CN103939535A - 电动车用双电机两档变速器及其换挡控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动车用双电机两档变速器，包括两个电动机和一个机械式自动变速器，齿轮Ⅰ与变速器输出轴固连，齿轮Ⅱ和齿轮Ⅲ空套在变速器输入轴Ⅰ上，齿轮Ⅳ固连在变速器输入轴Ⅱ上，电动机Ⅰ输出轴与变速器输入轴Ⅰ相连，电动机Ⅱ输出轴与变速器输入轴Ⅱ相连，接合套Ⅰ套接固定在变速器输入轴Ⅰ上可与齿轮Ⅱ结合或分离,接合套Ⅱ套接固定在变速器输入轴Ⅰ上可与齿轮Ⅲ结合或分离，接合套Ⅲ固定在变速器输入轴Ⅱ上可与齿轮Ⅳ结合或分离。本发明结构简单，加速性和爬坡能力较高，换挡平顺，又能保证动力不中断，还可将车辆行驶产生的动能在制动时转化为部分电能。本发明同时公开了一种电动车用双电机两档变速器的换挡控制方法。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车传动技术领域，具体涉及一种电动车用双电机两档变速器及其换挡控制方法。
背景技术
如何降低汽车的能源消耗和环境污染成为当前汽车工业发展的主旋律。近两年我国纯电动汽车的发展迅速，多个企业已经在市场上推出纯电动汽车，纯电动汽车已经进入产业化。
纯电动汽车的驱动机构有多种，例如配置多档传动装置和离合器的传统驱动系，无离合器的单档传动装置，两个独立的电动机和带有驱动轴的固定档传动装置。配置多档传动装置和离合器的传统驱动系具有多个档位加速性好，但是换档时有动力中断；无离合器的单档传动装置能实现无级变速，但是加速性、爬坡能力差，电动机的效率没有充分发挥。可见对于普通电动轿车，迫切需要传动效率较高的没有动力中断的自动变速器，而且研究表明适合的档位数是2-3个档位。
另一方面，汽车在加速行驶阶段、低速行驶阶段和高速行驶阶段对功率的需求不同，如果采用单电机驱动，电机很难一直工作在高效运转区，从而容易造成电能的浪费。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种电动车双电机两档变速器，具有两个电动机和两档机械自动变速器，结构简单，布置方便，加速性和爬坡能力都比较高，且换挡平顺，又能保证动力不中断，使在换挡过程中延续行驶所需动力的产生；同时，可将车辆行驶产生动能在制动时转化为部分电能，节省部分电能量损失，从而降低电池成本，提高电动车的续驶里程。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种电动车用双电机两档变速器，包括电动机Ⅰ3、电动机Ⅱ11和机械式自动变速器，机械式自动变速器包括由齿轮Ⅰ1与齿轮Ⅱ4啮合组成的一档齿轮对、由齿轮Ⅲ7与齿轮Ⅳ9啮合组成的二档齿轮对、接合套Ⅰ5、接合套Ⅱ6、接合套Ⅲ12、变速器输入轴Ⅰ8、变速器输入轴Ⅱ10和变速器输出轴2；其中，齿轮Ⅰ1与变速器输出轴2固连；齿轮Ⅱ4和齿轮Ⅲ7均空套在变速器输入轴Ⅰ8上，齿轮Ⅳ9固连在变速器输入轴Ⅱ10上，电动机Ⅰ3的输出轴与变速器输入轴Ⅰ8相连，电动机Ⅱ11的输出轴与变速器输入轴Ⅱ10相连；接合套Ⅰ5套接固定在变速器输入轴Ⅰ8上且与齿轮Ⅱ4相邻，接合套Ⅰ5可与齿轮Ⅱ4结合或分离,接合套Ⅱ6套接固定在变速器输入轴Ⅰ8上且与齿轮Ⅲ7相邻，接合套Ⅱ6可与齿轮Ⅲ7结合或分离,接合套Ⅲ12固定在变速器输入轴Ⅱ10上且与齿轮Ⅳ9相邻，接合套Ⅲ12可与齿轮Ⅳ9结合或分离。
作为本发明提供的电动车用双电机两档变速器的改进方案，机械式自动变速器还包括由齿轮Ⅴ13和齿轮Ⅵ14啮合组成的三档齿轮对，齿轮Ⅴ13空套在变速器输入轴Ⅰ8上且位于接合套Ⅰ5和接合套Ⅱ6之间，接合套Ⅰ5可以选择性的与齿轮Ⅱ4或齿轮Ⅴ13结合，齿轮Ⅵ14与变速器输出轴2固连。
本发明同时提供一种电动车用双电机两档变速器的换挡控制方法，机械式自动变速器为电动机Ⅰ3、电动机Ⅱ11的动力输出提供了2个档位，通过对电动机Ⅰ3、电动机Ⅱ11和机械式自动变速器的耦合，在双电机驱动并且电池电量充足时，可实现2个有效档位的转换，2个档位分别为双电机低速档和双电机高速档。
电动车用双电机两档变速器在双电机低速档模式下的控制方法包括的步骤为：接合套Ⅰ5与齿轮Ⅱ4结合，使齿轮Ⅱ4与变速器输入轴Ⅰ8固连，接合套Ⅱ6与齿轮Ⅲ7结合，使齿轮Ⅲ7与变速器输入轴Ⅰ8固连，接合套Ⅲ12与齿轮Ⅳ9不结合，电动机Ⅰ3、电动机Ⅱ11的转速与转向相同；该模式下的动力传递路线为：由电动机Ⅰ3输出的动力，经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅰ5、齿轮Ⅱ4、齿轮Ⅰ1后由变速器输出轴2输出；由电动机Ⅱ11输出的动力，经变速器输入轴Ⅱ10、齿轮Ⅳ9、齿轮Ⅲ7、接合套Ⅱ6、变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅰ5、齿轮Ⅱ4、齿轮Ⅰ1，由变速器输出轴2输出。
电动车用双电机两档变速器在双电机高速档模式下的控制方法包括的步骤为：接合套Ⅱ6与齿轮Ⅲ7结合，使齿轮Ⅲ7与变速器输入轴Ⅰ8固连，接合套Ⅲ12与齿轮Ⅳ9结合，使齿轮Ⅳ9与变速器输出轴2固连，接合套Ⅰ5与齿轮Ⅱ4不结合，齿轮Ⅱ4空转，电动机Ⅰ3、电动机Ⅱ11的转速与转向相同；该模式下的动力传递路线为：由电动机Ⅰ3输出的动力，经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅱ6、齿轮Ⅲ7、齿轮Ⅳ9、接合套Ⅲ12后由变速器输出轴2输出；由电动机Ⅱ11输出的动力，经变速器输入轴Ⅱ10、齿轮Ⅳ9、接合套Ⅲ12，由变速器输出轴2输出。
电动车用双电机两档变速器从双电机低速档变为双电机高速档的换挡控制过程包括以下步骤：
步骤一、从双电机低速档过渡到电动机Ⅰ3单独工作于低速档：接合套Ⅱ6与齿轮Ⅲ7脱离结合，使齿轮Ⅲ7空转；此时的动力传递路线为：动力由电动机Ⅰ3输出，经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅰ5、齿轮Ⅱ4、齿轮Ⅰ1，由变速器输出轴2输出；
步骤二、从电动机Ⅰ3单独工作于低速档过渡到电动机Ⅰ3工作于低速档且电动机Ⅱ11工作于高速档：调节电动机Ⅱ11的转速，当其转速与变速器输出轴2转速相同时，接合套Ⅲ12与齿轮Ⅳ9结合，使齿轮Ⅳ9与变速器输出轴2固连；此时动力传递路线为：由电动机Ⅰ3输出的动力，经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅰ5、齿轮Ⅱ4、齿轮Ⅰ1，由变速器输出轴2输出；由电动机Ⅱ11输出的动力，经变速器输入轴Ⅱ10、齿轮Ⅳ9、接合套Ⅲ12后由变速器输出轴2输出；
步骤三、从电动机Ⅰ3工作于低速档且电动机Ⅱ11工作于高速档过渡到电动机Ⅱ11单独工作于高速档：接合套Ⅰ5与齿轮Ⅱ4脱离结合，齿轮Ⅱ4空转；此时动力传递路线为：动力由电动机Ⅱ11输出，经变速器输入轴Ⅱ10、齿轮Ⅳ9、接合套Ⅲ12，由变速器输出轴2输出；
步骤四、从电动机Ⅱ11单独工作于高速档过渡到双电机高速档，调节电动机Ⅰ3的转速，当其转速与电动机Ⅱ11的转速相同时，接合套Ⅱ6与齿轮Ⅲ7结合，使齿轮Ⅲ7与变速器输入轴Ⅰ8固连；此时动力传递路线为：由电动机Ⅰ3输出的动力，经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅱ6、齿轮Ⅲ7、齿轮Ⅳ9、接合套Ⅲ12，由变速器输出轴2输出；由电动机Ⅱ11输出的动力，经变速器输入轴Ⅱ10、齿轮Ⅳ9、接合套Ⅲ12、由变速器输出轴2输出。
电动车用双电机两档变速器从双电机高速档变为双电机低速档的换挡控制过程包括以下步骤：
步骤一、由双电机高速档过渡到电动机Ⅱ11单独工作于高速档：接合套Ⅱ6与齿轮Ⅲ7脱离结合，齿轮Ⅲ7空转。此时动力传递路线为：动力由电动机Ⅱ11输出，经变速器输入轴Ⅱ10、齿轮Ⅳ9、接合套Ⅲ12，由变速器输出轴2输出；
步骤二、由电动机Ⅱ11单独工作于高速档过渡到电动机Ⅰ3工作于低速档且电动机Ⅱ11工作于高速档：调节电动机Ⅰ3的转速，当其转速与变速器输出轴转速的比值恰好等于低速档传动比时，接合套Ⅰ5与齿轮Ⅱ4结合；此时动力传递路线为：由电动机Ⅰ3输出的动力，经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅰ5、齿轮Ⅱ4、齿轮Ⅰ1，由变速器输出轴2输出；由电动机Ⅱ11输出的动力，经变速器输入轴Ⅱ10、齿轮Ⅳ9、接合套Ⅲ12，由变速器输出轴2输出；
步骤三、由电动机Ⅰ3工作于低速档且电动机Ⅱ11工作于高速档过渡到电动机Ⅰ3单独工作于低速档：接合套Ⅲ12与齿轮Ⅳ9脱离结合；此时的动力传递路线为：动力由电动机Ⅰ3输出，经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅰ5、齿轮Ⅱ4、齿轮Ⅰ1，由变速器输出轴2输出；
步骤四、由电动机Ⅰ3单独工作于低速档过渡到双电机低速档：调节电动机Ⅱ11的转速，当其转速与电动机Ⅰ3的转速相等时，接合套Ⅱ6与齿轮Ⅲ7结合；此时的动力传递路线为：由电动机Ⅰ3输出的动力，经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅰ5、齿轮Ⅱ4、齿轮Ⅰ1，由变速器输出轴2输出；由电动机Ⅱ11输出的动力，经变速器输入轴Ⅱ10、齿轮Ⅳ9、齿轮Ⅲ7、接合套Ⅱ6、变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅰ5、齿轮Ⅱ4、齿轮Ⅰ1，由变速器输出轴2输出。
电动车用双电机两档变速器在倒档模式下的控制步骤为：倒档时，电动机Ⅰ3单独工作，并且电动机Ⅰ3反转，接合套Ⅰ5与齿轮Ⅱ4结合，使齿轮Ⅱ4与变速器输入轴Ⅰ8固连，接合套Ⅱ6与齿轮Ⅲ7脱离结合，齿轮Ⅲ7空转，接合套Ⅲ12与齿轮Ⅳ9不结合；此时的动力传递路线为：动力由电动机Ⅰ3输出，经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅰ5、齿轮Ⅱ4、齿轮Ⅰ1，由变速器输出轴2输出。
电动车用双电机两档变速器在各档位模式下的制动控制包括以下步骤：
当汽车在双电机低速档模式驱动行驶时，踩动制动踏板进行制动，此时动力传递路线为：输入的动力依次经变速器输出轴2、齿轮Ⅰ1、齿轮Ⅱ4、接合套Ⅰ5后，一路经变速器输入轴Ⅰ8后拖动电动机Ⅰ3发电；另一路经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅱ6、齿轮Ⅲ7、齿轮Ⅳ9、变速器输入轴Ⅱ10，拖动电动机Ⅱ11发电。当电池电量充满时，改为机械制动；
当汽车在双电机高速档模式驱动行驶时，踩动制动踏板进行制动，此时动力传递路线为：输入的动力依次通过变速器输出轴2、接合套Ⅲ12后，一路经齿轮Ⅳ9、齿轮Ⅲ7、接合套Ⅱ6、变速器输入轴Ⅰ8，拖动电动机Ⅰ3发电；另一路经齿轮Ⅳ10、变速器输入轴Ⅱ10，拖动电动机Ⅱ11发电；当电池电量充满时，改为机械制动。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1.能有效利用电动机的高效运转区，换档时无动力中断，爬加速坡能力好，结构简单，成本较低。
2.机械自动变速器设置成两个档位，提高汽车的加速性能和爬坡能力，合理调配动力输出，充分利用电机动力，从而达到节能环保和降低使用成本的目的，两档变速器结构简单、紧凑。
3.采用双电机驱动，使汽车无论处于加速工况、低速工况还是高速工况，通过单电机驱动与双电机驱动的模式切换，使电机一直工作在高效运转区，从而避免了电能的浪费。
4.电动机Ⅰ3可正反向转动，倒车时，挂一档电动机Ⅰ3反向转动实现倒车行驶，此时，电动机Ⅱ11可以不工作。
5.制动时进行制动能量回收，即输出端为原输入端，即电动机；输入端为原输出端，即车轮的转速，并且电动机由驱动状态变为发电状态，能量从车轮到电机,实现制动能量回收。这样可以降低电池的能量损失，也可以降低电池成本，提高电动车的续驶里程。
6.本发明的换挡控制方法适应性较强，如果在原来两档变速器的基础上再增加一对齿轮，那么在不增加控制机构的情况下就可以增加一个档位，变为三档变速器。
附图说明
图1为本发明提供的电动车用双电机两档变速器的两档结构示意图；
图2为电动车用双电机两档变速器在双电机低速档模式下动力传递路线图；
图3为电动车用双电机两档变速器在双电机高速档模式下动力传递路线图；
图4为电动车用双电机两档变速器在换挡过程中动力传递路线图；
其中，
图4a为电动车用双电机两档变速器在换挡过程中电动机Ⅰ3单独工作于低速档时的动力传递路线图；
图4b为电动车用双电机两档变速器在换挡过程中电动机Ⅰ3工作于低速档且电动机Ⅱ11工作于高速档时的动力传递路线图；
图4c为电动车用双电机两档变速器在换挡过程中电机Ⅱ11单独工作于高速档时的动力传递路线图；
图5为电动车用双电机两档变速器在双电机低速档换至双电机高速档的动力传递路线变换过程；
图6为电动车用双电机两档变速器在双电机高速档换至双电机低速档的动力传递路线变换过程；
图7为电动车用双电机两档变速器在倒档模式下动力传递路线图；
图8为电动车用双电机两档变速器在双电机低速档制动动力传递路线图；
图9为电动车用双电机两档变速器在双电机高速档制动动力传递路线图；
图10为本发明提供的电动车用双电机两档变速器改进后的三档结构示意图；
图11为电动车用双电机两档变速器改进后的三档结构在一档模式下动力传递路线图；
图12为电动车用双电机两档变速器改进后的三档结构在二档模式下动力传递路线图；
图13为电动车用双电机两档变速器改进后的三档结构在三档模式下动力传递路线图；
图14为电动车用双电机两档变速器改进后的三档结构在一档换至二档的动力传递路线变换过程示意图；
图15为电动车用双电机两档变速器改进后的三档结构在二档换至一档的动力传递路线变换过程示意图。
图中：1.齿轮Ⅰ；2.变速器输出轴；3.电动机Ⅰ；4.齿轮Ⅱ；5.接合套Ⅰ；6.接合套Ⅱ；7.齿轮Ⅲ；8.变速器输入轴Ⅰ；9.齿轮Ⅳ；10.变速器输入轴Ⅱ；11.电动机Ⅱ；12.接合套Ⅲ；13.齿轮Ⅴ；14.齿轮Ⅵ。
具体实施方式
下面参阅附图所示实例对本发明的具体内容及其工作过程作进一步的描述。
参阅图1，本发明提供了电动车用双电机两档变速器，包括两个电力动力以及一个动力输出端。具体表现为两个电动机即电动机Ⅰ3、电动机Ⅱ11和一个机械式自动变速器。机械式自动变速器包括由齿轮Ⅰ1与齿轮Ⅱ4啮合组成的一档齿轮对、由齿轮Ⅲ7与齿轮Ⅳ9啮合组成的二档齿轮对、接合套Ⅰ5、接合套Ⅱ6、接合套Ⅲ12、变速器输入轴Ⅰ8、变速器输入轴Ⅱ10和变速器输出轴2。其中，齿轮Ⅰ1与变速器输出轴2固连；齿轮Ⅱ4和齿轮Ⅲ7空套在变速器输入轴Ⅰ8上；齿轮Ⅳ9固连在变速器输入轴Ⅱ10上；齿轮Ⅲ7和齿轮Ⅳ9的齿数相同。电动机Ⅰ3的输出轴与变速器输入轴Ⅰ8相连；电动机Ⅱ11的输出轴与变速器输入轴Ⅱ10相连；接合套Ⅰ5套接固定在变速器输入轴Ⅰ8上且与齿轮Ⅱ4相邻，接合套Ⅰ5可与齿轮Ⅱ4结合或分离,进而实现齿轮Ⅱ4与变速器输入轴Ⅰ8的连接或脱开；接合套Ⅱ6套接固定在变速器输入轴Ⅰ8上且与齿轮Ⅲ7相邻，接合套Ⅱ6可与齿轮Ⅲ7结合或分离,进而实现齿轮Ⅲ7与变速器输入轴Ⅰ8的连接或脱开；接合套Ⅲ12固定在变速器输入轴Ⅱ10上且与齿轮Ⅳ9相邻，接合套Ⅲ12可与齿轮Ⅳ9结合或分离,进而实现齿轮Ⅳ9与变速器输入轴Ⅱ10的连接或脱开；通过控制接合套Ⅰ5、接合套Ⅱ6、接合套Ⅲ12与所对应齿轮的分离和结合，以及对电动机Ⅰ3、电动机Ⅱ11的转速进行调节，可实现变速器的换档。
机械式自动变速器为电动机Ⅰ3、电动机Ⅱ11的动力输出提供了2个档位，每个电机还可单独工作，符合电动机的实际工作需求。
本发明通过对两个电动机和一个机械式自动变速器的耦合，在双电机驱动并且电池电量充足时，可实现两个有效档位的转换，且换挡过程中无动力中断。两个档位分别为双电机低速档和双电机高速档。
下面具体描述本发明电动车用双电机两档变速器所提供的两种档位模式下的控制方法：
如图2所示，双电机低速档驱动模式下，接合套Ⅰ5与齿轮Ⅱ4结合，使齿轮Ⅱ4与变速器输入轴Ⅰ8固连，接合套Ⅱ6与齿轮Ⅲ7结合，使齿轮Ⅲ7与变速器输入轴Ⅰ8固连，接合套Ⅲ12与齿轮Ⅳ9不结合，电动机Ⅰ3、电动机Ⅱ11的转速与转向相同。此时的动力传递路线为：由电动机Ⅰ3输出的动力，经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅰ5、齿轮Ⅱ4、齿轮Ⅰ1后由变速器输出轴2输出；由电动机Ⅱ11输出的动力，经变速器输入轴Ⅱ10、齿轮Ⅳ9、齿轮Ⅲ7、接合套Ⅱ6、变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅰ5、齿轮Ⅱ4、齿轮Ⅰ1，由变速器输出轴2输出。
如图3所示，双电机高速档驱动模式下，接合套Ⅱ6与齿轮Ⅲ7结合，使齿轮Ⅲ7与变速器输入轴Ⅰ8固连，接合套Ⅲ12与齿轮Ⅳ9结合，使齿轮Ⅳ9与变速器输出轴2固连，接合套Ⅰ5与齿轮Ⅱ4不结合，齿轮Ⅱ4空转，电动机Ⅰ3、电动机Ⅱ11的转速与转向相同。此时动力传递路线为：由电动机Ⅰ3输出的动力，经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅱ6、齿轮Ⅲ7、齿轮Ⅳ9、接合套Ⅲ12后由变速器输出轴2输出；由电动机Ⅱ11输出的动力，经变速器输入轴Ⅱ10、齿轮Ⅳ9、接合套Ⅲ12，由变速器输出轴2输出。
下面具体描述本发明电动车用双电机两档变速器的换挡过程控制方法：
如图5所示，从双电机低速档变双电机高速档的过程，中间要经历电动机Ⅰ3单独工作于低速档、电动机Ⅰ3工作于低速档且电动机Ⅱ11工作于高速档、电动机Ⅱ11单独工作于高速档三个过渡状态，最后完成低速档到高速档的转换。该换挡过程的动力传递路线变换过程见图5。
如图4a所示，从双电机低速档过渡到电动机Ⅰ3单独工作于低速档时，接合套Ⅱ6与齿轮Ⅲ7脱离结合，使齿轮Ⅲ7空转。此时的动力传递路线为：动力由电动机Ⅰ3输出，经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅰ5、齿轮Ⅱ4、齿轮Ⅰ1，由变速器输出轴2输出。
如图4b所示，从电动机Ⅰ3单独工作于低速档过渡到电动机Ⅰ3工作于低速档且电动机Ⅱ11工作于高速档时，调节电动机Ⅱ11的转速，当其转速与变速器输出轴2转速相同时，接合套Ⅲ12与齿轮Ⅳ9结合，使齿轮Ⅳ9与变速器输出轴2固连。此时动力传递路线为：由电动机Ⅰ3输出的动力，经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅰ5、齿轮Ⅱ4、齿轮Ⅰ1，由变速器输出轴2输出；由电动机Ⅱ11输出的动力，经变速器输入轴Ⅱ10、齿轮Ⅳ9、接合套Ⅲ12后由变速器输出轴2输出。
如图4c所示，从电动机Ⅰ3工作于低速档且电动机Ⅱ11工作于高速档过渡到电动机Ⅱ11单独工作于高速档时，接合套Ⅰ5与齿轮Ⅱ4脱离结合，齿轮Ⅱ4空转。此时动力传递路线为：动力由电动机Ⅱ11输出，经变速器输入轴Ⅱ10、齿轮Ⅳ9、接合套Ⅲ12，由变速器输出轴2输出。
从电动机Ⅱ11单独工作于高速档过渡到双电机高速档时，调节电动机Ⅰ3的转速，当其转速与电动机Ⅱ11的转速相同时，接合套Ⅱ6与齿轮Ⅲ7结合，使齿轮Ⅲ7与变速器输入轴Ⅰ8固连。此时动力传递路线为：由电动机Ⅰ3输出的动力，经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅱ6、齿轮Ⅲ7、齿轮Ⅳ9、接合套Ⅲ12，由变速器输出轴2输出；由电动机Ⅱ11输出的动力，经变速器输入轴Ⅱ10、齿轮Ⅳ9、接合套Ⅲ12、由变速器输出轴2输出。
本发明电动车用双电机两档变速器由双电机高速档变双电机低速档的过程，中间要经历电动机Ⅱ11单独工作于高速档、电动机Ⅰ3工作于低速档且电动机Ⅱ11工作于高速档、电动机Ⅰ3单独工作于低速档三个过渡状态，最后完成双电机高速档到双电机低速档的转换。该换档过程的动力传递路线变换过程参见图6。
由双电机高速档过渡到电动机Ⅱ11单独工作于高速档时，接合套Ⅱ6与齿轮Ⅲ7脱离结合，齿轮Ⅲ7空转。此时动力传递路线为：动力由电动机Ⅱ11输出，经变速器输入轴Ⅱ10、齿轮Ⅳ9、接合套Ⅲ12，由变速器输出轴2输出，如图4c所示。
由电动机Ⅱ11单独工作于高速档过渡到电动机Ⅰ3工作于低速档且电动机Ⅱ11工作于高速档时，调节电动机Ⅰ3的转速，当其转速与变速器输出轴转速的比值恰好等于低速档传动比时，接合套Ⅰ5与齿轮Ⅱ4结合。此时动力传递路线为：由电动机Ⅰ3输出的动力，经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅰ5、齿轮Ⅱ4、齿轮Ⅰ1，由变速器输出轴2输出；由电动机Ⅱ11输出的动力，经变速器输入轴Ⅱ10、齿轮Ⅳ9、接合套Ⅲ12，由变速器输出轴2输出，如图4b所示。
由电动机Ⅰ3工作于低速档且电动机Ⅱ11工作于高速档过渡到电动机Ⅰ3单独工作于低速档时，接合套Ⅲ12与齿轮Ⅳ9脱离结合。此时的动力传递路线为：动力由电动机Ⅰ3输出，经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅰ5、齿轮Ⅱ4、齿轮Ⅰ1，由变速器输出轴2输出，如图4a所示。
由电动机Ⅰ3单独工作于低速档过渡到双电机低速档时，调节电动机Ⅱ11的转速，当其转速与电动机Ⅰ3的转速相等时，接合套Ⅱ6与齿轮Ⅲ7结合。此时的动力传递路线为：由电动机Ⅰ3输出的动力，经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅰ5、齿轮Ⅱ4、齿轮Ⅰ1，由变速器输出轴2输出；由电动机Ⅱ11输出的动力，经变速器输入轴Ⅱ10、齿轮Ⅳ9、齿轮Ⅲ7、接合套Ⅱ6、变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅰ5、齿轮Ⅱ4、齿轮Ⅰ1，由变速器输出轴2输出。
下面具体描述本发明电动车用双电机两档变速器在倒档模式下的控制方法：
如图7所示，倒档时，电动机Ⅰ3单独工作，并且电动机Ⅰ3反转，接合套Ⅰ5与齿轮Ⅱ4结合，使齿轮Ⅱ4与变速器输入轴Ⅰ8固连，接合套Ⅱ6与齿轮Ⅲ7脱离结合，齿轮Ⅲ7空转，接合套Ⅲ12与齿轮Ⅳ9不结合。此时的动力传递路线为：动力由电动机Ⅰ3输出，经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅰ5、齿轮Ⅱ4、齿轮Ⅰ1，由变速器输出轴2输出。
下面具体描述本发明在各档位模式下的制动控制方法：
如图8所示，当汽车在双电机低速档模式驱动行驶时，踩动制动踏板进行制动，此时动力传递路线为：输入的动力依次经变速器输出轴2、齿轮Ⅰ1、齿轮Ⅱ4、接合套Ⅰ5后，一路经变速器输入轴Ⅰ8后拖动电动机Ⅰ3发电；另一路经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅱ6、齿轮Ⅲ7、齿轮Ⅳ9、变速器输入轴Ⅱ10，拖动电动机Ⅱ11发电。当电池电量充满时，改为机械制动。
如图9所示，当汽车在双电机高速档模式驱动行驶时，踩动制动踏板进行制动，此时动力传递路线为：输入的动力依次通过变速器输出轴2、接合套Ⅲ12后，一路经齿轮Ⅳ9、齿轮Ⅲ7、接合套Ⅱ6、变速器输入轴Ⅰ8，拖动电动机Ⅰ3发电；另一路经齿轮Ⅳ10、变速器输入轴Ⅱ10，拖动电动机Ⅱ11发电。当电池电量充满时，改为机械制动。
由于此时机械式自动变速器的两个档位经过速比优化设计，提高了电动机的运行效率，使得整车动力性和经济性均优于单档电动车。当车辆在市区行驶时，对功率要求比较低，所以此模式完全可以满足车辆在市区路面行驶的要求，包括实现车辆的起步、加速和爬坡。同时，由电动机Ⅰ3与电动机Ⅱ11相互配合进行换档，可实现换档过程中无动力中断，提高了换档品质，改善了车辆的行驶平顺性。电动机Ⅰ3可以通过改变输入电压的方向实现正向和反向转动，当电动机Ⅰ3反向转动时，即可在此模式下实现车辆的倒驶。
通过以上说明可以看出，本发明以传动效率较高的直列齿轮变速器的结构实现了两个电动机的动力耦合，为电机的动力输出提供了2个档位，符合电动机的实际工作需求。并且通过多种运行模式的转换，能有效利电动机的速度特性和高效运转区。本装置结构简单、成本较低，而且在换档时可以实现主动同步调速和无动力中断控制，改善了汽车的动力性和经济性。
以下是本发明的改进技术方案：
参阅图10，本发明如果在前述方案的基础上在机械式自动变速器中增加一对齿轮，即齿轮Ⅴ13和齿轮Ⅵ14，齿轮Ⅴ13和齿轮Ⅵ14啮合组成三档齿轮对，齿轮Ⅴ13空套在变速器输入轴Ⅰ8上，接合套Ⅰ5可以选择性的与齿轮Ⅱ4或齿轮Ⅴ13结合，齿轮Ⅵ14与变速器输出轴2固连，采用此改进方案，在不增加控制机构的情况下就可以增加一个档位，变为三档变速器。
下面具体介绍此改进方案在各档位模式下的控制方法：
如图11所示，一档模式下，其动力传递路线与两档变速器的双电机低速档动力传递路线相同。
如图12所示，二档模式下，接合套Ⅰ5与齿轮Ⅴ13结合，使齿轮Ⅴ13与变速器输入轴Ⅰ8固连，接合套Ⅱ6与齿轮Ⅲ7结合，使齿轮Ⅲ7与变速器输入轴Ⅰ8固连，接合套Ⅲ12与齿轮Ⅳ9不结合，电动机Ⅰ3、电动机Ⅱ11的转速与转向相同。此时的动力传递路线为：由电动机Ⅰ3输出的动力，经变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅰ5、齿轮Ⅴ13、齿轮Ⅵ14，由变速器输出轴2输出；由电动机Ⅱ11输出的动力，经变速器输入轴Ⅱ10、齿轮Ⅳ9、齿轮Ⅲ7、接合套Ⅱ6、变速器输入轴Ⅰ8、接合套Ⅰ5、齿轮Ⅴ13、齿轮Ⅵ14，由变速器输出轴2输出。
如图13所示，三档模式下，其动力传递路线与两档变速器的双电机高速档动力传递路线相同。
如图14所示为一档变二档的控制过程：接合套Ⅱ6与齿轮Ⅲ7脱离结合，使齿轮Ⅲ7空转，此时电动机Ⅰ3单独输出动力；调节电动机Ⅱ11的转速，当其转速与变速器输出轴2转速相同时，接合套Ⅲ12与齿轮Ⅳ9结合，使齿轮Ⅳ9与变速器输出轴2固连，此时电动机Ⅰ3和电动机Ⅱ11同时输出动力；接合套Ⅰ5与齿轮Ⅱ4脱离结合，齿轮Ⅱ4空转，此时电动机Ⅱ11单独输出动力；调节电动机Ⅰ3的转速，当其转速与变速器输出轴2转速的比正好为二档传动比时，此时接合套Ⅰ5与齿轮Ⅴ13结合，使齿轮Ⅴ13与变速器输入轴Ⅰ8固连，此时电动机Ⅰ3和电动机Ⅱ11同时输出动力；接合套Ⅲ12与齿轮Ⅳ9脱离结合，此时电动机Ⅰ3单独输出动力；调节电动机Ⅱ11转速，当其转速与电动机Ⅰ3的转速相同时，接合套Ⅱ6与齿轮Ⅲ7结合，使齿轮Ⅲ7与变速器输入轴Ⅰ8固连，此时电动机Ⅰ3和电动机Ⅱ11同时输出动力，完成一档换至二档的过程。
二档变三档的换挡控制过程与前述两档变速箱双电机低速档变双电机高速档的换档控制过程相同。
三档变二档的换挡控制策略与前述两档变速箱双电机高速档变双电机低速档的换挡控制过程相同。
如图15所示为二档变一档的换档控制过程：接合套Ⅱ6与齿轮Ⅲ7脱离结合，使齿轮Ⅲ7空转，此时电动机Ⅰ3单独输出动力；调节电动机Ⅱ11转速，当其转速与变速器输出轴2的转速正好相等时，接合套Ⅲ12与齿轮Ⅳ9结合，使齿轮Ⅳ9与变速器输出轴2固连，此时电动机Ⅰ3和电动机Ⅱ11同时输出动力；接合套Ⅰ5与齿轮Ⅴ13脱离结合，使齿轮Ⅴ13空转，此时电动机Ⅱ11单独输出动力；调节电动机Ⅰ3的转速，当其转速与变速器输出轴2转速的比正好为一档传动比时，接合套Ⅰ5与齿轮Ⅱ4结合，使齿轮Ⅱ4与变速器输入轴Ⅰ8固连，此时电动机Ⅰ3和电动机Ⅱ11同时输出动力；接合套Ⅲ12与齿轮Ⅳ9脱离结合，此时电动机Ⅰ3单独输出动力；调节电动机Ⅱ11转速，当其转速与电动机Ⅰ3的转速相等时，接合套Ⅱ6与齿轮Ⅲ7结合，使齿轮Ⅲ7与变速器输入轴Ⅰ8固连，此时电动机Ⅰ3和电动机Ⅱ11同时输出动力，完成二档换至一档过程。通过以上说明可以看出，本发明的控制策略适应性较强，如果在原来两档变速器的基础上再增加一对齿轮，那么在不增加控制机构的情况下就可以增加一个档位，变为三档变速器。
Claims (9)
1.一种电动车用双电机两档变速器，包括电动机Ⅰ(3)、电动机Ⅱ(11)和机械式自动变速器，其特征在于，机械式自动变速器包括由齿轮Ⅰ(1)与齿轮Ⅱ(4)啮合组成的一档齿轮对、由齿轮Ⅲ(7)与齿轮Ⅳ(9)啮合组成的二档齿轮对、接合套Ⅰ(5)、接合套Ⅱ(6)、接合套Ⅲ(12)、变速器输入轴Ⅰ(8)、变速器输入轴Ⅱ(10)和变速器输出轴(2)；其中，齿轮Ⅰ(1)与变速器输出轴(2)固连；齿轮Ⅱ(4)和齿轮Ⅲ(7)均空套在变速器输入轴Ⅰ(8)上，齿轮Ⅳ(9)固连在变速器输入轴Ⅱ(10)上，电动机Ⅰ(3)的输出轴与变速器输入轴Ⅰ(8)相连，电动机Ⅱ(11)的输出轴与变速器输入轴Ⅱ(10)相连；接合套Ⅰ(5)套接固定在变速器输入轴Ⅰ(8)上且与齿轮Ⅱ(4)相邻，接合套Ⅰ(5)可与齿轮Ⅱ(4)结合或分离,接合套Ⅱ(6)套接固定在变速器输入轴Ⅰ(8)上且与齿轮Ⅲ(7)相邻，接合套Ⅱ(6)可与齿轮Ⅲ(7)结合或分离,接合套Ⅲ(12)固定在变速器输入轴Ⅱ(10)上且与齿轮Ⅳ(9)相邻，接合套Ⅲ(12)可与齿轮Ⅳ(9)结合或分离。
2.按照权利要求1所述的一种电动车用双电机两档变速器，其特征在于，所述机械式自动变速器还包括由齿轮Ⅴ(13)和齿轮Ⅵ(14)啮合组成的三档齿轮对，齿轮Ⅴ(13)空套在变速器输入轴Ⅰ(8)上且位于接合套Ⅰ(5)和接合套Ⅱ(6)之间，接合套Ⅰ(5)可以选择性的与齿轮Ⅱ(4)或齿轮Ⅴ(13)结合，齿轮Ⅵ(14)与变速器输出轴(2)固连。
3.按照权利要求1所述的一种电动车用双电机两档变速器的换挡控制方法，其特征在于，所述机械式自动变速器为电动机Ⅰ(3)、电动机Ⅱ(11)的动力输出提供了2个档位，通过对电动机Ⅰ(3)、电动机Ⅱ(11)和机械式自动变速器的耦合，在双电机驱动并且电池电量充足时，可实现2个有效档位的转换，2个档位分别为双电机低速档和双电机高速档。
4.按照权利要求3所述的一种电动车用双电机两档变速器的换挡控制方法，其特征在于，电动车用双电机两档变速器在双电机低速档模式下的控制方法包括的步骤为：接合套Ⅰ(5)与齿轮Ⅱ(4)结合，使齿轮Ⅱ(4)与变速器输入轴Ⅰ(8)固连，接合套Ⅱ(6)与齿轮Ⅲ(7)结合，使齿轮Ⅲ(7)与变速器输入轴Ⅰ(8)固连，接合套Ⅲ(12)与齿轮Ⅳ(9)不结合，电动机Ⅰ(3)、电动机Ⅱ(11)的转速与转向相同；该模式下的动力传递路线为：由电动机Ⅰ(3)输出的动力，经变速器输入轴Ⅰ(8)、接合套Ⅰ(5)、齿轮Ⅱ(4)、齿轮Ⅰ(1)后由变速器输出轴(2)输出；由电动机Ⅱ(11)输出的动力，经变速器输入轴Ⅱ(10)、齿轮Ⅳ(9)、齿轮Ⅲ(7)、接合套Ⅱ(6)、变速器输入轴Ⅰ(8)、接合套Ⅰ(5)、齿轮Ⅱ(4)、齿轮Ⅰ(1)，由变速器输出轴(2)输出。
5.按照权利要求3所述的一种电动车用双电机两档变速器的换挡控制方法，其特征在于，电动车用双电机两档变速器在双电机高速档模式下的控制方法包括的步骤为：接合套Ⅱ(6)与齿轮Ⅲ(7)结合，使齿轮Ⅲ(7)与变速器输入轴Ⅰ(8)固连，接合套Ⅲ(12)与齿轮Ⅳ(9)结合，使齿轮Ⅳ(9)与变速器输出轴(2)固连，接合套Ⅰ(5)与齿轮Ⅱ(4)不结合，齿轮Ⅱ(4)空转，电动机Ⅰ(3)、电动机Ⅱ(11)的转速与转向相同；该模式下的动力传递路线为：由电动机Ⅰ(3)输出的动力，经变速器输入轴Ⅰ(8)、接合套Ⅱ(6)、齿轮Ⅲ(7)、齿轮Ⅳ(9)、接合套Ⅲ(12)后由变速器输出轴(2)输出；由电动机Ⅱ(11)输出的动力，经变速器输入轴Ⅱ(10)、齿轮Ⅳ(9)、接合套Ⅲ(12)，由变速器输出轴(2)输出。
6.按照权利要求3所述的一种电动车用双电机两档变速器的换挡控制方法，其特征在于，电动车用双电机两档变速器从双电机低速档变为双电机高速档的换挡控制过程包括以下步骤：
步骤一、从双电机低速档过渡到电动机Ⅰ(3)单独工作于低速档：接合套Ⅱ(6)与齿轮Ⅲ(7)脱离结合，使齿轮Ⅲ(7)空转；此时的动力传递路线为：动力由电动机Ⅰ(3)输出，经变速器输入轴Ⅰ(8)、接合套Ⅰ(5)、齿轮Ⅱ(4)、齿轮Ⅰ(1)，由变速器输出轴(2)输出；
步骤二、从电动机Ⅰ(3)单独工作于低速档过渡到电动机Ⅰ(3)工作于低速档且电动机Ⅱ(11)工作于高速档：调节电动机Ⅱ(11)的转速，当其转速与变速器输出轴(2)转速相同时，接合套Ⅲ(12)与齿轮Ⅳ(9)结合，使齿轮Ⅳ(9)与变速器输出轴(2)固连；此时动力传递路线为：由电动机Ⅰ(3)输出的动力，经变速器输入轴Ⅰ(8)、接合套Ⅰ(5)、齿轮Ⅱ(4)、齿轮Ⅰ(1)，由变速器输出轴(2)输出；由电动机Ⅱ(11)输出的动力，经变速器输入轴Ⅱ(10)、齿轮Ⅳ(9)、接合套Ⅲ(12)后由变速器输出轴(2)输出；
步骤三、从电动机Ⅰ(3)工作于低速档且电动机Ⅱ(11)工作于高速档过渡到电动机Ⅱ(11)单独工作于高速档：接合套Ⅰ(5)与齿轮Ⅱ(4)脱离结合，齿轮Ⅱ(4)空转；此时动力传递路线为：动力由电动机Ⅱ(11)输出，经变速器输入轴Ⅱ(10)、齿轮Ⅳ(9)、接合套Ⅲ(12)，由变速器输出轴(2)输出；
步骤四、从电动机Ⅱ(11)单独工作于高速档过渡到双电机高速档，调节电动机Ⅰ(3)的转速，当其转速与电动机Ⅱ(11)的转速相同时，接合套Ⅱ(6)与齿轮Ⅲ(7)结合，使齿轮Ⅲ(7)与变速器输入轴Ⅰ(8)固连；此时动力传递路线为：由电动机Ⅰ(3)输出的动力，经变速器输入轴Ⅰ(8)、接合套Ⅱ(6)、齿轮Ⅲ(7)、齿轮Ⅳ(9)、接合套Ⅲ(12)，由变速器输出轴(2)输出；由电动机Ⅱ(11)输出的动力，经变速器输入轴Ⅱ(10)、齿轮Ⅳ(9)、接合套Ⅲ(12)、由变速器输出轴(2)输出。
7.按照权利要求3所述的一种电动车用双电机两档变速器的换挡控制方法，其特征在于，电动车用双电机两档变速器从双电机高速档变为双电机低速档的换挡控制过程包括以下步骤：
步骤一、由双电机高速档过渡到电动机Ⅱ(11)单独工作于高速档：接合套Ⅱ(6)与齿轮Ⅲ(7)脱离结合，齿轮Ⅲ(7)空转；此时动力传递路线为：动力由电动机Ⅱ(11)输出，经变速器输入轴Ⅱ(10)、齿轮Ⅳ(9)、接合套Ⅲ(12)，由变速器输出轴(2)输出；
步骤二、由电动机Ⅱ(11)单独工作于高速档过渡到电动机Ⅰ(3)工作于低速档且电动机Ⅱ(11)工作于高速档：调节电动机Ⅰ(3)的转速，当其转速与变速器输出轴转速的比值恰好等于低速档传动比时，接合套Ⅰ(5)与齿轮Ⅱ(4)结合；此时动力传递路线为：由电动机Ⅰ(3)输出的动力，经变速器输入轴Ⅰ(8)、接合套Ⅰ(5)、齿轮Ⅱ(4)、齿轮Ⅰ(1)，由变速器输出轴(2)输出；由电动机Ⅱ(11)输出的动力，经变速器输入轴Ⅱ(10)、齿轮Ⅳ(9)、接合套Ⅲ(12)，由变速器输出轴(2)输出；
步骤三、由电动机Ⅰ(3)工作于低速档且电动机Ⅱ(11)工作于高速档过渡到电动机Ⅰ(3)单独工作于低速档：接合套Ⅲ(12)与齿轮Ⅳ(9)脱离结合；此时的动力传递路线为：动力由电动机Ⅰ(3)输出，经变速器输入轴Ⅰ(8)、接合套Ⅰ(5)、齿轮Ⅱ(4)、齿轮Ⅰ(1)，由变速器输出轴(2)输出；
步骤四、由电动机Ⅰ(3)单独工作于低速档过渡到双电机低速档：调节电动机Ⅱ(11)的转速，当其转速与电动机Ⅰ(3)的转速相等时，接合套Ⅱ(6)与齿轮Ⅲ(7)结合；此时的动力传递路线为：由电动机Ⅰ(3)输出的动力，经变速器输入轴Ⅰ(8)、接合套Ⅰ(5)、齿轮Ⅱ(4)、齿轮Ⅰ(1)，由变速器输出轴(2)输出；由电动机Ⅱ(11)输出的动力，经变速器输入轴Ⅱ(10)、齿轮Ⅳ(9)、齿轮Ⅲ(7)、接合套Ⅱ(6)、变速器输入轴Ⅰ(8)、接合套Ⅰ(5)、齿轮Ⅱ(4)、齿轮Ⅰ(1)，由变速器输出轴(2)输出。
8.按照权利要求3所述的一种电动车用双电机两档变速器的换挡控制方法，其特征在于，电动车用双电机两档变速器在倒档模式下的控制步骤为：倒档时，电动机Ⅰ(3)单独工作，并且电动机Ⅰ(3)反转，接合套Ⅰ(5)与齿轮Ⅱ(4)结合，使齿轮Ⅱ(4)与变速器输入轴Ⅰ(8)固连，接合套Ⅱ(6)与齿轮Ⅲ(7)脱离结合，齿轮Ⅲ(7)空转，接合套Ⅲ(12)与齿轮Ⅳ(9)不结合；此时的动力传递路线为：动力由电动机Ⅰ(3)输出，经变速器输入轴Ⅰ(8)、接合套Ⅰ(5)、齿轮Ⅱ(4)、齿轮Ⅰ(1)，由变速器输出轴(2)输出。
9.按照权利要求3所述的一种电动车用双电机两档变速器的换挡控制方法，其特征在于，电动车用双电机两档变速器在各档位模式下的制动控制包括以下步骤：
当汽车在双电机低速档模式驱动行驶时，踩动制动踏板进行制动，此时动力传递路线为：输入的动力依次经变速器输出轴(2)、齿轮Ⅰ(1)、齿轮Ⅱ(4)、接合套Ⅰ(5)后，一路经变速器输入轴Ⅰ(8)后拖动电动机Ⅰ(3)发电；另一路经变速器输入轴Ⅰ(8)、接合套Ⅱ(6)、齿轮Ⅲ(7)、齿轮Ⅳ(9)、变速器输入轴Ⅱ(10)，拖动电动机Ⅱ(11)发电；当电池电量充满时，改为机械制动；
当汽车在双电机高速档模式驱动行驶时，踩动制动踏板进行制动，此时动力传递路线为：输入的动力依次通过变速器输出轴(2)、接合套Ⅲ(12)后，一路经齿轮Ⅳ(9)、齿轮Ⅲ(7)、接合套Ⅱ(6)、变速器输入轴Ⅰ(8)，拖动电动机Ⅰ(3)发电；另一路经齿轮Ⅳ10、变速器输入轴Ⅱ(10)，拖动电动机Ⅱ(11)发电；当电池电量充满时，改为机械制动。
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