一种电动车用三挡驱动装置及其换挡控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电动汽车传动技术领域，具体的说是一种电动车用三挡驱动装置及其换挡控制方法。
【背景技术】
[0002]机械式自动变速箱(AMT)以手动变速箱为基础，通过增加选换挡执行机构和离合器执行机构及相应的传感器和控制单元，实现自动换挡。机械式自动变速箱有效解决了手动变速器不能自动换挡以及自动变速器传动效率低的问题，结构简单，成本低，传动效率高。但换挡过程中动力中断的固有缺陷并没有得到根本的解决，而且带来了换挡过程中换挡冲击以及起步不平顺的问题，影响车辆的动力性和乘坐的舒适性，严重制约了其发展及产业化空间。
[0003]动力中断是AMT结构性的固有缺陷，仅仅通过控制算法的改进无法从本质上解决。双离合器自动变速器(DCT)技术的出现为传动系统带来了曙光，是对AMT技术的一种升级，可以实现动力换挡，而且换挡舒适性也得到极大地提高，但该系统结构复杂，关键零部件对设计、加工制造技术要求非常高，导致DCT技术门槛以及成本很高，限制了其广泛应用的潜力。
[0004]为了消除动力中断，hitachi公司提出了带assist clutch的AMT，换挡过程中，通过assist clutch的滑摩，补偿中断的驱动动力。然而这种机构补偿能力有限:以5挡变速器为例，如果对所有的换挡过程均能有效补偿动力，动力补偿离合器需安装于最高挡位5挡，使其在所有换挡过程中主动盘转速高于被动盘转速，从而为换挡过程提供驱动力矩(而不是拖动力矩)。然而最高挡位的动力补偿对低挡换挡的补偿能力是较弱的，如果5挡速比为1，I挡速比为4，那么对于I挡一2挡之间的切换，补偿动力大约为四分之一，而且此时的动力补偿离合器的转速差非常大，增加补偿扭矩意味着滑摩功的急剧上升。
[0005]LuK公司基于AMT的混合动力传动系统开发出换挡动力不中断变速器。该传动方案类似DCT的〃双离合器系统〃，采用两个离合器，一个起步离合器，一个换挡离合器，并且两离合器采用一个执行器，换挡过程中无需分离起步离合器。通过换挡离合器实现换挡过程中动力补偿。
[0006]DTI公司提出一种B-1ST结构，增加换挡离合器以及行星排齿轮，通过制动太阳轮，使得在换挡过程中，发动机的一部分扭矩通过行星排齿轮传递到变速器输出轴，使得换挡过程中避免动力中断。但同样会产生较大滑磨损失。
[0007]公开号为CN102700407A，名称为“2档机械自动变速器的纯电动汽车的横置式动力驱动装置”的专利，提出了一种2档机械自动变速器的纯电动汽车的横置式动力驱动装置，然而此发明只能为发动机提供两个有效档位。
[0008]公开号为CN103939535A，名称为“电动车用双电机两档变速器及其换挡控制方法”的专利，提出了一种电动车用双电机两档变速器及其换挡控制方法，此发明只能为电动机提供2个档位，同时采用两个电动机驱动，成本更高。
[0009]公开号为CN102943846A，名称为“一种电动汽车用两档自动变速器”的专利，提出了一种电动汽车用两档自动变速器，采用两个离合器设置，可以实现2个档位无间断的传递动力。
【发明内容】
[0010]本发明提供了一种电动车用三挡驱动装置及其换挡控制方法，这种驱动装置和换挡控制方法可以为电动机提供三个挡位，同时可以保证在换挡过程中驱动装置可以输出连续扭矩，不会发生动力中断现象。本发明换挡过程中采用相邻高挡位助力方式，这种助力方式在保证换挡过程中无动力中断的情况下，换挡离合器壳与换挡离合器摩擦片的转速差小，因此换挡过程中滑磨损失小。同时可以回收部分制动能量，节省部分电能量损失，克服了现有电动车用驱动装置及其换挡控制方法的上述不足。
[0011]本发明技术方案结合【附图说明】如下:
[0012]一种电动车用三挡驱动装置，该装置包括电动机I和机械式自动变速器，机械式自动变速器包括由第一齿轮2和第二齿轮12啮合组成的一挡齿轮对、由第三齿轮4和第四齿轮11啮合组成的二挡齿轮对、由第五齿轮6和第六齿轮10啮合组成的三挡齿轮对、第一结合套3、第二结合套5、输入轴13、输出轴9和换挡离合器；其中所述的换挡离合器包括换挡离合器壳8和设置在换挡离合器壳8内的换挡离合器摩擦片7，换挡离合器摩擦片7可与换挡离合器壳8结合或分离；所述的换挡离合器壳8空套在输入轴13上，换挡离合器摩擦片7与输入轴13连接；所述的电动机I的输出轴与输入轴13固连；第一齿轮2和第三齿轮
(4)空套在输入轴13上；第一结合套3设置在第一齿轮2和第三齿轮4之间并套接固定在输入轴13上；第五齿轮6空套在换挡离合器壳8上；第二结合套5设置在第三齿轮4和第五齿轮6之间并套接固定在输入轴13上；第六齿轮10、第四齿轮11、第二齿轮12均与输出轴9连接。
[0013]所述机械式自动变速器为电动机I的动力输出提供了 3个挡位，通过对电动机I和机械式自动变速器的耦合，可实现3个有效挡位的转换，3个挡位分别为一挡、二挡和三挡。
[0014]电动车用三挡驱动装置在一挡模式下的控制方法包括的步骤为:第一结合套3处于向左滑动结合状态，第二结合套5处于中间位置状态，第一结合套3与第一齿轮2结合，换挡离合器摩擦片7与换挡离合器壳8分离，第一齿轮2与输入轴13连接；该模式下的动力传递路线为:由电动机I输出的动力，经输入轴13、第一结合套3、第一齿轮2、第二齿轮12，由输出轴9输出。
[0015]电动车用三挡驱动装置在二挡模式下的控制方法包括的步骤为:第一结合套3处于向右滑动结合状态，第二结合套5处于中间位置状态，第一结合套3与第三齿轮4结合，换挡离合器摩擦片7与换挡离合器壳8分离，第三齿轮4与输入轴13连接；该模式下的动力传递路线为:由电动机I输出的动力，经输入轴13、第一结合套3、第三齿轮4、第四齿轮11，由输出轴9输出。
[0016]电动车用三挡驱动装置在三挡模式下的控制方法包括的步骤为:第一结合套3处于中间位置状态，第二结合套5于向右滑动结合状态，第一齿轮2、第三齿轮4均空套在输入轴13上，换挡离合器摩擦片7与换挡离合器壳8结合，第五齿轮6与输入轴13连接；该模式下的动力传递路线为:由电动机I输出的动力，经输入轴13、挡离合器摩擦片7、换挡离合器壳8、第二结合套5、第五齿轮6、第六齿轮10，由输出轴9输出。
[0017]电动车用三挡驱动装置从一挡升为二挡的换挡过程包括以下步骤:
[0018]步骤一、当需要升入二挡时，第二结合套5向左滑动结合，然后换挡离合器摩擦片7与换挡离合器壳8逐渐结合，电动机I输出的一部分动力通过一挡动力传递路线传递到输出轴9，另一部分动力通过输入轴13、换挡离合器摩擦片7、换挡离合器壳8、第二结合套5、第三齿轮4、第四齿轮11、输出轴9输出；
[0019]步骤二、随着换挡离合器摩擦片7与换挡离合器壳8结合程度的增加，通过第一齿轮2、第二齿轮12传递的动力越来越少，通过第三齿轮4、第四齿轮11传递的动力越来越多，当通过第一齿轮2、第二齿轮12传递的动力减小到零时，第一结合套3滑向中间位置，然后换挡离合器摩擦片7与换挡离合器壳8完全结合；
[0020]步骤三、第一结合套3向右滑动，第二结合套5滑向中间位置，换挡离合器摩擦片7与换挡离合器壳8逐渐分离；
[0021]步骤四、第一结合套3与第三齿轮4结合，第二结合套5处于中间位置状态，换挡离合器摩擦片7与换挡离合器壳8彻底分离，最终由电动机I输出的动力，经输入轴13、第一结合套3、第三齿轮4、第四齿轮11，由输出轴9输出，变为二挡。
[0022]电动车用三挡驱动装置从二挡升为三挡的换挡过程包括以下步骤:
[0023]步骤一、当需要升入三挡时，第二结合套5向右滑动结合，然后换挡离合器摩擦片7与换挡离合器壳8逐渐结合，电动机I输出的一部分动力通过二挡动力传递路线传递到输出轴9，另一部分动力通过输入轴13、换挡离合器摩擦片7、换挡离合器壳8、第二结合套5、第五齿轮6、第六齿轮10、输出轴9输出；
[0024]步骤二、随着换挡离合器摩擦片7与换挡离合器壳8结合程度的增加，通过第三齿轮4、第四齿轮11传递的动力越来越少，通过第五齿轮6、第六齿轮10传递的动力越来越多，当通过第三齿轮4、第四齿轮11传递的动力减小到零时，第一结合套3滑向中间位置，然后换挡离合器摩擦片7与换挡离合器壳8完全结合；
[0025]步骤三、第二结合套5处于向右滑动结合状态，换挡离合器摩擦片7与换挡离