CN110816297A - 电摩自动变速***及其控制方法 - Google Patents

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speed
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王英喆
张苏北
方道霖
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Bafang Electric Suzhou Co Ltd
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Sunstar Giken KK
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Abstract

本申请公开了一种电摩自动变速***及其控制方法，其中电摩自动变速***，包括：车速检测单元，电机，电机转速检测单元，电机输出扭矩检测单元，变速箱，变速箱主轴转速检测单元，电磁离合器，变速箱电脑，以及同时与电机、变速箱电脑、车速检测单元、电机转速检测单元、变速箱主轴转速检测单元和电机输出扭矩检测单元电路连接的电机控制器。本申请能够根据电摩车辆运行工况，自动控制变速箱升降档，保证各工况扭矩需求，同时提高行驶舒适性及整车续航里程。

Description

电摩自动变速***及其控制方法
技术领域
本申请涉及一种电摩自动变速***及其控制方法。
背景技术
目前电动摩托车(简称电摩)的电机普遍采用直驱或固定减速比驱动，限制了车辆最高运行时速和低速起步扭矩。所以开发电摩自动变速箱，来应对电摩车辆对转矩和时速的要求，通过下降车辆最高时速的电机转速，降低电机高速运行时母线电流，提高电池续航里程及寿命。同时改变低档位传动比，提升电摩车辆起步扭矩。但目前中小功率电摩变速箱市场很少有适配的多档位自动变速箱，只能使用燃油摩托车上的多档脚踩变速箱，但这种脚踩变速箱在换挡时要手动操作离合器，对电摩驾驶者脚手联动的熟练度要求很高。如果使用大排量摩托车上的双离合变速箱，尺寸太大，无法适配在中小型电摩车辆上，而且价格昂贵。
本申请由此而来。
发明内容
本申请目的是：针对上述问题，提出一种电摩自动变速***及其控制方法，其能够根据电摩车辆运行工况，自动控制变速箱升降档，保证各工况扭矩需求，同时提高行驶舒适性及整车续航里程。
本申请的技术方案是：
一种电摩自动变速***，包括：
用于检测电摩车速的车速检测单元，
与电摩的车轮传动连接、以驱动所述电摩行驶的电机，
用于检测所述电机转速的电机转速检测单元，
用于检测所述电机输出扭矩的电机输出扭矩检测单元，
连接于所述电机和所述车轮的传动路径上的变速箱，
用于检测所述变速箱主轴转速的变速箱主轴转速检测单元，
连接于所述变速箱和所述电机的传动路径上的电磁离合器，
同时与所述变速箱和所述电磁离合器电路连接的变速箱电脑，以及
同时与所述电机、所述变速箱电脑、所述车速检测单元、所述电机转速检测单元、所述变速箱主轴转速检测单元和所述电机输出扭矩检测单元电路连接的电机控制器。
本申请这种电摩自动变速***在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：
所述变速箱包括换档拨叉以及与所述换档拨叉相连的步进电机。
所述电摩自动变速***还包括用于检测刹车信号的刹车信号检测单元。
所述车速检测单元、所述电机转速检测单元、变速箱主轴转速检测单元、所述电机输出扭矩检测单元和刹车信号检测单元均集成于所述电机控制器中。
一种电摩自动变速***的控制方法，包括：
当检测到电摩的车速为v1、电机的转速为n1、电机输出扭矩为M1时，电机控制器发送升档信号给变速箱电脑，变速箱电脑控制电磁离合器断开后，再控制变速箱升档，电机控制器控制电机转速与变速箱主轴转速一致后，变速箱电脑控制电磁离合器吸合；
当检测到电摩的车速为v1、电机的转速为n1、电机输出扭矩为M3时，电机控制器发送降档信号给变速箱电脑，变速箱电脑控制电磁离合器断开后，再控制变速箱降档，电机控制器控制电机转速与变速箱主轴转速一致后，变速箱电脑控制电磁离合器吸合。
本申请这种电摩自动变速***控制方法在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：
当检测到电摩的车速为v1、电机输出扭矩为0时，电机控制器发送降档信号给变速箱电脑，变速箱电脑控制电磁离合器断开后，再控制变速箱降档，电机控制器控制电机转速与变速箱主轴转速一致后，变速箱电脑控制电磁离合器吸合。
当检测到刹车信号，并且电摩的车速为v1时，电机控制器发送降档信号给变速箱电脑，变速箱电脑控制电磁离合器断开后，再控制变速箱降档，电机控制器控制电机转速与变速箱主轴转速一致后，变速箱电脑控制电磁离合器吸合。
当电摩设定为助推模式，电机控制器发送空挡信号给变速箱电脑，变速箱电脑控制电磁离合器断开后，再控制变速箱至空挡档位。
所述v1为47-52km/h，所述n1为3800-4200rpm，所述M1为6.0-7.2N.m，所述M3为(1.2-2.4N.m)∪(10.8-12N.m)。
当检测到电摩的车速为v2、电机的转速为n2、电机输出扭矩为M2时，电机控制器发送升档信号给变速箱电脑，变速箱电脑控制电磁离合器断开后，再控制变速箱升档，电机控制器控制电机转速与变速箱主轴转速一致后，变速箱电脑控制电磁离合器吸合。
所述v2为54-58km/h，所述n2为4300-4700rpm，所述M2为7.6-8.6N.m。
所述v2为60-64km/h，所述n2为4800rpm-5200rpm，所述M2为6.6-7.6N.m。
当检测到电机的转速为0、电摩的车速为0、电机输出扭矩为0时，电机控制器发送启动信号给变速箱电脑，变速箱电脑控制电磁离合器吸合。
本申请采用多档位变速结构，通过检测电机转速、车速、电机输出扭矩等参数，由电机控制器接收分析各运行参数后发升档或降档信号给变速箱电脑，变速箱电脑收到升降档信号后控制电磁离合器和步进电机工作，并反馈升降档完成信号给电机控制器，最终实现变速箱升降档的闭环控制，从而保证电机平稳切换到各挡位，具有以下优点：
1、能够在电摩车辆运行的过程中，提升车辆低速时扭矩及降低车辆高速时机芯转速，提高车辆加速度和降低高速时机芯母线电流。
2、根据电摩车辆运行工况，自动控制变速箱升降档，保证各工况扭矩需求，同时提高行驶舒适性及整车续航里程。
3、在车辆设定为助推模式时，可以断开电机与变速箱的连接，同时将变速箱切换到空档模式，使驾驶人员推行车辆更轻松。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例电摩自动变速***的变速箱处于低速档位状态的结构示意图；
图2为本申请实施例电摩自动变速***的变速箱处于高速档位状态的结构示意图；
图3为本申请实施例电摩自动变速***的变速箱处于空档位状态的结构示意图；
其中：1-电机，2-电磁离合器，3-电机轴输出齿轮，4-电机轴，5-变速箱主轴输入齿轮，6-变速箱主轴，7-变速箱主轴高速档齿轮，8-变速箱主轴低速档齿轮，9-换档拨叉，10-变速箱副轴，11-副轴高速档齿轮，12-副轴低速档齿轮，13-副轴输出齿轮，14-步进电机，15-变速箱壳体，16-变速箱电脑，17-电机控制器。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。应理解，这些实施例是用于说明本申请而不限于限制本申请的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解。例如，“连接”可以使固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以使直接相连，也可以是通过中介媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本申请的限制。
图1至图3示出了本申请这种电摩自动变速***及其控制方法的一个优选实施例，该电摩自动变速***主要包括：用于检测该电摩车速(即车辆行驶速度)的车速检测单元，与电摩的车轮传动连接、以驱动电摩行驶的电机(即电摩的动力电机)，用于检测前述电机转速的电机转速检测单元，用于检测前述电机输出扭矩的电机输出扭矩检测单元，连接于电机和车轮的传动路径上的变速箱，用于检测前述变速箱主轴转速的变速箱主轴转速检测单元，连接于前述变速箱和电机的传动路径上的电磁离合器，用于检测该电摩的刹车信号的刹车信号检测单元，同时与前述变速箱和电磁离合器电路连接的变速箱电脑，同时与前述电机、变速箱电脑、车速检测单元、电机转速检测单元、变速箱主轴转速检测单元、电机输出扭矩检测单元和刹车信号检测单元电路连接的电机控制器。
上述变速箱采用了传统结构形式，参照图1至图3所述，该变速箱包括变速箱壳体15，变速箱壳体中旋转安装变速箱主轴6和变速箱副轴10。变速箱主轴6的一端伸出变速箱壳体15外部且安装有变速箱主轴输入齿轮5，变速箱副轴10的一端也伸出变速箱壳体15外部且安装有变速箱副轴输出齿轮13。变速箱主轴6上还安装有收容于变速箱壳体内部的换档拨叉9、主轴高速档齿轮7和主轴低速档齿轮8，而且前述主轴高速档齿轮7和主轴低速档齿轮8均空套在变速箱主轴6上，自然状态下主轴高速档齿轮7和主轴低速档齿轮8均可围绕变速箱主轴6制有旋转，而换档拨叉9与变速箱主轴6通过花键相互连接，使得换档拨叉9可沿变速箱主轴6轴向移动。当换档拨叉9移动至主轴高速档齿轮7位置时，其将主轴高速档齿轮7与变速箱主轴6固定；当换档拨叉9移动至主轴低速档齿轮8位置时，其将主轴低速档齿轮8与变速箱主轴6固定。变速箱副轴10上安装有收容于变速箱壳体内部的副轴高速档齿轮11和副轴低速档齿轮12。前述主轴高速档齿轮7与副轴高速档齿轮11啮合连接，主轴低速档齿轮6与副轴低速档齿轮12啮合连接。为实现前述换档拨叉9的移动，在变速箱壳体上还安装了与前述换档拨叉9相连的步进电机14，通过步进电机14的动作驱动换档拨叉9移动，从而实现高低空档位的切换。
为方便绘图和视图，本实施例附图中仅绘制了一个主轴高速档齿轮7、一个主轴低速档齿轮8、一个副轴高速档齿轮11和一个副轴低速档齿轮12，然而前述主轴高速档齿轮7、主轴低速档齿轮8、副轴高速档齿轮11和副轴低速档齿轮12数量也可以是多个，以实现三档、四档甚至更多档位的变速传动。具体在本实施例中，变速箱主轴和变速箱副轴上均分别安装了四个档位齿轮，从而使得该变速箱具有四个传动档位。
并且，本身实施例将上述的车速检测单元、电机转速检测单元、电机输出扭矩检测单元和刹车信号检测单元全部集成于电机控制器17中。
该电摩自动变速***的控制方法如下：
当车辆***通电，而且检测到电机1的转速为0、电摩的车速为0、电机输出扭矩为0时，电机控制器(MCU)发送启动信号给变速箱电脑(TCU)，变速箱电脑控制电磁离合器2吸合，车辆准备起步。
骑行者拧动转把，车辆行走起步；在车辆形成过程中，若车速检测单元检测到该电摩的车速为47-52km/h，而且电机转速检测单元检测到电机1的转速(即电机1的机芯转速)为3800-4200rpm，同时电机输出扭矩检测单元检测到该电机1的输出扭矩为6.0-7.2N.m时，电机控制器17发送升档信号给变速箱电脑16，变速箱电脑控制电磁离合器2断开后，再控制变速箱升档，而且变速箱电脑反馈升降档完成信号给电机控制器。前述变速箱升档的动作如上文所述：电机控制器17控制步进电机14动作，使步进电机14带动换档拨叉9移动并与相应的主轴高速档齿轮7配合，实现变速箱的升档。变速箱主轴转速检测单元检测变速箱主轴的转速并将该转速信号发送给电机控制器17，电机控制17控制电机1的转速与变速箱主轴转速一致后，变速箱电脑16控制电磁离合器2吸合。
在车辆行驶的过程中，若同时检测到电摩的车速为54-58km/h，电机1的转速(即电机1的机芯转速)为4300-4700rpm，电机1的输出扭矩为7.6-8.6N.m时，电机控制器17也发送升档信号给变速箱电脑16，变速箱电脑16控制电磁离合器2断开后，再控制变速箱升档。电机控制17控制电机1的转速与变速箱主轴转速一致后，变速箱电脑16控制电磁离合器2吸合。
在车辆行驶的过程中，若同时检测到电摩的车速为60-64km/h，电机1的转速(即电机1的机芯转速)为4800rpm-5200rpm，电机1的输出扭矩为6.6-7.6N.m时，电机控制器17也会发送升档信号给变速箱电脑16，变速箱电脑16控制电磁离合器2断开后，再控制变速箱升档。电机控制17控制电机1的转速与变速箱主轴转速一致后，变速箱电脑16控制电磁离合器2吸合。
在车辆行驶的过程中，若同时检测到电摩的车速为47-52km/h，电机的转速为3800-4200rpm，电机1的输出扭矩为1.2-2.4N.m时，电机控制器17发送降档信号给变速箱电脑16，变速箱电脑16控制电磁离合器2断开后，再控制变速箱降档。前述变速箱降档的动作如上文所述：电机控制器17控制步进电机14动作，使步进电机14带动换档拨叉9移动并与相应的主轴低速档齿轮8配合，实现变速箱的降档。电机控制17控制电机1的转速与变速箱主轴转速一致后，变速箱电脑16控制电磁离合器2吸合。
在车辆行驶的过程中，若同时检测到电摩的车速为47-52km/h，电机的转速为3800-4200rpm，电机1的输出扭矩为10.8-12N.m时(一般为爬坡工况)，电机控制器17也发送降档信号给变速箱电脑16，变速箱电脑16控制电磁离合器2断开后，再控制变速箱降档。电机控制17控制电机1的转速与变速箱主轴转速一致后，变速箱电脑16控制电磁离合器2吸合。
在车辆行驶的过程中，若同时检测到电摩的车速为47-52km/h，而且电机1的输出扭矩为0时(一般为刹车工况，刹车时电机的输出扭矩为0)，电机控制器17也会发送降档信号给变速箱电脑16，变速箱电脑16控制电磁离合器2断开后，再控制变速箱降档。电机控制17控制电机1的转速与变速箱主轴转速一致后，变速箱电脑16控制电磁离合器2吸合。另一种情形是：若上述的刹车信号检测单元直接检测到了该电摩的刹车信号，同时车速检测单元检测到该电摩的车速为47-52km/h时，那么电机控制器也会发送降档信号给变速箱电脑，变速箱电脑控制电磁离合器断开后，再控制变速箱降档，电机控制器控制电机转速与变速箱主轴转速一致后，变速箱电脑控制电磁离合器吸合。
当该电摩设定为助推模式，电机控制器发送空挡信号给变速箱电脑，变速箱电脑控制电磁离合器断开后，再控制变速箱至空挡档位(此时换档拨叉9不与任何档位齿轮契合，如图3)。
当然，上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种电摩自动变速***，其特征在于，包括：
用于检测电摩车速的车速检测单元，
与电摩的车轮传动连接、以驱动所述电摩行驶的电机，
用于检测所述电机转速的电机转速检测单元，
用于检测所述电机输出扭矩的电机输出扭矩检测单元，
连接于所述电机和所述车轮的传动路径上的变速箱，
用于检测所述变速箱主轴转速的变速箱主轴转速检测单元，
连接于所述变速箱和所述电机的传动路径上的电磁离合器，
同时与所述变速箱和所述电磁离合器电路连接的变速箱电脑，以及
同时与所述电机、所述变速箱电脑、所述车速检测单元、所述电机转速检测单元、所述变速箱主轴转速检测单元和所述电机输出扭矩检测单元电路连接的电机控制器。
2.如权利要求1所述的电摩自动变速***，其特征在于，所述变速箱包括换档拨叉以及与所述换档拨叉相连的步进电机。
3.如权利要求1所述的电摩自动变速***，其特征在于，所述电摩自动变速***还包括用于检测刹车信号的刹车信号检测单元。
4.如权利要求3所述的电摩自动变速***，其特征在于，所述车速检测单元、所述电机转速检测单元、变速箱主轴转速检测单元、所述电机输出扭矩检测单元和刹车信号检测单元均集成于所述电机控制器中。
5.一种如权利要求1或2或3或4所述电摩自动变速***的控制方法，其特征在于，包括：
当检测到电摩的车速为v1、电机的转速为n1、电机输出扭矩为M1时，电机控制器发送升档信号给变速箱电脑，变速箱电脑控制电磁离合器断开后，再控制变速箱升档，电机控制器控制电机转速与变速箱主轴转速一致后，变速箱电脑控制电磁离合器吸合；
当检测到电摩的车速为v1、电机的转速为n1、电机输出扭矩为M3时，电机控制器发送降档信号给变速箱电脑，变速箱电脑控制电磁离合器断开后，再控制变速箱降档，电机控制器控制电机转速与变速箱主轴转速一致后，变速箱电脑控制电磁离合器吸合。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，包括：
当检测到电摩的车速为v1、电机输出扭矩为0时，电机控制器发送降档信号给变速箱电脑，变速箱电脑控制电磁离合器断开后，再控制变速箱降档，电机控制器控制电机转速与变速箱主轴转速一致后，变速箱电脑控制电磁离合器吸合。
7.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，包括：当检测到刹车信号，并且电摩的车速为v1时，电机控制器发送降档信号给变速箱电脑，变速箱电脑控制电磁离合器断开后，再控制变速箱降档，电机控制器控制电机转速与变速箱主轴转速一致后，变速箱电脑控制电磁离合器吸合。
8.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，当电摩设定为助推模式，电机控制器发送空挡信号给变速箱电脑，变速箱电脑控制电磁离合器断开后，再控制变速箱至空挡档位。
9.如权利要求5至8任一所述的控制方法，其特征在于，
所述v1为47-52km/h，所述n1为3800-4200rpm，所述M1为6.0-7.2N.m，所述M3为(1.2-2.4N.m)∪(10.8-12N.m)。
10.如权利要求5至8任一所述的控制方法，其特征在于，包括：
当检测到电摩的车速为v2、电机的转速为n2、电机输出扭矩为M2时，电机控制器发送升档信号给变速箱电脑，变速箱电脑控制电磁离合器断开后，再控制变速箱升档，电机控制器控制电机转速与变速箱主轴转速一致后，变速箱电脑控制电磁离合器吸合。
11.如权利要求10任一所述的控制方法，其特征在于，所述v2为54-58km/h，所述n2为4300-4700rpm，所述M2为7.6-8.6N.m。
12.如权利要求10任一所述的控制方法，其特征在于，所述v2为60-64km/h，所述n2为4800rpm-5200rpm，所述M2为6.6-7.6N.m。
13.如权利要求5至8任一所述的控制方法，其特征在于，包括：
当检测到电机的转速为0、电摩的车速为0、电机输出扭矩为0时，电机控制器发送启动信号给变速箱电脑，变速箱电脑控制电磁离合器吸合。
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