传动系统、车辆及换挡控制方法与流程

1.本发明涉及车辆动力传递技术领域，具体涉及一种传动系统、车辆及换挡控制方法。


背景技术：

2.目前，对于使用amt变速箱的纯电动车辆，其相比传统燃油车辆多取消了离合器，驱动电机与amt变速箱直联以实现动力传递，并采用同步器将amt变速箱的输入轴转速和输出轴转速在同轴上进行转速同步，以实现换挡。
3.现有技术中，同步器通常包括接合齿、同步环和齿套。换挡过程中，在齿套穿过同步环后，会出现齿套上的花键与接合齿的花键倒角正对的情况。此时，需克服驱动电机转子和变速箱输入轴等结构的转动惯量，才能将接合齿花键拨动一定角度以实现挂挡，换挡所需时间较长，存在明显的换挡卡滞问题。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中使用amt变速箱的纯电动车辆在换挡时存在明显卡滞的缺陷，从而提供一种传动系统、车辆及换挡控制方法。
5.为了解决上述问题，本发明提供了一种传动系统，其包括驱动电机和变速箱。其中，变速箱与驱动电机的输出轴传动连接，变速箱包括相配合的接合齿和齿套，接合齿包括接合齿花键，齿套包括齿套花键，接合齿花键具有靠近齿套花键的第一端部，齿套花键具有靠近接合齿花键的第二端部，第一端部和第二端部均为单面倒角结构且倾斜方向一致。换挡时，齿套向接合齿移动，驱动电机带动接合齿相对齿套转动，且第一端部的端面与第二端部的端面啮合时，接合齿花键受齿套花键的压力的周向分力的方向与接合齿转动时的运动方向一致。
6.可选地，第一端部的端面为第一端面，第一端面的厚度方向的一端向远离齿套花键的方向倾斜；第二端部的端面为第二端面，第二端面的厚度方向的一端向远离接合齿花键的方向倾斜，且第二端面与第一端面的倾斜方向一致。
7.可选地，传动系统还包括驱动电机控制器和变速箱控制器。其中，驱动电机控制器与驱动电机通讯连接，以控制驱动电机调节转速和扭矩；变速箱控制器与驱动电机控制器通讯连接，以发出换挡指令。
8.可选地，变速箱还包括换挡执行机构，换挡执行机构与齿套连接，以驱动齿套向接合齿移动；变速箱控制器与换挡执行机构通讯连接，以发出换挡指令。
9.可选地，变速箱还包括变速箱输入轴和变速箱输出轴。其中，变速箱输入轴与驱动电机的输出轴传动直联，变速箱输入轴上固定套设有主动齿轮；变速箱输出轴上空套有从动齿轮，从动齿轮与主动齿轮传动连接；接合齿与从动齿轮为同步齿轮，齿套沿变速箱输出轴滑动设置，以与接合齿分离或接合。
10.可选地，变速箱输出轴上空套有多个从动齿轮，多个从动齿轮分别与主动齿轮传
动连接，以形成多个挡位；接合齿设置有多个，多个接合齿与多个从动齿轮一一对应设置。
11.本发明还提供了一种车辆，其包括如上所述的传动系统。
12.本发明还提供了一种换挡控制方法，其通过如上所述的传动系统进行换挡，换挡控制方法包括以下步骤：s10、控制驱动电机进行清扭；s20、控制变速箱进行摘挡；s30、控制驱动电机进行调速，使接合齿相对齿套转动；s40、控制变速箱进行挂挡；s50、控制驱动电机进行回扭。
13.可选地，通过驱动电机控制器控制驱动电机调节转速和扭矩；通过变速箱控制器向驱动电机控制器发出换挡指令，以实现清扭、调速或回扭。
14.可选地，通过换挡执行机构驱动齿套向接合齿移动；通过变速箱控制器向换挡执行机构发出换挡指令，以实现摘挡或挂挡。
15.本发明具有以下优点：1、通过将接合齿花键上的第一端部和齿套花键上的第二端部设置为倾斜方向一致的单面倒角结构，并在换挡时控制接合齿相对齿套转动指定方向，可以使接合齿与齿套直接顺畅接合,避免在换挡时出现卡滞。
16.2、通过变速箱控制器可以向驱动电机控制器发出换挡指令，驱动电机控制器根据换挡指令控制驱动电机调节转速和扭矩，进而使驱动电机和变速箱协作实现换挡。
17.3、换挡执行机构接收到换挡指令后，能够驱动齿套远离接合齿移动，以使齿套与和当前挡位对应的接合齿分离，实现摘挡，也能够驱动齿套靠近接合齿移动，以使齿套与和目标挡位对应的接合齿接合，实现换挡。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1示出了本发明实施例一提供的传动系统的整体结构示意图；图2示出了本发明实施例一提供的传动系统中变速箱的部分结构示意图；图3示出了本发明实施例一提供的传动系统中接合齿花键和齿套花键配合的结构示意图；图4示出了本发明实施例一提供的传动系统中接合齿花键和齿套花键配合的第一种情形；图5示出了本发明实施例一提供的传动系统中接合齿花键和齿套花键配合的第二种情形；图6示出了本发明实施例一提供的传动系统中接合齿花键和齿套花键配合的另一种结构示意图；图7示出了本发明实施例二提供的第一种接合齿花键的结构示意图；图8示出了本发明实施例二提供的第二种接合齿花键的结构示意图；图9示出了本发明实施例二提供的第三种接合齿花键的结构示意图；图10示出了本发明实施例二提供的第四种接合齿花键的结构示意图；
图11示出了本发明实施例三提供的执行升挡时车辆相关参数的变化图；图12示出了本发明实施例三提供的执行降挡时车辆相关参数的变化图。
20.附图标记说明：10、驱动电机；20、变速箱；21、接合齿；211、接合齿花键；2111、第一端部；2112、第一侧面；2113、第二侧面；2114、第一端面；22、齿套；221、齿套花键；2211、第二端部；2212、第三侧面；2213、第四侧面；2214、第二端面；23、换挡执行机构；24、变速箱输入轴；25、变速箱输出轴；30、驱动电机控制器；40、变速箱控制器；50、主减速器；60、车轮。
具体实施方式
21.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
25.实施例一本实施例提供了一种传动系统，如图1-图3所示，其包括驱动电机10和变速箱20，驱动电机10的输出轴和变速箱20传动连接。变速箱20包括相配合的接合齿21和齿套22，接合齿21包括接合齿花键211，齿套22包括齿套花键221。其中，接合齿花键211具有靠近齿套花键221的第一端部2111，齿套花键221具有靠近接合齿花键211的第二端部2211，第一端部2111和第二端部2211均为单面倒角结构且倾斜方向一致。
26.当车辆换挡时，齿套22向接合齿21移动，驱动电机10通过变速箱20带动接合齿21相对齿套22转动，且第一端部2111的端面与第二端部2211的端面啮合时，接合齿花键211受齿套花键221的压力的周向分力的方向与接合齿21转动时的运动方向一致。
27.本实施例中，如图3所示，x方向表示齿套22的移动方向，m方向表示接合齿21转动时的运动方向。可理解的是，接合齿21转动时，其转动轨迹上某一点的切线方向即为该点的运动方向。直观而言，按从左向右的观察方向，接合齿21顺时针转动。
28.进一步地，如图3所示，接合齿花键211包括第一侧面2112、第二侧面2113和第一端面2114。其中，第一侧面2112和第二侧面2113分别设置在接合齿花键211的厚度方向的两侧；第一端面2114设置在接合齿花键211靠近齿套花键221的一端，第一端面2114即是第一
端部2111的端面。可理解的是，第一端面2114中与第一侧面2112相连的一端为第一端面2114的厚度方向的第一端，第一端面2114中与第二侧面2113相连的一端为第一端面2114的厚度方向的第二端。
29.齿套花键221包括第三侧面2212、第四侧面2213和第二端面2214。其中，第三侧面2212和第四侧面2213分别设置在齿套花键221的厚度方向的两侧；第二端面2214设置在齿套花键221靠近接合齿花键211的一端，第二端面2214即是第二端部2211的端面。可理解的是，第二端面2214中与第三侧面2212相连的一端为第二端面2214的厚度方向的第一端，第二端面2214中与第四侧面2213相连的一端为第二端面2214的厚度方向的第二端。
30.本实施例中，第一端面2114中与第一侧面2112相连的一端向远离齿套花键221的方向倾斜，以形成呈单面倒角结构的第一端部2111。第二端面2214中与第四侧面2213相连的一端向远离接合齿花键211的方向倾斜，以形成呈单面倒角结构的第二端部2211。
31.进一步地，如图3所示，第一端面2114与第二端面2214的倾斜方向一致，以实现相互啮合。第一端面2114与第二端面2214啮合时，参考图4，齿套花键221会对接合齿花键211施加压力f，f可分为周向分力f
周
和轴向分力f
轴
。
32.本实施例中，m方向即与f
周
的方向相同。
33.按以上设置，在换挡时，无需同步环，即可使接合齿21与齿套22直接顺畅接合，可以有效减少换挡时间，避免出现换挡卡滞。
34.具体地，在接合齿21与齿套22接合时，会出现两种情形，两种情形分别如图4和图5所示。其中，参考图3和图4，第一种情形下，第一端面2114与第二端面2214接触。此时，由于接合齿21相对齿套22转动，并沿m方向转动，所以可以在齿套22对接合齿21施加压力f时，使接合齿21可以顺应f的周向分力移动，进而使齿套花键221通过第一端面2114和第二端面2214间的配合顺畅滑入接合齿花键211中，避免出现卡滞，实现齿套22与接合齿21的接合，完成换挡。
35.参考图3和图5，第二种情形下，第二侧面2113和第三侧面2212接触。此时，齿套花键221直接克服摩擦力即可滑入接合齿花键211中，实现齿套22与接合齿21的接合，也不会出现卡滞，换挡十分平顺。
36.本实施例中，接合齿花键211为内花键，齿套花键221为外花键。其它实施例中，也可将接合齿花键211设置为外花键，将齿套花键221设置为内花键。
37.优选地，第一端面2114设置为斜平面，其与第一侧面2112的夹角为钝角，与第二侧面2113的夹角为锐角。第二端面2214设置为斜平面，其与第三侧面2212的夹角为锐角，与第四侧面2213的夹角为钝角。
38.可以理解的是，在另一实施例中，参照图6所示，对于接合齿花键211，也可使第一端面2114与第一侧面2112成锐角，第一端面2114与第二侧面2113成钝角。相应地，对于齿套花键221，可使第二端面2214与第三侧面2212成钝角，第二端面2214与第四侧面2213成锐角。此时，只要在接合齿21相对齿套22转动时，仍保证接合齿21转动时的运动方向与f
周
的方向一致，即可使齿套22与接合齿21直接顺畅接合，完成换挡。
39.本实施例中，如图1所示，在该传动系统中还设置有驱动电机控制器30（motor control unit，mcu）和变速箱控制器40（transmission control unit，tcu）。其中，变速箱控制器40与驱动电机控制器30通讯连接，以向驱动电机控制器30发出换挡指令。驱动电机
控制器30与驱动电机10通讯连接，以根据换挡指令控制驱动电机10调节转速和扭矩，进而使驱动电机10和变速箱20协作实现换挡。
40.进一步地，如图1和图2所示，变速箱20还包括换挡执行机构23，变速箱控制器40与换挡执行机构23通讯连接，换挡执行机构23与齿套22传动连接。当换挡执行机构23接收到变速箱控制器40发出的换挡指令后，换挡执行机构23能够驱动齿套22远离接合齿21移动，以使齿套22与和当前挡位对应的接合齿21分离，实现摘挡；换挡执行机构23也能够驱动齿套22靠近接合齿21移动，以使齿套22与和目标挡位对应的接合齿21接合，实现换挡。
41.本实施例中，换挡执行机构23包括换挡电机和拨叉。其中，换挡电机与拨叉传动连接，拨叉与齿套22连接。换挡电机运行时，其能够带动拨叉移动，进而通过拨叉驱动齿套22移动。
42.如图1所示，变速箱20还包括变速箱输入轴24和变速箱输出轴25。其中，变速箱输入轴24与驱动电机10的输出轴传动直联，变速箱输入轴24上固定套设有主动齿轮；变速箱输出轴25上空套有从动齿轮，从动齿轮与主动齿轮传动连接。
43.本实施例中，接合齿21与从动齿轮为同步齿轮，二者同时转动且转速相同。齿套22能够沿变速箱输出轴25滑动，以与接合齿21分离，断开从动齿轮和变速箱输出轴25之间的动力传递，使从动齿轮保持空转；齿套22也能够沿变速箱输出轴25滑动，以与接合齿21接合，实现从动齿轮和变速箱输出轴25之间的动力传递。
44.进一步地，变速箱输出轴25上空套有多个从动齿轮，多个从动齿轮分别与主动齿轮传动连接，以形成多个挡位。相应地，接合齿21设置有多个，多个接合齿21与多个从动齿轮一一对应设置。
45.本实施例中，变速箱20共具有四个挡位。图2所示为其中两个挡位对应的接合齿21与齿套22配合的结构示意图。假设右边和左边的接合齿21分别对应第一挡位和第二挡位，开始时车辆处于第一挡位，则当车辆需要换至第二挡位时，换挡过程如下：（1）驾驶人员进行换挡操作，驱动电机10进行清扭；（2）换挡执行机构23控制齿套22向左移动，使齿套22与右边的接合齿21分离，摘出第一挡位；（3）驱动电机10调节转速，使接合齿21相对齿套22转动，接合齿21转动时的运动方向如上所述；（4）换挡执行机构23控制齿套22向左移动，使齿套22与左边的接合齿21接合，挂入第二挡位；（5）驱动电机10进行回扭，车辆保持在第二挡位行驶。
46.其它方面，参考图1，传动系统还包括主减速器50，变速箱输出轴25通过主减速器50与车辆中的车轮60传动连接，以实现动力传递。通过主减速器50可以进一步降低转速，增大转矩，并改变旋转方向，然后传递给车轮60，以获得足够的牵引力和适当的车速。
47.本实施例还提供了一种车辆，该车辆包括如上所述的传动系统。优选地，该车辆为纯电动车辆。
48.综上，本实施例提供了一种传动系统和车辆，其具有以下优点：1、通过对接合齿花键211和齿套花键221的端部结构进行设计，并在换挡时使接合齿21相对齿套22转动，省去了同步环的设置，可以避免出现齿套22对接合齿21的作用力方
向与接合齿21运动方向不一致导致的换挡卡滞；2、在接合齿21与齿套22接合时，无需强制拨动接合齿21错开一定角度来进挡，也无需离合器切断动力来减小变速箱20输入端的惯性扭矩；3、可以控制驱动电机10进行精确调速达到转速同步，无需机械式同步器结构；4、传动系统整体结构更简单，可靠性更高，换挡更平顺，系统复杂度降低。
49.实施例二本实施例提供了一种传动系统，该传动系统与实施例一提供的传动系统的结构基本相同，区别仅在于第一端面2114及第二端面2214的形状与实施例一有所不同。
50.现以接合齿花键211为例对此进行说明。如图7-图9所示，本实施例共提供了四种接合齿花键211，其区别在于第一端面2114的形状不同。
51.其中，如图7所示，第一端面2114为斜面，其厚度方向的一端倒圆角设置。如图8所示，第一端面2114为斜面，其厚度方向的两端均倒圆角设置。如图9所示，第一端面2114设置为向外凸设的弧形面。如图10所示，第一端面2114的厚度方向的一端仍向远离齿套花键221的方向倾斜设置，但其厚度方向的另一端设置为直边段。
52.可理解的是，尽管第一端面2114的形状发生了变化，但仍可保证接合齿21与齿套22直接顺畅接合，可以有效减少换挡时间，避免出现换挡卡滞。
53.齿套花键221中，第二端面2214的设置可参照第一端面2114，在此不再赘述。
54.实施例三本实施例提供了一种换挡控制方法，其通过如以上任一实施例所述的传动系统进行换挡，该方法包括以下步骤：s10、控制驱动电机10进行清扭。
55.当驾驶人员换挡时，变速箱控制器40能够根据换挡指示向驱动电机控制器30发出换挡指令；之后，驱动电机控制器30控制驱动电机10运行，使驱动电机10的扭矩变至约0n
·
m。
56.s20、控制变速箱20进行摘挡。
57.变速箱控制器40向换挡执行机构23发出换挡指令，换挡执行机构23驱动齿套22移动，使齿套22与和当前挡位对应的接合齿21分离，实现摘挡。
58.s30、控制驱动电机10进行调速，使接合齿21相对齿套22转动。
59.驱动电机控制器30根据换挡指令控制驱动电机10运行，使驱动电机10的输出转速调至比目标挡位对应输入轴转速高δn转，δn＞0。此时，接合齿21相对齿套22沿m方向转动，以备在后续第一端面2114和第二端面2214啮合情形下，可以使接合齿21能够顺应f的周向分力的方向移动，保证接合齿21与齿套22顺畅接合。
60.s40、控制变速箱20进行挂挡。
61.换挡执行机构23驱动齿套22移动，使齿套22与和目标挡位对应的接合齿21接合，实现挂挡。
62.s50、控制驱动电机10进行回扭。
63.驱动电机控制器30控制驱动电机10运行，使驱动电机10的扭矩回复至清扭之前的水平。
64.在车辆实际运行时，驾驶人员可能进行升挡操作，也可能进行降挡操作。在此，以
第一挡位和第二挡位为例，结合图11和图12分别说明升挡和降挡情形下相参数的变化情况。其中，n1为第一挡位对应的变速箱输入轴24的转速，n2为第二挡位对应的变速箱输入轴24的转速，nm为驱动电机10输出轴的转速，δn为驱动电机10输出轴转速与目标挡位对应的变速箱输入轴24转速之差，f为换挡力，s为换挡行程，tq为驱动电机10的扭矩。
65.具体地，参考图11，当驾驶人员进行升挡操作时，车辆由第一挡位升为第二挡位。此时，换挡过程如下：接收到换挡指令后，驱动电机10进行清扭，扭矩tq减小到约0n
·
m；通过换挡执行机构23使齿套22与第一挡位对应的接合齿21分离，摘出第一挡位；驱动电机10调速，使转速nm比n2高δn；通过换挡执行机构23给齿套22施加换挡力，使齿套22与第二挡位对应的接合齿21接合，挂上第二挡位；驱动电机10回扭，扭矩tq回复至清扭之前的水平，车辆保持在第二挡位行驶。
66.参考图12，当驾驶人员进行降挡操作时，车辆由第二挡位降为第一挡位。此时，换挡过程如下：接收到换挡指令后，驱动电机10进行清扭，扭矩tq增加到约0n
·
m；通过换挡执行机构23使齿套22与第二挡位对应的接合齿21分离，摘出第二挡位；驱动电机10调速，使转速nm比n1高δn；通过换挡执行机构23给齿套22施加换挡力，使齿套22与第一挡位对应的接合齿21接合，挂上第一挡位；驱动电机10回扭，扭矩tq回复至清扭之前的水平，车辆保持在第一挡位行驶。
67.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。