带单向自适应接合装置的变速器系统及其换档控制方法

1.本发明涉及车辆变速技术领域，具体涉及一种带单向自适应接合装置的变速器系统及其换档控制方法。


背景技术：

2.车辆的电动化是我国节能减排的重要举措。在电动汽车中安装变速器可以扩大驱动电机转矩范围，使驱动电机工作在高效区，极大提高了车辆的动力性和经济性。电机直连机械变速器系统结构简单、成本低，是一种理想的电驱动构型，但其换档过程中出现的换档冲击大和动力中断时间长是影响其广泛应用的重要因素。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种带单向自适应接合装置的变速器系统及其换档控制方法，以解决现有技术中电机直连机械变速器系统容易导致换档冲击大和动力中断时间长的问题。
4.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：本发明提供一种带单向自适应接合装置的变速器系统，包括换档执行机构，还包括：驱动电机；机械变速器，所述机械变速器包括动力输入单元和动力输出单元，所述动力输入单元与所述驱动电机直连，所述动力输出单元包括动力输出轴、第一变速齿轮以及第二变速齿轮，所述动力输出轴安装于所述机械变速器的内部，所述第一变速齿轮和第二变速齿轮分别通过空转的方式套设在所述动力输出轴上，且所述第一变速齿轮和第二变速齿轮分别与所述动力输入单元传动连接；单向自适应接合装置，所述单向自适应接合装置设置在所述第一变速齿轮和第二变速齿轮之间，包括第一接合齿圈、第二接合齿圈以及接合套，所述第一接合齿圈和第二接合齿圈套设在所述动力输出轴上，所述第一接合齿圈和所述第一变速齿轮传动连接，所述第二接合齿圈和所述第二变速齿轮传动连接；所述接合套于所述第一接合齿圈和第二接合齿圈之间套设在所述动力输出轴上，且所述接合套通过滑动的方式与所述动力输出轴传动连接，所述换档执行机构于所述机械变速器的外部与所述接合套连接，且所述接合套与所述第一接合齿圈或第二接合齿圈形成对接结构。
5.进一步地，所述第一接合齿圈具有靠近所述接合套的接合端和靠近所述第一变速齿轮的滑动端，所述第一接合齿圈与所述接合套之间的对接结构包括：所述接合端上具有沿圆周方向分布的多个第一接合齿，且相邻的两个第一接合齿之间形成第一矩形凹槽，所述接合套靠近所述第一接合齿圈的端部具有沿圆周方向分布的多个第二接合齿，且相连的两个第二接合齿之间形成第二矩形凹槽，多个所述第一接合齿
与多个所述第二矩形凹槽一一配合对应，多个所述第二接合齿与多个所述第一矩形凹槽一一配合对应，所述第一接合齿靠近所述接合套的端部上形成有单向的第一倒角，所述第二接合齿靠近所述第一接合齿圈的端部上形成有倒角面与第一倒角的倒角面平行的第二倒角；所述第二接合齿圈与所述接合套之间的对接结构与所述第一接合齿圈与所述接合套之间的对接结构相同。
6.进一步地，所述第一接合齿圈和所述第一变速齿轮的传动连接结构包括：所述接合端为端部开口的圆筒结构，且所述接合端上具有沿圆周方向分布设置的多个第一内花键，所述第一变速齿轮上具有沿圆周方向分布设置的多个第一外花键，且多个所述第一内花键与多个所述第一外花键构成供所述第一接合齿圈在所述第一变速齿轮上滑动的配合结构，其中，所述第二接合齿圈和所述第二变速齿轮的传动连接结构与所述第一接合齿圈和所述第一变速齿轮的传动连接结构一致。
7.进一步地，所述第一接合齿圈和所述第一变速齿轮之间、所述第二接合齿圈和所述第二变速齿轮之间分别设有回位弹簧，所述回位弹簧套设在所述动力输出轴上，且所述回位弹簧的一端连接在变速齿轮上，另一端连接在接合齿圈上。
8.进一步地，所述第一变速齿轮和第二变速齿轮分别通过轴承空转连接在所述动力输出轴上。
9.进一步地，所述接合套为两端开口的套筒结构，在所述接合套中部的筒内壁上沿圆周方向设有多个第二内花键，并在所述动力输出轴的轴壁上沿圆周方向设有多个第二外花键，使多个所述第二内花键与多个所述第二外花键构成供所述接合套在所述动力输出轴上滑动的配合结构，其中，所述动力输出轴上安装有转速传感器。
10.进一步地，所述机械变速器还包括壳体，所述动力输入单元和动力输出单元均设置在壳体内，所述动力输出轴呈水平设置，其两端分别与壳体的内壁转动连接，且所述动力输出轴的一端穿出壳体并构成输出端。
11.进一步地，所述动力输入单元包括动力输入轴、第三变速齿轮以及第四变速齿轮，所述动力输入轴平行所述动力输出轴设置，其两端分别与壳体的内壁转动连接，且所述动力输入轴的一端穿出壳体并与所述驱动电机的输出端连接，所述第三变速齿轮和第四变速齿轮分别套接在所述动力输入轴上，且所述第三变速齿轮与所述第一变速齿轮呈啮合设置，所述第四变速齿轮与所述第二变速齿轮呈啮合设置。
12.进一步地，所述第三变速齿轮的直径大于所述第四变速齿轮的直径，所述第一变速齿轮的直径小于第三变速齿轮和第二变速齿轮的直径。
13.根据上述的一种带单向自适应接合装置的变速器系统，本发明还提供一种换档控制方法，包括：驱动电机的卸载，根据控制需求给定驱动电机转矩指令，并控制驱动电机的转矩以平衡变速器内搅油阻力；摘档，基于车辆控制系统控制换档执行机构推动接合套沿动力输出轴移动，直至接合套与接合齿圈的接合齿相互分离，使接合套与原档位的接合齿圈分离；转速同步，根据需要的目标档位，控制驱动电机经动力输入单元和动力输出单元的变速齿轮调节接合齿圈匹配目标档位的转速，并控制目标档位的接合齿圈与接合套顺齿
转速差大于或等于零；挂档，通过控制换档执行机构继续推动接合套与目标档位的接合齿圈接合；恢复转矩，根据当前驾驶员意图给驱动电机设定目标转矩，并恢复车辆动力。
14.本发明由于采取以上技术方案，具备以下有益效果：本发明通过对传统的机械变速器进行改进，在机械变速器的内部设置单向自适应接合装置，通过设置第一接合齿圈、第二接合齿圈以及接合套，利用变速齿轮、接合齿圈以及接合套之间的传动关系，控制驱动电机可经由动力输入单元-第一变速齿轮-第一接合齿圈进行传动，进而调节第一接合齿圈的转速；另外可经动力输入单元-第二变速齿轮-第二接合齿圈进行传动，进而调节第二接合齿圈的转速，从而可根据需要的目标档位，控制驱动电机经动力输入单元和动力输出单元的变速齿轮调节接合齿圈以匹配目标档位的转速，以便于快速的自适应换挡，再通过换档执行机构推动接合套对接目标档位转速的接合齿圈，从而控制机械变速器的输出转速，其结构简单，可实现快速换挡，并有效缓冲换挡的冲击力。
附图说明
15.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
16.图1是本发明实施例提供的一种变速器系统的整体结构示意图。
17.图2是本发明实施例提供的一种换档控制方法的流程框图。
18.附图中各标记表示如下：1、换档执行机构；2、驱动电机；3、机械变速器；31、动力输出轴；32、第一变速齿轮；33、第二变速齿轮；34、动力输入轴；35、第三变速齿轮；36、第四变速齿轮；4、单向自适应接合装置；41、第一接合齿圈；411、第一接合齿；42、第二接合齿圈；43、接合套；431、第二接合齿；44、回位弹簧。
具体实施方式
19.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
20.由于现有车辆变速中，电机直连机械变速器系统容易导致换档冲击大和动力中断时间长，本发明提供一种带单向自适应接合装置的变速器系统及换档控制方法，通过控制驱动电机可经由动力输入单元-第一变速齿轮-第一接合齿圈进行传动，进而调节第一接合齿圈的转速；并经动力输入单元-第二变速齿轮-第二接合齿圈进行传动，进而调节第二接合齿圈的转速，从而可根据需要的目标档位，控制驱动电机经动力输入单元和动力输出单元的变速齿轮调节接合齿圈以匹配目标档位的转速，以便于快速的自适应换挡，再通过换档执行机构推动接合套对接目标档位转速的接合齿圈，从而控制机械变速器的输出转速，其结构简单，可实现快速换挡，并有效缓冲换挡的冲击力。
21.下面通过实施例对本发明的方案进行详细说明。
实施例
22.如图1所示，本发明提供一种带单向自适应接合装置的变速器系统，包括换档执行机构1、驱动电机2、机械变速器3以及单向自适应接合装置4，具体设置如下：机械变速器3包括动力输入单元和动力输出单元。动力输入单元与驱动电机2直连。动力输出单元包括动力输出轴31、第一变速齿轮32以及第二变速齿轮33。动力输出轴31安装于机械变速器3的内部，第一变速齿轮32和第二变速齿轮33分别通过空转的方式套设在动力输出轴31上，且第一变速齿轮32和第二变速齿轮33分别与动力输入单元传动连接。
23.具体地，机械变速器3还包括壳体。动力输入单元和动力输出单元均设置在壳体内。动力输出轴31呈水平设置，其两端分别与壳体的内壁转动连接，且动力输出轴31的一端穿出壳体并构成输出端。第一变速齿轮32和第二变速齿轮33分别通过轴承空转连接在动力输出轴31上。动力输入单元包括动力输入轴34、第三变速齿轮35以及第四变速齿轮36。动力输入轴34平行动力输出轴31设置，其两端分别与壳体的内壁转动连接，且动力输入轴34的一端穿出壳体并与驱动电机2的输出端连接。第三变速齿轮35和第四变速齿轮36分别套接在动力输入轴34上，且第三变速齿轮35与第一变速齿轮32呈啮合设置，第四变速齿轮36与第二变速齿轮33呈啮合设置。其中，第三变速齿轮35的直径大于第四变速齿轮36的直径，且第一变速齿轮32的直径小于第三变速齿轮35和第二变速齿轮33的直径。通过该结构的设置，基于动力输入轴34的转动能够带动第三变速齿轮35和第四变速齿轮36转动，而第一变速齿轮32和第二变速齿轮33的转动不会带动动力输出轴31转动，利用四个变速齿轮之间直径的不同，以实现经驱动电机2控制第一变速齿轮32和第二变速齿轮33同时转动且转速不同。
24.单向自适应接合装置4设置在第一变速齿轮32和第二变速齿轮33之间，包括第一接合齿圈41、第二接合齿圈42以及接合套43。第一接合齿圈41和第二接合齿圈42套设在动力输出轴31上，第一接合齿圈41和第一变速齿轮32传动连接，第二接合齿圈42和第二变速齿轮33传动连接。接合套43于第一接合齿圈41和第二接合齿圈42之间套设在动力输出轴31上，且接合套43通过滑动的方式与动力输出轴31传动连接，且接合套43与第一接合齿圈41或第二接合齿圈42形成对接结构。
25.具体地，第一接合齿圈41具有靠近接合套43的接合端和靠近第一变速齿轮32的滑动端。第一接合齿圈41与接合套43之间的对接结构包括：接合端上具有沿圆周方向分布的多个第一接合齿411，且相邻的两个第一接合齿411之间形成第一矩形凹槽。接合套43靠近第一接合齿圈41的端部具有沿圆周方向分布的多个第二接合齿431，且相连的两个第二接合齿431之间形成第二矩形凹槽，多个第一接合齿411与多个第二矩形凹槽一一配合对应，多个第二接合齿431与多个第一矩形凹槽一一配合对应。通过该结构的设置，利用接合齿的结构设计，以便于第一接合齿圈41和接合套43能进行对接。
26.进一步地，第一接合齿411靠近接合套43的端部上形成有单向的第一倒角，第二接合齿431靠近第一接合齿圈41的端部上形成有倒角面与第一倒角的倒角面平行的第二倒角。利用接合齿上的倒角结构，在第一接合齿圈41和接合套43进行接合时，使第二接合齿
431与第一接合齿411能够沿着倒角面顺势滑入对应的矩形凹槽内，并且通过单向的倒角结构设置，使第一接合齿圈41或接合套43上多个接合齿均沿着一个方向顺势对接，避免对接不准的问题，从而实现第一接合齿圈41和接合套43的快速对接。其中，第二接合齿圈42与接合套43之间的对接结构与第一接合齿圈41与接合套43之间的对接结构相同。从而只需要通过换档执行机构1推动接合套43与目标档位的接合齿圈接合即可。
27.如上所述，第一接合齿圈41和第一变速齿轮32的传动连接结构包括：接合端为端部开口的圆筒结构，且接合端上具有沿圆周方向分布设置的多个第一内花键。第一变速齿轮32上具有沿圆周方向分布设置的多个第一外花键，且多个第一内花键与多个第一外花键构成供第一接合齿圈41在第一变速齿轮32上滑动的配合结构。通过花键结构的设置，使第一变速齿轮32的转动能够带动第一接合齿圈41转动，同时，第一接合齿圈41能够沿着顺着花键在第一变速齿轮32上滑动一定距离，从而在接合套43和第一接合齿圈41接合后，利用第一接合齿圈41的可滑动，可缓冲接合过程中的冲击力。其中，第二接合齿圈42和第二变速齿轮33的传动连接结构与第一接合齿圈41和第一变速齿轮32的传动连接结构一致。
28.进一步地，在第一接合齿圈41和第一变速齿轮32之间、第二接合齿圈42和第二变速齿轮33之间分别设有回位弹簧44。回位弹簧44套设在动力输出轴31上，且回位弹簧44的一端连接在变速齿轮上，另一端连接在接合齿圈上。利用回位弹簧44的设置，一方面提高对接冲击力的缓冲效果，另一方面，回位弹簧44在接合齿圈和变速齿轮之间伸缩，实现接合齿圈的复位，以备下一次换档时的自适应接合。
29.进一步地，接合套43为两端开口的套筒结构。在接合套43中部的筒内壁上沿圆周方向设有多个第二内花键，并在动力输出轴31的轴壁上沿圆周方向设有多个第二外花键，使多个第二内花键与多个第二外花键构成供接合套43在动力输出轴31上滑动的配合结构。通过花键结构的设置，使接合套43的转动能够带动动力输出轴31转动，同时，接合套43能够沿着顺着花键在动力输出轴31上滑动一定距离，从而将换档执行机构1于机械变速器3的外部与接合套43连接，可基于车辆控制系统控制换档执行机构1推动接合套43沿动力输出轴31移动，直至接合套与接合齿圈接合或分离。其中，换档执行机构1为现有常规车辆换挡系统的执行模块。
30.优选的，在动力输出轴31上安装有转速传感器，可用于测量接合套43转速。
31.接合图2所示，根据上述的一种带单向自适应接合装置的变速器系统，本发明还提供一种换档控制方法，包括：换挡开始；驱动电机2的卸载，根据控制需求给定驱动电机2转矩指令，并控制驱动电机2的转矩以平衡变速器内搅油阻力；摘档，基于车辆控制系统控制换档执行机构1推动接合套43沿动力输出轴31移动，直至接合套与接合齿圈的接合齿相互分离，使接合套43与原档位的接合齿圈分离；转速同步，根据需要的目标档位，控制驱动电机2经动力输入单元和动力输出单元的变速齿轮调节接合齿圈匹配目标档位的转速，并控制目标档位的接合齿圈与接合套43顺齿转速差等于零或略大于零；挂档，通过控制换档执行机构1继续推动接合套43与目标档位的接合齿圈接合，直至完全接合；
恢复转矩，根据当前驾驶员意图给驱动电机2设定目标转矩，并恢复车辆动力；换挡结束。
32.本发明通过对传统的机械变速器3进行改进，在机械变速器3的内部设置单向自适应接合装置4，通过设置第一接合齿圈41、第二接合齿圈42以及接合套43，利用变速齿轮、接合齿圈以及接合套43之间的传动关系，控制驱动电机2可经由第三变速齿轮35-第一变速齿轮32-第一接合齿圈41进行传动，进而调节第一接合齿圈41的转速；另外可经第四变速齿轮36-第二变速齿轮33-第二接合齿圈42进行传动，进而调节第二接合齿圈42的转速，从而可根据需要的目标档位，控制驱动电机2经动力输入单元和动力输出单元的变速齿轮调节接合齿圈以匹配目标档位的转速，以便于快速的自适应换挡，再通过换档执行机构1推动接合套43对接目标档位转速的接合齿圈，从而控制机械变速器3的输出转速，其结构简单，可实现快速换挡，并可以保证100%换档成功，有效减少换挡的冲击力。
33.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。