一种新型无离合器、无同步器的自动变速器及其变速方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型无离合器、无同步器的自动变速器及其变速方法，属于电动汽车控制技术领域。
【背景技术】
[0002]随着技术的发展，电动汽车的市场越来越大，对于电动汽车来说，一个传递效率高、易于操作，工作平稳的、使乘坐舒适的变速器是非常重要的。保守估计，一个好的变速器可以省电30%以上，并且还能扩大电动汽车的适应范围，增强电动汽车的爬坡能力，减少电机在超负荷状态下的耗电量并且改善电动汽车高速性能，减少电机和控制器高频工作的耗电量，提高工作效率，并且会在很大程度上降低电机和控制器的制造成本。
[0003]现有技术中，自动变速器采用液力耦合器，可以有较大的滑差率，所以换挡冲击小，可以降低顿挫感，但是由于滑差率较大，其传递效率也比较低；手动变速器大多采用干式离合器，其传动效率高，但不允许长时间半离合打滑，容易烧毁摩擦片，所以冲击力比较大，造成传动机构损坏，换挡之后容易出现顿挫感，让人乘坐不舒服；而机械式自动变速器(AMT)也存在换挡冲击大，顿挫感强，乘坐不舒服的问题；无级变速器(CVT)具有乘坐舒适，没有顿挫感的优点，也能根据发动机工作状况调整变速比，但是其动力传递效率降低，成本也比较高。因此，最理想的变速状态是通过调整加速踏板输出信号来控制电动机或发动机转速，使电动机或者是发动机的转速与车速匹配，来降低冲击力，但是上述方法难度较大，不利于降低驾驶难度，提高舒适性。基于以上原因，发明一种传递效率高、易于操作，工作平稳的、使乘坐舒适的变速器变得非常重要。
【发明内容】
[0004]本发明的一种电动汽车自动变速器，克服了现有技术存在的不足，提供了一种不需要离合器，不需要同步器，传递效率高、易于操作，工作平稳的多档自动变速器。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:一种新型无离合器、无同步器的自动变速器，包括一档主动齿轮、二档主动齿轮、设置在一档主动齿轮和二档主动齿轮之间的结合齿轮、换挡控制电路、电动机控制器；所述一档主动齿轮和二档主动齿轮与主动轴为间隙配合，所述结合齿轮与主动轴为花键配合，所述一档主动齿轮靠近所述结合齿轮一侧设有第一凸爪，所述二档主动齿轮靠近所述结合齿轮一侧设有第二凸爪，所述结合齿轮左右两侧与第一凸爪和第二凸爪对应位置设置有结合凸爪，所述结合齿轮可以在拔叉的驱动下，沿主动轴运动至与所述一档主动齿轮通过第一凸爪和结合凸爪的配合来结合，以及运动至与所述二档主动齿轮通过第二凸爪和结合凸爪的配合来结合；所述一档主动齿轮、所述二档主动齿轮、所述结合齿轮上分别在对应位置设有转速传感器，所述转速传感器用于测量对应齿轮的转速和相位并传送给所述换挡控制电路，所述换挡控制电路用于比较所述结合齿轮和将要换挡的主动齿轮的转速差和相位，当所述转速差在大于设定范围时，输出调速信号给所述电动机控制器来调整所述结合齿轮的转速，当所述转速差在设定范围内，并且所述结合齿轮和将要换挡的主动齿轮的相位匹配时，输出结合信号控制所述拔叉驱动所述结合齿轮与将要换挡的主动齿轮结合。
[0006]所述的一种新型无离合器、无同步器的自动变速器，还包括与所述一档主动齿轮啮合的一档从动齿轮和与所述二档主动齿轮啮合的二档从动齿轮，所述一档从动齿轮和所述二档从动齿轮与从动轴为固定配合。
[0007]所述换挡控制电路包括转速比较电路，相位比较电路，换挡操纵机构驱动电路；所述转速比较电路用于比较结合齿轮和将要换挡的主动齿轮上的转速传感器传来的两个脉冲信号的频率，并根据频率比较的结果输出不同调速信号给所述电动机控制器；所述相位比较电路用于比较结合齿轮和将要换挡的主动齿轮上的转速传感器传来的两个脉冲信号的相位，并将比较结果输出给换挡操纵机构驱动电路从而控制换挡操纵机构控制拔叉驱动结合齿轮，以及将比较结果输出给所述转速比较电路以控制转速比较电路的通断电。
[0008]所述转速比较电路包括频率测量电路和转速差运算放大器，所述相位比较电路包括相位比较器，延时电路和倒相电路，所述频率测量电路的两个信号输入端分别与结合齿轮上和将要换挡的主动齿轮上的转速传感器的信号输出端相连，所述频率测量电路的两个信号输出端分别与所述转速差运算放大器的两个信号输入端相连，所述转速差运算放大器的信号输出端与所述电动机控制器相连；所述相位比较器的两个信号输入端分别与结合齿轮上和将要换挡的主动齿轮上的转速传感器的信号输出端相连，所述相位比较器的信号输出端与所述延时电路的信号输入端相连，所述延时电路的信号输出端分为两路，一路经所述倒相电路与所述换挡操纵机构驱动电路相连，另一路与所述转速差运算放大器的电源输入端相连。
[0009]所述换挡控制电路还包括整形电路，所述整形电路位于结合齿轮上和将要换挡的主动齿轮上的转速传感器输出的脉冲信号进入所述频率测量电路以及所述相位比较电路之前，用于将所述脉冲传感信号整形为方波信号，并传送给所述频率测量转换电路和所述相位比较电路。
[0010]所述的一种新型无离合器、无同步器的自动变速器，还包括加速控制电路和用于测量车辆加速度量的加速度传感器，所述加速度传感器的信号输出端与所述加速控制电路的信号输入端连接，所述加速控制电路的信号输出端与所述转速差运算放大器的信号输出端连接后与所述电动机控制器相连，所述加速控制电路用于调整加速踏板输入的加速度量。
[0011]本发明还提出了一种新型无离合器、无同步器的自动变速器的变速方法，包括以下步骤:R1.将电动机断电或者发动机关闭节气门停止输出动力，使由电动机或发动机带动转动的结合齿轮离开档位主动齿轮；R2.换挡控制电路通电，转速传感器将包含结合齿轮和将要换挡的主动齿轮的转速和相位信息的脉冲信号传送给换挡控制电路；R3.换挡控制电路根据脉冲信号比较结合齿轮和将要换挡的档位齿轮的转速差，并根据转速差的大小自动调整调速信号并输出给电动机控制器，电动机控制器根据调速信号调整电动机或发动机转速，从而改变结合齿轮的转速直至转速差在设定范围内；R4.换挡控制电路根据脉冲信号比较结合齿轮和将要换挡的档位齿轮的相位，当结合齿轮和将要换挡的档位齿轮的相位匹配时，换挡控制电路输出控制信号给换挡操纵机构供电，由换挡操纵机构控制拔叉驱动结合齿轮沿轴向运动至与将要换挡的档位齿轮结合，同时换挡控制电路断电。
[0012]所述的一种新型无离合器、无同步器的自动变速器的变速方法，还包括以下步骤:结合齿轮与档位齿轮结合后，通过加速度传感器测量车辆的加速度值，并传送给加速控制电路，加速控制电路调整输给控制器的加速电信号并将变速器齿轮结合后车辆的加速值或者减速值限制在设定的范围内。
[0013]所述步骤R1之前还包括以下步骤:通过检测电动机的工作电流或者发动机节气门开度以判断电动机或者发动机的的负荷情况，决定变速器的变速比，或者，通过换挡杆的位置开关决定变速器的变速比。
[0014]本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
1、通过对转速差值的测量和比较以及相位的比较从而自动的和主动的调整变速器需要结合齿轮的转速及相位(或者是齿轮的角度)，从而在不需要离合器、同步器并且在不需要人为操纵的情况下实现自动换挡；
2、换挡时，两个齿轮的结合没有冲击力，从而保护了电机和传动机构，可以延长车辆的寿命；
3、通过对齿轮的相位检测，缩短了电动机转速达到与变速器转速匹配所需要的时间，即缩短了换挡时间。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的电动汽车自动变速器具有两档变速器时的机械结构图；
图2为本发明的电动汽车自动变速器的一个实施例的换挡控制电路的电路简图；
图3为本发明的电动汽车自动变速器的另一个实施例的换挡控制电路的电路简图。
【具体实施方式】
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