专利名称：电动车变速驱动系统及自动变速控制方法
技术领域：
本发明设计电动车变速驱动领域，特别涉及一种电动车变速驱动系统及自动变速控制方法。
背景技术：
电动车是一种安全、经济、清洁的绿色交通工具，随着人们对环境和能源问题的重视，电动车作为绿色环保的交通工具，具有其独特的优越性和竞争力，也越来越得到国内国际上的广泛重视。我国也将其发列入了汽车工业的发展重点。电动车要求驱动电机在稳定运行时，电流较小，在满负荷运行情况下要求启动转矩较大。从蓄电池的容量而言，要求驱动电机的比功率、比转矩和效率都尽可能的要高。目前电动车的驱动方式大致分为以下几种
一种由驱动电机加一级减速机构组成，为直接驱动方式。这种电动车驱动方式采用的驱动电机等功率可调速度低，对实际使用工况变化范围需要更多的功率储备，功率储备浪费较大。它本身的缺点有1、上坡时和重载加速时，电流较大，耗电量较大且上坡时动力不足至无法适用，而且上坡时和重载加速时，容易引起电流急剧增大，驱动电机效率低下，且容易烧毁控制器和电机，同时大电流放电还直接影响蓄电池的寿命；2、在各种路况下行驶综合效率较低，续航里程较短；3、依靠调节驱动电机的电流实现调速，加速性能差、爬坡能量较弱。另一类由驱动电机加离合器加两档变速机构组成，整个系统中设有离合器结构，传动损失较大，系统效率低下，且结构复杂，需定期更换离合器零部件，使用成本高；并且由于两档变速机构的两档间速比相差较大，换挡过程中冲击过大，乘坐舒适性降低；而且需人工操作控制离合器实现换挡，不能实现自动变档。
发明内容
本发明的目的之一是针对现有技术存在的不足，提供一种电动车变速驱动系统。它通过驱动电机、电机控制器、变档控制器、多档变速器的组合，能够实现电动车多档变速，提升电动车的最高行驶车速和满足电动车的最大爬坡能力，增加电动车的续航能力。本发明的另一目的是针对现有技术存在的不足，提供一种电动车变速驱动系统的自动变速控制方法。通过本控制方法能够通过变档控制器的控制实现自动加档或减档，完成行驶状态下的自动变速，可以降低驾驶者的劳动强度，安全性也得到提高。本发明电动车变速驱动系统的目的是这样实现的包括驱动电机、电机控制器、变速器，驱动电机的定子三相绕组弓I出线与电机控制器电连接，设置一变档控制器，驱动电机的定子三相绕组中有两相绕组引出线分别穿过变档控制器的两个电流传感器，所述变速器为多档变速器，该多档变速器的主轴、副轴通过多对不同档级传动的齿轮副相连，多档变速器的主轴通过齿轮传动机构与驱动电机的转轴连接，副轴用于输出动力，该多档变速器的变速毂分别通过拨叉与主轴和副轴上的换挡齿轮相连，所述变速毂的一端通过档位触点开关与变档控制器电连接，变速毂的另一端与一变档电机的轴连接，该变档电机与变档控制器电连接，所述驱动电机的转轴连接转速传感器，转速传感器与变档控制器电连接，所述电机控制器与变档控制器、行驶状态信号开关、电机输出功率调节器电连接。所述多档变速器为四档变速器，主、副轴通过四对不同档级传动的齿轮副相连，其中主轴上设有一档花键齿，二档主齿轮、四档主齿轮分别轴向定位空套在主轴上，三档主齿轮位于二档、四档主齿轮之间与主轴花键配合，且可轴向移动与二档或四档主齿轮周向固定连接传递扭矩；副轴上轴向定位空套有一档副齿轮、三档副齿轮，二档副齿轮位于一档、三档副齿轮之间与副轴花键配合，且可轴向移动与一档或三档副齿轮周向固定连接传递扭矩，四档副齿轮周向固定在副轴上，所述一档、二档、三档、四档副齿轮分别与所对应的主齿轮常啮合，三档主齿轮通过第一拨叉与变速毂连接，二档副齿轮通过第二拨叉与变速毂连接。所述档位触点开关包括一动触头和设有四个档位触点的静触头，档位触点开关的 动触头偏心设置在变速毂的端面，转动变速毂能使动触头分别与静触头上的一个档位触点接触，动触头和静触头上的各档位触点与变档控制器电连接。所述变档控制器包括单片机、电流传感器、驱动电机相电压采样处理模块、倾角传感器模块，电流传感器、倾角传感器模块分别与单片机电连接，单片机通过驱动电机相电压采样处理模块与驱动电机的定子三相绕组中的一相绕组引出线电连接，单片机分别与电机控制器、转速传感器、档位触点开关、变档电机电连接。由于采用了上述方案，本发明电动车变速驱动系统的优点如下采用多档变速器，使多档变速器的主轴通过齿轮传动机构与驱动电机的转轴连接，副轴用于输出动力，而多档变速器的变速毂的一端通过档位触点开关与变档控制器电连接，变速毂的另一端与一变档电机的轴连接，变档电机与变档控制器电连接，驱动电机的转轴上连接的转速传感器与变档控制器电连接，电机控制器与变档控制器、行驶状态信号开关、电机输出功率调节器电连接。由此，在变档控制器的控制下，通过多档变速器能够将驱动电机输出的动力变换成不同档级输出，实现电动车多档变速，提升电动车的最高行驶车速和满足电动车的最大爬坡能力，解决了传统电动车通常采用一档减速驱动装置，在各种路况下行驶综合效率较低、爬坡能力弱、加速性能差的状况，从而导致电动车续航能力较差的现状。采用变档电机驱动变速毂旋转，使拨叉移位，带动多档变速器完成多级换挡动作，通过变档控制器控制变档电机工作，由此能够实现电动车的自动换挡变速，此结构与传统的两档电动车相比较，不需设置离合器，传动损失减小，传动效率得到提高，并且还有效降低了电动车变速驱动装置的成本。本发明电动车变速驱动系统的自动变速控制方法是这样实现的在变档控制器程序中预先设定驱动电机工作效率下限nmin，作为用于比较电动车在行驶过程中是否加、减档的参数值。启动驱动电机，并给定车辆行驶状态信号，电机控制器根据行驶状态信号控制驱动电机工作。若给定为前进状态信号，驱动电机转轴顺时针旋转，变档控制器采集到档位位触点开关信号i，电动车向前行驶。
电动车在行驶过程中，随着驱动电机的转速不断变化，变档控制器采集档位信号i、驱动电机实时转速n、实时运行相电流I、电机控制器输入电流Iin和输入电压Uin、电动车行驶的坡度倾角a，并根据实时运行相电流I、相电压U、驱动电机实时运行转速n计算出驱动电机实时输出扭矩T1^ut,根据行驶的坡度倾角a、驱动电机实时运行转速n、采集的档位信号i对应的速比计算出车辆实时所需扭矩T_ut ;再根据计算出的驱动电机实时输出扭矩Tm-Wt，计算出驱动电机的输出功率P_ ut，根据采集的电机控制器输入电流Iin和输入电压Uin计算出驱动电机的输入功率Pnrin ;然后根据驱动电机的输出功率P1^ut和输入功率Pm_in计算出此时驱动电机的运行效率n。，并将计算出的驱动电机的运行效率H。与设定的驱动电机工作效率下限nmin进行比较。当计算出的实时驱动电机的运行效率11。<设定的驱动电机工作效率下限nmin，若驱动电机实时输出扭矩Tm_wt >车辆实时所需扭矩IVwt，变档控制器控制变档电机顺时针旋转执行加档动作，变速毂在变档电机驱动下顺时针方向旋转，使拨叉移位，将多档变速 器从低一级档位转至高一级档位，带动变速器加档，高一级档位触点开关的信号接通，变档控制器检测档位信号i+1接通后，切断变档电机电路，电动车以加档后的档位状态行驶；以后的逐级加档控制与此加档控制过程相同，由此实现电动车变速驱动系统的自动加档控制；当计算出的实时驱动电机的运行效率11。<设定的驱动电机工作效率下限nmin，若驱动电机实时输出扭矩T1^ut <车辆驱动轮输出扭矩且程序采集档位信号i幸1，变档控制器控制变档电机逆时针旋转执行减档动作，变速毂在变档电机驱动下逆时针方向旋转，使拨叉移位，将多档变速器从高一级档位转至低一级档位，带动变速器减档，低一级档位触点开关的信号接通，变档控制器检测档位信号i_l接通后，切断变档电机电路，电动车以减档后的档位状态行驶；以后的逐级减档控制与此减档控制过程相同，由此实现电动车变速驱动系统的自动减档控制；若给定为倒车状态信号，变档控制器采集驱动电机实时转速n和实时运行相电流I，当实时转速n=0，电机控制器控制驱动电机转轴逆时针旋转，电动车倒车；若给定为停车状态信号，电机控制器控制驱动电机停止工作。当计算出的实时驱动电机的运行效率11。<设定的驱动电机工作效率下限nmin，若驱动电机实时输出扭矩Tm_OTt >车辆驱动轮输出扭矩TVmit,或者若驱动电机实时输出扭矩1_ <车辆驱动轮输出扭矩IVwt,且程序采集档位信号i # 1，电机控制器均降低输出功率至驱动电机，延时0. 2S，变档控制器控制变档电机执行加档或减档动作，延时0. 2S，检测档位信号是否接通，档位信号接通，变档控制器切断变档电机电路，电机控制器恢复100%输出功率至驱动电机，档位信号未接通，也切断变档电机电路，延时0. 1S，变档控制器再次控制变档电机执行加档或减档动作。驱动电机实时输出扭矩T1^ut，采用如下公式计算Tirat = Ca*Ke*I式中Ca为经验系数，I为相电流，Ke为反电势系数，所述经验系数Ca预先设定在变档控制器程序中；车辆实时所需扭矩IVwt,采用如下公式计算
权利要求
1.一种电动车变速驱动系统，包括驱动电机、电机控制器、变速器，驱动电机的定子三相绕组引出线与电机控制器电连接，其特征在于设置一变档控制器，驱动电机的定子三相绕组中有两相绕组引出线分别穿过变档控制器的两个电流传感器，所述变速器为多档变速器，该多档变速器的主轴、副轴通过多对不同档级传动的齿轮副相连，多档变速器的主轴通过齿轮传动机构与驱动电机的转轴连接，副轴用于输出动力，该多档变速器的变速毂分别通过拨叉与主轴和副轴上的换挡齿轮相连，所述变速毂的一端通过档位触点开关与变档控制器电连接，变速毂的另一端与一变档电机的轴连接，该变档电机与变档控制器电连接，所述驱动电机的转轴连接转速传感器，转速传感器与变档控制器电连接，所述电机控制器与变档控制器、行驶状态信号开关、电机输出功率调节器电连接。
2.根据权利要求I所述的电动车变速驱动系统，其特征在于所述多档变速器为四档变速器，主、副轴通过四对不同档级传动的齿轮副相连，其中主轴上设有一档花键齿，二档主齿轮、四档主齿轮分别轴向定位空套在主轴上，三档主齿轮位于二档、四档主齿轮之间与主轴花键配合，且可轴向移动与二档或四档主齿轮周向固定连接传递扭矩；副轴上轴向定位空套有一档副齿轮、三档副齿轮，二档副齿轮位于一档、三档副齿轮之间与副轴花键配合，且可轴向移动与一档或三档副齿轮周向固定连接传递扭矩，四档副齿轮周向固定在副轴上，所述一档、二档、三档、四档副齿轮分别与所对应的主齿轮常啮合，三档主齿轮通过第一拨叉与变速毂连接，二档副齿轮通过第二拨叉与变速毂连接。
3.根据权利要求I所述的电动车变速驱动系统，其特征在于所述档位触点开关包括一动触头和设有四个档位触点的静触头，档位触点开关的动触头偏心设置在变速毂的端面，转动变速毂能使动触头分别与静触头上的一个档位触点接触，动触头和静触头上的各档位触点与变档控制器电连接。
4.根据权利要求I所述的电动车变速驱动系统，其特征在于所述变档控制器包括单片机、电流传感器、驱动电机相电压采样处理模块、倾角传感器模块及其辅助电路，电流传感器、倾角传感器模块分别与单片机电连接，单片机通过驱动电机相电压采样处理模块与驱动电机的定子三相绕组中的一相绕组引出线电连接，单片机分别与电机控制器、转速传感器、档位触点开关、变档电机电连接。
5.—种电动车变速驱动系统的自动变速控制方法，其特征在于自动变速控制方法如下 在变档控制器程序中预先设定驱动电机工作效率下限nmin，作为用于比较电动车在行驶过程中是否加、减档的参数值； 启动驱动电机，并给定车辆行驶状态信号，电机控制器根据行驶状态信号控制驱动电机工作； 若给定为前进状态信号，驱动电机转轴顺时针旋转，变档控制器采集到档位信号i，电动车向前行驶； 电动车在行驶过程中，随着驱动电机的转速不断变化，变档控制器采集档位信号i、驱动电机实时转速n、实时运行相电流I、电机控制器输入电流Iin和输入电压Uin、电动车行驶的坡度倾角a，并根据实时运行相电流I、相电压U、驱动电机实时运行转速n计算出驱动电机实时输出扭矩T1^ut,根据行驶的坡度倾角a、驱动电机实时运行转速n、采集的档位信号i对应的速比计算出车辆实时所需扭矩T_ut ;再根据计算出的驱动电机实时输出扭矩Tm-Wt，计算出驱动电机的输出功率P_ ut，根据采集的电机控制器输入电流Iin和输入电压Uin计算出驱动电机的输入功率Pnrin ;然后根据驱动电机的输出功率P1^ut和输入功率Pm_in计算出此时驱动电机的运行效率n。，并将计算出的驱动电机的运行效率n。与设定的驱动电机工作效率下限nmin进行比较； 当计算出的实时驱动电机的运行效率\<设定的驱动电机工作效率下限nmin，若驱动电机实时输出扭矩T1^ut >车辆实时所需扭矩T_ut，变档控制器控制变档电机顺时针旋转执行加档动作，变速毂在变档电机驱动下顺时针方向旋转，使拨叉移位，将多档变速器从低一级档位转至高一级档位，带动变速器加档，高一级档位触点开关的信号接通，变档控制器检测档位信号i+i接通后，切断变档电机电路，电动车以加档后的档位状态行驶；以后的逐级加档控制与此加档控制过程相同，由此实现电动车变速驱动系统的自动加档控制； 当计算出的实时驱动电机的运行效率\<设定的驱动电机工作效率下限nmin，若驱动电机实时输出扭矩T1^ut <车辆实时所需扭矩T。，,，且程序采集档位信号i幸1，变档控制器控制变档电机逆时针旋转执行减档动作，变速毂在变档电机驱动下逆时针方向旋转，使拨叉移位，将多档变速器从高一级档位转至低一级档位，带动变速器减档，低一级档位触点开关的信号接通，变档控制器检测档位信号i-i接通后，切断变档电机电路，电动车以减档后的档位状态行驶；以后的逐级减档控制与此减档控制过程相同，由此实现电动车变速驱动系统的自动减档控制； 若给定为倒车状态信号，变档控制器采集驱动电机实时转速n和实时运行相电流I，当实时转速n=0，电机控制器控制驱动电机转轴逆时针旋转，电动车倒车； 若给定为停车状态信号，电机控制器控制驱动电机停止工作。
6.根据权利要求5所述的自动变速控制方法，其特征在于当计算出的实时驱动电机的运行效率\<设定的驱动电机工作效率下限nmin，若驱动电机实时输出扭矩T1^ut >车辆实时所需扭矩T_ut，或者若驱动电机实时输出扭矩Tm_wt <车辆实时所需扭矩凡‘，且程序采集档位信号i幸1，电机控制器均降低输出功率至驱动电机，延时处理，变档控制器控制变档电机执行加档或减档动作，延时处理，检测变档后的档位信号是否接通，变档后的档位信号接通，变档控制器切断变档电机电路，电机控制器恢复100%输出功率至驱动电机，档位信号未接通，也切断变档电机电路，延时处理，变档控制器再次控制变档电机执行加档或减档动作。
7.根据权利要求5所述的自动变速控制方法，其特征在于驱动电机实时输出扭矩Tm-OUt，米用如下公式计算 Tm-OUt = Ca*Ke*I式中 Ca为经验系数，I为相电流，Ke为反电势系数，所述经验系数Ca预先设定在变档控制器程序中。
8.根据权利要求5所述的自动变速控制方法，其特征在于车辆实时所需扭矩IVwt，采用如下公式计算
9.根据权利要求5所述的自动变速控制方法，其特征在于 驱动电机输出功率P1^ut采用如下公式计算 Pm-OUt = Tm-out*n/9549 ； 驱动电机输入功率Pnrin采用如下公式计算 Pm-in = iin*uin。
10.根据权利要求5所述的自动变速控制方法，其特征在于驱动电机的实时运行效率n。采用如下公式计算 X] = P / L c 1 m-out/ Pm-in°
全文摘要
一种电动车变速驱动系统及自动变速控制方法，包括驱动电机、电机控制器、变档控制器、多档变速器，多档变速器的主轴通过齿轮传动机构与驱动电机的转轴连接，多档变速器的变速毂一端通过档位触点开关与变档控制器电连接，另一端与一变档电机的轴连接，变档控制器与变档电机、驱动电机的转速传感器、档位触点开关、电机控制器电连接。通过在变档控制器程序中预先设定驱动电机工作效率下限ηmin，通过计算出驱动电机的实时运行效率ηc与设定的驱动电机最低工作效率ηmin作比较，然后控制变档电机驱动变速毂带动变速器完成加、减档动作，实现电动车变速驱动系统的自动变速控制。
文档编号B60W10/08GK102765380SQ20121025575
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月23日 优先权日2012年7月23日
发明者刘厚荣 申请人:刘厚荣