调节器2、设置有多个挡位的变 速器3、以及连接在电动机1和变速器3之间的离合器4。在普通的行驶条件下， 通过调节电机调节器2，可以对车辆的行驶速度进行调整。而当道路宽好需要加 快行驶速度时，则可以通过离合器4和变速器3来更换挡位，从而提高车速。
但是，此种驱动机构的缺点在于，电动机和变速器之间必须通过离合器相 连，因此，不仅占用了空间，增加了整个机构的重量，而且会在动力传递过程 中造成功率损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种不仅能够实现换挡变速，而且空间布置简单、重
量轻的电动车辆驱动机构。本发明的另一个目的是提供一种电动车辆驱动机构 的换挡变速方法。
本发明提供的电动车辆驱动机构包括电动机和无倒挡变速器，所述无倒挡 变速器包括输入轴、输出轴、多组挡位齿轮、以及换挡执行装置，各组挡位齿 轮分别包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，各组挡位齿轮的主动齿轮装配在 输入轴上，各组挡位齿轮的从动齿轮装配在输出轴上，换挡执行装置用于通过 使挡位齿轮与输入轴或输出轴去配合或配合而进行退挡或挂挡，其中，所述电 动机与无倒挡变速器的输入轴相连，并且所述驱动机构还包括控制装置，所述 控制装置与电动机和换挡执行装置电连接，用于控制电动机的通断电以及电动 机的输入电压的大小和正反向，并控制换挡执行装置进行所述退挡或挂挡。
本发明提供的电动车辆驱动机构的换挡变速方法包括以下步骤a)在控制 装置中设定各挡位的换挡车速以及预定转速差范围；b)用挡位齿轮转速检测装
置实时检测各组挡位齿轮的从动齿轮的转速，用变速器输出轴转速检测装置实 时检测变速器输出轴的转速，同时实时检测车速，并将检测结果发送至控制装
置；c)控制装置判断当前车速是否等于当前挡位的换挡车速，当当前车速等于 当前挡位的换挡车速时，控制装置控制电动机断电，当当前车速不等于当前挡 位的换挡车速时，重复进行判断；d)当电动机断电时，控制装置控制换挡执行 装置退出当前挡位；e)控制装置控制电动机通电；f)控制装置调整电动机的输 入电压的大小，以调整挡位齿轮的从动齿轮的转速；g)控制装置判断目的挡位 的从动齿轮转速和变速器输出轴转速之间的差值是否在所述预定转速差范围 内，当目的挡位的从动齿轮转速和变速器输出轴转速之间的差值在所述预定转 速差范围内时，控制装置控制电动机断电，当目的挡位的从动齿轮转速和变速 器输出轴转速之间的差值不在所述预定转速差范围内时，返回步骤f); h)当电 动机断电时，控制装置控制换挡执行装置挂上目的挡位；以及i)控制装置控制 电动机通电，并控制电动机的输入电压的大小，从而完成一次换挡变速过程。 本发明提供的电动车辆驱动机构不仅能够简单方便地实现换挡变速，从而大幅提高车辆行驶速度，而且由于省去了离合器，因此整个机构的空间布置简 单、重量轻，同时避免了动力传递过程中因在电动机和变速器之间设置离合器 而造成的功率损失。
图1为CN2461806Y中公开的微型电瓶轿车的结构示意图2为表示本发明提供的电动车辆驱动机构的机械部分的结构示意简图3为表示本发明提供的电动车辆驱动机构的控制部分的方框图4为本发明提供的电动车辆驱动机构进行换挡变速的工作流程图。
具体实施例方式
下面，结合附图，对本发明进行详细地描述。
如图2和3所示，本发明提供的电动车辆驱动机构包括电动机5和无倒挡 变速器。所述无倒挡变速器的结构为本领域人员所公知，如可以采用两轴式变 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6、输出轴 7、多组挡位齿轮8、以及换挡执行装置9。各组挡位齿轮8分别包括相互啮合 的主动齿轮13和从动齿轮14，各组挡位齿轮8的主动齿轮13装配在输入轴6 上，各组挡位齿轮8的从动齿轮14装配在输出轴7上。所述换挡执行装置9用 于通过使挡位齿轮与输入轴或输出轴去配合或配合而进行退挡或挂挡，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。
其中，所述电动机5和无倒挡变速器之间无需连接离合器，电动机和无倒 挡变速器之间可以通过本领域公知的各种连接方式直接连接，如通过联轴器、 花键等将电动机轴与无倒挡变速器的输入轴6相连，从而使得整个驱动机构空 间布置简单、重量轻，同时也避免了动力传递过程中因在电动机和变速器之间 设置离合器而造成的功率损失。
并且，所述电动车辆驱动机构还包括控制装置10，所述控制装置IO与电动机5和换挡执行装置9电连接，用于控制电动机5的通断电以及电动机5的输 入电压的大小和正反向，并控制换挡执行装置9进行所述退挡或挂挡。
优选情况下，所述驱动机构还包括挡位齿轮转速检测装置15和变速器输出 轴转速检测装置16。所述挡位齿轮转速检测装置15与控制装置10电连接，用 于检测各组挡位齿轮8的从动齿轮14的转速并将检测结果发送至控制装置10。 所述挡位齿轮转速检测装置15可以安装在任何能够检测到各个挡位齿轮的从动 齿轮转速的位置上，如安装在变速器箱体内，而且可以根据挡位齿轮的数量安 装多个。所述变速器输出轴转速检测装置16与控制装置10电连接，用于检测 变速器输出轴7的转速并将检测结果发送至控制装置10。所述变速器输出轴转 速检测装置16可以安装在任何能够检测到变速器输出轴转速的位置上，如安装 在变速器箱体内。所述控制装置10接收由挡位齿轮转速检测装置15和变速器 输出轴转速检测装置16发送的检测结果，并确定目的挡位的从动齿轮14的转 速和变速器输出轴7的转速之间的差值是否在预定转速差范围内，当在该范围 内时，控制装置10控制换挡执行装置9进行挂挡。
优选情况下，所述控制装置10包括信号接收处理单元ll，所述信号接收 处理单元11与挡位齿轮转速检测装置15、变速器输出轴转速检测装置16、及 控制单元12电连接，用于向控制单元12发出控制电动机5的通断电及电动机5 的输入电压的大小和正反向的控制指令，接收由挡位齿轮转速检测装置15和变 速器输出轴转速检测装置16发送的检测结果，确定目的挡位的从动齿轮14的 转速和变速器输出轴7的转速之间的差值是否在所述预定转速差范围内，及向 控制单元12发出控制换挡执行装置9进行退挡或挂挡的控制指令；以及控制单 元12，所述控制单元12与电动机5、换挡执行装置9及信号接收处理单元11 电连接，用于接收信号接收处理单元ll的控制指令，控制电动机5的通断电及 电动机5的输入电压的大小和正反向，并控制换挡执行装置9进行退挡或挂挡。
优选情况下，所述驱动机构还包括挡位检测装置17，所述挡位检测装置17 与控制装置10的信号接收处理单元11电连接，用于检测换挡执行装置9所在的挡位位置，并将检测结果发送至信号接收处理单元11，所述信号接收处理单
元11接收由挡位检测装置17发送的检测结果，并确定换挡执行装置9所在的
挡位位置。
如图4所示，本发明提供的电动车辆驱动机构的换挡变速方法包括以下步
骤
a) 在控制装置10的信号接收处理单元11中预先设定各挡位的换挡车速以 及预定转速差范围。
b) 通过与控制装置10的信号接收处理单元11电连接的挡位齿轮转速检测 装置15实时检测各组挡位齿轮8的从动齿轮14的转速，并将检测结果发送至 控制装置10的信号接收处理单元11。同时，通过与控制装置10的信号接收处 理单元11电连接的变速器输出轴转速检测装置16实时检测变速器输出轴7的 转速，并将检测结果发送至控制装置10的信号接收处理单元11。而且，通过与 控制装置10的信号接收处理单元11电连接的车速检测装置实时检测当前车速， 并将检测结果发送至控制装置10的信号接收处理单元11。其中，所述车速检测 装置可以安装在任何能够检测到车辆行驶速度的位置上。
c) 控制装置10的信号接收处理单元11将接收到的车速检测结果与预先设 定的当前挡位的换挡车速进行比较，判断当前车速是否等于当前挡位的换挡车 速。当当前车速达到当前挡位的换挡车速时，信号接收处理单元ll向控制单元 12发出控制电动机5断电的控制指令。控制单元12接收该控制指令，从而控制 电动机5断电。当当前车速不等于当前挡位的换挡车速时，重复进行判断。
d) 当电动机5断电时，控制装置10的信号接收处理单元11向控制单元12 发出控制换挡执行装置9进行退挡的控制指令。控制单元12接收该控制指令， 从而控制换挡执行装置9退出当前挡位。
e) 控制装置10的信号接收处理单元11向控制单元12发出控制电动机5 通电的控制指令。控制单元12接收该控制指令，从而控制电动机5通电。
f) 控制装置10的信号接收处理单元11向控制单元12发出调整电动机5的输入电压的大小的控制指令，以调整挡位齿轮8的从动齿轮14的转速。
g) 控制装置10的信号接收处理单元11接收由挡位齿轮转速检测装置15 和变速器输出轴转速检测装置16发送的检测结果，将目的挡位的从动齿轮14 的转速与变速器输出轴7的转速进行比较，得出两者的差值，并判断目的挡位 的从动齿轮转速和变速器输出轴转速之间的差值是否在所述预定转速差范围 内。当两者的差值在所述预定转速差范围内时，信号接收处理单元ll向控制单 元12发出控制电动机5断电的控制指令。控制单元12接收该控制指令，从而 控制电动机5断电。当两者的差值不在所述预定转速差范围内时，返回执行步 骤f)重新调整电动机5的输入电压的大小。
h) 当电动机5断电时，控制装置10的信号接收处理单元11向控制单元12 发出控制换挡执行装置9进行挂挡的控制指令。控制单元12接收该控制指令， 从而控制换挡执行装置9挂上目的挡位。以及
i) 控制装置10的信号接收处理单元11向控制单元12发出控制电动机5通 电，以及控制电动机5的输入电压大小的控制指令。控制单元12接收该控制指 令，控制电动机5通电，并同时控制输入电压的大小，从而完成一次换挡变速 过程。其中，通过控制电动机5的输入电压的正反向可以控制车辆前进或倒退。 也就是说，当需要车辆前进时，控制给电动机5施加正向电压。而当需要倒车 时，则控制换挡执行装置9挂上一挡，同时控制给电动机5施加反向电压即可。
优选情况下，所述方法还包括在所述步骤d)和e)之间的步骤j):通过与 控制装置10的信号接收处理单元11电连接的挡位检测装置17检测换挡执行装 置9所在的挡位位置，并将检测结果发送至控制装置10的信号接收处理单元11 。 信号接收处理单元11接收由挡位检测装置17发送的检测结果，并确定换挡执 行装置9所在的挡位位置。当信号接收处理单元11确定换挡执行装置9位于空 挡位置时，信号接收处理单元11向控制单元12发出控制电动机5通电的控制 指令。
优选情况下，所述方法还包括在所述步骤h)和i)之间的步骤k):通过与
控制装置10的信号接收处理单元11电连接的挡位检测装置17检测换挡执行装 置9所在的挡位位置，并将检测结果发送至控制装置10的信号接收处理单元11 。 信号接收处理单元11接收由挡位检测装置17发送的检测结果，并确定换挡执 行装置9所在的挡位位置。当信号接收处理单元11确定换挡执行装置9位于冃 的挡位位置时，信号接收处理单元11向控制单元12发出控制电动机5通电以 及控制电动机5的输入电压大小的控制指令。
下面，以电动车辆从驻车加速到2挡为例，说明本发明的工作原理。当驻 车时，挡位为空挡。当车辆要起步时，控制装置控制换挡执行装置将挡位拨到1 挡，并控制输入电动机的电压逐渐增大，电动机扭矩加大，车辆平稳起步。随 着电压增大，电动机的转速增大，车速逐渐加快。当车速达到1挡换挡车速时， 控制装置控制电动机断电，并控制换挡执行装置退出l挡。当退挡动作完成后， 控制装置根据所接收的由挡位检测装置发送的检测结果确定当前挡位为空挡。 此时，控制装置控制电动机通电，并调整电动机的输入电压，以调整挡位齿轮 的从动齿轮的转速。当控制装置根据所接收的由挡位齿轮转速检测装置和变速 器输出轴转速检测装置发送的检测结果确定2挡从动齿轮的转速与变速器输出 轴的转速已经趋于一致时，控制装置控制电动机断电，并控制换挡执行装置挂 上2挡。由于此时2挡从动齿轮与变速器输出轴的转速已同步，因此可以轻松 换入2挡。当控制装置根据所接收的由挡位检测装置发送的检测结果确定当前 挡位为2挡时，控制装置控制电动机通电，从而实现升挡提速。
当需要降挡时，操作过程与升挡相类似，故省略说明。而当需要倒车时， 控制装置将控制换挡执行装置从空挡挂上1挡，同时控制电动机电压反向施加， 以使电动机反转，因此随着扭矩逐渐加大，就可以实现倒车。
权利要求
1. 一种电动车辆驱动机构，包括电动机和无倒挡变速器，所述无倒挡变速器包括输入轴、输出轴、多组挡位齿轮、以及换挡执行装置，各组挡位齿轮分别包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，各组挡位齿轮的主动齿轮装配在输入轴上，各组挡位齿轮的从动齿轮装配在输出轴上，换挡执行装置用于通过使挡位齿轮与输入轴或输出轴去配合或配合而进行退挡或挂挡，其特征在于，所述电动机与无倒挡变速器的输入轴相连，并且所述驱动机构还包括控制装置，所述控制装置与电动机和换挡执行装置电连接，用于控制电动机的通断电以及电动机的输入电压的大小和正反向，并控制换挡执行装置进行所述退挡或挂挡。
2. 根据权利要求l所述的电动车辆驱动机构，其中，所述电动机与变速器的输入轴通过联轴器或花键连接。
3. 根据权利要求1所述的电动车辆驱动机构，其中，所述驱动机构还包括 挡位齿轮转速检测装置，与所述控制装置电连接，用于检测各组挡位齿轮的从动齿轮的转速并将检测结果发送至控制装置；和变速器输出轴转速检测装置，与所述控制装置电连接，用于检测变速器输出轴的转速并将检测结果发送至控制装置；其中，所述控制装置接收由挡位齿轮转速检测装置和变速器输出轴转速检测装置发送的检测结果，并确定目的挡位的从动齿轮转速和变速器输出轴转速 之间的差值是否在预定转速差范围内，从而控制换挡执行装置进行挂挡。
4. 根据权利要求3所述的电动车辆驱动机构，其中，所述控制装置包括 信号接收处理单元，与挡位齿轮转速检测装置、变速器输出轴转速检测装置、及控制单元电连接，用于向控制单元发出控制电动机的通断电及电动机的输入电压的大小和正反向的控制指令，接收由挡位齿轮转速检测装置和变速器 输出轴转速检测装置发送的检测结果，确定目的挡位的从动齿轮转速和变速器 输出轴转速之间的差值是否在所述预定转速差范围内，由此向控制单元发出控 制换挡执行装置进行退挡或挂挡的控制指令；和控制单元，与电动机、换挡执行装置及信号接收处理单元电连接，用于接 收信号接收处理单元的控制指令，控制电动机的通断电及电动机的输入电压的 大小和正反向，并控制换挡执行装置进行退挡或挂挡。
5. 根据权利要求4所述的电动车辆驱动机构，其中，所述驱动机构还包括 挡位检测装置，与控制装置的信号接收处理单元电连接，用于检测换挡执行装 置所在的挡位位置，并将检测结果发送至信号接收处理单元，所述信号接收处 理单元接收由挡位检测装置发送的检测结果，并确定换挡执行装置所在的挡位 位置。
6. —种电动车辆驱动机构的换挡变速方法，所述方法包括以下步骤a) 在控制装置中设定各挡位的换挡车速以及预定转速差范围；b) 用挡位齿轮转速检测装置实时检测各组挡位齿轮的从动齿轮的转速，用 变速器输出轴转速检测装置实时检测变速器输出轴的转速，同时实时检测车速， 并将检测结果发送至控制装置；c) 控制装置判断当前车速是否等于当前挡位的换挡车速，当当前车速等于 当前挡位的换挡车速时，控制装置控制电动机断电，当当前车速不等于当前挡 位的换挡车速时，重复进行判断；d) 当电动机断电时，控制装置控制换挡执行装置退出当前挡位；e) 控制装置控制电动机通电；f) 控制装置调整电动机的输入电压的大小，以调整挡位齿轮的从动齿轮的 转速；3g) 控制装置判断目的挡位的从动齿轮转速和变速器输出轴转速之间的差值 是否在所述预定转速差范围内，当目的挡位的从动齿轮转速和变速器输出轴转速之间的差值在所述预定转速差范围内时，控制装置控制电动机断电，当目的 挡位的从动齿轮转速和变速器输出轴转速之间的差值不在所述预定转速差范围内时，返回执行步骤f);h) 当电动机断电时，控制装置控制换挡执行装置挂上目的挡位；以及i) 控制装置控制电动机通电，并控制电动机的输入电压的大小，从而完成 一次换挡变速过程。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，通过与控制装置电连接的车速检测装置检测所述车速。
8. 根据权利要求6所述的方法，其中，当需要倒车时，控制换挡执行装置 挂上一挡挡位，同时控制电动机的输入电压反向施加。
9. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述方法还包括在所述步骤d)和 e)之间的步骤j):用挡位检测装置检测所述换挡执行装置所在的挡位位置并将 检测结果发送至控制装置，控制装置确定换挡执行装置位于空挡位置。
10. 根据权利要求6或9所述的方法，其中，所述方法还包括在所述步骤h) 和i)之间的步骤k):用挡位检测装置检测所述换挡执行装置所在的挡位位置并将检测结果发送至控制装置，控制装置确定换挡执行装置位于目的挡位位置。
全文摘要
一种电动车辆驱动机构及其换挡变速方法。所述驱动机构包括电动机和无倒挡变速器，无倒挡变速器包括输入轴、输出轴、多组挡位齿轮和换挡执行装置，各组挡位齿轮的主动齿轮装在输入轴上，各组挡位齿轮的从动齿轮装在输出轴上，换挡执行装置用于进行退挡或挂挡，其中，电动机与无倒挡变速器的输入轴相连，该驱动机构还包括控制装置，控制装置与电动机和换挡执行装置电连接，用于控制电动机的通断电以及电动机输入电压的大小和正反向，并控制换挡执行装置进行退挡或挂挡。所述驱动机构不仅能够简单方便地实现换挡变速，从而大幅提高车辆行驶速度，而且由于省去了离合器，因此整个机构的空间布置简单、重量轻，同时避免了动力传递过程中的功率损失。
文档编号B60W10/111GK101204956SQ200610162298
公开日2008年6月25日 申请日期2006年12月19日 优先权日2006年12月19日
发明者毅 任, 杨胜麟, 牛茹茹, 王传福, 罗如忠, 罗红斌, 陈广全, 韩争光 申请人:比亚迪股份有限公司