专利名称：一种电动车变速器及变速控制方法
技术领域：
本发明公开了一种电动车变速器，以及该变速器的变速控制方法，尤其是一种可以通过电路控制进行智能变速的变速器和变速控制方法。
背景技术：
电动三轮车的动力是由驱动电机提供，该驱动电机一般为直流无刷电机(正常选用lKW/3000rpm的电机)，为了提高三轮车的载货能力，一般通过减速齿轮来提高转矩。按照动力流向来看，动力系统工作原理示意图如图3所示,该系统的驱动电机2的转矩通过减速齿轮5传动到车轮6。当减速齿轮5的传动比确定后，三轮车的最高车速和最大载货量就确定，无法改变。通常使用时，有时空载高速运行，有时需要满载低速运行，有时需要带载上坡，这是定传动比的减速齿轮就不满足使用要求。为了解决上述技术问题，出现了可换档的电动车动力传动系统，由于直流无刷电 机的最高转速是确定的，所以当改变减速齿轮的传动比就可以改变车的最高速度，这个可用变速箱来实现，可换档的电动三轮车动力系统工作原理如图4和图5所示，变速齿轮箱I内有两组减速齿轮组，分别为I档减速齿轮组141和2档减速齿轮组142，通过换档齿轮组13与I档减速齿轮组141或2档减速齿轮组142，就可实现车速的调节。但是现有技术的换档还主要是通过手动拨动换档拨叉实现换档，由于不管是由I档换2档还是由2档换I档，由于输出轴13与输入轴12之间都都会存在转速差，由于该转速差的存在，会造成掰坏齿轮，也会造成I档换2档的突然加速或2档换一档的突然减速，造成行车不稳而造成人员或货物跌落三轮车。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述技术问题，提出了一种电动车变速器及变速控制方法，该变速器和变速控制方法可以通过电路控制智能地实现I档与2档之间的平稳转换。本发明的是通过以下技术方案实现的一种电动车变速器，包括变速齿轮箱、驱动电机和驱动电机控制器；在所述的变速齿轮箱的外壳内设置有输入轴和输出轴，在所述输入轴和输出轴之间通过换档机构传动，该换档机构包括换档齿轮组、I档减速齿轮组和2档减速齿轮组，所述换档齿轮组与I档减速齿轮组啮合传动或与2档减速齿轮组啮合传动；所述变速齿轮箱还包括换档电机，该换档电机通过丝杆无极带动换档齿轮组与I档减速齿轮组啮合或与2档减速齿轮组啮合；还包括换档控制器，该换档控制器包括换档指令接收单元，接收用户换档指令信息，并将该指令信息传给中心计算单元；输入速度检测单元，检测变速齿轮箱输入轴的转速，并将该转速值传给中心计算单元；换档电机控制单元，将中心计算单元做出的换档电机正/反转时序指令转化为换档电机能识别的动作信号，进而控制换档电机的正转或反转；输入速度控制单元，将中心计算单元做出的转速指令转化为驱动电机控制器能识别的控制信号，进而通过驱动电机控制器控制驱动电机的转速；中心计算单元，根据换档指令信号到达时刻变速齿轮箱输入轴的转速、I档减速齿轮组的传动比、2档减速齿轮组的传动比，计算出换档过程中换档齿轮组与I档减速齿轮组或2档减速齿轮组相啮合时输入轴所需转速的转速指令信号发给输入速度控制单元，计算换档电机(15)正/反转时序指令信号发给换档电机控制单元。本发明上述的技术方案中，优选驱动电机采用直流无刷电机。本发明上述的技术方案中，所述用户指令信息包括换档指令信息和车转把控制信
肩、O本发明上述的技术方案中，优选所述I档减速齿轮组的减速比为20 1，2档减速齿轮组的减速比为10 I。·根据上述的电动变速器，该电动变速器的变速控制方法包括以下步骤步骤SI，输入速度检测单元实时检测驱动电机的速度；步骤S2，中心计算单元判断是否有换档指令；若否执行步骤SI，否则若是I档换2档指令则执行步骤S31，若是2档换I档则执行步骤S41 ；步骤S31，中心计算单元计算驱动电机在2档时的目标速度；步骤S32，切断车转把给驱动电机控制器的控制信号，关闭驱动电机转矩输出；步骤S33，换档齿轮组与I档减速齿轮组脱开；步骤S34，驱动电机减速到在2档时的目标速度后换档齿轮组与2档减速齿轮组啮合；步骤S35，将车转把的控制信号还给驱动电机控制器后执行步骤S5 ；步骤S41，中心计算单元计算驱动电机在I档时的目标速度；步骤S42，判断目标速度是否大于驱动电机最高速度，若否则执行步骤S45，否则执行步骤S43，切换车转把给驱动电机控制器的控制信号，关闭驱动电机转矩输出，车减速；步骤S44，判断车速是否见到目标速度，若否则执行步骤S43，否则执行步骤S46 步骤S45，切断车转把给驱动电机控制器的控制信号，关闭驱动电机转矩输出；步骤S46，换档齿轮组与2档减速齿轮组脱开；步骤S34，驱动电机减速到在I档时的目标速度后换档齿轮组与I档减速齿轮组啮合；步骤S35，将车转把的控制信号还给驱动电机控制器后执行步骤S5 ；步骤S5，换档结束。本发明可以达到以下有益技术效果采用换档电机通过丝杆无极带动换档齿轮组与I档减速齿轮组啮合或与2档减速齿轮组啮合，实现智能的I档与2档之间的切换；本发明通过换档控制器的控制，在I档与2档之间转换时，可以先将电机转速等于要切换成的档位目标速度后，再使换档齿轮组与要切换成档位减速齿轮组啮合传动，使得输入轴与输出轴之间没有或有较小的速度差，避免齿轮掰坏或造成换档时的行车不稳。
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中图I是本发明电动车变速器的原理图；图2是本发明电动车变速器的变速控制流程图；图3是第一种现有技术的动力系统工作原理不意图；图4是第二种现有技术的动力系统工作原理示意图；图5是图4所示变速齿轮箱的工作原理示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。如图I是本发明电动车变速器的原理图。一种电动车变速器，包括变速齿轮箱I、驱动电机2和驱动电机控制器3 ;变速齿轮箱I用于动力输入(驱动电机)和动力输出(车轮)之间的传动连接以及输入输出传动比的调节，驱动电机控制器3可以控制调节驱动电机2的转速。在所述的变速齿轮箱I的外壳内设置有输入轴11和输出轴12，在所述输入轴11和输出轴12之间通过换档机构传动，该换档机构包括换档齿轮组13、1档减速齿轮组141和2档减速齿轮组142，所述换档齿轮组13与I档减速齿轮组141啮合传动或与2档减速齿轮组142啮合传动；所述变速齿轮箱I还包括换档电机15，该换档电机15通过丝杆无极带动换档齿轮组13与I档减速齿轮组141啮合或与2档减速齿轮组142啮合。上述变速齿轮箱4工作原理该之论变速箱4内主要由两组传动比不同的I档减速齿轮组141、2档减速齿轮组142和换档齿轮组13、换档电机15、输入轴11、输出轴12组成，其中两组减速齿轮组的输出端始终和输出轴12相连；换档齿轮组13输入端始终和输入轴11相啮合，输出端可以和I档减速齿轮箱141或2档减速齿轮箱142相啮合，换档电机15带动换档齿轮组13移动，可以实现换档齿轮组13在I档减速齿轮箱141、2档减速齿轮箱142，从而改变输入轴11和输出轴12的传动比，即实现换档。由于I档减速齿轮组141和2档减速齿轮组142的传动比不同，并且换档过程中电动车或电动三轮车速基本不变(由于换档时间很短，输出轴12的转速基本不变)，两组减速齿轮组的输入端转速相差很大，要实现无冲击平滑换档，就必须调整换档齿轮组13输出端的转速，使之基本和减速齿轮组输入端转速基本相同。由于变速齿轮箱4的输入轴11和驱动电机2相连，所以调整驱动电机2的转速就可以改变换档齿轮组13的输出端转速。本发明的电动车变速器还包括换档控制器4，该换档控制器4就是用来调整驱动电机2转速和换档电机15动作时序，以保证顺利平滑换档。上述输入轴11用于换档齿轮组13和外部动力源(驱动电机2)相连接，在这里用来连接驱动电机2的轴和换档齿轮组13的轴；输出轴12用于和外部负载相连接，在这里用来连接车轮轴，车轮轴用于固定车轮；换档齿轮组13在换档电机15驱动下可以移动，用于将输入轴11的通过I档减速齿轮组141或2档减速齿轮组142动能传动至输出轴12 ;换档电机6，用于驱动换档齿轮组13，使换档齿轮组13与I档减速齿轮组141啮合或与2档减速齿轮组142啮合；1档减速齿轮组141，传动比固定，本发明采用传动比为20 I的减速齿轮组，用于连接换档齿轮组13和输出轴12，实现输入轴11和输出轴12的减速；2档减速齿轮组142，传动比固定，本发明采用减速比为10 I的减速齿轮组，用于连接换档齿轮组13和输出轴12，实现输入轴11和输出轴12的减速。本发明的电动车变速器，上述 的换档控制器4，用于控制在I档和2档之间转换时刻动力输入轴11的转速和换档电机15的动作时序,使动力输入轴11的转速和动力输出轴12的速度相匹配，保证换档时齿轮之间没有速度冲击，换档顺畅。该换档控制器4包括换档指令接收单元41，该换档指令接收单元41用于接收用户换档指令信息，并将该指令信息传给中心计算单元43，所述换档指令信息包括换档指令信息和车转把控制信息；输入速度检测单元42，用于检测变速齿轮箱I输入轴11的转速，并将该转速值传给中心计算单元43 ;换档电机控制单元45，用于将中心计算单元43做出的换档电机正/反转时序指令转化为换档电机15能识别的动作信号，进而控制换档电机15的正转或反转，进而带动换档齿轮组13与I档减速齿轮组141啮合或与2档减速齿轮组142啮合；输入速度控制单元44，用于将中心计算单元43做出的转速指令转化为驱动电机控制器3能识别的控制信号，进而通过驱动电机控制器3控制驱动电机2的转速；中心计算单元43，根据换档指令信号到达时刻变速齿轮箱I输入轴11的转速、I档减速齿轮组的传动比、2档减速齿轮组的传动比，计算出换档过程中换档齿轮组13与I档减速齿轮组或2档减速齿轮组相啮合时输入轴11所需转速的转速指令信号发给输入速度控制单元44，计算换档电机15正/反转时序指令信号发给换档电机控制单元45。上述变速齿轮箱4工作原理，该齿轮变速箱4内主要由两组传动比不同的I档减速齿轮组141、2档减速齿轮组142和换档齿轮组13、换档电机15、输入轴11、输出轴12组成，其中两组减速齿轮组的输出端始终和输出轴12相连；换档齿轮组13输入端始终和输入轴11相啮合，输出端可以和I档减速齿轮箱141或2档减速齿轮箱142相啮合，换档电机15带动换档齿轮组13移动，可以实现换档齿轮组13在I档减速齿轮箱141、2档减速齿轮箱142，从而改变输入轴11和输出轴12的传动比，即实现换档。一种实现上述电动变速器的变速控制方法如图2所示，包括以下步骤步骤SI，输入速度检测单元实时检测驱动电机的速度；由于驱动电机2与输入轴11连接，因此检测电机的转速即可得知输入轴11的转速，可以直接检测输入轴11的转速，但是检测驱动电机2转速相对容易，方案简单；步骤S2，中心计算单元判断是否有换档指令，若否执行步骤SI，否则，若是I档换2档指令则执行步骤S31，若是2档换I档则执行步骤S41 ;中心计算单元43可通过换档指令接收单元41接收用户的换档指令信号，如若没有换档指令信号输入该中心计算单元43，则继续执行步骤SI，否则就判断该换档指令信号是I档换2档指令信号还是2档换I档指令信号，若是I档换2档指令信号，则执行步骤S31，若是2档换一档指令信号，则执行步骤S41 ；步骤S31，中心计算单元计算驱动电机在2档时的目标速度；由于I档减速齿轮组141和2档减速齿轮组142的减速比不同，因此I档和2档的输入轴11的目标速度也不同，因为输入轴11和驱动电机2相连接，因此可以直接测定驱动电机2的转速来获得输入轴11的转速。步骤S32，切断车转把给驱动电机控制器的控制信号，关闭驱动电机转矩输出；步骤S33，换档齿轮组与I档减速齿轮组脱开；步骤S34，驱动电机减速到在2档时的目标速度后换档齿轮组与2档减速齿轮组啮合；步骤S35，将车转把的控制信号还给驱动电机控制器后执行步骤S5 ；步骤S41，中心计算单元计算驱动电机在I档时的目标速度；
步骤S42，判断目标速度是否大于驱动电机最高速度，若否则执行步骤S45，否则执行步骤S43，切换车转把给驱动电机控制器的控制信号，关闭驱动电机转矩输出，车减速；步骤S44，判断车速是否见到目标速度，若否则执行步骤S43，否则执行步骤S46 步骤S45，切断车转把给驱动电机控制器的控制信号，关闭驱动电机转矩输出；步骤S46，换档齿轮组与2档减速齿轮组脱开；步骤S34，驱动电机减速到在I档时的目标速度后换档齿轮组与I档减速齿轮组啮合；步骤S35，将车转把的控制信号还给驱动电机控制器后执行步骤S5 ；步骤S5，换档结束。本发明的实施例中，采用I档减速齿轮组141的传动比为20 1，2档减速齿轮组142的减速比为10 1，即I档减速齿轮组141的传动比是2档减速齿轮组142的两倍。当换档齿轮组13和I档减速齿轮组141相啮合时，车速较慢，即为I档；当换档齿轮组13和2档减速齿轮组142相啮合时，车速较快，即为2档。(I)车由I档换到2档当车处于I档位置时，换档齿轮组13和I档减速齿轮组141相啮合，由于两减速齿轮组减速比的差别，I档减速齿轮组141输入端的转速是2档减速齿轮组142输入端转速的两倍。要想实现I档到2档无冲击换档，换档齿轮组13从I档减速齿轮组141脱开到和2档减速齿轮组142相啮合时，换档齿轮组13的输出端转速必须和2档减速齿轮组142的输入端转速基本相等。由于换档过程时间很短，车速变化很小(可以认为基本不变)，这就要求换档齿轮组13从I档减速齿轮组141脱开到和2档减速齿轮组142相啮合时，换档齿轮组13的速度应减小到原速度的一半。另外，换档时还要保证换档齿轮组13和I档减速齿轮组141能顺利脱开，然后换档齿轮组13和2档减速齿轮组142能完全啮合。(2)车由2档换到I档当车处于2档位置时，换档齿轮组13和2档减速齿轮组142相啮合，由于两减速齿轮组减速比的差别，I档减速齿轮组141输入端的转速是2档减速齿轮组142输入端转速的两倍。要想实现2档到I档无冲击换档，换档齿轮组13从2档减速齿轮组142脱开到和I档减速齿轮组141相啮合时，换档齿轮组13的输出端转速必须和I档减速齿轮组141的输入端转速基本相等。由于换档过程时间很短，车速变化很小(可以认为基本不变)，这就要求换档齿轮组13从2档减速齿轮组142脱开到和I档减速齿轮组141相啮合时，换档齿轮组13的速度应增加到原速度的一倍。若换档时刻驱动电机2已经运行在最高速度或者大于最高速度的一半，要想让驱动电机2的速度再增加到换档时刻的一倍，显然不可能。此时，应让换档齿轮组13和2档减速齿轮组142先保持啮合状态，同时让车减速，当驱动电机2速度减到小于等于最高速度的一半时，启动换档电机15，将换档 齿轮组13和2档减速齿轮组142脱开，使驱动电机2加速到最高速度，然后将换档齿轮组13和I档减速齿轮组141啮合。本发明并不局限于前述的具体实施方式
。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
权利要求
1.一种电动车变速器，包括变速齿轮箱(I)、驱动电机⑵和驱动电机控制器⑶；在所述的变速齿轮箱(I)的外壳内设置有输入轴(11)和输出轴(12)，在所述输入轴(11)和输出轴(12)之间通过换档机构传动，该换档机构包括换档齿轮组(13)、1档减速齿轮组(141)和2档减速齿轮组(142)，所述换档齿轮组(13)与I档减速齿轮组(141)啮合传动或与2档减速齿轮组(142)啮合传动；其特征在于，所述变速齿轮箱(I)还包括换档电机(15)，该换档电机(15)通过丝杆无极带动换档齿轮组(13)与I档减速齿轮组(141)啮合或与2档减速齿轮组(142)啮合； 还包括换档控制器(4)，该换档控制器(4)包括 换档指令接收单元(41)，接收用户换档指令信息，并将该指令信息传给中心计算单元(43)； 输入速度检测单元(42)，检测变速齿轮箱(I)输入轴(11)的转速，并将该转速值传给中心计算单元(43)； 换档电机控制单元(45)，将中心计算单元(43)做出的换档电机正/反转时序指令转化为换档电机(15)能识别的动作信号，进而控制换档电机(15)的正转或反转； 输入速度控制单元(44)，将中心计算单元(43)做出的转速指令转化为驱动电机控制器⑶能识别的控制信号，进而通过驱动电机控制器⑶控制驱动电机⑵的转速； 中心计算单元(43)，根据换档指令信号到达时刻变速齿轮箱(I)输入轴(11)的转速、I档减速齿轮组的传动比、2档减速齿轮组的传动比，计算出换档过程中换档齿轮组(13)与I档减速齿轮组或2档减速齿轮组相啮合时输入轴(11)所需转速的转速指令信号发给输入速度控制单元(44)，计算换档电机(15)正/反转时序指令信号发给换档电机控制单元(45)。
2.根据权利要求I所述的电动车变速器，其特征在于，所述驱动电机(2)为直流无刷电机。
3.根据权利要求I所述的电动车变速器，其特征在于，所述用户指令信息包括换档指令信息和车转把控制信息。
4.根据权利要求I所述的电动车变速器，其特征在于，所述I档减速齿轮组的减速比为20 1，2档减速齿轮组的减速比为10 I。
5.如权利要求I所述的电动变速器的变速控制方法，其特征在于，包括步骤 步骤Si，输入速度检测单元实时检测驱动电机的速度； 步骤S2，中心计算单元判断是否有换档指令，若否则执行步骤SI，否则若是I档换2档指令则执行步骤S31，若是2档换I档则执行步骤S41 ； 步骤S31，中心计算单元计算驱动电机在2档时的目标速度； 步骤S32，切断车转把给驱动电机控制器的控制信号，关闭驱动电机转矩输出； 步骤S33，换档齿轮组与I档减速齿轮组脱开； 步骤S34，驱动电机减速到在2档时的目标速度后换档齿轮组与2档减速齿轮组啮合； 步骤S35，将车转把的控制信号还给驱动电机控制器后执行步骤S5 ； 步骤S41，中心计算单元计算驱动电机在I档时的目标速度； 步骤S42，判断目标速度是否大于驱动电机最高速度，若否则执行步骤S45，否则执行步骤S 4 3，切换车转把给驱动电机控制器的控制信号，关闭驱动电机转矩输出，车减速； 步骤S44，判断车速是否见到目标速度，若否则执行步骤S43，否则执行步骤S46 ； 步骤S45，切断车转把给驱动电机控制器的控制信号，关闭驱动电机转矩输出； 步骤S46，换档齿轮组与2档减速齿轮组脱开； 步骤S34，驱动电机减速到在I档时的目标速度后换档齿轮组与I档减速齿轮组啮合； 步骤S35，将车转把的控制信号还给驱动电机控制器后执行步骤S5 ； 步骤S5，换档结束。
全文摘要
本发明公开一种电动车变速器及变速控制方法，该变速器包括在变速齿轮箱，在变速齿轮箱内还包括换档电机，该换档电机通过丝杆无极带动换档齿轮组与1档减速齿轮组啮合或与2档减速齿轮组啮合；还包括换档控制器，该换档控制器包括换档指令接收单元、输入速度检测单元、换档电机控制单元、输入速度控制单元、中心计算单元。控制方法包括计算目标速度的步骤；关闭驱动电机转矩输出的步骤；档位转换的步骤。本发明可以达到实现智能的1档与2档之间的切换；输入轴与输出轴之间没有或有较小的速度差，避免齿轮掰坏或造成换档时的行车不稳。
文档编号B62M25/08GK102717863SQ20121020636
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者季军 申请人:常州大兴辰源动力科技有限公司