CN102887149A - 一种纯电动汽车的自动变速控制***以及纯电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种纯电动汽车的自动变速控制***以及纯电动汽车，包括整车控制器、驱动电机、变速器、动力总成控制器和换挡机构；其中：所述整车控制器生成控制信息，所述控制信息包括目标转矩和目标挡位；所述动力总成控制器获取所述控制信息，根据所述目标转矩控制所述驱动电机输出转矩和转速，及根据所述目标挡位控制所述换挡机构带动所述变速器调整挡位；所述驱动电机驱动所述变速器按照所述转矩和转速运转。本发明实施例提供的技术方案满足了车辆的起动转矩大、电机运行效率高和工作范围广的要求。

Description

一种纯电动汽车的自动变速控制***以及纯电动汽车

技术领域

本发明涉及纯电动汽车技术领域，更具体的说是涉及一种纯电动汽车的自动变速控制***以及纯电动汽车。

背景技术

随着纯电动汽车的不断发展，用户对纯电动汽车性能的要求也越来越高，其不仅体现在纯电动汽车的行驶性能上，还体现在车辆的动力性、经济性、驾驶舒适性以及操纵稳定性等性能上。

电驱动***作为纯电动汽车的核心部件之一，其构型的方式决定上述这些性能。

目前纯电动汽车多采用驱动电机结合单级减速的动力传动结构，该结构无法同时满足车辆的起动转矩大、电机运行效率高和工作范围广的要求。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种纯电动汽车的自动变速控制***以及纯电动汽车，解决现有纯电动汽车中的电驱动***无法同时满足车辆的起动转矩大、电机运行效率高和工作范围广要求的问题。

一种纯电动汽车的自动变速控制***，包括整车控制器、驱动电机、变速器、动力总成控制器和换挡机构；

其中：

所述整车控制器生成控制信息，所述控制信息包括目标转矩和目标挡位；

所述动力总成控制器获取所述控制信息，根据所述目标转矩控制所述驱动电机输出转矩和转速，及根据所述目标挡位控制所述换挡机构带动所述变速器调整挡位；

所述驱动电机驱动所述变速器按照所述转矩和转速运转。

优选的，在上述纯电动汽车自动变速控制***中，还包括CAN总线；

所述CAN总线分别与所述整车控制器和所述动力总成控制器相连，所述整车控制器将所述控制信息发送给所述CAN总线，所述动力总成控制器读取所述CAN总线上的控制信息。

优选的，在上述纯电动汽车自动变速控制***中，所述换挡机构包括换挡伺服电机和减速传动装置；

所述减速传动装置将所述换挡伺服电机的旋转运动转变为直线运动，并推动所述变速器的换挡拨叉调整挡位。

本发明实施例还提供一种纯电动汽车，包括纯电动汽车的自动变速控制***，所述纯电动汽车的自动变速控制***包括整车控制器、驱动电机、变速器、动力总成控制器和换挡机构；

其中：

所述整车控制器生成控制信息，所述控制信息包括目标转矩和目标挡位；

所述动力总成控制器获取所述控制信息，根据所述目标转矩控制所述驱动电机输出转矩和转速，及根据所述目标挡位控制所述换挡机构带动所述变速器调整挡位；

所述驱动电机驱动所述变速器按照所述转矩和转速运转。

优选的，在上述纯电动汽车中，所述纯电动汽车的自动变速控制***还包括CAN总线；

所述CAN总线分别与所述整车控制器和所述动力总成控制器相连，所述整车控制器将所述控制信息发送给所述CAN总线，所述动力总成控制器读取所述CAN总线上的控制信息。

优选的，在上述纯电动汽车中，所述换挡机构包括的换挡伺服电机和减速传动装置；

所述减速传动装置将所述换挡伺服电机的旋转运动转变为直线运动，并推动所述变速器的换挡拨叉调整挡位。

上述技术方案中具有如下有益效果：

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明实施例提供的技术方案充分利用了变速器不同挡位的变换，变速器不同挡位的变换能够调节驱动电机输出的动力，在采用较大传动比的挡位时，能够在提高车辆起动转矩的同时，减小驱动电机的负载电流，降低电机的功率损失，进而提高电机运行的效率；在采用较小传动比的挡位时，能够增加电机的高效运行区间，提高电机的运行效率及工作范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种纯电动汽车的自动变速控制***的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种纯电动汽车的自动变速控制***的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种纯电动汽车的自动变速控制***的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种纯电动汽车的自动变速控制***的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的纯电动汽车的自动变速控制***的工作流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种纯电动汽车的自动变速控制***，包括整车控制器1、驱动电机2、变速器3，动力总成控制器4和换挡机构5。

其中：

整车控制器1生成控制信息，控制信息包括目标转矩和目标挡位；

动力总成控制器4获取上述控制信息，根据目标转矩控制驱动电机2输出转矩和转速，及根据目标挡位控制换挡机构5带动变速器3调整挡位；

驱动电机2驱动变速器3按照上述转矩和转速运转。

具体的，

整车控制器1采集当前的车辆状态信息和驾驶员踏板信息，并根据车辆状态信息和驾驶员踏板信息得到控制信息，控制信息包括目标转矩和目标挡位，其中，目标转矩为驱动电机2的目标行驶转矩、目标挡位为变速器3的目标挡位。整车控制器1将目标挡位与当前挡位进行对比，判断不需要换挡时，将目标挡位的换挡指令标志位设置为0，判断需要换挡时，换挡指令标志位设置为1。驱动电机2采用目前纯电动车辆上常用的驱动电机。驱动电机2的输出轴与变速器3的输入轴直接相连。变速器3采用固定轴式变速器，其具有两个或两个以上的挡位。换挡机构5采用电控电动式换挡机构。

本发明实施例提供的技术方案充分利用了变速器不同挡位的变换，变速器不同挡位的变换能够调节驱动电机输出的动力，在采用较大传动比的挡位时，能够在提高车辆起动转矩的同时，减小驱动电机的负载电流，降低电机的功率损失，进而提高电机运行的效率；在采用较小传动比的挡位时，能够增加电机的高效运行区间，提高电机的运行效率及工作范围。

此外，本发明实施例提供的技术方案能够实现自动平稳换挡，换挡时间短，换挡冲击小，提高了车辆的动力性、经济性和驾驶舒适性。

如图2所示，本发明实施例提供了一种纯电动汽车的自动变速控制***，与上述实施例中的纯电动汽车自动变速控制***不同的是，纯电动汽车自动变速控制***还包括CAN总线6。

CAN总线6分别与整车控制器1和动力总成控制器4相连，整车控制器1将控制信息发送给CAN总线6，动力总成控制器4读取CAN总线6上的控制信息。

具体的，整车控制器1根据采集的当前车辆状态信息和驾驶员踏板信息，计算出驱动电机2的目标行驶转矩，并根据换挡规律判断是否换挡，设置变速器目标挡位，并将目标挡位的换挡指令标志位发送到CAN总线6上，动力总成控制器4读取CAN总线6上的驱动电机的目标转矩、变速器目标挡位的换挡指令标志位信息。由挂载在CAN总线6上的控制***的各器件之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，能够提高***的可靠性和***的灵活性。

如图3所示，本发明实施例提供了一种纯电动汽车的自动变速控制***，与上述实施例中的纯电动汽车自动变速控制***不同的是，换挡机构5包括的换挡伺服电机51和减速传动装置52。

减速传动装置52将换挡伺服电机51的旋转运动转变为直线运动，并推动变速器3的曲柄调整挡位。

如图4所示，本发明实施例提供了一种纯电动汽车自动变速控制***，与上述实施例中的纯电动汽车自动变速控制***不同的是，动力总成控制器4包括数字信号控制单元41和功率驱动单元42。

数字信号控制单元41，用于根据控制信息生成控制时序，并将控制时序发送给功率驱动单元42；

功率驱动单元42，用于接收从数字信号控制单元41发送的控制时序，并根据控制时序实现对驱动电机2的转矩和转速的驱动。

进一步的，动力总成控制器4包括实现控制算法的数字信号控制单元41和输出功率、转矩和转速相匹配的功率驱动单元42，换挡时，数字信号控制单元41根据换挡指令标志位和目标挡位生成控制时序，通过功率驱动单元42分别实现对驱动电机2转矩和转速的控制，以及对换挡机构5的摘、挂挡的控制；非换挡时，数字信号控制单元41根据目标转矩指令生成控制信号，通过功率驱动单元42实现对驱动电机2的转矩的控制。

本发明实施例***的工作流程为：

整车控制器1根据车辆状态信息和踏板信息决定目标转矩，并通过换挡规律判别变速器的目标挡位，当不需要换挡时，动力总成控制器4根据目标转矩信号控制驱动电机输出相应转矩和转速；当需要换挡时，动力总成控制器4根据接收到的变速器目标挡位的换挡指令标志位信号，同时通过行程传感器反馈的信号和转速传感器反馈的信号，根据控制算法中的换挡时序开始协调驱动电机2和换挡机构5的换挡动作。驱动电机2相应完成转矩或转速闭环状态的切换以及输出相应的转矩和转速，换挡机构5则会完成摘挡和换挡操作。

请参考图4和图5，本发明实施例的纯电动汽车的自动变速动力总成***控制方法的具体步骤如下：

步骤501：动力总成控制器4获取驱动电机2的目标转矩、变速器3的目标挡位，并根据目标挡位的换挡指令标志位进行判断是否需要换挡，当换挡指令标志位为1时，执行步骤502，当换挡指令标志位为0时，执行步骤513。

整车控制器1根据当前的车辆状态信息和踏板信号计算出驱动电机2的目标转矩和变速器的目标挡位，并将目标挡位与当前挡位进行对比，判断不需要换挡时，将换挡指令标志位设置为0；判断需要换挡时，将换挡指令标志位设置为1。整车控制器1将驱动电机2的目标转矩、变速器3的目标挡位发送到CAN总线6上，动力总成控制器4从CAN总线6上获取驱动电机2的目标转矩、变速器3的目标挡位，并根据换挡指令标志位进行判断，当换挡指令标志位为1时，转入步骤502；当换挡指令标志位为0时，执行步骤513。

步骤502：动力总成控制器4控制驱动电机2按照一定的速率开始卸载，目标转矩为空载转矩。

步骤503：动力总成控制器4中的数字信号控制单元41通过转矩观测器反馈的驱动电机输出的转矩，判断其是否达到空载状态，如果达到空载状态则执行步骤504，如果没有达到空载状态则回到步骤502，继续执行循环。

步骤504：动力总成控制器4控制换挡机构5，换挡伺服电机51旋转并通过减速传动装置52带动换挡拨叉移动，使变速器3当前挡位齿轮退出啮合，进行摘挡操作。

步骤505：动力总成控制器4接收到行程传感器反馈的减速传动装置位置，当达到空挡位置时，执行步骤506，如果未达到空挡位置则回到步骤504，继续执行循环。

步骤506：动力总成控制器4调节驱动电机2运行模式为转速闭环模式，并根据当前变速器3输出的轴转速信号和目标挡位计算驱动电机2的目标转速，控制驱动电机2转速的输出，对驱动电机2进行调速。

步骤507：动力总成控制器4接收到电机转速传感器检测驱动电机转速值，计算驱动电机转速与待接合齿轮的转速差，当转速差小于或等于预设的阈值时，执行步骤508，如果转速差仍大于预设的阈值则回到步骤506继续执行循环。

步骤508：动力总成控制器4控制换挡机构5带动换挡拨叉移动，使变速器目标挡位齿轮对啮合，进行挂挡操作。

步骤509：动力总成控制器4接收到行程传感器反馈的减速传动装置位置，当确认目标齿轮对完全啮合后，执行步骤510，否则回到步骤508继续执行循环。

步骤510：动力总成控制器4调节驱动电机2运行模式回至转矩闭环模式，驱动电机2按照一定的速率开始加载，新的目标转矩为在步骤501中获取驱动电机的目标转矩与变速器传动比比值（原传动比/目标传动比）的乘积。

步骤511：动力总成控制器4判断转矩观测器反馈的驱动电机2输出的转矩值是否达到目标转矩值，如果是，则加载过程完成，执行步骤512，否则回至步骤510，继续执行循环。

步骤512：动力总成控制器4向整车控制器1反馈换挡结束标志位。

步骤513：动力总成控制器4根据CAN总线上的当前驱动电机目标转矩，控制驱动电机2的动力输出。

本发明实施例采用了集成控制的方式，即将驱动电机2的控制和变速器3挡位的控制集成在动力总成控制器4中。当变速器3运行在某一挡位时，即非换挡时刻时，动力总成控制器4的功能为传统的驱动电机控制器，根据整车控制器1发过来的目标转矩控制驱动电机2的转矩输出。在整车控制器1判断需要换挡时，动力总成控制器4根据整车控制器1发过来的目标挡位协调驱动电机2和变速器3的换挡行为，控制驱动电机2分别运行在转矩或转速闭环状态，同时实现换挡机构5的摘挡和挂挡操作。通过将动力总成的控制集成在动力总成控制器4中，不仅节约了***成本和体积，而且能够更严格地按照换挡时序协调驱动电机和变速器的运动，节省了通信等待时间，减小了换挡冲击，提高了***的动力性和换挡舒适性。

本发明实施例还公开的一种纯电动汽车，包括纯电动汽车自动变速控制***，上述纯电动汽车自动变速控制***，包括整车控制器、驱动电机、变速器、动力总成控制器和换挡机构；

其中：

上述整车控制器生成控制信息，上述控制信息包括目标转矩和目标挡位；

上述动力总成控制器获取上述控制信息，根据上述目标转矩控制上述驱动电机输出转矩和转速，及根据上述目标挡位控制上述换挡机构带动上述变速器调整挡位；

上述驱动电机驱动上述变速器按照上述转矩和转速运转。

进一步的，上述纯电动汽车自动变速控制***还包括CAN总线；

上述CAN总线分别与上述整车控制器和上述动力总成控制器相连，上述整车控制器将上述控制信息发送给上述CAN总线，上述动力总成控制器读取上述CAN总线上的控制信息。

进一步的，上述换挡机构包括的换挡伺服电机和减速传动装置；

上述减速传动装置将上述换挡伺服电机的旋转运动转变为直线运动，并推动上述变速器的换挡拨叉调整挡位。

本发明提供的纯电动汽车，由于采用上述纯电动汽车的自动变速控制***，同样具有上述技术效果，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种纯电动汽车的自动变速控制***，其特征在于，包括整车控制器、驱动电机、变速器、动力总成控制器和换挡机构；

其中：

所述整车控制器生成控制信息，所述控制信息包括目标转矩和目标挡位；

所述动力总成控制器获取所述控制信息，根据所述目标转矩控制所述驱动电机输出转矩和转速，及根据所述目标挡位控制所述换挡机构带动所述变速器调整挡位；

所述驱动电机驱动所述变速器按照所述转矩和转速运转。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括CAN总线；

所述CAN总线分别与所述整车控制器和所述动力总成控制器相连，所述整车控制器将所述控制信息发送给所述CAN总线，所述动力总成控制器读取所述CAN总线上的控制信息。

3.根据权利要求1或2所述的***，其特征在于，所述换挡机构包括换挡伺服电机和减速传动装置；

所述减速传动装置将所述换挡伺服电机的旋转运动转变为直线运动，并推动所述变速器的换挡拨叉调整挡位。

4.一种纯电动汽车，其特征在于，包括纯电动汽车的自动变速控制***，所述纯电动汽车的自动变速控制***，包括整车控制器、驱动电机、变速器、动力总成控制器和换挡机构；

其中：

所述整车控制器生成控制信息，所述控制信息包括目标转矩和目标挡位；

所述动力总成控制器获取所述控制信息，根据所述目标转矩控制所述驱动电机输出转矩和转速，及根据所述目标挡位控制所述换挡机构带动所述变速器调整挡位；

所述驱动电机驱动所述变速器按照所述转矩和转速运转。

5.根据权利要求4所述的纯电动汽车，其特征在于，所述纯电动汽车自动变速控制***还包括CAN总线；

所述CAN总线分别与所述整车控制器和所述动力总成控制器相连，所述整车控制器将所述控制信息发送给所述CAN总线，所述动力总成控制器读取所述CAN总线上的控制信息。

6.根据权利要求4或5所述的纯电动汽车，其特征在于，所述换挡机构包括的换挡伺服电机和减速传动装置；

所述减速传动装置将所述换挡伺服电机的旋转运动转变为直线运动，并推动所述变速器的换挡拨叉调整挡位。

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