本實用新型屬于汽車動力傳動研究領(lǐng)域，具體涉及驅(qū)動電機與自動變速器的優(yōu)化集成系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前國內(nèi)電動車輛傳動系統(tǒng)多采用驅(qū)動電機直接驅(qū)動的方式，很多上市的純電動公交車采用了大功率大轉(zhuǎn)矩的直驅(qū)電機。采用這種驅(qū)動方式雖然降低了對動力系統(tǒng)匹配設(shè)計的難度，但是卻極大提高了對于驅(qū)動電機的投入，在這種場合應(yīng)用的驅(qū)動電機存在體積大、重量重、利用效率低、驅(qū)動控制器有效容量利用率低等種種弊端，浪費能源嚴(yán)重影響了電動車輛的推廣應(yīng)用。再者現(xiàn)有電動車輛驅(qū)動系統(tǒng)分析和應(yīng)用表明，在配置AMT變速箱系統(tǒng)的電動汽車上，如果繼續(xù)采用與采用發(fā)動機驅(qū)動的車輛類似的換擋規(guī)律，驅(qū)動系統(tǒng)一般存在換擋不順暢、同步器磨損過快、動力沖擊較大的不良現(xiàn)象。

從國際研發(fā)的方向來看，受到車輛空間限制和使用環(huán)境的約束，汽車要求電機驅(qū)動系統(tǒng)有更高的性能，體積重量比密度更高，耐受環(huán)境溫度范圍更高(冷卻液入口溫度>105℃)，能經(jīng)受高強度的振動以及成本更低等。為滿足以上嚴(yán)格甚至苛刻的要求，車用電機驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢可以歸納為永磁化、數(shù)字化和集成化。

純電動客車傳動系統(tǒng)中采用了永磁同步電機PMSM加機械式自動變速箱AMT組成的一體化驅(qū)動系統(tǒng)，不僅降低了司機的勞動強度，同時優(yōu)化了驅(qū)動系統(tǒng)動力利用效率，使得動力系統(tǒng)匹配更加合理，特別是高速性，爬坡性得到提高，從而使整車效率利用率提高，加速時間縮短。采用PMSM+AMT一體化驅(qū)動方式和使用傳統(tǒng)直接驅(qū)動方式相比，在驅(qū)動系統(tǒng)對于電機總體效率利用率的情況，配置了一體化驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，對于電機系統(tǒng)的驅(qū)動特性形成了連續(xù)高效區(qū)應(yīng)用的優(yōu)點。

雖然異步電機系統(tǒng)在國內(nèi)新能源車輛上還有較多的應(yīng)用，但是永磁電機驅(qū)動系統(tǒng)的比例已經(jīng)很高，從歷年統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，異步電機驅(qū)動系統(tǒng)的比重從59％下降到了25％，而永磁電機的比例是從2011年的37％穩(wěn)步增長到了2013年的74％(PMSM驅(qū)動系統(tǒng)更是從11％增長到49％)，其增長趨勢明顯。在國外電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)中，永磁電機驅(qū)動系統(tǒng)占有絕對的優(yōu)勢，比例高達(dá)達(dá)到87％。由此可見，永磁電機驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的主要發(fā)展趨。

PMSM驅(qū)動系統(tǒng)的全域效率優(yōu)化和動態(tài)響應(yīng)是影響電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵問題，是目前國外研究的熱點領(lǐng)域，永磁電機具有效率高、比功率大等優(yōu)點，采用矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)，可使其具有寬廣的調(diào)速范圍。近年來，各大廠商除了在PMSM驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行深入研究之外，對于電動汽車用PMSM驅(qū)動系統(tǒng)的控制研究也進(jìn)行了廣泛研究。但對PMSM+AMT研究幾乎是空白的。

目前國內(nèi)外對于PMSM+AMT一體化電機驅(qū)動系統(tǒng)的需求量極大，但由于缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)，高效高動態(tài)響應(yīng)的PMSM+AMT一體化控制技術(shù)已經(jīng)成為發(fā)展電動汽車的瓶頸。

由于PMSM驅(qū)動系統(tǒng)具備低速恒轉(zhuǎn)矩，高速恒功率的特性，而發(fā)動機轉(zhuǎn)矩和功率曲線隨著轉(zhuǎn)速的變化是拋物線式的，所以在PMSM驅(qū)動系統(tǒng)與AMT配合上，必須進(jìn)一步研究電機驅(qū)動系統(tǒng)與AMT變速器的換擋規(guī)律與換擋方法，發(fā)揮PMSM優(yōu)勢，縮短換擋時間，消除動力沖擊和換擋不暢現(xiàn)象，降低同步器磨損情況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是針對上述問題提供一種驅(qū)動電機與自動變速器的優(yōu)化集成系統(tǒng)。

本實用新型的技術(shù)方案是：一種驅(qū)動電機與自動變速器的優(yōu)化集成系統(tǒng)，包括驅(qū)動電機、輸入軸、扭轉(zhuǎn)減震器、自動變速器、傳動軸、主減速器和集成控制單元；

所述驅(qū)動電機的輸出軸與扭轉(zhuǎn)減震器的一端通過花鍵連接，所述扭轉(zhuǎn)減震器的另一端與自動變速器的輸入軸通過花鍵連接；所述自動變速器的輸出軸通過萬向節(jié)與傳動軸的一端連接，所述傳動軸的另一端通過萬向節(jié)與主減速器連接；

所述集成控制單元包括整車控制器VCU、一體化動力控制系統(tǒng)IDCU、驅(qū)動電機控制器MCU和變速器控制器TCU；

所述整車控制器VCU用于綜合車輛的能源部件和車輛狀態(tài)判斷車輛的行駛性能，整車控制器VCU分別與加速踏板、制動踏板、汽車檔位和電源系統(tǒng)電連接，并將車輛行駛狀態(tài)、車速、目標(biāo)需求驅(qū)動力、制動力和保護(hù)狀態(tài)信息，通過CAN總線廣播或者定向發(fā)送給一體化動力控制系統(tǒng)IDCU；

所述一體化動力控制系統(tǒng)IDCU分別與整車控制器VCU、驅(qū)動電機控制器MCU和變速器控制器TCU電連接，用于綜合來自整車控制器VCU、變速器控制器TCU和驅(qū)動電機控制器MCU的信息，并對驅(qū)動電機控制器MCU和變速器控制器TCU的工作進(jìn)行協(xié)調(diào)控制；

所述驅(qū)動電機控制器MCU與驅(qū)動電機電連接，用于控制驅(qū)動電機的工作；

所述變速器控制器TCU與自動變速器電連接，用于控制自動變速器的工作。

上述方案中，所述自動變速器包括輸入軸、輸出軸、第一換擋齒輪、第二換擋齒輪、第三換擋齒輪、一檔嚙合套、二三檔嚙合套、一檔齒輪中間軸、二檔齒輪中間軸和三檔齒輪中間軸；

所述第三換擋齒輪與輸入軸固定連接，所述第一換擋齒輪、第二換擋齒輪和第三換擋齒輪通過軸承配合套在所述輸出軸上；所述第一換擋齒輪的下方與一檔齒輪中間軸嚙合，所述一檔齒輪中間軸、二檔齒輪中間軸、三檔齒輪中間軸同軸固定連接，所述第二換擋齒輪與二檔齒輪中間軸嚙合，所述第三換擋齒輪與三檔齒輪中間軸嚙合；

所述一檔嚙合套安裝在所述第一換擋齒輪和第二換擋齒輪之間，一檔嚙合套通過花鍵與輸出軸移動副連接，所述二三檔嚙合套安裝在所述第二換擋齒輪和第三換擋齒輪之間，二三檔嚙合套通過花鍵與輸出軸移動副連接。

上述方案中，所述驅(qū)動電機為永磁同步電機。

本實用新型的有益效果是：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型驅(qū)動電機通過扭轉(zhuǎn)減震器直接跟自動變速箱連接，減少驅(qū)動電機輸出軸跟自動變速箱輸入軸的直接連接，緩沖了在生產(chǎn)過程或裝配過程中產(chǎn)生的誤差，避免了讓驅(qū)動電機轉(zhuǎn)軸與自動變速箱輸入軸產(chǎn)生直接的硬性鏈接，從而保護(hù)了驅(qū)動電機軸跟自動變速箱輸入軸，減輕了驅(qū)動電機轉(zhuǎn)軸與自動變速箱輸入軸裝配過程產(chǎn)生的同軸度誤差，造成自動變速箱噪音大的原因，同時減輕了換擋過程中產(chǎn)生的沖擊對驅(qū)動電機軸帶來損傷，同時減少因換擋沖擊帶來的換擋失敗率。本實用新型采用一體化集成設(shè)計，配合永磁同步電機精確轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制方法和先進(jìn)的整車控制策略，實現(xiàn)了國內(nèi)最為先進(jìn)的PMSM+AMT一體化驅(qū)動方式，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型高效高動態(tài)響應(yīng)，縮短換擋時間，消除了動力沖劑和換擋不暢的現(xiàn)象，降低設(shè)備的磨損，提高了電動汽車動力性、經(jīng)濟性和平順性。

附圖說明

圖1為本實用新型一實施方式所述驅(qū)動電機與自動變速器的優(yōu)化集成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型一實施方式所述驅(qū)動電機與自動變速器的優(yōu)化集成系統(tǒng)整體框架示意圖；

圖3為本實用新型一實施方式所述無載荷摘擋模式控制框架示意圖；

圖4為本實用新型一實施方式所述主動跟隨同步模式控制框架示意圖；

圖5為本實用新型一實施方式所述無載荷掛擋模式控制框架示意圖；

圖6為本實用新型一實施方式所述驅(qū)動力恢復(fù)加載模式控制框架示意圖；

圖7為本發(fā)明一實施方式繪制出的百分之百油門下的各檔加速度——車速曲線圖；

圖8為本發(fā)明一實施方式的電機效率特性和相同轉(zhuǎn)速下不同檔位對應(yīng)的車速關(guān)系圖。

圖中：1、驅(qū)動電機；2、電機輸出軸；3、扭轉(zhuǎn)減震器；4、自動變速器；5、傳動軸；6；主減速器；7、車輪；8、輸入軸；9、輸出軸；10、第一換擋齒輪；11、第二換擋齒輪；12、第三換擋齒輪；13、一檔嚙合套；14、二三檔嚙合套；15、一檔齒輪中間軸；16、二檔齒輪中間軸；17、三檔齒輪中間軸。

具體實施方式

為了對實用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖說明本實用新型的具體實施方式，在各圖中相同的標(biāo)號表示相同或相似的部分。附圖僅用于說明本實用新型，不代表本實用新型的實際結(jié)構(gòu)和真實比例。

圖1所示為本實用新型所述驅(qū)動電機與自動變速器的優(yōu)化集成系統(tǒng)的一種實施方式，所述驅(qū)動電機與自動變速器的優(yōu)化集成系統(tǒng)，包括驅(qū)動電機1、輸入軸2、扭轉(zhuǎn)減震器3、自動變速器4、傳動軸5、主減速器6和集成控制單元。

所述驅(qū)動電機1的電機輸出軸2與扭轉(zhuǎn)減震器3的一端通過花鍵連接，所述扭轉(zhuǎn)減震器3的另一端與自動變速器4的輸入軸8通過花鍵連接；所述自動變速器4的輸出軸9通過萬向節(jié)與傳動軸5的一端連接，所述傳動軸5的另一端通過萬向節(jié)與主減速器6連接，自動變速器4轉(zhuǎn)速通過傳動軸5將動力傳輸?shù)街鳒p速器6，主減速器6在將動力分配到兩個車輪7上。

本實施例中，所述自動變速器4為三檔箱，所述自動變速器4包括輸入軸8、輸出軸9、第一換擋齒輪10、第二換擋齒輪11、第三換擋齒輪12、一檔嚙合套13、二三檔嚙合套14、一檔齒輪中間軸15、二檔齒輪中間軸16和三檔齒輪中間軸17。

所述第三換擋齒輪12與輸入軸8固定連接，所述第一換擋齒輪10、第二換擋齒輪11和第三換擋齒輪12通過軸承配合套在所述輸出軸9上；所述第一換擋齒輪10的下方與一檔齒輪中間軸15嚙合，所述一檔齒輪中間軸15、二檔齒輪中間軸16、三檔齒輪中間軸17同軸固定連接，所述第二換擋齒輪11與二檔齒輪中間軸16嚙合，所述第三換擋齒輪12與三檔齒輪中間軸17嚙合。所述一檔嚙合套13安裝在所述第一換擋齒輪10和第二換擋齒輪11之間，一檔嚙合套13通過花鍵與輸出軸9移動副連接，所述二三檔嚙合套14安裝在所述第二換擋齒輪11和第三換擋齒輪12之間，二三檔嚙合套14通過花鍵與輸出軸9移動副連接。

本實用新型驅(qū)動電機1通過扭轉(zhuǎn)減震器3直接跟自動變速箱4連接，減少驅(qū)動電機1輸出軸跟自動變速箱4輸入軸的直接連接，緩沖了在生產(chǎn)過程或裝配過程中產(chǎn)生的誤差，避免了讓驅(qū)動電機轉(zhuǎn)軸與自動變速箱4輸入軸產(chǎn)生直接的硬性鏈接，從而保護(hù)了驅(qū)動電機軸跟自動變速箱4輸入軸，減輕了驅(qū)動電機轉(zhuǎn)軸與自動變速箱輸入軸裝配過程產(chǎn)生的同軸度誤差，造成自動變速箱噪音大的原因，同時減輕了換擋過程中產(chǎn)生的沖擊對驅(qū)動電機軸帶來損傷，同時減少因換擋沖擊帶來的換擋失敗率。

圖2所示為所述驅(qū)動電機與自動變速器的優(yōu)化集成系統(tǒng)整體框架示意圖，所述集成控制單元包括整車控制器VCU、一體化動力控制系統(tǒng)IDCU、驅(qū)動電機控制器MCU和變速器控制器TCU。所述整車控制器VCU用于綜合車輛的能源部件和車輛狀態(tài)判斷車輛的行駛性能，整車控制器VCU分別與加速踏板、制動踏板、汽車檔位和電源系統(tǒng)電連接，包括電源系統(tǒng)可以供給的能量、并將車輛行駛狀態(tài)前進(jìn)、后退或者駐車、車速、目標(biāo)需求驅(qū)動力、制動力和保護(hù)狀態(tài)等，通過CAN總線廣播或者定向發(fā)送給一體化動力控制系統(tǒng)IDCU。所述一體化動力控制系統(tǒng)IDCU分別與整車控制器VCU、驅(qū)動電機控制器MCU和變速器控制器TCU電連接，用于綜合來自整車控制器VCU、變速器控制器TCU和驅(qū)動電機控制器MCU的信息，并對驅(qū)動電機控制器MCU和變速器控制器TCU的工作進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。所述驅(qū)動電機控制器MCU與驅(qū)動電機1電連接，用于控制驅(qū)動電機1的按照設(shè)定的方向、速度、角度和響應(yīng)時間進(jìn)行工作。所述變速器控制器TCU與自動變速器4電連接，用于控制自動變速器4的工作。

圖2中T_f是由VCU通過加速踏板或者制動踏板確定的PMSM的驅(qū)動力或者制動力；是MCU系統(tǒng)的主動同步目標(biāo)轉(zhuǎn)速；是在PMSM轉(zhuǎn)速控制下的目標(biāo)轉(zhuǎn)速；是驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩控制下的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩；是卸載目標(biāo)轉(zhuǎn)矩和是加載目標(biāo)轉(zhuǎn)矩；是經(jīng)過PMSM轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)給定的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩；n_e是當(dāng)前PMSM轉(zhuǎn)速；T_e是當(dāng)前PMSM轉(zhuǎn)矩；M_e是PMSM的其他工作信息，包括了PMSM系統(tǒng)的工作溫度、故障狀態(tài)等信息；MT和AT分別指定AMT的強制機械式工作和自動換擋工作模式；i_g是當(dāng)前擋位；是目標(biāo)擋位；i_f是經(jīng)過IDCU修正后的最終目標(biāo)擋位；是由AMT系統(tǒng)決定驅(qū)動電機工作狀態(tài)命令。

所述驅(qū)動電機與自動變速器的優(yōu)化集成系統(tǒng)的換擋控制方法，包括摘擋準(zhǔn)備模式、無載荷摘擋模式、主動跟隨同步模式、無載荷掛擋模式和驅(qū)動力恢復(fù)加載模式。所述摘擋準(zhǔn)備模式的過程主要是通過一體化動力控制系統(tǒng)IDCU系統(tǒng)實現(xiàn)；當(dāng)準(zhǔn)備換擋工作結(jié)束之后，集成系統(tǒng)進(jìn)行所述無載荷摘擋模式，所述無載荷摘擋模式的動作是在一體化動力控制系統(tǒng)IDCU與整車控制器VCU協(xié)調(diào)指揮下，具體由驅(qū)動電機控制器MCU和變速器控制器TCU執(zhí)行；摘擋過程完成之后進(jìn)行主動跟隨同步模式，所述主動跟隨同步模式對驅(qū)動電機PMSM進(jìn)行目標(biāo)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，使得新?lián)Q檔位的嚙合齒輪轉(zhuǎn)速能夠盡快達(dá)到同步狀態(tài)；所述無載荷掛擋模式用于輸出電機零慣量模式指令和電機目標(biāo)轉(zhuǎn)矩、換擋執(zhí)行機構(gòu)掛擋模式選通指令和；當(dāng)掛擋完成之后進(jìn)入所述驅(qū)動力恢復(fù)加載模式，所述驅(qū)動力恢復(fù)加載模式是通過對PMSM轉(zhuǎn)矩的控制來完成。

從圖2中可以看出，對于不同的工作需求，各個子系統(tǒng)的工作各不相同，必須根據(jù)具體的工作模式對動力系統(tǒng)，尤其是PMSM系統(tǒng)的工作模式進(jìn)行界定，才能更好地實現(xiàn)PMSM-AMT系統(tǒng)的綜合功能。

所述摘擋準(zhǔn)備模式具體為：

因為MCU的狀態(tài)輸出受不同的控制單元影響，一般來說其工作狀態(tài)是由VCU控制的，但是在換擋過程中由于要配合AMT動作，其工作狀態(tài)在這些工作過程中又必須取決于AMT系統(tǒng)，如果PMSM直接來響應(yīng)這兩個系統(tǒng)的指令，勢必在PMSM控制策略中進(jìn)行邏輯的多方判斷，因此在此增加了一個一體化動力控制系統(tǒng)IDCU來綜合管理協(xié)調(diào)，使得MCU直接響應(yīng)IDCU的指令。因為在摘擋過程中，驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)矩將會按照設(shè)定的轉(zhuǎn)矩曲線下降，從而不可避免地使得車輛驅(qū)動力小于阻力，從而使車輛速度下降，所以如果摘擋時間持續(xù)過長，將會導(dǎo)致車輛速度的嚴(yán)重降低，從而影響車輛的行駛性能。因此需要的車輛驅(qū)動系統(tǒng)摘擋之前進(jìn)行摘擋準(zhǔn)備的過程，所述摘擋準(zhǔn)備模式的過程主要是通過一體化動力控制系統(tǒng)IDCU實現(xiàn)，一體化動力控制系統(tǒng)IDCU輸入為整車控制器VCU的駕駛員踏板信號、方向盤信號、車速信號和SOC信號等，變速器控制器TCU的換擋準(zhǔn)備信號、當(dāng)前擋位信號、目標(biāo)擋位信號和換擋執(zhí)行機構(gòu)信號，驅(qū)動電機控制器MCU的電機轉(zhuǎn)速信號和電機溫度信號，通過這些信息的匯總，一體化動力控制系統(tǒng)IDCU與整車控制器VCU進(jìn)行信息預(yù)置，為換擋提供有效條件準(zhǔn)備，同時一體化動力控制系統(tǒng)IDCU進(jìn)行驅(qū)動電機控制器MCU的無載荷轉(zhuǎn)矩指令值進(jìn)行計算并存儲，將變速器控制器TCU摘擋命令進(jìn)行預(yù)置。

所述無載荷摘擋模式具體為：

如圖3所示，一體化動力控制系統(tǒng)IDCU將摘擋信息同時發(fā)送到整車控制器VCU，使整車控制器VCU獲知當(dāng)前驅(qū)動模式為摘擋模式，驅(qū)動電機控制器MCU將會直接響應(yīng)一體化動力控制系統(tǒng)IDCU的調(diào)節(jié)指令；一體化動力控制系統(tǒng)IDCU將提前計算的驅(qū)動電機控制器MCU無載荷目標(biāo)轉(zhuǎn)矩發(fā)送到驅(qū)動電機控制器MCU，使得驅(qū)動電機控制器MCU立即向零慣量轉(zhuǎn)矩目標(biāo)逼近；一體化動力控制系統(tǒng)IDCU將換擋執(zhí)行機構(gòu)摘擋模式指令預(yù)置指令發(fā)送到變速器控制器TCU，等待驅(qū)動電機控制器MCU的驅(qū)動電機慣量模擬轉(zhuǎn)矩調(diào)整到位。

驅(qū)動電機控制器MCU系統(tǒng)接受到一體化動力控制系統(tǒng)IDCU發(fā)送的卸載轉(zhuǎn)矩指令之后，按照預(yù)定的控制算法進(jìn)行轉(zhuǎn)矩的調(diào)整。尤其應(yīng)該考慮到PMSM實際的轉(zhuǎn)動慣量將發(fā)送由巨大到微小的跳變，如何能夠維持控制算法的穩(wěn)定，保證輸出慣量模擬平衡轉(zhuǎn)矩能夠滿足平衡電機轉(zhuǎn)子隨著車速下降的慣性力矩，并且能夠根據(jù)相應(yīng)車速、電機轉(zhuǎn)速以及當(dāng)前擋位作為調(diào)整參數(shù)進(jìn)行實時調(diào)整，才能確保變速器嚙合齒輪之間達(dá)到無載荷狀態(tài)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)順利摘擋是此模式的關(guān)鍵。如果簡單將MCU控制輸出轉(zhuǎn)矩設(shè)置為零，那么PMSM在車輛慣性運行的帶動下因為自身的慣量會產(chǎn)生方向的轉(zhuǎn)矩施加到嚙合齒輪上，從而為摘擋帶來麻煩，所以必須根據(jù)車輛的行駛速度和驅(qū)動電機的相應(yīng)慣量設(shè)置慣量轉(zhuǎn)矩來消除慣量轉(zhuǎn)矩的影響；但是如果設(shè)置的平衡轉(zhuǎn)矩過大，也會造成嚙合齒輪作用面的接觸力過大的問題，使得車輛仍然處于驅(qū)動狀態(tài)，不僅會造成摘擋困難，嚴(yán)重時可能造成齒輪嚙合面的劃傷。因此要選擇合適的PMSM平衡轉(zhuǎn)矩，才會使得進(jìn)行摘擋時嚙合齒輪之間基本處于無載荷狀態(tài)。要使得系統(tǒng)滿足這些性能要求，關(guān)鍵是要保證電機轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的快速、穩(wěn)定以及準(zhǔn)確等性能。同時在摘擋過程中，平衡轉(zhuǎn)矩的輸出以換擋伺服電機的輸出轉(zhuǎn)矩為反饋量，進(jìn)一步優(yōu)化平衡轉(zhuǎn)矩的數(shù)值，以確保齒輪無應(yīng)力的產(chǎn)生。

所述主動跟隨同步模式具體為：

如圖4所示，摘擋過程完成之后，PMSM輸出轉(zhuǎn)矩不再作用于電動車輛，車輛將在其慣性作用下運動，為了盡快回復(fù)車輛驅(qū)動力、減少換擋沖擊、增強車輛行駛平順性，需要MCU系統(tǒng)盡快與AMT系統(tǒng)結(jié)合，因此必須立即對PMSM進(jìn)行目標(biāo)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，使得新?lián)Q檔位的嚙合齒輪轉(zhuǎn)速能夠盡快達(dá)到同步狀態(tài)。為了能夠較快實現(xiàn)換擋齒輪的同步運行，必須將驅(qū)動電機的控制方式調(diào)整為轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，以換擋的目標(biāo)轉(zhuǎn)速為調(diào)整目標(biāo)量進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，在轉(zhuǎn)速閉環(huán)的條件下對變速器輸入軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，既保證同步轉(zhuǎn)速誤差小，減輕同步器的磨損，縮短掛擋時間，又保證掛擋時轉(zhuǎn)矩能夠與空載轉(zhuǎn)矩相平衡，不會產(chǎn)生沖擊問題。為了實現(xiàn)這樣的目標(biāo)，需要轉(zhuǎn)速響應(yīng)滿足超調(diào)小和誤差小的要求，并要考慮車載環(huán)境和換擋動態(tài)過程的影響；同時閉環(huán)控制方式之間的切換需要滿足穩(wěn)定性和動態(tài)性能的要求。

首先從變速器控制器TCU得到下一步的換擋速比，從而給出驅(qū)動電機控制器MCU驅(qū)動電機PMSM的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，一體化動力控制系統(tǒng)IDCU通過上一步的車速和此時的車速計算車輛行駛狀態(tài)，根據(jù)變速器控制器TCU計算的目標(biāo)轉(zhuǎn)速、目標(biāo)擋位結(jié)合驅(qū)動電機PMSM系統(tǒng)的動力輸出特性對目標(biāo)擋位進(jìn)行修正獲得最終的擋位輸出，從而修正驅(qū)動電機PMSM的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并將最終的擋位發(fā)送到變速器控制器TCU，PMSM的目標(biāo)轉(zhuǎn)速發(fā)送到驅(qū)動電機控制器MCU，驅(qū)動電機控制器MCU在此前已經(jīng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)速控制，并以變速器控制器TCU給定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，獲得一體化動力控制系統(tǒng)IDCU的目標(biāo)轉(zhuǎn)速之后，結(jié)合車速反饋進(jìn)一步進(jìn)行修正從而迅速達(dá)到理想的同步轉(zhuǎn)速條件。所述主動跟隨同步模式要求MCU的轉(zhuǎn)矩工作模式到轉(zhuǎn)速工作模式轉(zhuǎn)換要迅速平滑，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)響應(yīng)快并且靜態(tài)誤差小，并能夠?qū)崟r根據(jù)車速的變動而進(jìn)行控制。

所述無載荷掛擋模式具體為：

如圖5所示，無載荷掛擋模式與所述無載荷摘擋模式類似，無載荷掛擋模式的輸入為當(dāng)前擋位、溫度傳感器信號、電機轉(zhuǎn)速傳感器信號、換擋執(zhí)行機構(gòu)位置信號，輸出為電機零慣量模式指令和電機目標(biāo)轉(zhuǎn)矩、換擋執(zhí)行機構(gòu)掛擋模式選通指令和。當(dāng)一體化動力控制系統(tǒng)IDCU檢測到PMSM的轉(zhuǎn)速值調(diào)節(jié)誤差達(dá)到預(yù)設(shè)范圍時，首先根據(jù)前一步的預(yù)置無載荷平衡轉(zhuǎn)矩對PMSM進(jìn)行轉(zhuǎn)矩調(diào)整，并觸發(fā)模式切換指令，使驅(qū)動電機由轉(zhuǎn)速閉環(huán)模式切換到零慣量轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制模式；驅(qū)動電機接收到指令以后，切換到轉(zhuǎn)矩閉環(huán)模式控制模式，要求切換過程中系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定，而且切換結(jié)束以后，驅(qū)動電機仍保持調(diào)速結(jié)束時的轉(zhuǎn)速值；與此同時，驅(qū)動電機系統(tǒng)根據(jù)車速、當(dāng)前擋位的反饋對慣量轉(zhuǎn)矩進(jìn)行微調(diào)，TCU接收到IDCU的換擋指令之后，根據(jù)換擋要求選題換擋伺服電機并開通相應(yīng)的擋位繼電器進(jìn)行換擋，同時對掛擋執(zhí)行機構(gòu)的位置進(jìn)行監(jiān)測，待達(dá)到目標(biāo)位置后進(jìn)入到保持模式。

所述驅(qū)動力恢復(fù)加載模式具體為：

如圖6所示，由于沒有離合器的滑磨，當(dāng)掛擋完成之后，驅(qū)動力的恢復(fù)加載過程也是通過對PMSM轉(zhuǎn)矩的控制來完成。如果以舒適性為唯一目標(biāo)，則要求轉(zhuǎn)矩恢復(fù)相對較緩，時間相對較長，但這樣會造成換擋過程的動力損失加大，造成車輛的明顯失速；如果以動力性為唯一目標(biāo)，則要求轉(zhuǎn)矩恢復(fù)的時間越短越好，但是這容易造成較大的換擋沖擊，影響車輛的平順性。因此在進(jìn)行電機轉(zhuǎn)矩控制時，需要在兩者之間找到平衡點，在保證車輛乘坐舒適性的條件下，盡快恢復(fù)車輛的動力。同樣，為了滿足這些要求，需要同時保證電機轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的快速性和穩(wěn)定性。

一體化動力控制系統(tǒng)IDCU根據(jù)當(dāng)前車速和整車控制器VCU要求的參考輸出轉(zhuǎn)矩設(shè)定最終轉(zhuǎn)矩輸出值，同時根據(jù)當(dāng)前自動變速器AMT的速比和電機輸出轉(zhuǎn)矩確定PMSM的輸出轉(zhuǎn)矩的恢復(fù)曲線，并發(fā)送到MCU系統(tǒng)，PMSM接收到目標(biāo)轉(zhuǎn)矩指令和加載變化率之后，在原來的空載轉(zhuǎn)矩基礎(chǔ)上進(jìn)行加載，達(dá)到VCU指定輸出轉(zhuǎn)矩之后，MCU的輸出就直接過渡到整車行駛模式，在這期間TCU系統(tǒng)保持狀態(tài)不變。

所述驅(qū)動電機與自動變速器的優(yōu)化集成系統(tǒng)的換擋控制方法還包括對最佳動力性換擋規(guī)律和最佳經(jīng)濟性換檔規(guī)律的計算。

最佳動力性換擋規(guī)律：

傳統(tǒng)情況下，為體現(xiàn)最大的動力輸出，一般以相同油門下相鄰兩檔的驅(qū)動力曲線交點對應(yīng)的車速作為動力性換檔點，然而這種方法是在車輛穩(wěn)態(tài)條件下計算的，汽車的加速換檔是個動態(tài)的過程，需要考慮加速阻力的變化。

欲保證動態(tài)狀態(tài)下最佳的動力性能，應(yīng)該以相鄰兩檔加速度曲線交點對應(yīng)的車速作為動力性換檔點，即需要滿足：

式中，u-電動汽車最高車速，t-電動汽車加速時間；

根據(jù)汽車行駛方程式，在n檔時有：

聯(lián)立式1)和式2)便可求得最佳動力性換檔點u_a。

其中，δ_n-傳動系統(tǒng)回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，m-電動汽車的總質(zhì)量(kg)，Tq-發(fā)動機特性，i_o-主減速器速比，i_gn-變速器n檔的傳動比，η_T-傳動系統(tǒng)效率，r-車輪的滾動半徑(m)，g-重力加速度(m/s²)，C_D-空氣阻力系數(shù)，f-滾動阻力系數(shù)，A-迎風(fēng)面積(m²)，u_a-最佳動力性換檔點；

圖7為根據(jù)式2)繪制出的百分之百油門下的各檔加速度——車速曲線，1檔與2檔加速度曲線交點A對應(yīng)車速即為該油門下1檔換2檔的最佳動力性升檔點，2檔與3檔曲線交點B對應(yīng)車速為2檔換3檔的最佳動力性升檔點。按照上訴方法，求出不同油門下的各檔加速度曲線的交點，將各交點相連即得到不同油門對應(yīng)的最佳動力性升檔曲線。

最佳經(jīng)濟性換擋規(guī)律：

純電動汽車的所有能量均來自于動力電池，通過驅(qū)動電機將電能轉(zhuǎn)化為機械能以驅(qū)動車輛。從能量的消耗角度分析，汽車行駛過程中電池的能量主要用來消除汽車的行駛阻力以及熱量的耗散，若電池儲存的總的能量為W，則有：

W·η_b·η_e·η_T＝∑F·L 3)

式中，∑F——汽車行駛過程中受到的所有外界阻力之和_；

L——電動汽車的續(xù)駛里程；

η_b——動力電池組的效率；

η_e——驅(qū)動電機及其控制器的效率；

η_T——傳動系統(tǒng)效率。

從式3)可以看出，在動力電池和傳動系統(tǒng)已經(jīng)確定的情況下，其各自的效率基本不變，唯一影響行駛里程的就是驅(qū)動電機和其控制器的效率(下簡稱電機效率)。純電動汽車的經(jīng)濟性換檔規(guī)律的制定是以電機的傳動效率為依據(jù)，保證電機始終工作在可能的最高效區(qū)。以某一油門下相鄰兩檔的電機效率最大為原則，即如果當(dāng)前檔位的電機效率低于下一檔位的效率，那么此時車速就是最佳經(jīng)濟性換檔點，其設(shè)計原理如圖8所示。

圖8的上半部分是電機效率特性圖，下半部分為相同轉(zhuǎn)速下不同檔位對應(yīng)的車速關(guān)系。以某一油門開度為例，某車速下對應(yīng)1檔的電機工作點為C₁，2檔的工作點為D₁，將C₁、D₁投射到上面電機效率特性圖對應(yīng)的電機工作扭矩曲線上得到C₂、D₂，對比C₂、D₂電機效率，若C₂點效率低于換檔后的D₂點，并且隨著電機轉(zhuǎn)速的增加效率將繼續(xù)降低，所以此時應(yīng)該由1檔換入2檔；反之，若C2點效率高于換檔后的D₂點，說明以該檔位繼續(xù)運行依舊處在最佳經(jīng)濟性的狀態(tài)，需要維持當(dāng)前檔位。因此，使C₂點效率高于D₂點的臨界點即為經(jīng)濟性換檔點。根據(jù)上述原理可以求出純電動車的最佳經(jīng)濟性換檔規(guī)律。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書是按照各個實施例描述的，但并非每個實施例僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。

上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對本實用新型的可行性實施例的具體說明，它們并非用以限制本實用新型的保護(hù)范圍，凡未脫離本實用新型技藝精神所作的等效實施例或變更均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。