专利名称：纯电动车辆电控机械式自动变速器的控制方法和控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆传动系统控制技术领域，特别涉及纯电动车辆传动系统控制技术
领域，具体是指一种纯电动车辆电控机械式自动变速器的控制方法和控制系统。
背景技术：
电动汽车噪声小、零排放、舒适干净、易于操作和维护，是汽车实现自动化、智能化 发展的必经途径，是汽车工业可持续发展战略的根本选择，也是世界上公认的21世纪取代 燃油汽车最理想、最有希望的绿色交通工具。 目前汽车驻车制动大都是对后轮进行摩擦制动，制动力比较小，而且不能完全把 车轮锁死。特别是当电动车辆在坡道上停车时，使用摩擦驻车制动，车辆极有可能因为没有 完全被锁死从而出现溜坡现象。另外，电动车辆在坡上起步时，开始车辆并没有动力，车辆 可能会向后倒退，这对于行车安全是非常不利的。 目前电动轿车多采用单档减速器或者多档手动变速器。对于多档手动变速器来 说，由于频繁的换档操作，易使驾驶员疲劳，影响行车安全；而不同的驾驶技术水平对车辆 的经济性、动力性和乘坐舒适性造成较大的影响。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种纯电动车辆电控机械式 自动变速器的控制方法和控制系统，通过该控制方法和该控制系统增加了电动车辆驻车制 动的可靠性和稳定性，同时能够实现变速器自动平稳换档，减小换档冲击，提高了车辆的操 纵性和乘坐舒适性，充分发挥了电机的效率，设计巧妙、合理，适于大规模推广应用。
为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供了 一种纯电动车辆电控机械式自 动变速器的P档控制方法，其特点是，包括步骤
a.检测换档手柄位置和车速； b.当换档手柄处于P档并且车速低于设定值时，换入空档；
c. P档锁止。 较佳地，在步骤b中，具体通过换档电机旋转并通过传动装置带动换档拨叉移动， 再通过换档拨叉带动同步器移动换入空档。 较佳地，在步骤c中，P档解锁具体通过P档电机旋转并通过传动装置驱动棘爪锁
止与变速器输入轴固定的棘轮，从而锁止变速器输入轴，实现驻车制动。 在本发明的第二方面，提供了一种纯电动车辆电控机械式自动变速器的D档控制
方法，其特点是，包括步骤 (1)检测换档手柄位置； (2)当换档手柄处于D档时，P档解锁； (3)检测车速； (4)当车速低于设定值时，换入1档；
(5)检测油门踏板位置和当前车速； (6)当当前车速高于当前油门开度下对应的升档车速时，进行升档操作； (7)当当前车速低于当前油门开度下对应的降档车速时，进行降档操作。
较佳地，在步骤(2)中，P档解锁具体通过P档电机旋转并通过传动装置驱动棘爪
解锁与变速器输入轴固定的棘轮，从而解锁变速器输入轴。 较佳地，在步骤(4)中，具体通过换档电机旋转并通过传动装置带动换档拨叉移 动，再通过换档拨叉带动同步器移动换入1档。
较佳地，在步骤(6)中，所述升档操作具体包括以下步骤 (61)变速器控制器向驱动电机控制器发出自由模式请求信号； (62)当驱动电机控制器接收到自由模式请求信号后，控制驱动电机按预定的控制
规律将输出扭矩降低零，并向变速器控制器发送状态反馈信号； (63)当变速器控制器接收到状态反馈信号，检测到驱动电机处于自由模式状态 后，控制换档电机进行摘空档操作； (64)变速器控制器向驱动电机控制器发出调速模式请求和驱动电机目标转速；
(65)当驱动电机控制器接收到调速模式请求和驱动电机目标转速后，将驱动电机 转速调至目标转速； (66)变速器控制器向驱动电机控制器发出自由模式请求信号； (67)当驱动电机控制器接收到自由模式请求信号后，控制驱动电机的输出扭矩降
低至零，并向变速器控制器发送状态反馈信号； (68)当变速器控制器接收到状态反馈信号，检测到驱动电机处于自由模式状态 后，控制换档电机进行升档操作； (69)变速器控制器向驱动电机控制器发出扭矩模式请求信号； (70)当驱动电机控制器收到扭矩模式请求信号后，控制驱动电机恢复扭矩输出。 在本发明的第三方面，提供了 一种纯电动车辆电控机械式自动变速器的控制系
统，其特征在于，包括中央控制单元、换档手柄位置检测单元、踏板位置检测单元、转速检测
单元、P档驱动单元、换档驱动单元和通信单元，所述换档手柄位置检测单元、所述踏板位置
检测单元和所述转速检测单元分别线路连接所述中央控制单元，所述中央控制单元分别线
路连接所述P档驱动单元、所述换档驱动单元和所述通信单元。 较佳地，所述的纯电动车辆电控机械式自动变速器的控制系统还包括同步器检测 单元，所述同步器检测单元线路连接所述中央控制单元。 较佳地，所述的纯电动车辆电控机械式自动变速器的控制系统还包括P档状态检 测单元，所述P档状态检测单元线路连接所述中央控制单元。
本发明的有益效果具体如下 1、本发明通过检测换档手柄位置和车速来控制变速器的操作，在换档手柄处于P 档并且所述车速低于设定值时，换入空档；并锁止变速器输入轴，实现驻车制动，增加了电 动车辆驻车制动的可靠性和稳定性； 2、本发明通过检测换档手柄位置和车速来控制变速器的操作，当换档手柄处于D 档时，解锁变速器输入轴；当车速低于设定值时，换入1档；再通过检测油门踏板位置和当 前车速进行换档，能够实现变速器自动平稳换档，减小换档冲击，提高了车辆的操纵性和乘坐舒适性，充分发挥了电机的效率，设计巧妙、合理，适于大规模推广应用； 3、本发明提供的纯电动车辆电控机械式自动变速器的控制系统增加了电动车辆
驻车制动的可靠性和稳定性，同时能够实现变速器自动平稳换档，减小换档冲击，提高了车
辆的操纵性和乘坐舒适性，充分发挥了电机的效率，设计巧妙、合理，适于大规模推广应用。
图1是本发明的纯电动车辆电控机械式自动变速器的控制方法的一具体实施例 的流程示意图。 图2是图1所示的具体实施例的换档过程的流程示意图。 图3是本发明的纯电动车辆电控机械式自动变速器的控制系统的一具体实施例 的结构示意图。
具体实施例方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。 在纯电动车辆的行驶过程中，驱动电机的动力输出后不经过离合器直接通过变速
器连接到驱动桥，实现无离合器换档。驾驶员通过换档手柄，油门踏板和制动踏板来控制车
辆，而变速器的换档过程则是车辆根据车速，油门等状态参数自动执行。 请参见图1所示，图1是纯电动车辆电控机械式自动变速器控制方法的流程图。 在步骤101 ，对系统进行初始化，主要包括功能端口配置，底层驱动以及接口函数
的编写。 在步骤102，检测换档手柄的位置。可以通过传感器检测，通过在换档手柄处安装 传感器来检测换档手柄所处的位置，所述的传感器将换档手柄位置信号转换为电信号，该 电信号被采集到变速器控制器TCU中进行处理，从而得到换档手柄位置。
步骤103为纯电动车辆电控机械式自动变速器的P档控制方法，包括步骤 1031-1035，具体内容如下 在步骤1031，当换档手柄处于P档位置时，通过换档手柄位置传感器输出P档位置信号。 在步骤1032，通过速度传感器测量车辆的当前输出轴转速，通过计算得到当前车 速。 在步骤1033，判断当前车速是否处于安全的挂P档车速范围。将当前的车速和可 以挂P档的车速设定值进行比较，确定是否可以执行挂P档操作。如果当前车速不满足挂 P档条件，继续检测车速信号，不进行挂P档操作。如果当前车速满足挂P档条件，则在步 骤1034，换档电机旋转并通过传动装置带动换档拨叉移动，换档拨叉带动同步器移动换入 空档。 在步骤1035， P档电机旋转通过传动装置驱动棘爪锁止与变速器输入轴一体的棘 轮，从而锁止变速器输入轴，实现驻车制动。 在步骤104，当换档手柄处于R档时，首先判断P档是否锁止，如果P档已锁止，则 P档电机旋转并通过传动装置驱动棘爪解锁与变速器输入轴一体的棘轮，从而解锁变速器 输入轴。通过速度传感器测量车辆的当前输出轴转速，从而计算出当前车速。当车速为零或较低低于设定值时，换档电机旋转并通过传动装置带动换档拨叉移动，换档拨叉带动同 步器移动换入1档并向电机控制器发电机反转指令。 在步骤105，当换档手柄处于N档时，首先判断P档是否锁止，如果P档已锁止，则 P档电机旋转并通过传动装置驱动棘爪解锁与变速器输入轴一体的棘轮，从而解锁变速器 输入轴。然后换档电机旋转并通过传动装置带动换档拨叉移动，换档拨叉带动同步器移动 换入空档。 步骤106为纯电动车辆电控机械式自动变速器的D档控制方法，包括步骤 1061-1068，具体内容如下: 在步骤1061 ，当换档手柄处于D档时，首先判断P档是否锁止，如果P档已锁止，则 在步骤1062中P档电机旋转并通过传动装置驱动棘爪解锁与变速器输入轴一体的棘轮，从 而解锁变速器输入轴。 在步骤1063，判断当前车速，如果当前车速为零或较低低于设定值时，换档电机旋
转并通过传动装置带动换档拨叉移动，换档拨叉带动同步器移动换入1档。 在步骤1064，测量油门踏板的位置。可以通过传感器检测，所述传感器将踏板信号
转换为电信号，该电信号被采集到TCU中进行处理，在TCU中存储有对应换档点的数值；同
时通过速度传感器测量车辆的当前输出轴转速，从而计算出当前车速。 在步骤1065，根据两参数换档规律(油门踏板位置和车速)判断当前车速是否达
到升档车速。如果车速低于当前油门开度下的升档车速，保持原有档位，不执行升档操作。
如果车速高于当前油门开度的升档车速，步骤1066，换档电机旋转并通过传动装置带动换
档拨叉移动，换档拨叉带动同步器移动换入2档。 在步骤1067，通过传感器测量油门踏板的位置。所述传感器将踏板信号转换为电 信号，该电信号被采集到TCU中进行处理，在TCU中存储有对应换档点的数值；同时通过速 度传感器测量车辆的当前输出轴转速，从而计算出当前车速。 在步骤1068，根据两参数换档规律(油门踏板位置)判断当前车速是否达到降档 车速。如果车速高于当前油门开度下的降档车速，保持原有档位，不执行降档操作。如果车 速低于当前油门开度下的降档车速，换档电机旋转并通过传动装置带动换档拨叉移动，换 档拨叉带动同步器移动换入1档。 请参见图2，图2是表示换档过程中的控制流程图。在步骤201，通过测量油门踏 板位置和车速，根据两参数换档规律，在确定需要换档后，TCU向驱动电机控制器发出自由 模式指令；在步骤202，驱动电机接收到该请求后，以预定的控制规律降低输出扭矩，驱动 电机扭矩逐渐降低至零时，电机即处于自由模式，驱动电机控制器将此状态反馈给TCU。
在步骤203， TCU接收到驱动电机处于自由模式的状态反馈后，控制变速器完成摘 档动作。所述的摘档动作可以由换档电机完成，换档电机旋转并通过传动装置带动换档拨 叉移动，换档拨叉带动同步器移动换入空档。 在步骤204，变速器处于空档后，TCU向电机控制器发调速指令和电机目标转速。
所述的电机目标转速是根据当前输出轴转速和目标档位通过计算得到。 在步骤205，驱动电机接收到调速指令和目标转速后，以预定的控制规律调节电机
转速至目标值。当TCU检测到同步器两端转速一致时，在步骤206， TCU向驱动电机控制器
发出自由模式指令；在步骤207，驱动电机接收到自由模式请求后，以预定的控制规律降低
7输出扭矩，驱动电机扭矩逐渐降低至零时，电机即处于自由模式，并且，驱动电机控制器将 此状态反馈给TCU。 在步骤208， TCU接收到驱动电机处于自由模式的状态反馈后，控制变速器完成换 档动作。所述的换档动作可以由换档电机完成，换档电机旋转并通过传动装置带动换档拨 叉移动，换档拨叉带动同步器移动换入目标档位。 在步骤209，完成换档操作后，TCU向驱动电机发转矩模式指令，电机恢复扭矩输 出，车辆进入正常行驶状态。 请参见图3，图3是本发明的纯电动车辆电控机械式自动变速器的控制系统。如 图3所示，本发明的纯电动车辆电控机械式自动变速器控制系统包括换档手柄位置检测单 元3011，踏板位置检测单元3012，转速检测单元3013，同步器位置检测单元3014， P档状态 检测单元3015，中央控制单元302，P档驱动单元303，换档驱动单元304，通信单元305。换 档手柄位置检测单元3011、踏板位置检测单元3012、转速检测单元3013和同步器位置检测 单元3014分别线路连接中央控制单元302，中央控制单元302分别线路连接P档驱动单元 303、换档驱动单元304和通信单元305。 换档手柄位置检测单元3011，用于检测换档手柄位置，因此安装在换档手柄附近 适当位置。所述的换档手柄位置检测单元可以包括磁电式传感器、霍尔式传感器、以及信号 调理电路等设备。 踏板位置检测单元3012，包括油门踏板位置检测单元，还可以包括制动踏板位置 检测单元，用于检测加速踏板和制动踏板位置，因此分别安装在油门踏板和制动踏板附近 适当位置。 转速检测单元3013，用来测量输出轴转速，因此安装在输出轴附近适当位置。根据 输出轴转速通过计算可以得到车速。也可以直接测量车速。 同步器位置检测单元3014，用于实时检测同步器位置，因此安装在同步器附近适 当位置，实现换档过程精确控制。 P档状态检测单元3015，用来检测P档的状态，可以安装在棘爪或与变速器输入轴 固定的棘轮附近适当位置，判断P档处于解锁状态还是锁止状态。 P档驱动单元303，与P档电机线路连接，用于驱动P档电机，实现P档的解锁和锁止。 换档驱动单元304，与换档电机线路连接，用于驱动换档电机，实现换档。 通信单元305，分别线路连接驱动电机控制器306和整车控制器307，用于驱动电
机控制器306、整车控制器307与中央控制单元302之间的数据和指令通信。 中央控制单元302，与各个检测单元连接，采集换档手柄位置、踏板位置、变速器输
出轴转速以及同步器位置等信号，根据控制方法，对P档电机和换档电机进行控制，实现P
档操作和换档操作。 综上，本发明的纯电动车辆电控机械式自动变速器的控制方法和控制系统增加了 电动车辆驻车制动的可靠性和稳定性，同时能够实现变速器自动平稳换档，减小换档冲击， 提高了车辆的操纵性和乘坐舒适性，充分发挥了电机的效率，设计巧妙、合理，适于大规模 推广应用。 在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的 而非限制性的。
权利要求
一种纯电动车辆电控机械式自动变速器的P档控制方法，其特征在于，包括步骤a.检测换档手柄位置和车速；b.当换档手柄处于P档并且车速低于设定值时，换入空档；c.P档锁止。
2. 根据权利要求1所述的纯电动车辆电控机械式自动变速器的P档控制方法，其特征 在于，在步骤b中，具体通过换档电机旋转并通过传动装置带动换档拨叉移动，再通过换档 拨叉带动同步器移动换入空档。
3. 根据权利要求1所述的纯电动车辆电控机械式自动变速器的P档控制方法，其特征 在于，在步骤c中，P档锁止具体通过P档电机旋转并通过传动装置驱动棘爪锁止与变速器 输入轴固定的棘轮，从而锁止变速器输入轴，实现驻车制动。
4. 一种纯电动车辆电控机械式自动变速器的D档控制方法，其特征在于，包括步骤(1) 检测换档手柄位置；(2) 当换档手柄处于D档时，P档解锁；(3) 检测车速；(4) 当车速低于设定值时，换入1档；(5) 检测油门踏板位置和当前车速；(6) 当当前车速高于当前油门开度下对应的升档车速时，进行升档操作；(7) 当当前车速低于当前油门开度下对应的降档车速时，进行降档操作。
5. 根据权利要求4所述的纯电动车辆电控机械式自动变速器的D档控制方法，其特征 在于，在步骤(2)中，P档解锁具体通过P档电机旋转并通过传动装置驱动棘爪解锁与变速 器输入轴固定的棘轮，从而解锁变速器输入轴。
6. 根据权利要求4所述的纯电动车辆电控机械式自动变速器的D档控制方法，其特征 在于，在步骤(4)中，具体通过换档电机旋转并通过传动装置带动换档拨叉移动，再通过换 档拨叉带动同步器移动换入1档。
7. 根据权利要求4所述的纯电动车辆电控机械式自动变速器的D档控制方法，其特征 在于，在步骤(6)中，所述升档操作具体包括以下步骤(61) 变速器控制器向驱动电机控制器发出自由模式请求信号；(62) 当驱动电机控制器接收到自由模式请求信号后，控制驱动电机按预定的控制规律 将输出扭矩降低零，并向变速器控制器发送状态反馈信号；(63) 当变速器控制器接收到状态反馈信号，检测到驱动电机处于自由模式状态后，控 制换档电机进行摘空档操作；(64) 变速器控制器向驱动电机控制器发出调速模式请求和驱动电机目标转速；(65) 当驱动电机控制器接收到调速模式请求和驱动电机目标转速后，将驱动电机转速 调至目标转速；(66) 变速器控制器向驱动电机控制器发出自由模式请求信号；(67) 当驱动电机控制器接收到自由模式请求信号后，控制驱动电机的输出扭矩降低至 零，并向变速器控制器发送状态反馈信号；(68) 当变速器控制器接收到状态反馈信号，检测到驱动电机处于自由模式状态后，控 制换档电机进行升档操作；(69) 变速器控制器向驱动电机控制器发出扭矩模式请求信号；(70) 当驱动电机控制器收到扭矩模式请求信号后，控制驱动电机恢复扭矩输出。
8. —种纯电动车辆电控机械式自动变速器的控制系统，其特征在于，包括中央控制单 元、换档手柄位置检测单元、踏板位置检测单元、转速检测单元、P档驱动单元、换档驱动单 元和通信单元，所述换档手柄位置检测单元、所述踏板位置检测单元和所述转速检测单元 分别线路连接所述中央控制单元，所述中央控制单元分别线路连接所述P档驱动单元、所 述换档驱动单元和所述通信单元。
9. 根据权利要求8所述的纯电动车辆电控机械式自动变速器的控制系统，其特征在 于，所述的纯电动车辆电控机械式自动变速器的控制系统还包括同步器检测单元，所述同 步器检测单元线路连接所述中央控制单元。
10. 根据权利要求8所述的纯电动车辆电控机械式自动变速器的控制系统，其特征在 于，所述的纯电动车辆电控机械式自动变速器的控制系统还包括P档状态检测单元，所述P 档状态检测单元线路连接所述中央控制单元。
全文摘要
本发明涉及一种纯电动车辆电控机械式自动变速器的P档控制方法，包括步骤a.检测换档手柄位置和车速；b.当换档手柄处于P档并且车速低于设定值时，换入空档；c.P档锁止，较佳地，在步骤b中，具体通过换档电机旋转并通过传动装置带动换档拨叉移动，再带动同步器移动换入空档，在步骤c中，具体通过P档电机旋转并通过传动装置驱动棘爪锁止与变速器输入轴固定的棘轮，从而锁止变速器输入轴，实现驻车制动，还提供了D档控制方法，以及相关的控制系统，增加了电动车辆驻车制动的可靠性和稳定性，同时能够实现变速器自动平稳换档，减小换档冲击，提高了车辆的操纵性和乘坐舒适性，充分发挥了电机的效率，设计巧妙、合理，适于大规模推广应用。
文档编号B60W40/10GK101746374SQ201010022550
公开日2010年6月23日 申请日期2010年1月8日 优先权日2010年1月8日
发明者伍国强, 袁一卿, 陈阳 申请人:上海中科深江电动车辆有限公司