纯电动汽车两挡机械式自动变速器换挡控制系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及纯电动汽车自动变速控制技术领域，特别是一种纯电动汽车两挡机械 式自动变速器换挡控制系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 电动汽车作为一种清洁能源的交通工具，越来越被人们接受和重视。传统的电动 汽车都是采用直流电机与一个定速比的齿轮箱连接，依靠直流电机的调速来控制车辆的行 驶速度，由于电机力矩特性的固有限制，这一类的电动汽车往往表现在低速时扭力不足，在 坡道、坑洼路面启动困难。随之而来，出现了适用于电动汽车的两挡变速箱，通过减速比不 同的两个挡位来调节输出动力和转速，使电动车在低速或爬坡时自动转换到较大速比的挡 位，以获得较大的输出扭矩，在车辆行驶达到一定速度时，自动转换到较小速比的挡位，以 获得较高的输出转速，从而使电动汽车在低速和高速时都有理想的表现。但传统的换挡机 构及控制机构通常采用多级减速齿轮或者蜗轮蜗杆等机械结构，一方面其结构均相对复 杂，传动机构体积大，增加车辆自重并占用较大空间，另一方面对电动汽车的行驶安全性和 舒适性造成较大影响。
[0003] CN102889375B公开一种纯电动汽车用两挡机械式自动变速器换挡控制方法，通 过位移传感器结合堵转信息的修正控制程序减小信息漂移对换挡过程的影响，一方面采用 位移传感器增加变速箱体积和生产制造成本，并且位移传感器的安装，容易受到变速箱内 空间位置的制约，不利于变速箱向小而精的方向发展，并且，对变速箱各部件的机械结构精 确度要求较高，造成生产制造难度增加。同时，修整控制程序在位移传感器发生信息漂移后 进行修正的过程严重影响了换挡时间，在车辆行进的过程中发生信息漂移，容易造成换挡 冲击过大或换挡不到位之缺陷，严重影响换挡舒适性和精确可靠性。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种结构简单、体积小，避免采用 位移传感器容易受变速箱空间位置制约的情况发生，利于变速箱向小而精的方向发展，并 且换挡快速、平稳、精确、可靠，有效改善车辆行驶安全性和舒适性的纯电动汽车两挡机械 式自动变速器换挡控制系统及其控制方法。
[0005] 为实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种纯电动汽车两挡机械式自动变速 器换挡控制系统，包括整车控制器、驱动电机、变速控制器、伺服驱动器和直流伺服电机，所 述变速控制器通过CAN总线与整车控制器连接，驱动电机与整车控制器连接、并通过变速 箱的动力输入轴与变速箱连接，直流伺服电机通过伺服驱动器与变速控制器连接、并通过 换挡机构与变速箱连接。
[0006] 所述变速控制器包括微处理器和分别与所述微处理器连接的CAN通信模块、PWM 脉冲量输出电路模块、电压转换驱动电路模块、故障诊断电路模块、报警显示电路模块、时 钟电路模块和存储电路模块。
[0007] 整车控制器发出包括有1挡信息、2挡信息、自检测信息、行车方向挡位信息、电池 组故障信息、脚踏板故障信息、电池组电压信息和电池组电流信息八个字节的换挡信息，变 速控制器获取所述换挡信息，并根据所述换挡信息通过伺服驱动器控制所述直流伺服电机 调整挡位，换挡成功后，所述驱动电机驱动变速箱按照与换挡后的挡位相匹配的转矩进行 运转。
[0008] 所述微处理器为具备有64KBSRAM、512KBFLASH、6个定时器、3个SPI、2个IIC、 5个串口、1个CAN、3个12位的ADC、1个23位DAC、1个SDIO接口、1个FSMC接口以及112 个通用10 口的32位微处理器。
[0009] 所述变速控制器具有智能检测换挡间距功能、故障诊断与处理功能。
[0010] 所述智能检测换挡间距功能通过所述PWM脉冲量输出电路模块结合微处理器的 内置定时器的计数功能实现。
[0011] 所述故障诊断与处理功能是由伺服驱动器返回故障信息或由整车控制器发送车 辆故障信息，并通过故障诊断电路模块实现。
[0012] 所述变速控制器还连接有急停按键和恢复按键。
[0013] 所述换挡机构包括与所述直流伺服电机连接的传动丝杠和设置在该丝杠上带螺 母的拨叉，所述拨叉通过变速箱内的同步器与变速箱的动力输入轴连接，变速箱的一挡齿 轮和二挡齿轮设置在该动力输入轴上。
[0014] -种纯电动汽车两挡机械式自动变速器换挡控制系统的控制方法，包括如下步 骤： 一、 车辆启动时自检测： 1) 整车控制器向变速控制器发出自检测指令，变速控制器通过PWM脉冲量输出电路模 块向伺服驱动器发出正向PWM脉冲，控制直流伺服电机正转，直到直流伺服电机转到堵转 的临界点，伺服驱动器反馈回堵转报警信息至变速控制器，变速控制器通过内置定时器的 计数功能得到伺服驱动器在驱动伺服电机过程中接受到的脉冲数，记为第一次脉冲数； 2) 接着，变速控制器的单片机再次通过PWM脉冲量输出电路模块由10 口向伺服驱动器 发出逆向PWM脉冲，并通过单片机的内置定时器进行计数，使直流伺服电机反转，再次达到 堵转的临界点，伺服驱动器再次发出堵转报警信息，单片机接收到堵转报警信息，记录第二 次脉冲数，将两次的脉冲数作为以后每次换挡的标定； 二、 换挡： 1) 首先，整车控制器发送信息控制驱动电机，使驱动电机的输出扭矩为零； 2) 变速控制器获取整车控制器发出的换挡信息，并反馈一个确认信息给整车控制器表 示已接收到换挡信息； 3) 变速控制器根据上述标定通过PWM脉冲量输出电路模块向伺服驱动器发出一定量 的PWM脉冲，使伺服驱动器驱动直流伺服电机输出一定扭矩，直流伺服电机带动换挡机构 的传动丝杠转动一定扭矩，使拨叉将同步器拨动至目标挡位，伺服驱动器在换挡完成时向 变速控制器发出到位信息，提示变速控制器换挡成功； 4) 变速控制器向整车控制器发出换挡成功信息，整车控制器发送信息控制驱动电机驱 动变速箱按照相应挡位和与挡位相匹配的转矩转动。
[0015] 在换挡的步骤3)中，当同步器与变速箱主轴上的挡位齿轮发生干涉时，直流伺服 电机发生堵转，同时伺服驱动器发出堵转警报信息至变速控制器，变速控制器记录当前PWM 脉冲量输出电路模块向伺服驱动器发出的PWM脉冲数，并将程序中该脉冲数作为全局变 量，在以后的每次换挡中将该全局变量作为换挡所需距离的依据。
[0016] 在自检测的步骤1)、步骤2)和换挡的步骤3)中，直流伺服电机转动过程中，若按 下与变速控制器连接的急停按键，则直流伺服电机停转；当直流伺服电机停转后，若按下与 变速控制器连接的恢复按键，则直流伺服电机恢复到上一个状态的位置。
[0017] 上述换挡步骤2)~4)动作在1秒内完成。
[0018] 本发明的有益效果是： 1、采用电气系统控制自动换挡，通过PWM脉冲数控制换挡间距，换挡快速、精确、一步 到位，有效避免了传统方法中采用位移传感器容易受变速箱空间位置制约缺陷，使变速箱 结构更加简单、体积更小；换挡机构采用传动丝杠和带螺母的拨叉结构，结构简单、换挡精 确，并且换挡完成之后，具有自锁功能，可有效避免脱挡等情况的发生；二者协同配合，可有 效减少电动汽车空间占用和减轻车辆自重，并且有效改善车辆行驶安全性和续驶里程。
[0019] 2、换挡动作在1秒内完成，换挡时间短，脉冲定矩，换挡准确、到位、冲击小，有效 实现快速、平稳地换挡，从而有效提高车辆的动力性和驾驶舒适性。
[0020] 3、通过更新全局变量的脉冲数，实现智能检测换挡间距，并在此后整车调试时重 复利用，保障每次换挡的精确性和快速性，通过不断的实验获取伺服电机发生堵转的临界 值，去除余量以保证电机的寿命，并且有效解决换挡机构和变速箱等机械结构制造误差所 引起的换挡精度不足的问题，有效降低机械部分的制造成本，降低换挡冲击性，提高变速箱 的使用寿命。
[0021] 4、通过故障诊断与处理功能，有效保障换挡和车辆行驶的安全性，通过急停按键 和恢复按键，有效保障车辆行驶过程中，遇到突发事件的紧急处置，保障驾驶人员和车辆的 安全，避免造成不必要的人员和财产损失。
【附图说明】
[0022] 下面结合附图对本发明做进一步的说明： 图1是本发明的控制系统示意图； 图2是本发明的控制流程图； 图3是本发明变速箱结构示意图； 图4是本发明带螺母的拨叉结构示意图； 图5为本发明图4的剖视图； 图6为本发明传动丝杠的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。
[0024] 如图1-6所示：一种纯电动汽车两挡机械式自动变速器换挡控制系统，包括由