專利名稱：一種電動汽車的動力總成的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動汽車的動力系統，更確切地講，涉及一種能適應外界條件，大 大提高電動汽車動力性和經濟性的動力源及動力傳動系統。
背景技術：
隨著燃油價格的上漲和人們環保意識的不斷增強，世界各國都在尋求一種可再生 的清潔替代能源。電能是被世界公認的一種可再生清潔能源。電動汽車由于其具有“零”排 放特征，同時變頻牽引電機的工作范圍非常寬，其低速時恒扭矩，高速時恒功率，非常適合 車輛運行的需要，因此電動汽車已成為當前國內外汽車行業發展的熱點。但是現在的電動汽車多采用固定速比的一擋減速器，盡管傳動方式簡單，制造成 本低，維修保養費用低。但是電動汽車驅動電機在絕大多數情況下處于效率很低的區域，這 樣會浪費寶貴的電池能量而使續駛里程減少。根據電動汽車的行駛特點，驅動電機應該既 能在恒轉矩區提供較高的瞬時轉矩，又能在恒功率區提供較高的運行速度來滿足車輛的高 速性要求和加速爬坡要求，在目前的技術條件下，電動汽車驅動電機很難滿足這樣的要求。
發明內容
本動力總成采用一種自動變速系統，能根據電動汽車行駛狀況自動切換擋位來主 動適應路面變化和駕駛需要，從而使驅動電機的工作區域擴大，保證驅動電機總是能夠工 作在理想的區域，從而提高電動汽車的動力性和經濟性，降低驅動電機的控制難度，減少電 動汽車電池容量，大大提高電動汽車的性價比。另外，此自動變速系統是在原有固定軸式齒輪變速器的基礎上加裝電控系統實現 自動換擋，傳動效率高，技術難度相對較低，價格低廉，非常適合中國的國情。在中國這樣的 人口大國，未來的電動汽車使用數量捋會十分巨大，此動力總成對電動汽車的節能增效具 有非常重要的意義。本發明提供的電動汽車動力總成包括驅動電機(2)和動力傳動系統(1)，并且包 括驅動電機控制器(25)和自動變速器控制器(24)。驅動電機采用永磁同步電機。動力傳動 系統(1)包括齒輪傳動系統、自動換擋系統和自動駐車系統。其中，齒輪傳動系統包括差速 器總成(13)、輸入軸(16)、撥叉及同步器(17)、1擋齒輪及2擋齒輪(18)。自動換擋系統包 括換擋電機(4)、撥叉(5)、撥叉軸(7)、換擋軸(6)、換擋蓋板(8)、換擋軸轉角傳感器(9)、 換擋位置檢測桿(10)、換擋電機蓋板(11)、擋位傳感器(12)。自動駐車系統包括P擋電機 (3)、P擋棘爪(15)、P擋棘爪壓板(19)、彈簧預緊機構(20)、P擋軸(21)、P擋蓋板(22)、P 擋位置檢測桿(23)、P擋位置傳感器(24)。為了使本動力總成與電動汽車其它部分相協調，驅動電機控制器(25)和自動變 速器控制器(24)與電動汽車整車控制器(27)和電池管理系統(26)通過CAN總線進行實時 通信，形成一套電動汽車綜合控制系統。其中，自動變速器控制器(24)采集手柄擋位位置 信號、車速信號(29)及同步器當前位置信號，并通過CAN總線得到油門開度信號(28)。驅動電機控制器(25)向驅動電機發出轉矩轉速指令，并輸出當前轉速信號。整車控制器(27)實時采集油門開度信號(28)和由自動變速器控制器(24)采集，經CAN總線發送的車速信 號(29)，并根據制定的電機輸出轉矩控制策略，計算出當前驅動電機目標轉矩，并通過CAN 總線發給驅動電機控制器(25)，讓驅動電機輸出此目標轉矩。當需要換擋時，自動變速器控 制器(24)通過CAN總線向驅動電機控制器(25)發出指令，讓其進入自由模式，并讓其調節 到目標轉速，然后換擋執行機構開始進行換擋動作，換到目標擋位后，再發出指令讓電機切 換到轉矩模式，于是整個換擋過程結束。通過此種方式，實現各個控制器間良好的協調。為了降低整個系統的開發難度，并結合實際情況，本系統采用2擋自動變速系統， 當需要換擋時，撥叉在換擋執行機構的驅動下，在1擋、N擋和2擋位置間不斷切換，讓不同 的齒輪傳遞動力，從而改變傳動比。為了使電動汽車能更安全的駐車，本發明采用一種自動駐車系統。當電動車輛停 車時，車速為零，駕駛員把手柄從D擋調到P擋。此時P擋電機(3)開始轉動，于是P擋軸 (21)隨之轉動，P擋棘爪(15)在彈簧預緊機構(20)的壓力下開始向下運動。P擋位置檢 測桿(23)通過花鍵與P擋軸(21)連接在一起。當P擋軸(21)旋轉到一定位置時，P擋位 置檢測桿(23)檢測到達目標位置，于是P擋電機(3)停轉。P擋電機(3)裝有蝸輪蝸桿減 速器，通過蝸輪蝸桿實現自鎖，保持當前電機旋轉位置的固定。P擋棘爪(15)在彈簧預緊 機構(20)的推動下，與棘輪(14)嚙合，實現對變速器輸出軸的鎖止。如果P擋棘爪(15) 沒有恰好到達棘輪(14)凹槽位置。那么在彈簧預緊機構(20)的預緊力作用下，只要棘輪 (14)有略微轉動，棘爪(15)就會滑入棘輪(14)的凹槽中，實現對變速器輸出軸的鎖止。如 果駕駛員要啟動汽車時，當駕駛員把換擋手柄位置從P擋移開時，P擋電機(3)開始反向旋 轉，于是棘爪(15)脫離棘輪(15)，解除對變速器輸出軸的鎖止。當P擋電機(3)旋轉到目 標擋位時，P擋位置檢測桿(23)檢測到達目標位置，于是P擋電機(3)停止轉動，并利用蝸 輪蝸桿機構自鎖，停止在此位置。為了實現電機的雙向旋轉，本發明采用H橋驅動電路模 塊。為了檢測電機的旋轉位置，本發明采用霍爾位置傳感器與位置檢測桿機構，其中位置檢 測桿裝有磁鋼。本發明并利用驅動電機特性及整車相關參數，制定合理的換擋規律。整車控制器 (27)把采集到的油門開度信號(28)經CAN總線發給自動變速器控制器(24)，自動變速器 再根據車速傳感器采集到的車速信號(29)和油門開度信號(28)，利用所制定的換擋規律， 計算出當前目標擋位，然后給自動變速器控制器(24)中的換擋電機控制模塊發出換擋指 令，換擋電機(4)開始轉動，于是換擋軸(6)也隨之轉動。換擋軸(6)下端有扇形齒輪，扇 形齒輪與撥叉軸(7)上的齒條嚙合，讓撥叉軸(7)能夠沿直線移動。撥叉(5)通過彈性銷 與撥叉軸(7)連接在一起，與撥叉軸(7) —起運動。換擋位置檢測桿(10)通過花鍵與換擋 軸(6)連接在一起，與換擋軸(6) —起轉動。當撥叉(5)運動到目標位置時，換擋軸轉角傳 感器(9)檢測到位置信號，于是換擋電機(4)斷電，停止轉動。換擋電機(4)裝有蝸輪蝸桿 減速器，此時通過蝸輪蝸桿實現自鎖，使撥叉保持在目標擋位而不至于脫擋。為了減小自動變速器在換擋過程中的沖擊，提高換擋品質，需要實時控制換擋力 和換擋速度。為此加裝換擋軸轉角傳感器(9)，此傳感器與換擋軸(6)相連，下端與換擋蓋 板(8)配合。利用換擋軸轉角傳感器(9)實時檢測換擋電機(4)的旋轉位置從而實時計算 出同步器撥叉位置。根據制定好的換擋電機(4)控制策略，實時控制換擋電機(4)的輸出轉矩，滿足換擋的平順性要求。另外，利用驅動電機轉矩轉速易于調節的特點，本發明采用的是無離合器自動換擋技術，在換擋過程中，對驅動電機轉速進行調節，大大降低換擋時的 沖擊度。采用本發明的電動汽車動力總成，極大地提高電動汽車的動力性和經濟性，對電 動汽車驅動電機的要求大大降低，這對提高電動汽車的市場競爭力具有十分重要的意義。 另外，此動力總成中的自動駐車系統滿足行駛車況和駕駛員意圖，與手剎配合使用，大大提 高電動汽車駐車可靠性。
圖1是根據本發明用于電動汽車的動力總成結構示意圖。圖2是根據本發明用于電動汽車的齒輪傳動系統結構示意圖。圖3是根據本發明用于電動汽車的自動換擋系統結構示意圖。圖4是根據本發明用于電動汽車的自動駐車系統示意圖。圖5是根據本發明用于電動汽車的整車綜合控制系統組成示意圖。圖6是根據本發明用于電動汽車的換擋控制系統流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細說明。所述電動汽車動力總成包括兩個部分驅動電機(2)和動力傳動系統(1)。所述的驅動電機⑵是永磁同步電機。所述的動力傳動系統(1)包括齒輪傳動系統、自動換擋系統和自動駐車系統。所述齒輪傳動系統包括差速器總成(13)、輸入軸(16)、撥叉及同步器(17)、1擋齒 輪及2擋齒輪(18)。所述自動換擋系統包括換擋電機(4)、撥叉(5)、撥叉軸(7)、換擋軸(6)、換擋蓋板 (8)、換擋軸轉角傳感器(9)、換擋位置檢測桿(10)、換擋電機蓋板(11)、擋位傳感器(12)。所述自動駐車系統包括P擋電機(3)、P擋棘爪(15)、P擋棘爪壓板(19)、彈簧預 緊機構(20)、P擋軸(21)、P擋蓋板(22)、P擋位置檢測桿(23)、P擋位置傳感器(24)。自動變速器控制器(24)不斷檢測車速信號(29)，并接收油門開度信號(28)，然后 根據這兩個參數判斷當前目標擋位。當需要換擋時，自動變速器通過CAN總線給驅動電機 控制器(25)發出指令，讓驅動電機切換到自由模式，換擋電機(4)開始旋轉。于是換擋軸 (6)也隨之轉動。換擋軸(6)下端有扇形齒輪，扇形齒輪與撥叉軸(7)上的齒條嚙合，讓撥 叉軸(7)能夠沿直線移動。撥叉(5)通過彈性銷與撥叉軸(7)連接在一起，與撥叉軸(7) 一起運動。當撥叉運行到空擋位置時，自動變速器控制器(24)根據車速信號(29)和原有 擋位信息計算出換擋前的變速器輸出軸轉速，然后向驅動電機控制器(25)發出指令，讓驅 動電機調到這個轉速。當驅動電機完成調速后，通過CAN總線向自動變速器控制器(24)反 饋目前轉速。于是換擋電機旋轉，驅使撥叉繼續運動。由于在撥叉行進過程中，換擋力在不斷變化，為了降低換擋沖擊，換擋軸轉角傳感 器(9)不斷檢測電機旋轉位置從而實時計算出撥叉位置。根據制定好的換擋電機(4)控制 策略，根據撥叉的位置調節驅動電機的轉矩。當撥叉行進到目標位置時，位置檢測擺桿(10)檢測到達此位置，于是換擋電機(4)停止轉動，并利用其蝸輪蝸桿機構保持自鎖狀態。最后自動變速器控制器(24)給電機控制器(25)發出指令，讓驅動電機進入轉矩模式，于是完成 整個換擋動作。 當電動車輛停車時，車速為零，駕駛員把手柄從D擋調到P擋。此時P擋電機(3) 開始轉動，于是P擋軸(21)隨之轉動，P擋棘爪(15)在彈簧預緊機構(20)的壓力下開始 向下運動。P擋位置檢測桿(23)通過花鍵與P擋軸(21)連接在一起。當P擋軸(21)旋 轉到一定位置時，P擋位置檢測桿(23)檢測到達目標位置，于是P擋電機(3)停轉。P擋電 機(3)裝有蝸輪蝸桿減速器，通過蝸輪蝸桿實現自鎖，保持當前電機旋轉位置的固定。P擋 棘爪(15)在彈簧預緊機構(20)的推動下，與棘輪(14)嚙合，實現對變速器輸出軸的鎖止。 如果P擋棘爪(15)沒有恰好到達棘輪(14)凹槽位置，那么在彈簧預緊機構(20)的預緊力 作用下，只要棘輪(14)有略微轉動，棘爪(15)就會滑入棘輪(14)的凹槽中，實現對變速器 輸出軸的鎖止。如果駕駛員要啟動汽車時，當駕駛員把換擋手柄位置從P擋移開時，P擋電 機⑶開始反向旋轉，于是棘爪(15)脫離棘輪(15)，解除對變速器輸出軸的鎖止。當P擋 電機⑶旋轉到目標擋位時，P擋位置檢測桿(23)檢測到達目標位置，于是P擋電機(3)停 止轉動，并利用蝸輪蝸桿機構自鎖，停止在此位置。
權利要求
一種電動汽車動力總成，包括驅動電機(2)和動力傳動系統(1)，其中動力傳動系統(1)包括齒輪傳動系統、自動換擋系統和自動駐車系統；所述的驅動電機(2)為永磁同步電機；所述的動力傳動系統(1)還包括自動變速器控制器(24)、驅動電機控制器(25)，所述自動變速器控制器和所述驅動電機控制器與整車控制器(27)、電池管理系統(26)相結合，通過CAN總線實現信息交換，形成一整套電動汽車綜合控制系統；其中所述的齒輪傳動系統為2擋固定軸式，所述齒輪傳動系統包括差速器總成(13)、輸入軸(16)、撥叉及同步器(17)、1擋齒輪及2擋齒輪(18)；所述自動換擋系統包括換擋電機(4)、撥叉(5)、撥叉軸(7)、換擋軸(6)、換擋蓋板(8)、換擋軸轉角傳感器(9)、換擋位置檢測桿(10)、換擋電機蓋板(11)、擋位傳感器(12)；所述的自動駐車系統包括P擋電機(3)、P擋棘爪(15)、P擋棘爪壓板(19)、彈簧預緊機構(20)、P擋軸(21)、P擋蓋板(22)、P擋位置檢測桿(23)、P擋位置傳感器(24)，通過這些機構，可以在掛上P擋時讓棘輪處于鎖止狀態，從而讓車輪抱死，摘下P擋時解開棘輪，車輪可以自由旋轉。
2.按照權利要求1所述的電動汽車動力總成，其中所述的自動變速器控制器(24)采集 車速信號(29)和換擋手柄位置信號(30)、撥叉位置信號，并通過CAN總線得到整車控制器 (27)采集的車速信號(28)；驅動電機控制器輸出當前驅動電機轉速信息，并讓驅動電機輸 出目標轉矩；整車控制器(27)采集油門踏板信號(28)，并根據當前車速信號計算出當前所 需的轉矩，然后向驅動電機控制器(25)發出所需轉矩信號。
3.按照權利要求2所述的電動汽車動力總成，其中所述的自動變速器控制器(24)通過 當前車速信號(24)和油門開度信號(28)判斷目標擋位。
4.按照權利要求3所述的電動汽車動力總成，其中所述的自動變速器控制器(24)與 驅動電機控制器(25)相互協調，當需要換擋時，自動變速器控制器(24)發出換擋指令，驅 動電機控制器(25)讓驅動電機進入自由模式，對驅動電機轉速進行調節；當到達目標擋位 后，自動變速器控制器(24)發出換擋指令，驅動電機控制器(25)讓驅動電機進入轉矩模 式，從而完成換擋過程；利用此方式，不采用離合器，實現自動變速器的平穩換擋。
5.按照權利要求1所述的電動汽車動力總成，其中所述撥叉及同步器(17)的執行機構 為齒輪齒條機構，其中齒輪為扇形齒輪。
6.按照權利要求5所述的電動汽車動力總成，其中所述撥叉及同步器(17)的執行機構 動力源為直流電機，并帶有蝸輪蝸桿機構以實現自鎖。
7.按照權利要求6所述的電動汽車動力總成，其中所述撥叉及同步器(17)的執行機構 包括一套位置檢測系統，所述位置檢測系統包括倒擋位置傳感器和電機轉角傳感器。
8.按照權利要求7所述的電動汽車動力總成，其中所述倒擋位置傳感器包括1擋位置 傳感器、2擋位置傳感器、空擋位置傳感器，所述倒擋位置傳感器可以為霍爾位置傳感器或 者磁感應式位置傳感器、光電式位置傳感器，所述電機轉角傳感器采用霍爾式傳感器，實時 檢測電機轉角從而實時檢測撥叉位置。
9.按照權利要求8所述的電動汽車動力總成，其中所述倒擋位置傳感器用來檢測撥叉 是否到達目標位置，如果到達目標位置，則換擋電機停止轉動并利用蝸輪蝸桿機構實現自 鎖；所述電機轉角傳感器用來實時檢測換擋電機的轉角從而實時檢測撥叉的位置；根據所 述撥叉的位置來調節換擋電機的輸出轉矩和轉速，實現撥叉整個運行過程的實時控制。
10.按照權利要求1所述的電動汽車動力總成，其中所述彈簧預緊機構對棘爪施加預緊力，保證在任何時候均能實現對變速器輸出軸的鎖止。
11.按照權利要求10所述的電動汽車動力總成，其中所述自動駐車系統通過當前車速 信號和手柄位置判斷是否掛P擋，若是，則P擋電機開始旋轉。
12.按照權利11要求所述的電動汽車動力總成，其中所述自動駐車系統中的所述P擋 位置傳感器為霍爾式位置傳感器，也可以為磁感應式和光電式，所述P擋位置檢測桿裝有 磁鋼。
13.按照權利要求12所述的電動汽車動力總成，其中所述的自動駐車系統通過當前車 速信號和手柄位置判斷是否掛P擋。
14.按照權利要求13所述的電動汽車動力總成，其中所述的換擋電機根據自動駐車系 統所發出的指令運動；當需要掛上P擋時，P擋電機開始旋轉，當位置檢測桿檢測到達目標 位置時，P擋電機停止轉動；若需要解除P擋時，P擋電機反向旋轉解除對變速器輸出軸的 鎖止；當位置檢測桿檢測到達目標位置時，P擋電機停止轉動并利用蝸輪蝸桿機構在此位 置自鎖；P擋電機正反轉由H橋驅動模塊實現。
全文摘要
本發明提供的電動汽車動力總成包括驅動電機(2)和動力傳動系統(1)。驅動電機采用永磁同步電機。動力傳動系統(1)包括齒輪傳動系統、自動換擋系統和自動駐車系統。齒輪傳動系統包括差速器總成(13)、輸入軸(16)、撥叉及同步器(17)、1擋齒輪及2擋齒輪(18)。自動換擋系統包括換擋電機(4)、撥叉(5)、撥叉軸(7)、換擋軸(6)、換擋蓋板(8)、換擋軸轉角傳感器(9)、換擋位置檢測桿(10)、換擋電機蓋板(11)、擋位傳感器(12)。自動駐車系統包括P擋電機(3)、P擋棘爪(15)、P擋棘爪壓板(19)、彈簧預緊機構(20)、P擋軸(21)、P擋蓋板(22)、P擋位置檢測桿(23)、P擋位置傳感器(24)。
文檔編號B60K17/12GK101817307SQ20101015684
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月27日 優先權日2010年4月27日
發明者張寅 , 朱振宇, 袁一卿 申請人:上海中科深江電動車輛有限公司