CN102092385A - 一种用于电动汽车的自动换挡策略 - Google Patents
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Abstract
本发明创造了这样的自动换档策略，即在路面坡度不是足够大的情况下，由效率与传动性能更佳的高速档直接平稳起步，省却了低速档到高速档的换挡过程。当车辆行驶过程中，根据电机的功率和现状路面坡度分析，使换档时能同时满足车速要求和坡度所要求的扭矩。在换档过程中，动力无需断开，整车控制器(VCU)通过电机控制器(MCU)执行电机的调速，使主动部分与从动部分连接点转速尽量保持相同，完成平稳、迅速的换挡过程，而不会造成动力中断或不稳定的现象。
Description
技术领域
本发明专利涉及电动汽车的换档策略，特别涉及电动汽车的自动换挡控制策略。
现有技术
目前，车辆实行自动换挡的控制策略，都只能从低速档起步再切换到高速档，无法实现直接以高效与传动性能更佳的高速档起步，但车辆的实际运行工况大多以高速档在运行，低速档仅作爬坡与起步用。如果实现起步也可用高速档，则可以很大程度的减少换挡频率，但目前自动换挡还没有实现很平稳的以高速档直接起步的控制系统。
目前自动换挡的控制策略都仅仅是根据车速判断换挡时机点的，忽略了车辆运行的实际工况，这样就可能出现如下情形：车速达到换挡要求后，执行换挡，但如果实际运行工况是爬坡，电机功率限制了在该加速情况下的输出扭矩，就可能出现运行故障：爬不上坡、导致整车断电、电机堵转烧毁或者出现频繁换挡现象，严重影响换挡执行机构的寿命、整车的安全性和可靠性。
发明内容：
为了克服现有技术的不足，本发明旨在创造这样的自动换档策略，即在路面坡度不是足够大的情况下，由效率与传动性能更佳的高速档直接平稳起步，省却了低速档到高速档的换挡过程。当车辆行驶过程中，根据电机的功率和现状路面坡度分析，使换档时能同时满足车速要求和坡度所要求的扭矩。在换档过程中，动力无需断开，整车控制器(VCU)通过电机控制器(MCU)执行电机的调速，使主动部分与从动部分连接点转速尽量保持相同，完成平稳、迅速的换挡过程，而不会造成动力中断或不稳定的现象。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
1.起步时的档位选择。首先根据车辆满载性能参数、电机性能参数、各档速比分别定义出以高速档和低速档起步时可爬坡的最大坡度a1和a2(最大坡度值均由理论值乘以80％的安全系数得出)，a1＜a2。起步时，首先判断路面坡度，如果小于a1则以高速档起步，否则以低速档起步。由于电机与发动机启动性能不同，电机可以以最大扭矩启动，所以只要爬坡所需要的扭矩没有超过电机能提供的最大扭矩，车辆就可以平稳起步。
2.车辆行驶过程中，坡度传感器与车速传感器向VCU连续的回馈信息，如果现状以低速档运行，在车速达到规定的换挡车速点时，VCU开始运算路面坡度、车速、电机运行状态的数据，根据电机的功率和现状路面坡度分析，换挡后如果车速提高(否则换挡就无意义，对应车速可换算成电机的转速)，并且同时换档后的电机所提供的扭矩还能达到现状爬坡的要求，则进行换挡。如果不能同时满足车速提高以及提供的扭矩满足当时爬坡要求的条件，则保持低速档运行，直到同时满足上述两个条件才可换挡。
其中，上述车速提高可以设定一定的值，比如以提高20％的车速底限，换档后车速能提高20％方认为换档有意义，满足车速提高的条件。
3.换挡过程。需要换挡时，动力无需断开，VCU通过MCU执行电机的调速，使主动部分与从动部分连接点转速尽量保持相同(运行允许在一定范围内有误差，不会影响动力系统的平稳传递动力)，配合同步器位移传感器的信息反馈，完成换挡过程。整个换挡过程平稳、迅速，不会造成动力中断或不稳定的现象。
为了实现上述自动换档策略，需要在电动汽车上增加一个倾角传感器，作为路面坡度信号反馈给整车控制器，在变速箱内安装同步器位移传感器，以配合换挡时同步器的位置确认，车速传感器信号输入整车控制器，以便换挡时电机调速时变速箱内部的主从动部分转速对比，驱动电机具有调速功能，以便换挡时动力平稳传递，将本发明的控制策略加入到整车控制器程序中。
本发明的整车控制逻辑原理图见附图2。其中路面坡度由坡度传感器获取，车速由车速传感器获取，所有运算和执行指令都通过整车控制器(VCU)运算发出，电机状态通过CAN通讯从电机控制器(MCU)获取，换挡执行机构执行VCU指令动作，同步器位移传感器向VCU反馈同步器的位置，同时通过运算可以获取档位状态，以保证换挡动作的可靠性。
本发明的有益效果在于，车辆起步时，选择合适的档位起步，高速且平稳，而且减少换频率；行驶过程中，换挡无需动力断开，换挡时机受电机性能、实际运行路面的坡度、车速的约束，在满足平稳、正常运行的前提下，才可实行从低速档换到高速档，降低了换挡频率，提高电机运行效率，增加整车行驶的平顺性和可靠性；在换档时，无离合器，动力无需断开，采用电机自动调速以配合变速箱选择换挡时机点的方式换挡，整个换挡过程平稳、迅速，不会造成动力中断或不稳定的现象。
总体而言，本发明的换档策略可以减少换挡频率，提高电机的使用效率和传动机构的寿命，增加车辆整体的电池效率和性能。
附图说明
图1为本发明的换挡原理图，所标示的为某电动汽车在电机某高效运行区域，以高速档和低速档分别运行时，车速与驱动力、坡度与驱动力的关系。
图2为本发明的整车控制逻辑原理图。
具体实施方式
以一辆配备有两速比自动变速器的纯电动中巴车作为试验车辆，做传统换挡控制策略和本发明的控制策略的试验效果对比。首先以传统控制策略做测试以供对比，计算出的换挡车速点，以低速档起步，不考虑实际运行工况，车速到达换挡车速后开始换挡。然后应用本发明的控制策略，安装倾角传感器作为坡度传感器，通过整车控制器统一运算分析路况，采用电机调速以使换挡时的主从动件同步的方式实行换挡，在同一路面同一工况下做测试。将车速提高的要求设定为至少提高20％的车速。
通过多次试验结果对比，传统控制策略会出现高速情况下爬坡时频繁换挡现象，最终整车断电，甚至导致电机堵转烧毁的情况。本发明的控制策略使换挡次数减少了67.5％，起步平稳，换挡平稳、迅速，电机运行高效、安全，提高了整车运行的平顺性和可靠性。
Claims (4)
1.一种用于电动汽车的自动换档策略，该换档策略包括：
起步时的档位选择，根据车辆满载性能参数、电机性能参数、各档速比定义出以高速档起步时可爬坡的最大理论坡度，将理论值乘以80％的安全系数得出a1，当车辆起步时，首先判断路面坡度，如果小于a1则以高速档起步，如果大于a1否则以低速档起步。
2.一种用于电动汽车的自动换档策略，该换档策略包括：
车辆行驶过程中，坡度传感器与车速传感器向整车控制器连续回馈信息，如果车辆正以低速档运行，在车速达到规定的换挡车速点时，整车控制器运算路面坡度、车速、电机运行状态的数据，根据电机的功率和现状路面坡度进行分析，如果换档后车速提高，并且同时电机所提供的扭矩还能达到现状爬坡的要求，则进行换挡，如果不能同时满足车速提高以及提供的扭矩满足当时爬坡要求的条件，则保持低速档运行，直到同时满足上述两个条件才可换挡。
3.权利要求2中所述的用于电动汽车的自动换档策略，其特征在于：所述车速的提高以车速提高20％以上为标准。
4.一种用于电动汽车的自动换档策略，该换档策略包括：
换挡过程中，动力无需断开，整车控制器通过电机控制器执行电机的调速，使主动部分与从动部分连接点转速尽量保持相同，配合同步器位移传感器的信息反馈，完成换挡过程。
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