專利名稱：一種電動車驅動系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于電動汽車領域，具體涉及一種電動汽車的驅動系統。
背景技術：
近年來，由于全球能源的日益緊張和環境的不斷惡化，高效、節能、環保的電動汽車呈加速發展的趨勢。為了保證電動汽車操縱簡單方便，具有良好的行駛性能、靈活性、穩定性和舒適性，電動汽車應具有與其行駛和使用要求相適應的動力傳動系統。在當前的電動汽車中，大多采用單電機獨立驅動形式，這樣能最大限度減少相應的質量和成本，但是這樣的系統對于電動機、離合器和變速器之間的匹配和控制要求較高。 為了滿足電動汽車整車的動力性、經濟性、舒適性等相關要求，研發性能優良的變速系統顯得尤為重要。在汽車動力傳動技術領域，能夠消除頻繁的起步、換擋，減輕駕駛員的操縱強度的機械式自動變速系統得到越來越多的應用。機械自動變速系統操縱機構樣式很多，尤以液壓操縱機構為主。近年來以電機為執行機構的操縱裝置因為性能穩定、維護方便、結構緊湊、可靠性高、響應速度和控制精度高等優點越來越受到重視。具體地說，離合器操作的特點是必須保證快速分離的分離速度，否則會增加離合器的磨損，而在離合器結合的時候速度要慢得多，以此保證離合器的結合平穩。但是現在汽車領域中，大多數采用電控一液壓操縱機構，機構較為復雜，維修難度大、響應速度慢、控制精度較低。而直線電機是一種將電能直接轉換成直線運動而不需要通過任何中間轉換機構的新穎驅動裝置。它相當于一個獨立的驅動元件，具有無接觸、無磨損、低噪聲、高精度等優點，是驅動離合器往復運動的理想選擇。機械式自動變速器是在機械變速器的基礎上增加自動操縱裝置，因其成本較低， 維護和保養容易，效率高，有利于節能減排，有著非常廣闊的應用前景。申請號為200920130219的中國專利公開了一種換檔動力補償裝置，其特征在于 所述換檔動力補償裝置包括動力源、雙離合器、機械式自動變速器，所述機械式自動變速器設有高、低檔位齒輪、離合器、中空軸、位于中空軸內的芯軸、以及通過高、低檔位齒輪與所述中空軸相配合的輸出軸，所述高檔位齒輪空套在中空軸上，所述動力源通過雙離合器連接到所述機械式自動變速器的中空軸上，所述離合器的輸入端通過所述芯軸與雙離合器相連，輸出端與所述機械式自動變速器的高檔位齒輪連接，該申請采用雙離合器，結構復雜。在自動變速系統的控制上，由于離合器狀態的多變性，尤其以離合器的控制為難點，所以采用可以自學習、自補償的控制策略來適應這些變化，顯得尤為重要。
發明內容
本發明的目的在于提供一種電動車驅動系統總成，以滿足整車動力性、經濟性、 舒適性及其操縱方便、安全可靠等相關要求。
所述電動車驅動系統，主要由驅動電機及控制器、自動離合器和機械式自動變速器(AMT)組成，其中自動離合器又包括離合器和驅動裝置及其可選的機械增力機構；機械式自動變速器又包括機械變速器、選擋電機及其操縱機構、換擋電機及其操縱機構，所述自動離合器的主動部分與車輛驅動電動機輸出軸相連，從動部分與機械式自動變速器的輸入軸相連，所述自動離合器采用干式膜片彈簧離合器，在不改變離合器基本結構的基礎上，對離合器接合與分離的位移和速度進行實時控制；所述干式膜片彈簧離合器由直線電機或旋轉電機加凸輪機構驅動其直接或間接的接合和分離；所述機械式自動變速器采用定軸齒輪式變速器，具體傳動結構主要包括輸入軸總成、中間軸總成、輸出軸總成三部分，其特征在于，所述控制器能向CAN網絡發布信息，包括電壓、電流、扭矩、轉速、電機溫度、控制器溫度、電機運行狀態、控制器運行狀態、水泵電源運行狀態、故障代碼，電機控制器預留檢測端口，以方便調試和維護；所述驅動電機及控制器具備電氣保護功能，電機與控制器具備欠壓保護功能，在輸入電壓低于^OVDC時，電機控制器保護停機，電機與控制器具備過壓保護功能，在輸入電壓或者制動電壓大于450VDC時，電機控制器保護停機，電機與控制器具備過流和短路保護功能，電機與控制器具備熱保護功能，電機與控制器發生電氣保護時，除水泵繼續運轉Imin外，其它立刻停止，電機控制器發生電氣保護可以自動回復。所述第一軸即輸入軸總成，主要由與第一軸制成一體的一軸常嚙合齒輪組成；所述中間軸總成主要由與中間軸制成一體的中間軸N擋常嚙合齒輪(N為任意自然數)和中間軸常嚙合齒輪組成；所述第二軸總成主要由輸出軸以及空套在其上的二軸N擋齒輪及同步器組成，如圖1所示。所述機械式自動變速器的選位、換擋執行機構采用直流電機驅動，所述的電機均由車載蓄電池提供電能。所述系統中設置了制動狀態傳感器，用于感知制動信息；位移傳感器，用于表征離合器接合、分離的程度；轉速傳感器包括離合器輸入、輸出軸傳感器和車速傳感器，用于采集控制參數；擋位傳感器，用于傳達換擋信號。在車輛儀表盤處設置的主要包括前進擋開關、倒擋開關、制動指示燈、倒車指示燈、擋位顯示、強制保護模式報警、故障報警、誤操作報警、過載報警。該系統控制實現上采用了分層式控制策略，分布式的結構實現，并將其融入控制器局域網(CAN)。優選的，上述控制策略分為兩層，上層控制策略通過判斷駕駛員意圖、檢測外界條件及汽車運行工況，得出離合器接合規律；下層控制策略即是控制離合器執行機構跟蹤離合器接合規律。所述自動離合器采用了自學習補償控制策略，模糊控制和PID控制算法，對離合器接合與分離的位移和速度進行實時控制。所述電動車驅動系統的控制方法為，車輛起步時，離合器始終處于全接合狀態，車輛靠自身驅動電機的速度特性起步，所述車輛起步狀態的判定條件是車輛處于前進擋或倒車擋狀態且車速為零，車輛加減速時，即駕駛員踩下加速踏板，根據換擋規律，達到換擋點后，離合器控制單元控制其迅速分離，此時車輛驅動電機控制器根據AMT控制單元發出的目標轉速進行調速，目標轉速是由AMT控制單元根據車速和目標擋位計算得到；與此同時， AMT控制單元接收到離合器分離的狀態反饋后，控制變速器完成摘擋動作，選位操縱，隨即進行換擋操作；完成換擋操縱后，AMT控制單元向驅動電機控制單元發出自由模式請求，此時無論驅動電機的調速是否達到目標轉速，都要強制進入自由模式；確認電機處于自由模式后，AMT控制單元傳遞請求接合信息給離合器控制單元，待離合器接合后，向控制電機發出力矩模式請求，電機恢復為正常力矩輸出模式，進入正常行駛狀態。所述自動換擋規律采用基于加速踏板開度、車速和加速度的三參數換擋規律。車輛加減速時，遵循逐級加減檔的原則。離合器的接合速度是通過主、從動部分的轉速差來確定的，遵循轉速差越大，接合速度越慢，轉速差越小，接合速度越快的原則。離合器接合量是選用從動部分的轉速以及主、從動部分的轉速差作為控制參數， 要點在于根據轉速差及其變化速度，通過控制算法及時并適當的調整接合程度，使得主、從動部分得以最快速度接近，但又不得過快超過設定閥值的轉速差增量。車輛遵循制動優先的原則，只有當制動解除時，自動變速系統才會根據自動換擋規律進行換擋，此工況允許越級換擋。誤操作時，首先指車輛驅動電動機還在前進狀態時，誤啟動倒擋開關，此時離合器應立即迅速分離，立即報警；其次，當駕駛員同時踩下加速踏板和制動踏板時，認為制動信號有效。超載時，離合器應迅速分離，限制傳動系統所承受的最大轉矩，防止傳動系統過載。所述自動離合器是通過裝在加速踏板轉動軸上的角位移傳感器信號，控制其所處狀態，使電動汽車根據需要選擇合適的速度行駛。當驅動電機控制單元、離合器控制單元、AMT控制單元中的任意控制單元或控制局域網(CAN)無法正常工作時，車輛進入強制保護模式并報警，此時車輛只能以當前行駛狀態行駛，或停車，不允許進行換擋操作。
圖1為本發明電動車驅動系統優選實施例的結構原理圖； 圖2為本發明電動車驅動系統優選實施例的結構示意圖3為本發明電動車驅動系統優選實施例的工作原理圖； 圖4為本發明電動車驅動系統優選實施例的分布式網絡電子系統示意圖； 圖5為本發明電動車驅動系統優選實施例的正常工作控制流程圖。圖中
1.驅動電機、2.自動離合器、3.第一軸、4. 一軸常嚙合齒輪、5. 二軸一擋齒輪、6. 二軸二擋齒輪、7. 二軸三擋齒輪、8.第二軸、9.中間軸、10.中間軸三擋常嚙合齒輪、11. 中間軸二擋常嚙合齒輪、12.中間軸一擋常嚙合齒輪、13.中間軸常嚙合齒輪、14、直線電機、15、機械式自動變速器(AMT)。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進行詳細描述。以3擋變速器為例進行說明，參考圖1、圖2，該電動車驅動系統，主要由驅動電機1及控制器、自動離合器2和機械式自動變速器15組成，其中自動離合器2又包括離合器和驅動裝置及其可選的機械增力機構；機械式自動變速器又包括機械變速器、選擋電機及其操縱機構、換擋電機及其操縱機構；所述自動離合器2的主動部分與車輛驅動電機輸出軸相連，從動部分與機械式自動變速器的輸入軸相連；所述自動離合器2采用干式膜片彈簧離合器，在不改變離合器基本結構的基礎上，對離合器接合與分離的位移和速度進行實時控制，結構簡單，成本更低；所述干式膜片彈簧離合器由直線電機14驅動其直接或間接(主要指機械式增力機構)的接合和分離；所述機械式自動變速器采用定軸齒輪式變速器，具體傳動結構主要包括變速器輸入軸總成、中間軸總成、輸出軸總成三部分；所述輸入軸總成， 主要由與第一軸3制成一體的一軸常嚙合齒輪4組成；所述中間軸總成主要由與中間軸9 制成一體的中間軸三擋常嚙合齒輪10、中間軸二擋常嚙合齒輪11、中間軸一擋常嚙合齒輪 12、中間軸常嚙合齒輪13組成；所述輸出軸總成主要由輸出軸以及空套在其上的二軸三擋齒輪7、二軸二擋齒輪6、二軸一檔齒輪5、一二擋同步器、三擋同步器等組成；所述機械式自動變速器的選位、換擋執行機構采用直流電機驅動，使用車載電源為動力源。所述的電動機均由車載蓄電池提供電能；所述車載蓄電池可以是磷酸鐵鋰動力電池、鉛酸電池、鎳氫電池、鋅空氣電池等。參考圖3、圖4，該系統控制實現上采用了分層式控制策略，分布式的結構實現，并將其融入控制器局域網(CAN)；上述控制策略分為兩層，上層控制策略通過判斷駕駛員意圖、檢測外界條件及汽車運行工況，得出離合器接合規律；下層控制策略即是控制離合器執行機構跟蹤離合器接合規律。所述自動離合器采用了自學習補償控制策略，模糊控制和PID 控制算法，對離合器接合與分離的位移和速度進行實時控制。電機控制器通過CAN總線和整車控制器通訊，并響應整車控制器的指令。電機及控制器能按照整車控制器采集并傳輸的加速踏板指令運轉。在松開加速踏板時，不需要電機控制器自行電制動。從電機軸伸端看，電機默認旋向為逆時針，當接收到整車控制器采集并傳輸的倒檔指令時，從電機軸伸端看，電機必須順時針方向旋轉。電機及控制器可以按照整車控制器采集并傳輸的制動指令進行制動。當電機控制器接收到制動指令后，產生隨時間變化的制動力矩和反電壓，此反電壓必須小于450V。電機及其控制器的冷卻方式為水冷，自帶冷卻水泵及水泵電源。當冷卻水泵只為 30kw電機及其控制器提供冷卻時，由電機控制器控制水泵和散熱器散熱風扇的運轉。由膨脹水箱水位傳感器提供信號到電機控制器，膨脹水箱無水時，電機控制器停止工作。電機控制器響應整車控制器的降功率行駛指令，功率降至15kw、扭矩降至60Nm。 電機控制器會響應整車控制器的停車指令，除水泵繼續運轉Imin外，其它立刻停止。在沒有踩下加速踏板的前提下，電機控制器會響應整車控制器的恒轉速運轉指令，可以以 1500rpm轉速持續運轉。電機控制器應能向CAN網絡發布信息，包括電壓、電流、扭矩、轉速、電機溫度、控制器溫度、電機運行狀態、控制器運行狀態、水泵電源運行狀態、故障代碼等。電機控制器預留檢測端口，以方便調試和維護。電機與控制器具備電氣保護功能。電機與控制器具備欠壓保護功能，在輸入電壓低于^OVDC時，電機控制器保護停機。電機與控制器具備過壓保護功能，在輸入電壓或者制動電壓大于450VDC時，電機控制器保護停機。電機與控制器必須具備過流和短路保護功能。電機與控制器具備熱保護功能。電機與控制器發生電氣保護時，除水泵繼續運轉Imin 外，其它立刻停止。電機控制器發生電氣保護可以自動回復。參考圖5，基于上述自動變速系統的車輛，起步時，離合器始終處于全接合狀態， 車輛靠自身驅動電機的速度特性起步；車輛加減速時，即駕駛員踩下加速踏板，根據換擋規律，達到換擋點后，離合器控制單元控制其迅速分離，此時車輛驅動電機控制器根據AMT控制單元發出的目標轉速進行調速，目標轉速是由AMT控制單元根據車速和目標擋位計算得到；與此同時，AMT控制單元接收到離合器分離的狀態反饋后，控制變速器完成摘擋動作， 選位操縱，隨即進行換擋操作；完成換擋操縱后，AMT控制單元向驅動電機控制單元發出自由模式請求，此時無論驅動電機的調速是否達到目標轉速，都要強制進入自由模式；確認電機處于自由模式后，AMT控制單元傳遞請求接合信息給離合器控制單元，待離合器接合后， 向控制電機發出力矩模式請求，電機恢復為正常力矩輸出模式，進入正常行駛狀態；車輛制動時，車輛遵循制動優先的原則，只有當制動解除時，自動變速系統才會根據自動換擋規律進行換擋，但值得說明的是，此工況允許越級換擋；誤操作時，首先指車輛驅動電動機還在前進狀態時，誤啟動倒擋開關，此時離合器應立即迅速分離，立即報警；其次，當駕駛員同時踩下加速踏板和制動踏板時，認為制動信號有效；超載時，離合器應迅速分離，限制傳動系統所承受的最大轉矩，防止傳動系統過載。上述車輛起步狀態的判定條件是車輛處于前進擋或倒車擋狀態且車速為零；車輛加減速時，遵循逐級加減檔的原則。上述離合器的接合速度是通過主、從動部分的轉速差來確定的，大體上來說，遵循轉速差越大，接合速度越慢，轉速差越小，接合速度越快的原則；離合器接合量是選用從動部分的轉速以及主、從動部分的轉速差作為控制參數，根據轉速差及其變化速度，通過控制算法及時并適當的調整接合程度，使得主、從動部分得以最快速度接近，但又不得過快超過設定閥值的轉速差增量。上述自動離合器是通過裝在加速踏板轉動軸上的角位移傳感器信號，控制其所處狀態，使電動汽車根據需要選擇合適的速度行駛；自動變速系統中設置了制動狀態傳感器， 用于感知制動信息；位移傳感器，用于表征離合器接合、分離的程度；轉速傳感器包括離合器輸入、輸出軸傳感器和車速傳感器，用于采集控制參數；擋位傳感器，用于傳達換擋信號等。另外，車輛儀表盤處設置了一系列的開關、指示燈和顯示屏，涉及到本發明的主要包括前進擋開關、倒擋開關、制動指示燈、倒車指示燈、擋位顯示、強制保護模式報警、故障報警、誤操作報警、過載報警等。當驅動電機控制單元、離合器控制單元、AMT控制單元中的任意控制單元或控制局域網(CAN)無法正常工作時，車輛進入強制保護模式并報警，此時車輛只能以當前行駛狀態行駛，或停車，不允許進行換擋操作。
權利要求
1.一種電動車驅動系統，主要由驅動電機及控制器、自動離合器和機械式自動變速器 (AMT)組成，其中自動離合器又包括離合器和驅動裝置及其可選的機械增力機構；機械式自動變速器又包括機械變速器、選擋電機及其操縱機構、換擋電機及其操縱機構，所述自動離合器的主動部分與車輛驅動電動機輸出軸相連，從動部分與機械式自動變速器的輸入軸相連，所述自動離合器采用干式膜片彈簧離合器，在不改變離合器基本結構的基礎上，對離合器接合與分離的位移和速度進行實時控制；所述干式膜片彈簧離合器由直線電機或旋轉電機加凸輪機構驅動其直接或間接的接合和分離；所述機械式自動變速器采用定軸齒輪式變速器，具體傳動結構主要包括輸入軸總成、中間軸總成、輸出軸總成三部分，其特征在于， 所述控制器能向CAN網絡發布信息，包括電壓、電流、扭矩、轉速、電機溫度、控制器溫度、電機運行狀態、控制器運行狀態、水泵電源運行狀態、故障代碼，電機控制器預留檢測端口，以方便調試和維護；所述驅動電機及控制器具備電氣保護功能，電機與控制器具備欠壓保護功能，在輸入電壓低于^OVDC時，電機控制器保護停機，電機與控制器具備過壓保護功能， 在輸入電壓或者制動電壓大于450VDC時，電機控制器保護停機，電機與控制器具備過流和短路保護功能，電機與控制器具備熱保護功能，電機與控制器發生電氣保護時，除水泵繼續運轉Imin外，其它立刻停止，電機控制器發生電氣保護可以自動回復。
2.根據權利要求1所述的電動車驅動系統，其特征在于，所述第一軸即輸入軸總成，主要由與第一軸制成一體的一軸常嚙合齒輪組成；所述中間軸總成主要由與中間軸制成一體的中間軸N擋常嚙合齒輪(N為任意自然數)和中間軸常嚙合齒輪組成；所述第二軸總成主要由輸出軸以及空套在其上的二軸N擋齒輪及同步器組成。
3.根據權利要求2所述的電動車驅動系統，其特征在于，所述機械式自動變速器的選位、換擋執行機構采用直流電機驅動，所述的電機均由車載蓄電池提供電能。
4.根據權利要求3所述的電動車驅動系統，其特征在于，所述系統中設置了制動狀態傳感器，用于感知制動信息；位移傳感器，用于表征離合器接合、分離的程度；轉速傳感器包括離合器輸入、輸出軸傳感器和車速傳感器，用于采集控制參數；擋位傳感器，用于傳達換擋信號。
5.根據權利要求4所述的電動車驅動系統，其特征在于，在車輛儀表盤處設置的主要包括前進擋開關、倒擋開關、制動指示燈、倒車指示燈、擋位顯示、強制保護模式報警、故障報警、誤操作報警、過載報警。
6.一種根據權利要求1-5所述電動車驅動系統的控制方法，其特征在于，車輛起步時， 離合器始終處于全接合狀態，車輛靠自身驅動電機的速度特性起步，所述車輛起步狀態的判定條件是車輛處于前進擋或倒車擋狀態且車速為零，車輛加減速時，即駕駛員踩下加速踏板，根據換擋規律，達到換擋點后，離合器控制單元控制其迅速分離，此時車輛驅動電機控制器根據AMT控制單元發出的目標轉速進行調速，目標轉速是由AMT控制單元根據車速和目標擋位計算得到；與此同時，AMT控制單元接收到離合器分離的狀態反饋后，控制變速器完成摘擋動作，選位操縱，隨即進行換擋操作；完成換擋操縱后，AMT控制單元向驅動電機控制單元發出自由模式請求，此時無論驅動電機的調速是否達到目標轉速，都要強制進入自由模式；確認電機處于自由模式后，AMT控制單元傳遞請求接合信息給離合器控制單元，待離合器接合后，向控制電機發出力矩模式請求，電機恢復為正常力矩輸出模式，進入正常行駛狀態。
7.根據權利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述自動換擋規律采用基于加速踏板開度、車速和加速度的三參數換擋規律。
8.根據權利要求7所述的控制方法，其特征在于，車輛加減速時，遵循逐級加減檔的原則。
9.根據權利要求8所述的控制方法，其特征在于，離合器的接合速度是通過主、從動部分的轉速差來確定的，遵循轉速差越大，接合速度越慢，轉速差越小，接合速度越快的原則。
10.根據權利要求9所述的控制方法，其特征在于，離合器接合量是選用從動部分的轉速以及主、從動部分的轉速差作為控制參數，在于根據轉速差及其變化速度，通過控制算法及時并適當的調整接合程度，使得主、從動部分得以最快速度接近，但又不得過快超過設定閥值的轉速差增量。
全文摘要
一種電動車驅動系統，取消了離合器踏板，只保留了加速踏板和制動踏板。在需要換擋的情況下，離合器控制單元控制離合器驅動電機將離合器分離，由于本發明的離合器驅動電機采用了直線電機(或旋轉電機加凸輪機構)，無需傳統離合器操縱機構中復雜的減速增扭裝置和傳動機構；繼而，根據車輛自動換擋規律，自動變速器控制單元發出指令，選、換擋電機驅動選、換擋執行機構完成換擋動作；最后，離合器控制單元控制離合器驅動電機反方向運動，使離合器接合，將車輛驅動電機動力通過變速箱傳遞出去，完成自動變速功能；在此過程中，只對車輛驅動電機做簡單的控制，從而降低了對驅動電機本身制造技術的要求。
文檔編號B60K37/04GK102180103SQ20111009740
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月19日 優先權日2011年3月30日
發明者孫逢春, 張玲玲, 林程, 韓冰 申請人:北京理工華創電動車技術有限公司