本發(fā)明涉及新能源電動(dòng)汽車用磁粉式兩檔變速器及其換擋方法，屬于電動(dòng)汽車自動(dòng)換擋技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

據(jù)申請人了解，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，純電動(dòng)汽車由于其零排放的特性，近年來得到了大規(guī)模的應(yīng)用。電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)具有運(yùn)行平穩(wěn)，無動(dòng)力中斷的優(yōu)勢，但是電動(dòng)汽車采用一擋速比，電機(jī)無法一直工作在高效率區(qū)間內(nèi)，尤其是在低速啟動(dòng)和高速運(yùn)行的工況下。

于是電動(dòng)汽車開始采用多檔變速器，使得電動(dòng)汽車能夠工作在高效率區(qū)間內(nèi)，以兩檔變速器為例，現(xiàn)有的兩檔變速器多沿用傳統(tǒng)的變速器方案，第一種變速器方案為：采用同步器和液壓離合器的方案，這種變速器存在換擋沖擊、離合器的可靠性較低以及體積較大的問題。第二種變速器方案為：采用電磁離合器的方案，存在的問題如下：1.離合器多在軸向方向上安裝，由于電磁制動(dòng)器的工作原理和端部效應(yīng)，電磁制動(dòng)器容易對于行星齒輪變速機(jī)構(gòu)產(chǎn)生影響，壽命降低；2.且軸向安裝的電磁離合器安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)部件上，不利于散熱，電磁離合器往往余量較大且工作環(huán)境惡劣，導(dǎo)致整個(gè)變速器的壽命和可靠性下降；3.磁粉離合器屬于電磁離合器的一種，而現(xiàn)有的采用磁粉離合器的方案中，磁粉離合器的發(fā)熱主要來源于離合器的處于滑差工況下產(chǎn)生的滑差功率，磁粉式離合器的滑差工況一般持續(xù)時(shí)間在1s左右，且磁粉制動(dòng)器的扭矩輸出有一定的滯后性，扭矩輸出階躍下降響應(yīng)的時(shí)間較階躍上升響應(yīng)的時(shí)間短，傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)較慢，導(dǎo)致?lián)Q擋過程中所產(chǎn)生的滑差功率基本上由磁粉式磁粉離合器來承擔(dān)，導(dǎo)致變速器的損耗較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種新能源電動(dòng)汽車用磁粉式兩檔變速器的換擋方法，能夠有效縮短換擋時(shí)間，減少滑差工況的時(shí)間，有效的減少磁粉離合器和磁粉制動(dòng)器的發(fā)熱量，提高變速器的壽命和可靠性。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明新能源電動(dòng)汽車用磁粉式兩檔變速器，包括殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)有依次相連的第一從動(dòng)齒輪、磁粉離合器、第二從動(dòng)齒輪和磁粉制動(dòng)器；所述殼體內(nèi)還設(shè)有行星齒輪結(jié)構(gòu)，所述行星齒輪結(jié)構(gòu)包括行星架，所述行星架兩端分別連接有兩個(gè)行星輪或四個(gè)行星輪，所述行星輪之間連接有太陽輪；還包括齒圈，所述齒圈一側(cè)與行星輪嚙合，另一側(cè)與第二從動(dòng)齒輪嚙合；所述行星架通過齒輪與第一從動(dòng)齒輪嚙合。

進(jìn)一步地，所述齒圈為雙面齒輪。

進(jìn)一步地，所述第一從動(dòng)齒輪一側(cè)通過軸承與殼體連接作為支撐，第一從動(dòng)齒輪另一側(cè)與磁粉離合器連接。

進(jìn)一步地，所述第二從動(dòng)齒輪一側(cè)與磁粉制動(dòng)器相連，磁粉制動(dòng)器與殼體固定。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述磁粉制動(dòng)器處于工作狀態(tài)時(shí)：所述磁粉離合器斷開，此時(shí)兩檔變速器工作在行星齒輪系的工作狀態(tài)，速比為：齒圈齒數(shù)/（太陽輪齒數(shù)+1）。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述磁粉離合器工作時(shí)，所述磁粉制動(dòng)器斷開，此時(shí)兩檔變速器等效為直接驅(qū)動(dòng)，速比為1。

本發(fā)明新能源電動(dòng)汽車用磁粉式兩檔變速器的控制方法，包括從低速擋換擋至高速擋的換擋模式和從高速擋換擋至低速擋的換擋模式；

從低速擋換擋至高速擋的換擋模式：

步驟一、確定磁粉式兩擋變速器是否在執(zhí)行從低速擋換擋至高速擋；

步驟二、通過電機(jī)控制器反饋的得到電機(jī)在換擋前的轉(zhuǎn)速為nmlth，斷開磁粉制動(dòng)器，閉合磁粉離合器，此時(shí)磁粉式兩擋變速器連結(jié)電機(jī)端口的轉(zhuǎn)速需要從nmlth降低到nmlth/低速檔速比，在進(jìn)行斷開磁粉制動(dòng)器，閉合磁粉離合器的同時(shí)，將電機(jī)的工作模式從扭矩控制模式切換到轉(zhuǎn)速控制模式，同時(shí)將電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定為磁粉式兩擋變速器連結(jié)電機(jī)端口在換擋結(jié)束后需要的電機(jī)轉(zhuǎn)速；

步驟三、在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)完成且磁粉制動(dòng)器和磁粉離合器扭矩響應(yīng)完成后將電機(jī)的控制模式從轉(zhuǎn)速控制模式切換回轉(zhuǎn)矩控制模式，完成磁粉式兩擋變速器從低速擋至高速擋的換擋；

從高速擋換擋至低速擋的換擋模式：

步驟四、確定磁粉式兩擋變速器是否在執(zhí)行從高速擋換擋至低速擋；

步驟五、通過電機(jī)控制器反饋的得到電機(jī)在換擋前的轉(zhuǎn)速為nmhtl，斷開磁粉制動(dòng)器，閉合磁粉離合器，此時(shí)磁粉式兩擋變速器連結(jié)電機(jī)端口的轉(zhuǎn)速需要從nmhtl提高到nmhtl×低速檔速比，在進(jìn)行閉合磁粉制動(dòng)器，斷開磁粉離合器的同時(shí)，將電機(jī)的工作模式從扭矩控制模式切換到轉(zhuǎn)速控制模式，同時(shí)將電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定為磁粉式兩擋變速器連結(jié)電機(jī)端口在換擋結(jié)束后需要的電機(jī)轉(zhuǎn)速；

步驟六、在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)完成且磁粉制動(dòng)器和磁粉離合器扭矩響應(yīng)完成后將電機(jī)的控制模式從轉(zhuǎn)速控制模式切換回轉(zhuǎn)矩控制模式，完成磁粉式兩擋變速器從低速擋至高速擋的換擋。

所述步驟一和步驟四中，確定磁粉式兩擋變速器是否在執(zhí)行從低速擋換擋至高速擋，判斷方法為：滿足兩個(gè)條件，第一條件是判斷車速是否為30-40km/h，同時(shí)轉(zhuǎn)速是否為3000-4000r/m；

磁粉式兩擋變速器的檔位判斷條件，當(dāng)磁粉離合器工作，磁粉制動(dòng)器不工作時(shí)，磁粉式兩擋變速器處于高速檔；當(dāng)磁粉離合器不工作，磁粉制動(dòng)器工作時(shí)，磁粉式兩擋變速器處于高速檔；換擋區(qū)間判斷條件，判斷車速是否在換擋區(qū)間車速內(nèi)。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明采用一組行星齒輪排來實(shí)現(xiàn)兩擋的速比，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，冗余低，可靠性高；本發(fā)明采用電磁制動(dòng)器與電磁離合器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液壓離合器，體積小，重量輕，且結(jié)合純電動(dòng)汽車，電機(jī)調(diào)速的優(yōu)異特性，電磁制動(dòng)器與電磁離合器的工作滑差區(qū)間小，結(jié)合電磁制動(dòng)器與離合器的快速相應(yīng)特性，整個(gè)變速器的發(fā)熱量低，可靠性高；本發(fā)明采用從動(dòng)齒輪來實(shí)現(xiàn)各個(gè)部件的鎖止，空間上將電磁制動(dòng)器與行星齒輪系隔離開來，延緩的電磁制動(dòng)部件對于行星齒輪變速機(jī)構(gòu)的影響，延長了行星齒輪系的壽命，提高了可靠性；本發(fā)明磁粉制動(dòng)器直接與殼體連接，有利于制動(dòng)器的散熱，提高變速器的可靠性。

本發(fā)明在磁粉式兩擋變速器的換擋時(shí)，由于換擋所造成的對于電機(jī)端轉(zhuǎn)速的變化，從原來的由磁粉離合器和磁粉制動(dòng)器來進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)的方式變?yōu)橛纱欧垭x合器來調(diào)節(jié)的同時(shí)由電機(jī)主動(dòng)調(diào)速來補(bǔ)償，縮短了磁粉式兩擋變速器的處于換擋狀態(tài)的時(shí)間，提升了換擋的平順性，減少了磁粉制動(dòng)器和磁粉離合器工作在滑差工況的時(shí)間，減小了磁粉制動(dòng)器和磁粉離合器的功率損耗，降低了磁粉制動(dòng)器和磁粉離合器的發(fā)熱量，提高了磁粉式兩擋變速器的可靠性。

本發(fā)明受益于電機(jī)的高頻響，可以在磁粉離合器處于滑差工況下，對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，提前將電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至目標(biāo)轉(zhuǎn)速，減少滑差工況的時(shí)間，減少磁粉制動(dòng)器的發(fā)熱量，同時(shí)在電機(jī)調(diào)速的過程中還可以通過電機(jī)回饋一部分的滑差功率，提高能效。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

圖1為本發(fā)明新能源電動(dòng)汽車用磁粉式兩檔變速器的示意圖；

圖2為本發(fā)明低速擋換擋至高速擋控制邏輯示意圖；

圖3為本發(fā)明高速擋換擋至低速擋控制邏輯示意圖；

圖4為本發(fā)明低速擋換擋至高速擋控制時(shí)序示意圖；

圖5為本發(fā)明高速擋換擋至低速擋控制時(shí)序示意圖；

圖中：1-殼體；2-第一從動(dòng)齒輪；3-磁粉離合器；4-行星架；5-太陽輪；6-齒圈；7-行星輪；8-磁粉制動(dòng)器；9-第二從動(dòng)齒輪。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一

如圖1所示，本發(fā)明新能源電動(dòng)汽車用磁粉式兩檔變速器，包括殼體1，所述殼體1內(nèi)設(shè)有依次相連的第一從動(dòng)齒輪2、磁粉離合器3、第二從動(dòng)齒輪9和磁粉制動(dòng)器8；所述殼體1內(nèi)還設(shè)有行星齒輪結(jié)構(gòu)，所述行星齒輪結(jié)構(gòu)包括行星架4，所述行星架4兩端連接有兩個(gè)行星輪7或四個(gè)行星輪7，所述行星輪7之間連接有太陽輪5；還包括齒圈6，所述齒圈6一側(cè)與行星輪7嚙合，另一側(cè)與第二從動(dòng)齒輪9嚙合；所述行星架4通過齒輪與第一從動(dòng)齒輪2嚙合。

本發(fā)明所述齒圈6為雙面齒輪。所述第一從動(dòng)齒輪2一側(cè)通過軸承與殼體1連接作為支撐，第一從動(dòng)齒輪2另一側(cè)與磁粉離合器3連接。所述第二從動(dòng)齒輪9一側(cè)與磁粉制動(dòng)器8相連，磁粉制動(dòng)器8與殼體1固定。當(dāng)所述磁粉制動(dòng)器8處于工作狀態(tài)時(shí)：所述磁粉離合器3斷開，此時(shí)兩檔變速器工作在行星齒輪系的工作狀態(tài)，速比為：齒圈齒數(shù)/（太陽輪齒數(shù)+1）。當(dāng)所述磁粉離合器3工作時(shí)，所述磁粉制動(dòng)器8斷開，此時(shí)兩檔變速器等效為直接驅(qū)動(dòng)，速比為1。

本發(fā)明一種電動(dòng)汽車兩檔變速器包括殼體1，殼體1內(nèi)由行星齒輪系和鎖止機(jī)構(gòu)構(gòu)成，其中齒圈6為雙面齒輪，通過從動(dòng)齒輪與磁粉制動(dòng)器8相連接，行星架4外側(cè)也有齒輪，通過第一從動(dòng)齒輪2與磁粉離合器3的一側(cè)相連接，磁粉離合器3的另一側(cè)通過從動(dòng)齒輪9與齒圈6相連接。磁粉制動(dòng)器8鎖止，磁粉離合器3打開，兩檔變速箱的速比為：齒圈6齒數(shù)/太陽輪5齒數(shù)+1；磁粉制動(dòng)器8打開，磁粉離合器3鎖止，兩檔變速箱的速比為1。其中磁粉制動(dòng)器8安裝在變速器殼體上，有利于磁粉制動(dòng)器8的散熱，第一從動(dòng)齒輪2非靠近離合器一端通過軸承安裝在殼體上，作為支撐。

如圖2-5所示，本發(fā)明新能源電動(dòng)汽車用磁粉式兩檔變速器的控制方法，包括從低速擋換擋至高速擋的換擋模式和從高速擋換擋至低速擋的換擋模式；圖4和5中，t1-換擋準(zhǔn)備時(shí)間0.02s；t2-換擋過程，滑差工況持續(xù)時(shí)間0.3s；t3-為磁粉制動(dòng)器和磁粉離合器的扭矩響應(yīng)時(shí)間0.9s；

從低速擋換擋至高速擋的換擋模式：在從低速檔換擋至高速擋的過程中，換擋控制邏輯如圖2所示，換擋控制時(shí)序如圖4所示，

步驟一、確定磁粉式兩擋變速器是否在執(zhí)行從低速擋換擋至高速擋；

步驟二、通過電機(jī)控制器反饋的得到電機(jī)在換擋前的轉(zhuǎn)速為nmlth，斷開磁粉制動(dòng)器8，閉合磁粉離合器3，此時(shí)磁粉式兩擋變速器連結(jié)電機(jī)端口的轉(zhuǎn)速需要從nmlth降低到nmlth/低速檔速比，在進(jìn)行斷開磁粉制動(dòng)器8，閉合磁粉離合器3的同時(shí)，將電機(jī)的工作模式從扭矩控制模式切換到轉(zhuǎn)速控制模式，同時(shí)將電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定為磁粉式兩擋變速器連結(jié)電機(jī)端口在換擋結(jié)束后需要的電機(jī)轉(zhuǎn)速；

步驟三、在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)完成且磁粉制動(dòng)器8和磁粉離合器3扭矩響應(yīng)完成后將電機(jī)的控制模式從轉(zhuǎn)速控制模式切換回轉(zhuǎn)矩控制模式，完成磁粉式兩擋變速器從低速擋至高速擋的換擋；

從高速擋換擋至低速擋的換擋模式：在高速擋換擋至低速擋的過程中，換擋邏輯圖如圖3所示，換擋控制時(shí)序如圖5所示，

步驟四、確定磁粉式兩擋變速器是否在執(zhí)行從高速擋換擋至低速擋；

步驟五、通過電機(jī)控制器反饋的得到電機(jī)在換擋前的轉(zhuǎn)速為nmhtl，斷開磁粉制動(dòng)器8，閉合磁粉離合器3，此時(shí)磁粉式兩擋變速器連結(jié)電機(jī)端口的轉(zhuǎn)速需要從nmhtl提高到nmhtl×低速檔速比，在進(jìn)行閉合磁粉制動(dòng)器8，斷開磁粉離合器3的同時(shí)，將電機(jī)的工作模式從扭矩控制模式切換到轉(zhuǎn)速控制模式，同時(shí)將電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定為磁粉式兩擋變速器連結(jié)電機(jī)端口在換擋結(jié)束后需要的電機(jī)轉(zhuǎn)速；

步驟六、在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)完成且磁粉制動(dòng)器8和磁粉離合器3扭矩響應(yīng)完成后將電機(jī)的控制模式從轉(zhuǎn)速控制模式切換回轉(zhuǎn)矩控制模式，完成磁粉式兩擋變速器從低速擋至高速擋的換擋。

所述步驟一和步驟四中，確定磁粉式兩擋變速器是否在執(zhí)行從低速擋換擋至高速擋，判斷方法為：滿足兩個(gè)條件，第一條件是判斷車速是否為30-40km/h，同時(shí)轉(zhuǎn)速是否為3000-4000r/m；

通過磁粉制動(dòng)器與磁粉離合器的工作狀態(tài)來判斷目前的檔位狀態(tài)，當(dāng)磁粉離合器工作，磁粉制動(dòng)器不工作時(shí)，磁粉式兩擋變速器處于高速檔；當(dāng)磁粉離合器不工作，磁粉制動(dòng)器工作時(shí)，磁粉式兩擋變速器處于低速檔；

磁粉式兩擋變速器的檔位判斷條件，當(dāng)磁粉離合器工作，磁粉制動(dòng)器不工作時(shí)，磁粉式兩擋變速器處于高速檔；當(dāng)磁粉離合器不工作，磁粉制動(dòng)器工作時(shí)，磁粉式兩擋變速器處于高速檔；換擋區(qū)間判斷條件，判斷車速是否在換擋區(qū)間車速內(nèi)。

本發(fā)明采用一組行星齒輪排來實(shí)現(xiàn)兩擋的速比，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，冗余低，可靠性高；本發(fā)明采用電磁制動(dòng)器與電磁離合器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液壓離合器，體積小，重量輕，且結(jié)合純電動(dòng)汽車，電機(jī)調(diào)速的優(yōu)異特性，電磁制動(dòng)器與電磁離合器的工作滑差區(qū)間小，結(jié)合電磁制動(dòng)器與離合器的快速相應(yīng)特性，整個(gè)變速器的發(fā)熱量低，可靠性高；本發(fā)明采用從動(dòng)齒輪來實(shí)現(xiàn)各個(gè)部件的鎖止，空間上將電磁制動(dòng)器與行星齒輪系隔離開來，延緩的電磁制動(dòng)部件對于行星齒輪變速機(jī)構(gòu)的影響，延長了行星齒輪系的壽命，提高了可靠性；本發(fā)明磁粉制動(dòng)器直接與殼體連接，有利于制動(dòng)器的散熱，提高變速器的可靠性。

本發(fā)明在磁粉式兩擋變速器的換擋時(shí)，由于換擋所造成的對于電機(jī)端轉(zhuǎn)速的變化，從原來的由磁粉離合器和磁粉制動(dòng)器來進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)的方式變?yōu)橛纱欧垭x合器來調(diào)節(jié)的同時(shí)由電機(jī)主動(dòng)調(diào)速來補(bǔ)償，縮短了磁粉式兩擋變速器的處于換擋狀態(tài)的時(shí)間，提升了換擋的平順性，減少了磁粉制動(dòng)器和磁粉離合器工作在滑差工況的時(shí)間，減小了磁粉制動(dòng)器和磁粉離合器的功率損耗，降低了磁粉制動(dòng)器和磁粉離合器的發(fā)熱量，提高了磁粉式兩擋變速器的可靠性。

本發(fā)明受益于電機(jī)的高頻響，可以在磁粉離合器處于滑差工況下，對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，提前將電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至目標(biāo)轉(zhuǎn)速，減少滑差工況的時(shí)間，減少磁粉制動(dòng)器的發(fā)熱量，同時(shí)在電機(jī)調(diào)速的過程中還可以通過電機(jī)回饋一部分的滑差功率，提高能效。

實(shí)施例二

實(shí)施例一只是單獨(dú)針對兩個(gè)檔位之間的換擋，本實(shí)施例針對多個(gè)檔位，檔位為n，n大于等于3的情況。

具體從低速擋換到高速擋以及從高速擋換到低速擋依然采用和實(shí)施例一樣的方法。

從低速擋換擋至高速擋的換擋模式：在從低速檔換擋至高速擋的過程中，換擋控制邏輯如圖2所示，換擋控制時(shí)序如圖4所示，

步驟一、確定磁粉式兩擋變速器是否在執(zhí)行從低速擋換擋至高速擋；

步驟二、通過電機(jī)控制器反饋的得到電機(jī)在換擋前的轉(zhuǎn)速為nmlth，斷開磁粉制動(dòng)器8，閉合磁粉離合器3，此時(shí)磁粉式兩擋變速器連結(jié)電機(jī)端口的轉(zhuǎn)速需要從nmlth降低到nmlth/低速檔速比，在進(jìn)行斷開磁粉制動(dòng)器8，閉合磁粉離合器3的同時(shí)，將電機(jī)的工作模式從扭矩控制模式切換到轉(zhuǎn)速控制模式，同時(shí)將電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定為磁粉式兩擋變速器連結(jié)電機(jī)端口在換擋結(jié)束后需要的電機(jī)轉(zhuǎn)速；

步驟三、在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)完成且磁粉制動(dòng)器8和磁粉離合器3扭矩響應(yīng)完成后將電機(jī)的控制模式從轉(zhuǎn)速控制模式切換回轉(zhuǎn)矩控制模式，完成磁粉式兩擋變速器從低速擋至高速擋的換擋；

從高速擋換擋至低速擋的換擋模式：在高速擋換擋至低速擋的過程中，換擋邏輯圖如圖3所示，換擋控制時(shí)序如圖5所示，

步驟四、確定磁粉式兩擋變速器是否在執(zhí)行從高速擋換擋至低速擋；

步驟五、通過電機(jī)控制器反饋的得到電機(jī)在換擋前的轉(zhuǎn)速為nmhtl，斷開磁粉制動(dòng)器8，閉合磁粉離合器3，此時(shí)磁粉式兩擋變速器連結(jié)電機(jī)端口的轉(zhuǎn)速需要從nmhtl提高到nmhtl×低速檔速比，在進(jìn)行閉合磁粉制動(dòng)器8，斷開磁粉離合器3的同時(shí)，將電機(jī)的工作模式從扭矩控制模式切換到轉(zhuǎn)速控制模式，同時(shí)將電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定為磁粉式兩擋變速器連結(jié)電機(jī)端口在換擋結(jié)束后需要的電機(jī)轉(zhuǎn)速；

步驟六、在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)完成且磁粉制動(dòng)器8和磁粉離合器3扭矩響應(yīng)完成后將電機(jī)的控制模式從轉(zhuǎn)速控制模式切換回轉(zhuǎn)矩控制模式，完成磁粉式兩擋變速器從低速擋至高速擋的換擋。

除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。