純電動(dòng)汽車兩擋機(jī)械式自動(dòng)變速器換擋控制系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及純電動(dòng)汽車自動(dòng)變速控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種純電動(dòng)汽車兩擋機(jī)械 式自動(dòng)變速器換擋控制系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電動(dòng)汽車作為一種清潔能源的交通工具，越來越被人們接受和重視。傳統(tǒng)的電動(dòng) 汽車都是采用直流電機(jī)與一個(gè)定速比的齒輪箱連接，依靠直流電機(jī)的調(diào)速來控制車輛的行 駛速度，由于電機(jī)力矩特性的固有限制，這一類的電動(dòng)汽車往往表現(xiàn)在低速時(shí)扭力不足，在 坡道、坑洼路面啟動(dòng)困難。隨之而來，出現(xiàn)了適用于電動(dòng)汽車的兩擋變速箱，通過減速比不 同的兩個(gè)擋位來調(diào)節(jié)輸出動(dòng)力和轉(zhuǎn)速，使電動(dòng)車在低速或爬坡時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到較大速比的擋 位，以獲得較大的輸出扭矩，在車輛行駛達(dá)到一定速度時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換到較小速比的擋位，以 獲得較高的輸出轉(zhuǎn)速，從而使電動(dòng)汽車在低速和高速時(shí)都有理想的表現(xiàn)。但傳統(tǒng)的換擋機(jī) 構(gòu)及控制機(jī)構(gòu)通常采用多級(jí)減速齒輪或者蝸輪蝸桿等機(jī)械結(jié)構(gòu)，一方面其結(jié)構(gòu)均相對(duì)復(fù) 雜，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)體積大，增加車輛自重并占用較大空間，另一方面對(duì)電動(dòng)汽車的行駛安全性和 舒適性造成較大影響。
[0003] CN102889375B公開一種純電動(dòng)汽車用兩擋機(jī)械式自動(dòng)變速器換擋控制方法，通 過位移傳感器結(jié)合堵轉(zhuǎn)信息的修正控制程序減小信息漂移對(duì)換擋過程的影響，一方面采用 位移傳感器增加變速箱體積和生產(chǎn)制造成本，并且位移傳感器的安裝，容易受到變速箱內(nèi) 空間位置的制約，不利于變速箱向小而精的方向發(fā)展，并且，對(duì)變速箱各部件的機(jī)械結(jié)構(gòu)精 確度要求較高，造成生產(chǎn)制造難度增加。同時(shí)，修整控制程序在位移傳感器發(fā)生信息漂移后 進(jìn)行修正的過程嚴(yán)重影響了換擋時(shí)間，在車輛行進(jìn)的過程中發(fā)生信息漂移，容易造成換擋 沖擊過大或換擋不到位之缺陷，嚴(yán)重影響換擋舒適性和精確可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小，避免采用 位移傳感器容易受變速箱空間位置制約的情況發(fā)生，利于變速箱向小而精的方向發(fā)展，并 且換擋快速、平穩(wěn)、精確、可靠，有效改善車輛行駛安全性和舒適性的純電動(dòng)汽車兩擋機(jī)械 式自動(dòng)變速器換擋控制系統(tǒng)及其控制方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：一種純電動(dòng)汽車兩擋機(jī)械式自動(dòng)變速 器換擋控制系統(tǒng)，包括整車控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變速控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器和直流伺服電機(jī)，所 述變速控制器通過CAN總線與整車控制器連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與整車控制器連接、并通過變速 箱的動(dòng)力輸入軸與變速箱連接，直流伺服電機(jī)通過伺服驅(qū)動(dòng)器與變速控制器連接、并通過 換擋機(jī)構(gòu)與變速箱連接。
[0006] 所述變速控制器包括微處理器和分別與所述微處理器連接的CAN通信模塊、PWM 脈沖量輸出電路模塊、電壓轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路模塊、故障診斷電路模塊、報(bào)警顯示電路模塊、時(shí) 鐘電路模塊和存儲(chǔ)電路模塊。
[0007] 整車控制器發(fā)出包括有1擋信息、2擋信息、自檢測(cè)信息、行車方向擋位信息、電池 組故障信息、腳踏板故障信息、電池組電壓信息和電池組電流信息八個(gè)字節(jié)的換擋信息，變 速控制器獲取所述換擋信息，并根據(jù)所述換擋信息通過伺服驅(qū)動(dòng)器控制所述直流伺服電機(jī) 調(diào)整擋位，換擋成功后，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)變速箱按照與換擋后的擋位相匹配的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行 運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0008] 所述微處理器為具備有64KBSRAM、512KBFLASH、6個(gè)定時(shí)器、3個(gè)SPI、2個(gè)IIC、 5個(gè)串口、1個(gè)CAN、3個(gè)12位的ADC、1個(gè)23位DAC、1個(gè)SDIO接口、1個(gè)FSMC接口以及112 個(gè)通用10 口的32位微處理器。
[0009] 所述變速控制器具有智能檢測(cè)換擋間距功能、故障診斷與處理功能。
[0010] 所述智能檢測(cè)換擋間距功能通過所述PWM脈沖量輸出電路模塊結(jié)合微處理器的 內(nèi)置定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能實(shí)現(xiàn)。
[0011] 所述故障診斷與處理功能是由伺服驅(qū)動(dòng)器返回故障信息或由整車控制器發(fā)送車 輛故障信息，并通過故障診斷電路模塊實(shí)現(xiàn)。
[0012] 所述變速控制器還連接有急停按鍵和恢復(fù)按鍵。
[0013] 所述換擋機(jī)構(gòu)包括與所述直流伺服電機(jī)連接的傳動(dòng)絲杠和設(shè)置在該絲杠上帶螺 母的撥叉，所述撥叉通過變速箱內(nèi)的同步器與變速箱的動(dòng)力輸入軸連接，變速箱的一擋齒 輪和二擋齒輪設(shè)置在該動(dòng)力輸入軸上。
[0014] -種純電動(dòng)汽車兩擋機(jī)械式自動(dòng)變速器換擋控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步 驟： 一、 車輛啟動(dòng)時(shí)自檢測(cè)： 1) 整車控制器向變速控制器發(fā)出自檢測(cè)指令，變速控制器通過PWM脈沖量輸出電路模 塊向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出正向PWM脈沖，控制直流伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，直到直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)到堵轉(zhuǎn) 的臨界點(diǎn)，伺服驅(qū)動(dòng)器反饋回堵轉(zhuǎn)報(bào)警信息至變速控制器，變速控制器通過內(nèi)置定時(shí)器的 計(jì)數(shù)功能得到伺服驅(qū)動(dòng)器在驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)過程中接受到的脈沖數(shù)，記為第一次脈沖數(shù)； 2) 接著，變速控制器的單片機(jī)再次通過PWM脈沖量輸出電路模塊由10 口向伺服驅(qū)動(dòng)器 發(fā)出逆向PWM脈沖，并通過單片機(jī)的內(nèi)置定時(shí)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，使直流伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，再次達(dá)到 堵轉(zhuǎn)的臨界點(diǎn)，伺服驅(qū)動(dòng)器再次發(fā)出堵轉(zhuǎn)報(bào)警信息，單片機(jī)接收到堵轉(zhuǎn)報(bào)警信息，記錄第二 次脈沖數(shù)，將兩次的脈沖數(shù)作為以后每次換擋的標(biāo)定； 二、 換擋： 1) 首先，整車控制器發(fā)送信息控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出扭矩為零； 2) 變速控制器獲取整車控制器發(fā)出的換擋信息，并反饋一個(gè)確認(rèn)信息給整車控制器表 示已接收到換擋信息； 3) 變速控制器根據(jù)上述標(biāo)定通過PWM脈沖量輸出電路模塊向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出一定量 的PWM脈沖，使伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)輸出一定扭矩，直流伺服電機(jī)帶動(dòng)換擋機(jī)構(gòu) 的傳動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)一定扭矩，使撥叉將同步器撥動(dòng)至目標(biāo)擋位，伺服驅(qū)動(dòng)器在換擋完成時(shí)向 變速控制器發(fā)出到位信息，提示變速控制器換擋成功； 4) 變速控制器向整車控制器發(fā)出換擋成功信息，整車控制器發(fā)送信息控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)變速箱按照相應(yīng)擋位和與擋位相匹配的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0015] 在換擋的步驟3)中，當(dāng)同步器與變速箱主軸上的擋位齒輪發(fā)生干涉時(shí)，直流伺服 電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)，同時(shí)伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出堵轉(zhuǎn)警報(bào)信息至變速控制器，變速控制器記錄當(dāng)前PWM 脈沖量輸出電路模塊向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出的PWM脈沖數(shù)，并將程序中該脈沖數(shù)作為全局變 量，在以后的每次換擋中將該全局變量作為換擋所需距離的依據(jù)。
[0016] 在自檢測(cè)的步驟1)、步驟2)和換擋的步驟3)中，直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，若按 下與變速控制器連接的急停按鍵，則直流伺服電機(jī)停轉(zhuǎn)；當(dāng)直流伺服電機(jī)停轉(zhuǎn)后，若按下與 變速控制器連接的恢復(fù)按鍵，則直流伺服電機(jī)恢復(fù)到上一個(gè)狀態(tài)的位置。
[0017] 上述換擋步驟2)~4)動(dòng)作在1秒內(nèi)完成。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是： 1、采用電氣系統(tǒng)控制自動(dòng)換擋，通過PWM脈沖數(shù)控制換擋間距，換擋快速、精確、一步 到位，有效避免了傳統(tǒng)方法中采用位移傳感器容易受變速箱空間位置制約缺陷，使變速箱 結(jié)構(gòu)更加簡單、體積更?。粨Q擋機(jī)構(gòu)采用傳動(dòng)絲杠和帶螺母的撥叉結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單、換擋精 確，并且換擋完成之后，具有自鎖功能，可有效避免脫擋等情況的發(fā)生；二者協(xié)同配合，可有 效減少電動(dòng)汽車空間占用和減輕車輛自重，并且有效改善車輛行駛安全性和續(xù)駛里程。
[0019] 2、換擋動(dòng)作在1秒內(nèi)完成，換擋時(shí)間短，脈沖定矩，換擋準(zhǔn)確、到位、沖擊小，有效 實(shí)現(xiàn)快速、平穩(wěn)地?fù)Q擋，從而有效提高車輛的動(dòng)力性和駕駛舒適性。
[0020] 3、通過更新全局變量的脈沖數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)換擋間距，并在此后整車調(diào)試時(shí)重 復(fù)利用，保障每次換擋的精確性和快速性，通過不斷的實(shí)驗(yàn)獲取伺服電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)的臨界 值，去除余量以保證電機(jī)的壽命，并且有效解決換擋機(jī)構(gòu)和變速箱等機(jī)械結(jié)構(gòu)制造誤差所 引起的換擋精度不足的問題，有效降低機(jī)械部分的制造成本，降低換擋沖擊性，提高變速箱 的使用壽命。
[0021] 4、通過故障診斷與處理功能，有效保障換擋和車輛行駛的安全性，通過急停按鍵 和恢復(fù)按鍵，有效保障車輛行駛過程中，遇到突發(fā)事件的緊急處置，保障駕駛?cè)藛T和車輛的 安全，避免造成不必要的人員和財(cái)產(chǎn)損失。
【附圖說明】
[0022] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明： 圖1是本發(fā)明的控制系統(tǒng)示意圖； 圖2是本發(fā)明的控制流程圖； 圖3是本發(fā)明變速箱結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明帶螺母的撥叉結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明圖4的剖視圖； 圖6為本發(fā)明傳動(dòng)絲杠的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024] 如圖1-6所示：一種純電動(dòng)汽車兩擋機(jī)械式自動(dòng)變速器換擋控制系統(tǒng)，包括由