电动汽车手动换挡的一种方式的制作方法

本发明属于电动汽车变速器挡位切换技术领域，本发明的目标是通过手动变速箱挂挡手柄及离合器踏板的正常操作，以控制电机驱动电路的通断及花键轴与待啮合齿轮的同步来实现变速箱的功能。

背景技术：

现有电动汽车的变速器大多是单一的减速器，主要缺点是复杂路况下电动机效率低，本发明通过多档变速的功能来提高电动机的效率。

技术实现要素：

以控制电机驱动电路的通断来实现变速箱离合器的功能需解决电机突然通断电对电机控制电路的影响等问题，本发明是通过换挡前电动机驱动电路的输入电压线性减小、换挡结束时电动机驱动电路的输入电压线性增大的方法来解决。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。

具体实现方法如下

技术特点：一、加速踏板系统可分离结构或仿真电路设计，二、换挡时花键轴与待啮合齿轮的同步，三、防误操作保护装置。

一、加速踏板系统可分离结构或仿真电路设计的现实意义。

本方案换挡时要求电动机电路先断电再变挡，由于电动机驱动电路是大负载高压系统，负载应由大到小的线性卸完后才能断电，换挡结束后电动机驱动电路先接通，负载再由小到大的线性上升、恢复到加速踏板电门的实际输出量位置。

加速踏板系统可分离结构的实现方式如下:

加速踏板系统与调速器系统同轴并列安装，加速踏板系统的加速杆上装一个带反馈信号电磁吸盘，调速器调速系统的加速杆上装一个电磁铁，正常行驶中加速踏板系统上的电磁吸盘吸住调速器调速系统上的电磁铁，加速踏板系统带动调速器调速系统同轴、同幅度运动。加速踏板系统的加速杆中段再装一个推拉电磁铁，换挡前当加速踏板系统与调速器系统需要分离时电磁吸盘断电、同时推拉电磁铁通电，推拉电磁铁推开调速器调速系统的加速杆、使调速器调速系统的加速杆回到零输出位置。调速器零输出位置装一个带反馈信号电磁吸盘，换挡前电磁吸盘通电，当调速器回位到零输出位置，电磁吸盘吸住调速器调速系统加速杆的电磁铁、电磁吸盘的反馈信号使电动机断电。换挡结束时调速器零输出位置的电磁吸盘断电、加速踏板系统的电磁吸盘通电。

在离合器踏板系统上装两个开关，离合器踏板踩下的前半程有一个开关k1，离合器踏板未踩下时开关闭合、离合器踏板踩下时开关断开，离合器踏板踩到底有一个开关k2，离合器踏板踩到底开关闭合、离合器踏板回位开关断开。

电动车换挡时先踩下离合器踏板、离合器踏开关k1接断开，通过继电器使加速踏板系统的电磁吸盘断电、推拉电磁铁通电、同时使调速器零输出位置电磁吸盘通电，则加速踏板系统与调速器调速系统脱离，不论加速踏板踩在什么位置，调速器都回位到零输出位置。调速器零输出位置装一个带反馈信号电磁吸盘，当调速器回位到零输出位置，电磁吸盘吸住调速器调速系统加速杆的电磁铁、电磁吸盘的反馈信号使电动机断电。换挡结束后离合器踏板回位k1闭合，加速踏板系统的电磁吸盘通电带动调速器调速系统同轴、同幅度运动。

以上功能也可通过一系列仿真电路来实现，实现效果如下，换挡时踩下离合器踏板，离合器踏开关k1接断开，加速踏板位置的霍尔传感器输出电路电压由大到小线性下降到零，换挡结束后离合器踏板回位k1闭合，电动机电路接通、同时加速踏板位置的霍尔传感器输出电路电压由零到大线性复原。

加速踏板霍尔器件产生的信号源通过离合器踏板踩开关k1接一个放大电路的基极，其放大电路的发射极接对地负载电阻r1及电机驱动电路的输入端，电机驱动电路的输入端并联接一个由集成运算放大器构成的电压跟随器、电压跟随器的输出端并联接一个对地电容c1的正极、其对地电容的正极一路通过一个开关k11接电机驱动电路的输入端、一路通过一个开关k12接地，电机驱动电路的输入端通过一个继电器ka1构成的等效开关k13并联接一个对地电容c2的正极、电容c2的正极一路通过一个继电器ka2构成的等效开关k14接地、一路并联接一个放大电路的基极(基极接大限流电阻的多级放大电路)、放大电路的集电极串联接入一个继电器ka3的电流输入端、继电器ka3的开关端当作一个等效开关k15一端接入一个双稳态触发器的sd端口、另一端接地、开关k16一端接入双稳态触发器的sd端口另一端连接双稳态触发器电源，双稳态触发器的q端接一个放大电路的基极、继电器ka1、ka2的电流输入端并联后再串联接入其放大电路的集电极、使k13、k14同时以相反的状态变换，离合器踏板踩下时开关k1断开、同时k11接通、k12接通、k13断开、k16断开，电机驱动电路的输入端电压随着电容ci的放电由大到小减到零，离合器踏板踩复位时开关k1接通、同时k11断开、k12断开、k16接通，离合器踏板踩复位时、电容c2在离合器踏板踩下时电荷已通过k14放光、使k15接通、双稳态触发器电源通过开关k16、k15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k13接通k14断开、电机驱动电路的输入端电压随着电容c2由小到大的升高，电容c2电压由小到大的升高使k15断开、则双稳态触发器q端变为高电平、使k13断开k14接通、这时电容c2电压又会变低又使k15接同、由于双稳态触发器的特性使q端状态不变、则k13、k14开关状态不变，只有下一次离合器踏板踩下、复位使k16断开接通一回、则双稳态触发器重置，如图1、图2。

换挡过程中当电动机驱动电路输入为零时挂挡手柄才可挂到空挡，此时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。换挡时由于待啮合齿轮及花键轴的转速都是动态的变量，只有确定了同歩时间点才能操作换挡拨叉。

两挡变速器确定同歩时间点的方法如下，花键轴上安装两个转速传感器、花键轴上的低挡位齿轮及花键轴上的高挡位齿轮各安装一个转速传感器，每个转速传感器各接一个同规格同参数的转速表。花键轴对应的一个转速表与低挡位齿轮对应的一个转速表的表面、面对面并列安装，安装效果是两个指针围绕同一轴转动。花键轴对应的另一个转速表与高挡位齿轮对应的一个转速表的表面、面对面并列安装，安装效果是两个指针围绕同一轴转动。每个指针上都装一个凸出的导电触点，当花键轴与花键轴上的低挡位齿轮同速时转速表上两个指针凸出的导电触点相碰形成一个导通的开关k3，当花键轴与花键轴上的高挡位齿轮同速时转速表上两个指针凸出的导电触点相碰形成另一个导通的开关k4。

汽车电路中增加一个信号源、两个继电器。高挡换低挡时花键轴对应的转速表m1一直保持接通状态，低挡位齿轮对应的一个转速表只有在换挡前、离合器踏板踩下时才接通。低挡换高挡时高挡位齿轮对应的一个转速表一直保持接通状态，花键轴对应的转速表m2只有在换挡前、离合器踏板踩下时才接通。花键轴对应的两个转速表指针凸出的导电触点接信号源，低挡位齿轮对应的转速表指针凸出的导电触点分别接入一个继电器的电流输入端及拨挡提示设备[如指示灯、蜂鸣器、锁具等]，高挡位齿轮对应的转速表指针凸出的导电触点分别接入另一个继电器的电流输入端及拨挡提示设备[如指示灯、蜂鸣器、锁具等]，两个继电器无电流输入时的常闭端当作两个等效开关k19、k20并联后再串联接入调速电机电路。

接下来对挂挡器进行改造，挂挡器手柄与挂挡器底座空挡处形成切换开关k5，挂挡器手柄挂在空挡时切换开关k5导通，挂挡器手柄挂离开空挡时切换开关k5断开。挂挡器手柄挂在低挡位时挂挡器手柄与低挡位处形成切换开关k6、挂挡器手柄离开低挡位时k6导通，挂挡器手柄挂在高挡位时挂挡器手柄与高挡位处形成切换开关k7、挂挡器手柄挂在高挡位处k7断开，开关k7一端接入一个双稳态触发器的sd端口、另一端接地、开关k6一端接入双稳态触发器的sd端口另一端连接双稳态触发器电源、双稳态触发器的q端接一个放大电路的基极、继电器ka4、ka5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ka4、ka5的状态输出端当作两个开关k17、k18以相反的状态变换，调速电机通过k5一路接k17、k19接入能量回收电路、另一路接k18、k20接入动力输出电路，如图3、图4。

挂挡器手柄挂离开低挡时k6导通、k7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k17接通k18断开，挂挡器手柄挂到空挡时开关k5导通则调速电机通过k5、k17、k19接通能量回收电路使高挡位齿轮对应的转速表降速、当与花键轴对应的转速表m2同速时k19断开则能量回收电路断开、挂挡器手柄才可挂向高挡，当挂挡器手柄挂到高挡时k7断开则使k17断开k18导通、调速电机接入动力输出电路，挂挡器手柄挂离开高挡时k7导通、由于双稳态触发器的特性使q端状态不变、则k17、k18开关状态不变、挂挡器手柄挂到空挡时开关k5导通、则调速电机通过k5、k18、k20接通动力输出电路使低挡位齿轮对应的转速表提速、当与花键轴对应的转速表m1同速时k20断开则动力输出电路断开、挂挡器手柄才可挂向低挡，当挂挡器手柄挂到低挡时k6断开使双稳态触发器重置，调速电机的能量回收电路与动力输出电路在高低挡转换时循环切换。

以上是两个挡位的转换，在此基础上通过顺序换挡的方式可升级到多挡位换挡，以四个挡位为例，挡位的布置结构为一挡到空挡1再到二挡再到空挡2再到三挡再到空挡3再到四挡，升挡时逐级升挡、降挡时逐级降挡。实现方式如下，一挡到空挡1再到二挡为一个调速电机的能量回收与动力输出的循环，二挡到空挡2再到三挡为第二个独立的调速电机能量回收与动力输出的循环，三挡到空挡3再到四挡为第三个独立的调速电机能量回收与动力输出的循环，三个循环环环相扣，其中的一个循环运行时另两个循环断电，挂挡器手柄挂在两个循环之间时两个循环都通电，如挂挡器手柄挂在二挡、第一第二个循环都通电、挂挡器手柄离开二挡位置挂向一挡后第二个循环断电、挂挡器手柄离开二挡位置挂向三挡后第一个循环断电，挂挡器手柄挂在三挡、第二第三个循环都通电，实现方式如下：对挂挡器底座进行改造，把挂挡器手柄改造为一个开关的一个端点，一挡到二挡之间为一个开关的一个端点，二挡到三挡之间为一个开关的一个端点，三挡到四挡之间为一个开关的一个端点，如图5。

防误操作装置如下，挂挡器空挡与高、低挡之间各装一把磁力锁[带延时]，离合器踏板装两个等效开关k21、k22，空挡处装一个等效开关k23，当花键轴与花键轴上的低挡位齿轮同速时转速表上两个指针凸出的导电触点相碰形成一个断开的等效开关k24，当花键轴与花键轴上的高挡位齿轮同速时转速表上两个指针凸出的导电触点相碰形成另一个断开的等效开关k25，如图6相接。挂挡手柄挂在空挡时k23接通、离合器踏板未踩下时k21、k22接通。换挡时踩下离合器踏板k21、k22断开则磁力锁断电，当挂挡手柄从挂低挡或高挡挂到空挡、k23接通则磁力锁通电、花键轴与花键轴上待啮合齿轮未同步时两把磁力锁都通电、只有花键轴与花键轴上待啮合齿轮同步时、同步方向的磁力锁才断电、未同步方向的磁力锁不断电、挂挡手柄只能挂向正确的挡位。

附图说明

图1是换档前电动机驱动电路的输入电压线性减小、换挡结束时电动机驱动电路的输入电压线性增大的电路系统图。

图2是图1中的双稳态触发器电路系统图。

图3是调速电机能量回收电路、动力输出电路循环切换电路系统图。

图4是能量回收电路、动力输出电路与调速电机的连接图。

图5是挂挡器底座结构示意图。

图6是防误操作电路系统图。