轮毂电机两挡变速箱同步换挡变速方法
阅读说明：本技术 轮毂电机两挡变速箱同步换挡变速方法 (Synchronous gear shifting and speed changing method for two-gear gearbox of hub motor ) 是由 王军年 高守林 强越 于 2019-11-22 设计创作，主要内容包括：本发明公布了一种轮毂电机两挡变速箱同步换挡变速方法,包括以下步骤：步骤一、读取系统预设参数,获取当前车辆行驶状态信息；步骤二、根据汽车行驶状态与路面工况进行换挡基本条件判断；步骤三、判断车辆换挡工况,确定换挡目标车速；步骤四、确定轮毂电机换挡目标转速；步骤五、根据轮毂电机换挡目标转速与实际转速的速差,进行换挡条件判断；步骤六、变速箱控制器TCU控制换挡机构完成换挡动作；步骤七、根据换挡后轮毂电机参考转速与实际转速的速差,判断换挡结果。本发明提供的控制方法,在保证安全性的前提下,实现汽车轮毂电机两挡变速箱的同步换挡,使汽车能够按照驾驶员的指令正常行驶,满足汽车动力性与经济性的要求。(The invention discloses a synchronous gear shifting and speed changing method for a two-gear gearbox of a hub motor, which comprises the following steps of: reading system preset parameters and acquiring current vehicle running state information; step two, judging basic conditions of gear shifting according to the driving state of the automobile and the working condition of the road surface; judging the gear shifting working condition of the vehicle, and determining the gear shifting target speed; step four, determining the gear shifting target rotating speed of the hub motor; step five, judging a gear shifting condition according to the speed difference between the gear shifting target rotating speed and the actual rotating speed of the hub motor; step six, the transmission controller TCU controls the gear shifting mechanism to complete gear shifting; and seventhly, judging a gear shifting result according to the speed difference between the reference rotating speed and the actual rotating speed of the hub motor after gear shifting. According to the control method provided by the invention, on the premise of ensuring the safety, the synchronous gear shifting of the two-gear gearbox of the automobile hub motor is realized, so that the automobile can normally run according to the instruction of a driver, and the requirements of the dynamic property and the economical efficiency of the automobile are met.)
技术领域
本发明属于电动汽车领域，涉及电动汽车变速箱换挡变速控制方法，特别涉及搭载轮毂电机两挡变速箱的分布式驱动电动汽车同步换挡变速方法。
背景技术
汽车工业的快速发展改变了人们的出行方式，提升了人们的生活质量。在给人们日常生活带来便利的同时，同样也带来了很多问题：石油、天然气等非再生能源的大量消耗，给全球能源供应带来了挑战；大量的尾气排放，造成城市污染以及全球变暖等环境危害；汽车产生大量噪音也严重影响人们的生产生活。以电动汽车为代表的新能源汽车具有噪音低，零污染，能量转化率高等优势，日益受到人们的关注。随着电池技术、充电技术的快速发展，为电动汽车的市场化应用提供了保障，因此，具有零污染、零排放的电动汽车，是汽车发展的未来趋势。
电机是电动汽车产生动力的核心部件，根据电机分布位置的不同，电动汽车分为集中式驱动形式和电动轮分布式驱动。集中式驱动电机的输出动力需要经过变速器、减速器、差速器等传动装置传递到车轮，传动装置增加了整车成本和质量，且结构复杂，传动效率低。而分布式驱动，可以将电机直接安装在驱动车轮上或轮边附近，结构紧凑，占用空间少，传动效率高，并且能够降低整车质量，是未来电动汽车的发展趋势之一。轮毂电机驱动是分布式驱动的主要形式之一。轮毂电机一般分为外转子电机直接驱动车轮形式，以及传统内转子电机配减速器驱动车轮形式，但无论何种方式，采用直驱或单一速比驱动都会因为汽车行驶工况的复杂性，要么导致爬坡等工况动力性不足，要么匀速行驶时经济性不好的问题。为此，搭载两挡变速箱的轮毂电机，能够根据电动汽车的实际行驶工况合理切换高、低速比，满足电动汽车动力性与经济性的要求。
对于轮毂电机两挡变速箱国内外相关学者进行了大量的研究。早期专利“无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统及电动汽车”(专利号CN110071597A) 公布的带电磁制动器和单向离合器的内转子轮毂电机两挡变速箱，通过电磁制动器的分离和锁止，实现内转子轮毂电机两挡变速箱的无动力中断挡位变换；专利“一种基于双电磁制动器的外转子轮毂电机两挡变速系统及电动汽车”(专利号CN110126609A)公布的带双电磁制动器的外转子轮毂电机两挡变速系统，通过两个电磁制动器分离和锁止的组合，实现外转子轮毂电机两挡变速系统的挡位变换。两个专利提供了两种新型的轮毂电机两挡变速系统方案，但并没有对左右车轮轮毂电机两挡变速箱同步变速的方法提供方案。目前国内外的研究全部集中于对集中式布置单电机两挡变速箱驱动方案中的单一总成两挡变速箱的换挡规律上面，很少考虑左右车轮分布式轮毂电机两挡变速箱换挡相互同步的问题。如果搭载轮毂电机两挡变速箱的分布式驱动电动汽车，左右变速箱换挡不同步，则会导致左右车轮的驱动力和转速的不同，产生横摆力矩，使汽车偏离期望的行驶路线，严重影响汽车的行驶安全性。
发明内容
本发明提供了一种轮毂电机两挡变速箱同步换挡变速方法，本发明的主要目的是在汽车行驶过程中，根据当前的车辆行驶状态和路面工况，充分考虑汽车行驶安全及驾驶员意图，实现左右车轮轮毂电机两挡变速箱的同步换挡变速。
本发明提供了一种轮毂电机两挡变速箱同步换挡变速方法，本发明还有一个目的是在左右车轮轮毂电机两挡变速箱同步换挡失败后，根据换挡工况，通过相关的控制策略，再次进行安全换挡尝试。若再次换挡失败，为保证汽车能够继续行驶，控制变速箱重新恢复到换挡前挡位，确保行驶稳定性，并发出报警信号，提醒驾驶员安全驾驶。
本发明提供的技术方案为：
轮毂电机两挡变速箱同步换挡变速方法，包括：
步骤一、整车控制器VCU实时读取处理器芯片中存储的变速箱各挡位传动比ik、方向盘转角阈值δt、纵向坡度角阈值αt、横向坡度角阈值γt、换挡执行时间阈值Tt、制动踏板开度阈值BPt、换挡前转速误差阈值ε1、换挡结束转速误差阈值ε2、车轮半径R；整车控制器VCU通过传感器实时获取汽车当前车速u、左右变速箱挡位状态k、方向盘转角δ、油门踏板开度AP、制动踏板开度BP、左车轮轮毂电机转速nl、右车轮轮毂电机转速nr、路面纵向坡度α、路面横向坡度γ；
步骤二、整车控制器VCU根据当前汽车状态及路面工况进行换挡基本条件判断；
步骤三、整车控制器VCU根据油门踏板开度AP、制动踏板开度BP，判断当前车辆的换挡工况，确定换挡目标车速ut；
步骤四、整车控制器VCU根据换挡目标车速ut与当前变速箱挡位传动比ik，确定轮毂电机换挡目标转速nt；
步骤五、整车控制器VCU根据左右车轮轮毂电机换挡目标转速与实际转速的速差，进行换挡条件判断；
步骤六、变速箱控制器TCU同时给左右车轮轮毂电机两挡变速箱换挡执行机构发送动作指令，完成换挡操作；
步骤七、整车控制器VCU根据换挡后左右车轮轮毂电机参考转速与实际转速的速差，判断换挡结果，根据换挡结果进行相应的操作。
优选的是，在所述步骤二中，整车控制器VCU根据当前汽车状态及路面工况判断换挡的基本条件为：
若δ≤δt，α≤αt，γ≤γt，认为当前车辆及路面行驶状态良好，满足换挡条件，否则认为当前工况较为恶劣，不利于进行安全换挡，整车控制器VCU进入换挡保护状态，不发送换挡指令，变速箱维持现有挡位。
其中，δ为汽车当前方向盘转角，δt为方向盘转角阈值，α为当前路面纵向坡度角，αt为纵向坡度角阈值，γ为当前路面横向坡度角，γt为横向坡度角阈值。
优选的是，在所述步骤三中，整车控制器VCU判断汽车换挡工况的条件为：
若AP＞0，BP＝0，认为汽车处于加速前进状态，驾驶员具有增加车速的意图，进入升挡工况，否则认为汽车处于滑行或者制动状态，驾驶员具有降低车速的意图，进入降挡工况。
其中，AP为油门踏板开度，BP为制动踏板开度。
优选的是，在所述步骤三中，换挡目标车速的确定方法根据汽车行驶工况的不同，分为以下两种：
(1)升挡工况下，根据油门踏板开度与升挡目标车速的曲线确定。
随着油门踏板开度的增加，汽车需要有较强的加速性能，低速挡1挡具有减速増扭的作用，加速性能较好，因此升挡时换挡目标车速ut随着油门踏板开度的增加，具有上升趋势，具体换挡目标车速值，需要综合考虑汽车动力性与舒适性，采用实车标定的方式确定。
(2)降挡工况下，根据制动踏板开度与降挡目标车速的曲线确定。
随着制动踏板开度BP的增加，驾驶员具有使汽车快速减速的意图，降挡目标车速如果提高，可以使汽车尽快的进入低速挡，实现快速降速。因此降挡时换挡目标车速ut随着制动踏板开度的增加，具有上升趋势，具体换挡目标车速值，需要综合考虑制动性与整车舒适性，采用实车标定的方式确定。
如果制动踏板开度BP大于等于所设定的制动踏板开度阈值BPt，此时车辆处于紧急制动状态，整车控制器VCU进入换挡保护状态，不发送换挡指令，变速箱维持现有挡位。
优选的是，在所述步骤四中，所述轮毂电机换挡目标转速nt为：
优选的是，在所述步骤五中，整车控制器VCU根据左右车轮轮毂电机换挡目标转速与实际转速的速差，进行换挡判断的条件为：
若|nt-nl|≤ε1，|nt-nr|≤ε1，则当前汽车左右车轮轮毂电机转速的差别不大，左右车轮的滑动率在允许范围内，此时满足换挡条件，整车控制器VCU给变速箱控制器TCU发送换挡指令。否则，汽车当前行驶状态不利于安全换挡，整车控制器VCU进入换挡保护状态，不发送换挡指令，变速箱维持现有挡位。
其中，nt为轮毂电机换挡目标转速，nl为左车轮轮毂电机实际转速，nr为右车轮轮毂电机实际转速，ε1为换挡前转速误差阈值。
优选的是，在所述步骤七中，整车控制器VCU根据左右车轮换挡后轮毂电机参考转速与实际转速的速差，判断换挡结果的条件为：
若T≤Tt，|nt’-nl|≤ε2，|nt’-nr|≤ε2同时满足，则当前左右车轮轮毂电机两挡变速箱换挡成功，整车控制器VCU进行换挡状态复位操作。否则换挡失败，根据升挡工况和降挡工况的不同，整车控制器VCU发送相关指令，进行重新换挡操作。
其中，T为换挡时间，Tt为换挡时间阈值，nl为左车轮轮毂电机实际转速， nr为右车轮轮毂电机实际转速，nt’为新挡位实际车速对应的电机参考转速，ε2为换挡后转速误差阈值。
优选的是，新挡位轮毂电机参考转速nt’为：
优选的是，汽车在升挡工况下换挡失败，进行重新换挡的步骤为：
步骤一、整车控制器VCU给轮毂电机控制器发送清扭指令，使左右车轮轮毂电机输出扭矩为零。
步骤二、整车控制器VCU给变速箱控制器TCU发送退出二挡指令，使左右车轮两挡变速箱处于空挡状态。
步骤三、整车控制器VCU给变速箱控制器TCU发送挂二挡指令，变速箱控制器TCU控制左右车轮两挡变速箱换挡执行机构动作。
步骤四、整车控制器VCU重新给轮毂电机控制器发送扭矩需求指令，使左右车轮轮毂电机重新恢复扭矩输出。
步骤五、整车控制器VCU根据换挡后左右车轮轮毂电机目标转速与实际转速的速差，判断换挡结果：
若T≤Tt，|nt’-nl|≤ε2，|nt’-nr|≤ε2同时满足，则当前左右车轮轮毂电机两挡变速箱换挡成功，整车控制器VCU进行换挡状态复位操作。否则两挡变速箱连续两次升挡失败，可认为变速箱出现升挡故障，为维持汽车的动力输出，变速箱重新恢复一挡状态，整车控制器VCU给仪表盘发送升挡失败报警，提示驾驶员根据汽车当前故障信息，谨慎合理驾驶。
其中，T为换挡时间，Tt为换挡时间阈值，nl为左车轮轮毂电机实际转速， nr为右车轮轮毂电机实际转速，nt’为新挡位轮毂电机参考转速，ε2为换挡后转速误差阈值。
优选的是，汽车在降挡工况下换挡失败，进行重新换挡的步骤为：
步骤一、整车控制器VCU给变速箱控制器TCU发送退出一挡指令，使左右车轮两挡变速箱处于空挡状态。
步骤二、整车控制器VCU给变速箱控制器TCU发送挂一挡指令，变速箱控制器TCU控制左右车轮两挡变速箱换挡执行机构动作。
步骤三、整车控制器VCU根据换挡后左右车轮轮毂电机目标转速与实际转速的速差，判断换挡结果：
若T≤Tt，|nt’-nl|≤ε2，|nt’-nr|≤ε2同时满足，则当前左右车轮轮毂电机两挡变速箱换挡成功，整车控制器VCU进行换挡状态复位操作。否则两挡变速箱连续两次降挡失败，可认为变速箱出现降挡故障，为维持汽车正常的行驶功能，变速箱重新恢复二挡状态，整车控制器VCU给仪表盘发送降挡失败报警，提示驾驶员根据汽车当前故障信息，谨慎合理驾驶。
其中，T为换挡时间，Tt为换挡时间阈值，nl为左车轮轮毂电机实际转速， nr为右车轮轮毂电机实际转速，nt’为新挡位轮毂电机参考转速，ε2为换挡后转速误差阈值。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果：
1、本发明所述的轮毂电机两挡变速箱同步换挡变速方法充分考虑汽车行驶工况、路面状态、驾驶员操作意图，在保证安全性的前提下，实现左右车轮轮毂电机两挡变速箱的同步换挡变速。
2、本发明所述的轮毂电机两挡变速箱同步换挡变速方法不仅适用于采用行星齿轮式两挡变速器的轮毂电机系统，也适用于采用了平行轴式两挡变速器的轮毂电机系统，具有良好的通用性。
3、本发明所述的轮毂电机两挡变速箱同步换挡变速方法在保证汽车安全的前提下，能够最大可能的尝试换挡，减少偶发性换挡失败概率。在换挡失败后，能够恢复变速箱原挡位，继续保持汽车的正常行驶功能，确保行车稳定，并能发故障报警信息，提醒驾驶员谨慎驾驶。
附图说明
图1为本发明所述的轮毂电机两挡变速箱同步换挡变速方法所适用的分布式独立驱动电动汽车原理图。
图2为本发明所述的轮毂电机两挡变速箱同步换挡变速方法所适用的一种轮毂电机两挡变速箱实施例的左后车轮总成结构原理图。
图3为本发明所述的轮毂电机两挡变速箱同步换挡变速方法所适用的一种轮毂电机两挡变速箱实施例的右后车轮总成结构原理图。
图4为本发明所述的轮毂电机两挡变速箱同步换挡变速方法的主控制流程图。
图5为本发明所述的轮毂电机两挡变速箱同步换挡变速方法升挡工况的子控制流程图。
图6为本发明所述的轮毂电机两挡变速箱同步换挡变速方法油门踏板开度与换挡目标车速对应关系曲线。
图7为本发明所述的轮毂电机两挡变速箱同步换挡变速方法降挡工况的子控制流程图。
图8为本发明所述的轮毂电机两挡变速箱同步换挡变速方法制动踏板开度与换挡目标车速对应关系曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明所述的轮毂电机两挡变速箱同步换挡变速方法所适用的分布式驱动电动汽车组成部件包括左后车轮100，左后车轮两挡变速箱200，左后车轮轮毂电机300，右后车轮轮毂电机400，右后车轮两挡变速箱500，右后车轮600，左后车轮轮毂电机控制器MCU700，动力电池800，右后车轮轮毂电机控制器MCU900，动力电池管理系统BMS1000，整车控制器VCU1100，两挡变速箱控制器TCU1200。
其中，左后车轮两挡变速箱200的右侧壳体与左后车轮轮毂电机300的左侧壳体通过螺栓连接，左侧壳体通过轴承支撑在输出轴上。右后车轮两挡变速箱500的左侧壳体与右后车轮轮毂电机400的右侧壳体通过螺栓连接，右侧壳体通过轴承支撑在输出轴上。整车控制器VCU1100与变速箱控制器TCU1200、电池管理系统BMS1000、左后车轮轮毂电机控制器MCU700、右后车轮轮毂电机控制器MCU900之间通过CAN线连接。
电池管理系统BMS1000可以对动力电池800的充放电过程进行控制。左后车轮轮毂电机控制器MCU700，通过内部算法对动力电池600输出电流的控制，实现对左后车轮轮毂电机300的转速和扭矩控制。右后车轮轮毂电机控制器 MCU900，通过内部算法对动力电池600输出电流的控制，实现对右后车轮轮毂电机400的转速和扭矩控制。两挡变速箱控制器TCU1200，通过对左后车轮两挡变速箱200、右后车轮两挡变速箱500的换挡执行机构的控制，实现变速箱挡位的变换。整车控制器VCU1100根据驾驶员指令和对行驶状态信息判断，通过 CAN线给两挡变速箱控制器TCU1200发送换挡指令，两挡变速箱控制器 TCU1200能够响应整车控制器VCU1100的换挡指令，并将变速箱的挡位、换挡执行机构的状态等信息通过CAN线反馈给整车控制器VCU1100。整车控制器 VCU1100根据驾驶员指令，通过CAN线给左后车轮轮毂电机控制器MCU700、右后车轮轮毂电机控制器MCU900发送需求扭矩或需求转速指令，左后车轮轮毂电机控制器MCU700、右后车轮轮毂电机控制器MCU900响应整车控制器VCU1100的指令，并将各自所控制的轮毂电机转矩、转速等状态信息通过CAN 线反馈给整车控制器VCU1100。整车控制器VCU1100通过CAN线给电池管理系统BMS1000发送充放电限制功率等指令，电池管理系统BMS1000响应整车控制器VCU1100的指令，并将当前电池温度、充放电功率等电池状态信息反馈给整车控制器VCU1100。整车控制器VCU1100通过信号端子实时获取相关传感器采集到的方向盘转角信号，制动踏板信号、油门踏板信号、纵向坡度角信号、横向坡度角信号等与同步换挡有关的信号。
如图2所示，应用于本发明的一种轮毂电机两挡变速箱实施例的左后车轮总成，其主要由内转子轮毂电机300、双排行星齿轮式两挡变速箱200组成。两挡变速箱200第一行星排太阳轮221与内转子轮毂电机300转子输出轴301花键连接，双排行星齿轮式两挡变速箱200第二行星排行星架232与左后车轮100 的轮辋花键连接。
双排行星齿轮式两挡变速箱200主要由1号电磁制动器210、单向离合器 211、第一行星排太阳轮221、第一行星排行星轮222、第一行星排齿圈223、第一行星排行星架224、2号电磁制动器225、第二行星排太阳轮231、第二行星排行星架232、第二行星排齿圈233、第二行星排行星轮234组成。其主要有前进一挡、前进二挡、倒挡、空挡四种工作状态。
前进一挡状态：1号电磁制动器210不通电，2号电磁制动器225通电，此时第一行星排齿圈223被锁止。左后车轮内转子轮毂电机300正向输出的动力由转子输出轴301，依次经过第一行星排太阳轮221、第一行星排行星架224、第二行星排太阳轮231、第二行星排行星架232传递到左后车轮100。此时，左后车轮内转子轮毂电机两挡变速箱的一挡传动比为(1+k1)(1+k2)。其中，k1为第一行星轮系行星排特征参数，k1＞1，k2为第二行星轮系行星排特征参数， k2＞1。
前进二挡状态：1号电磁制动器210通电，2号电磁制动器225不通电，此时第一行星轮系处于自由转动状态。左后车轮内转子轮毂电机300正向输出的动力由转子输出轴301，依次经过1号电磁制动器210、单向离合器211、第一行星排行星架224、第二行星排太阳轮231、第二行星排行星架232传递到左后车轮100。此时，左后车轮内转子轮毂电机两挡变速箱的二挡传动比为(1+k2)。
倒挡状态：1号电磁制动器210不通电，2号电磁制动器225通电，此时第一行星排齿圈223被锁止。左后车轮内转子轮毂电机300反向输出的动力由转子输出轴301，依次经过第一行星排太阳轮221、第一行星排行星架224、第二行星排太阳轮231、第二行星排行星架232传递到左后车轮100。此时，左后车轮内转子轮毂电机两挡变速箱的倒挡传动比为(1+k1)(1+k2)。
空挡状态：1号电磁制动器210不通电，2号电磁制动器225不通电，此时两个电磁制动器同时处于不锁止状态，变速箱处于空挡状态，左后车轮内转子轮毂电机300输出的动力无法传递到左后车轮100。
如图3所示，应用于本发明的一种轮毂电机两挡变速箱实施例的右后车轮总成，其主要由内转子轮毂电机400、双排行星齿轮式两挡变速箱500组成。两挡变速箱500第一行星排太阳轮521与内转子轮毂电机400的转子输出轴401 花键连接，双排行星齿轮式两挡变速箱500第二行星排行星架532与右后车轮600的轮辋花键连接。
双排行星齿轮式两挡变速箱500主要由1号电磁制动器510、单向离合器 511、第一行星排太阳轮521、第一行星排行星轮522、第一行星排齿圈523、第一行星排行星架524、2号电磁制动器525、第二行星排太阳轮531、第二行星排行星架532、第二行星排齿圈533、第二行星排行星轮534组成。其主要有前进一挡、前进二挡、倒挡、空挡四种工作状态。
前进一挡状态：1号电磁制动器510不通电，2号电磁制动器525通电，此时第一行星排齿圈523被锁止。左后车轮内转子轮毂电机400正向输出的动力由转子输出轴401，依次经过第一行星排太阳轮521、第一行星排行星架524、第二行星排太阳轮531、第二行星排行星架532传递到左后车轮600。此时，左后车轮内转子轮毂电机两挡变速箱的一挡传动比为(1+k1)(1+k2)，其中，k1 为第一行星轮系行星排特征参数，k1＞1，k2为第二行星轮系行星排特征参数， k2＞1。
前进二挡状态：1号电磁制动器510通电，2号电磁制动器525不通电，此时第一行星轮系处于自由转动状态。左后车轮内转子轮毂电机400正向输出的动力由转子输出轴401，依次经过1号电磁制动器510、单向离合器511、第一行星排行星架524、第二行星排太阳轮531、第二行星排行星架532传递到左后车轮600。此时，左后车轮内转子轮毂电机两挡变速箱的二挡传动比为(1+k2)。
倒挡状态：1号电磁制动器510不通电，2号电磁制动器525通电，此时第一行星排齿圈523被锁止。左后车轮内转子轮毂电机400反向输出的动力由转子输出轴401，依次经过第一行星排太阳轮521、第一行星排行星架524、第二行星排太阳轮531、第二行星排行星架532传递到左后车轮600。此时，左后车轮内转子轮毂电机两挡变速箱的倒挡传动比为(1+k1)(1+k2)。
空挡状态：1号电磁制动器510不通电，2号电磁制动器525不通电，此时两个电磁制动器同时处于不锁止状态，变速箱处于空挡状态，左后车轮内转子轮毂电机400输出的动力无法传递到左后车轮600。
如图4所示，本发明所述的轮毂电机两挡变速箱同步换挡变速方法，应用于图1所示的分布式驱动电动汽车的主控制流程具体如下：
步骤一、整车控制器VCU1100实时读取处理器芯片中存储的变速器各挡位传动比ik、方向盘转角阈值δt(°)、纵向坡度角阈值αt(rad)、横向坡度角阈值γt(rad)、换挡执行时间阈值Tt(ms)、制动踏板阈值BPt(％)、换挡前转速误差阈值ε1(r/min)、换挡结束转速误差阈值ε2(r/min)、车轮半径R(m)；整车控制器VCU1100通过传感器实时获取汽车当前车速u、当前左后车轮两挡变速箱200挡位状态kl、右后车轮两挡变速箱500挡位状态kr、方向盘转角δ(°)、油门踏板开度AP(％)、制动踏板开度BP(％)、左后车轮轮毂电机300转速nl (r/min)、右后车轮轮毂电机400转速nr(r/min)、路面纵向坡度α(rad)、路面横向坡度γ(rad)。
步骤二、整车控制器VCU1100根据当前汽车方向盘转角δ(°)、路面纵向坡度α(rad)，路面横向坡度γ(rad)与方向盘转角阈值δt(°)、纵向坡度角阈值αt(rad)、横向坡度角阈值γt(rad)，判断是否满足基本换挡条件。若δ≤δt，α≤αt，γ≤γt，认为当前车辆及路面行驶状态良好，满足基本换挡条件，否则认为当前工况较为恶劣，不利于进行安全换挡。
步骤三、整车控制器VCU1100根据当前油门踏板开度AP(％)、制动踏板开度BP(％)，判断当前车辆的换挡工况。若AP＞0，BP＝0，认为汽车处于加速前进状态，进入升挡工况，否则认为汽车处于滑行或者制动状态，进入降挡工况。
升挡工况的换挡目标车速ut，通过油门踏板开度AP与换挡目标车速ut的曲线确定；降挡工况的换挡目标车速ut，通过制动踏板开度BP与换挡目标车速ut的曲线确定。
步骤四、整车控制器VCU1100根据换挡车速ut(Km/h)与当前传动比ik，得到轮毂电机换挡目标转速nt，
步骤五、整车控制器VCU1100根据电机换挡目标转速nt与当前左后车轮轮毂电机300的转速nl、右后车轮轮毂电机400的转速nr的差值，判断当前是否满足换挡条件。若|nt-nl|≤ε1且|nt-nr|≤ε1，则当前汽车左右后车轮轮毂电机转速的差别不大，左右后车轮的滑动率在允许范围内，此时满足换挡条件，整车控制器VCU1100给两挡变速箱控制器TCU1200发送换挡指令，否则整车控制器 VCU1100进入换挡保护状态，维持原挡位，不进行换挡，其中ε1为换挡前转速误差阈值。
步骤六、两挡变速箱控制器TCU1200接收到整车控制器VCU1100的换挡指令后，同时控制左后车轮两挡变速箱200、右后车轮两挡变速箱500的换挡执行机构进行换挡动作。
步骤七、整车控制器VCU1100根据换挡后轮毂电机参考转速与实际转速的速差，判断换挡结果。在换挡时间目标阈值Tt内，整车控制器VCU1100通过当前左后车轮轮毂电机300的转速nl、右后车轮轮毂电机400的转速nr与换挡后新挡位参考转速nt’的转速差值，对换挡结果进行判断。其中，
若T≤Tt，|nt’-nl|≤ε2，|nt’-nr|≤ε2同时满足，则当前左右车轮轮毂电机两挡变速箱换挡成功，整车控制器VCU1100进行换挡状态复位操作。否则换挡失败，根据升挡工况和降挡工况的不同，整车控制器VCU1100发送相关指令，进行重新换挡操作。
本发明所述的轮毂电机两挡变速箱同步换挡变速方法，对于其车辆升挡和降挡工况的控制流程存在一定的差异，下面针对搭载典型无动力中断内转子轮毂电机两挡变速箱的分布式驱动电动汽车，结合具体实例进行详细阐述。
1.升挡工况
如图5所示，本发明所述的轮毂电机两挡变速箱同步升挡变速的控制流程具体如下：
步骤一、整车控制器VCU1100实时读取处理器芯片中存储的变速器各挡位的传动比ik、方向盘转角阈值δt(°)、纵向坡度角阈值αt(rad)、横向坡度角阈值γt(rad)、换挡执行时间阈值Tt(ms)、制动踏板阈值BPt(％)、换挡前转速误差阈值ε1(r/min)、换挡结束转速误差阈值ε2(r/min)、车辆轮胎半径R(m)；整车控制器VCU1100通过传感器实时获取汽车当前车速u、当前左后车轮变速箱200挡位状态kl、右后车轮变速箱500挡位状态kr、方向盘转角δ(°)、油门踏板开度AP(％)、制动踏板开度BP(％)、左后车轮轮毂电机300转速nl(r/min)、右后车轮轮毂电机400转速nr(r/min)、路面纵向坡度α(rad)、路面横向坡度γ(rad)。
步骤二、整车控制器VCU1100根据当前汽车方向盘转角δ(°)、路面纵向坡度α(rad)，路面横向坡度γ(rad)与方向盘转角阈值δt(°)、纵向坡度角阈值αt(rad)、横向坡度角阈值γt(rad)，判断是否满足基本换挡条件。若δ≤δt，α≤αt，γ≤γt，认为当前车辆及路面行驶状态良好，满足换挡条件，否则认为当前工况较为恶劣，不利于进行安全换挡，维持现有挡位不变。
步骤三、确定升挡目标车速。整车控制器VCU1100根据油门踏板开度AP 与升挡目标车速ut的曲线，确定当前油门踏板开度下的升挡目标车速ut。升挡工况下，随着油门踏板开度的增加，汽车需要有较强的加速性能，低速挡1挡具有减速増扭的作用，加速性能较好，因此升挡时换挡车速ut随着油门踏板开度的增加，具有上升趋势，可参考图6所示。具体升挡目标车速值，需要综合考虑汽车动力性与舒适性，采用实车标定的方式确定。
步骤四、确定轮毂电机升挡目标转速。电机升挡目标转速nt，式中i1为1挡时两挡变速箱传动比，ut升挡目标车速。
步骤五、根据轮毂电机升挡目标转速与实际转速的速差进行换挡条件判断。整车控制器VCU1100根据轮毂电机换挡目标转速nt与当前左后车轮轮毂电机 300的转速nl、右后车轮轮毂电机400的转速nr的差值，判断当前是否满足换挡条件。若|nt-nl|≤ε1且|nt-nr|≤ε1，则当前汽车左右后车轮轮毂电机转速的差别不大，左右后车轮的滑动率在允许范围内，此时满足换挡条件，整车控制器VCU1100给两挡变速箱控制器TCU1200发送换挡指令，否则整车控制器 VCU1100进入换挡保护状态，维持原挡位，不进行换挡，其中ε1为换挡前转速误差阈值。
步骤六、两挡变速箱控制器TCU1200控制换挡执行机构动作。两挡变速箱控制器TCU1200接收到升挡指令后，同时控制左后车轮两挡变速箱200的2号电磁制动器225断电、1号电磁制动器210通电，右后车轮两挡变速箱500的2 号电磁制动器525断电、1号电磁制动器510通电。使左右后车轮的两挡变速箱同时完成1挡升2挡动作。
步骤七、整车控制器VCU1100根据升挡后轮毂电机参考转速与实际转速的速差，判断换挡结果。升挡后轮毂电机参考转速nt’，式中i2为2 挡是两挡变速箱传动比，ut升挡后实际车速，换挡结束后的状态主要分为以下两种情况：
(1)换挡成功。如果在换挡时间阈值Tt内，同时满足|nr-nt’|≤ε2，|nl-nt’|≤ε2，则认为换挡成功，整车控制器VCU1100进行升挡状态复位，式中nr为右后车轮轮毂电机升挡后转速，nl为左后车轮轮毂电机升挡后转速，ε2为换挡结束转速误差阈值。
(2)换挡失败。当换挡失败时可能会有一个车轮的轮毂电机处于空挡状态，而此时电机有较大的扭矩输出，容易造成电机跑飞。也可能出现两个车轮输出的驱动力不同，在汽车质心出形成横摆力矩，容易使汽车偏离行驶方向。这两种情况对驾驶员与汽车有比较大的安全隐患，整车控制器VCU1100会进行以下操作：
步骤一、整车控制器VCU1100同时给左后车轮轮毂电机控制器MCU700 和右后车轮轮毂电机控制器MCU900发送零扭扭需求指令，两个电机控制器控制左右后车轮轮毂电机不进行扭矩输出。
步骤二、整车控制器VCU1100给两挡变速箱控制器TCU1200发送退二挡，挂空挡指令，两挡变速箱控制器TCU1200同时控制左后车轮两挡变速箱200的 1号电磁制动器210断电，右后车轮两挡变速箱500的1号电磁制动器510断电。
步骤三、整车控制器VCU1100重新给两挡变速箱控制器TCU1200发送换挡升二挡指令，两挡变速箱控制器TCU1200同时控制左后车轮两挡变速箱200 的1号电磁制动器210通电，右后车轮两挡变速箱500的1号电磁制动器510 通电。
步骤四、整车控制VCU1100给左右车轮电机控制器发送需求扭矩指令，使左右轮毂电机恢复动力输出。
步骤五、整车控制器VCU1100进行换挡结果判断。如果在规定换挡时间阈值Tt内，同时满足|nt’-nr|≤ε2，|nt’-nl|≤ε2，则认为升挡成功，整车控制器VCU1100 进行换挡状态复位。
否则重新升挡失败，为维持汽车正常的行驶功能，整车控制器VCU1100给两挡变速箱控制器TCU1200发送换恢复1挡指令，两挡变速箱控制器TCU1200 同时控制左后车轮两挡变速箱200的2号电磁制动器225通电，1号电磁制动器 210断电，右后车轮两挡变速箱500的2号电磁制动器525通电，1号电磁制动器510断电。整车控制器VCU1100同时给仪表盘发送升挡故障报警信号，提醒驾驶员谨慎驾驶。
2.降挡工况
如图7所示，本发明所述的轮毂电机两挡变速箱同步降挡变速的控制流程具体如下：
步骤一、整车控制器VCU1100实时读取处理器芯片中存储的变速器挡位的传动比ik、方向盘转角阈值δt(°)、纵向坡度角阈值αt(rad)、横向坡度角阈值γt(rad)、换挡执行时间阈值Tt(ms)、制动踏板阈值BPt(％)、换挡前转速误差阈值ε1(r/min)、换挡结束转速误差阈值ε2(r/min)、车辆轮胎半径R(m)；整车控制器VCU1100通过传感器实时获取汽车当前车速u、当前左后车轮变速箱200挡位状态kl、右后车轮变速箱500挡位状态kr、方向盘转角δ(°)、油门踏板开度AP(％)、制动踏板开度BP(％)、左后车轮轮毂电机300转速nl(r/min)、右后车轮轮毂电机400转速nr(r/min)、路面纵向坡度α(rad)、路面横向坡度γ(rad)。
步骤二、整车控制器VCU1100根据当前汽车方向盘转角δ(°)、路面纵向坡度α(rad)，路面横向坡度γ(rad)与方向盘转角阈值δt(°)、纵向坡度角阈值αt(rad)、横向坡度角阈值γt(rad)，判断是否满足基本换挡条件。若δ≤δt，α≤αt，γ≤γt，认为当前车辆及路面行驶状态良好，满足换挡条件，否则认为当前工况较为恶劣，不利于进行安全换挡，维持现有挡位不变。
步骤三、根据制动踏板开度进行换挡条件判断。整车控制器VCU1100根据制动踏板开度BP与制动踏板限制阈值BPt进行比较，若BP≥BPt，则认为当前汽车处于紧急制动状态，制动强度大，制动时间较短，不利于进行安全降挡，整车控制器VCU1100不发送降挡指令，维持现有挡位。否则，认为当前汽车状态满足换挡条件。
步骤四、确定轮毂电机降挡目标车速。整车控制器VCU1100根据制动踏板开度BP与降挡目标车速ut的曲线，确定当前制动踏板开度下的降挡目标车速 ut。降挡工况下，随着制动踏板开度的增加，可以认为驾驶员期望尽快的要降低车速。相同车轮转速下，一挡低速挡具有减速増扭的作用，可以减少汽车降速的时间，因此，随着制动踏板开度的增加，降挡目标车速具有逐渐增加的趋势，可参考图8所示。具体降挡目标车速值，需要综合考虑汽车制动性与舒适性，采用实车标定的方式确定。
步骤五、确定降挡点电机目标转速。轮毂电机降挡目标转速nt，
步骤六、根据轮毂降挡目标电机转速与实际转速的差值进行降挡条件判断。整车控制器VCU1100根据电机换挡目标转速nt与当前左后车轮轮毂电机300的转速nl、右后车轮轮毂电机400的转速nr的差值，判断当前是否满足降挡条件。若|nt-nl|≤ε1且|nt-nr|≤ε1，则当前汽车左右后车轮轮毂电机转速的差别不大，左右后车轮的滑动率在允许范围内，此时满足降挡条件，整车控制器VCU1100给两挡变速箱控制器TCU1200发送降挡指令，否则整车控制器VCU1100进入换挡保护状态，维持原挡位，不进行换挡，其中ε1换挡前转速误差阈值。
步骤七、两挡变速箱控制器TCU1200控制换挡执行机构动作。两挡变速箱控制器TCU1200同时控制左后车轮两挡变速箱200的2号电磁制动器225通电、 1号电磁制动器210断电，右后车轮两挡变速箱500的2号电磁制动器525通电、1号电磁制动器510断电。使左右后车轮的两挡变速箱同时完成2挡降1挡动作。
步骤八、整车控制器VCU1100根据换挡后轮毂电机参考转速与实际转速的速差，判断换挡结果。降挡后轮毂电机参考转速nt’，式中i1为1 挡时两挡变速箱传动比，ut降挡后实际车速，换挡结果主要分为以下两种情况。
(1)换挡成功。如果在换挡时间阈值Tt内，同时满足|nr-nt’|≤ε2，|nl-nt’|≤ε2，则认为降挡成功，整车控制器VCU1100进行降挡状态复位，式中nr为右后车轮轮毂电机降挡后转速，nl为左后车轮轮毂电机降挡后转速，ε2为换挡结束转速误差阈值。
(2)换挡失败。通常进行降挡时，油门踏板开度为零，电机扭矩为零，此时，整车控制器VCU1100会进行以下操作：
步骤一、整车控制器VCU1100给两挡变速箱控制器TCU1200发送退1挡挂空挡指令。两挡变速箱TCU1200同时控制左后车轮两挡变速箱200的2号电磁制动器225断电，右后车轮两挡变速箱500的2号电磁制动器525断电。
步骤二、整车控制器VCU1100给两挡变速箱控制器TCU1200发送挂1挡指令。两挡变速箱TCU1200同时控制左后车轮两挡变速箱200的2号电磁制动器225通电，右后车轮两挡变速箱500的2号电磁制动器525通电。
步骤三、整车控制器VCU1100进行换挡结果判断。如果在规定换挡时间阈值Tt内，同时满足|nt’-nr|≤ε2，|nt’-nl|≤ε2，则认为降挡成功。整车控制器VCU1100 进行换挡状态复位。
否则重新降挡失败，为维持汽车正常的行驶功能，整车控制器VCU1100给两挡变速箱控制器TCU1200发送恢复原挡位2挡指令。两挡变速箱控制器 TCU1200同时控制左后车轮两挡变速箱200的2号电磁制动器225断电、1号电磁制动器210通电，右后车轮两挡变速箱500的2号电磁制动器525断电、1 号电磁制动器510通电。整车控制器VCU1100同时给仪表盘发送降挡故障报警信号，提醒驾驶员谨慎驾驶。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
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