整 车电源供电的整车控制器、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，进而通过与变速箱连接的驱动桥为车辆提供动力驱动，直流伺服 电机1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。所述换挡机构 包括与所述直流伺服电机1连接的传动丝杠2和设置在该丝杠2上带螺母的拨叉3,所述 拨叉3通过变速箱内的同步器4与变速箱的动力输入轴5连接，变速箱的一挡齿轮和二挡 齿轮设置在该动力输入轴5上，通过与同步器4啮合套的啮合实现与动力输入轴5的同步 转动。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。变速控制器通过CAN通信模块实现与整车控制器的数据通信， 通过PWM脉冲量输出电路模块输出PWM脉冲，通过电压转换驱动电路模块实现电压转换， 避免整车电源与变速控制器工作电源的不匹配，使变速控制器工作在一个稳定可行的电压 下，通过故障诊断电路模块实现故障诊断与处理，所述微处理器为具备有64KBSRAM、512KB FLASH、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位微处理器单片机，其运算速度快， 处理能力强，可有效保障变速控制器快速、稳定、可靠运行，同时，有效避免处理器的成本过 尚。
[0025] 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。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。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。具体的：换挡前，整车控制器发送控制信息给 驱动电机，使得驱动电机的输出扭矩为零；换挡时，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，1挡信息字节为1，2挡信息字节和自检测信息字节 为0时，表示目标挡位为1挡，进行挂1挡动作；2挡信息字节为1，1挡信息字节和自检测 信息字节为〇时，表示目标挡位为2挡，进行挂2挡动作；自检测信息字节为1，1挡信息字 节和2挡信息字节为0时，表示车辆进行自检测，进行自检测动作。如表所示
【主权项】
1. 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，其特征在于：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；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。
2. 如权利要求1所述的纯电动汽车两挡机械式自动变速器控制系统，其特征在于：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。
3. 如权利要求1所述的纯电动汽车两挡机械式自动变速器控制系统，其特征在于：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ADCU个23位DACU个SDIO接口、1个FSMC接口以及112个通用IO 口的32位微处理器。
4. 如权利要求1所述的纯电动汽车两挡机械式自动变速器控制系统，其特征在于：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；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；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。
5. 如权利要求1~4任意一项权利要求所述的纯电动汽车两挡机械式自动变速器控制 系统，其特征在于：所述变速控制器还连接有急停按键和恢复按键。
6. 如权利要求1~4任意一项权利要求所述的纯电动汽车两挡机械式自动变速器控制 系统，其特征在于：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。
7. -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，其特征在于：它 包括如下步骤： 一、车辆启动时自检测： 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， 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IO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 换挡： 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； 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； 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； 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。
8. 如权利要求7所述的控制方法，其特征在于：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，变速控制器记录下当前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。
9.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于：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。
10. 如权利要求7-9任意一项权利要求所述的控制方法，其特征在于：所述换挡步骤 2)~4)动作在1秒内完成。
【专利摘要】本发明公开一种纯电动汽车两挡机械式自动变速器控制系统及其控制方法，该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，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；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，并且具有自锁功能；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；通过更新全局变量的脉冲数，实现智能检测换挡间距，保障每次换挡的精确性和快速性，解决了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。
【IPC分类】F16H61-32, F16H61-22, F16H61-12, F16H63-30, F16H61-04
【公开号】CN104776214
【申请号】CN201510153725
【发明人】郑红梅, 丁曙光, 孙俊, 吕旭林, 闫平海, 贾淑敏, 梁超伦, 王薄
【申请人】河南承信齿轮传动有限公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月2日