CN102619971A - 一种配置amt系统的电动汽车上坡行驶换挡综合控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种配置AMT系统的电动汽车上坡行驶工况下的换挡综合控制方法，所述方法包括以下步骤：电机驱动系统的控制系统实时监测并存储电机转速；AMT系统在换挡时，将换挡有效信号发生到电机驱动系统；在AMT系统换挡结束之后，电机驱动系统利用换挡前后转速差、车辆质量参数等计算车辆上坡过程中的阻力。电机驱动系统根据当前的行驶阻力和电机驱动系统的最大转矩进行计算，得到车辆当前行驶所需的AMT系统变速比；电机驱动系统将计算得到的变速比发送到AMT系统，从而AMT系统对车辆的档位进行调整。本发明计算简洁，易于汽车嵌入式系统实时计算并实现，能够实现电动车辆上坡的顺利换挡，增强车辆行驶平顺性和安全性。

Description

一种配置AMT系统的电动汽车上坡行驶换挡综合控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车驱动领域，特别涉及配置AMT变速系统的电动汽车驱动系统上坡行驶时的换挡综合控制方法。

背景技术

车辆在上坡行驶时，其受到的阻力情况与一般行驶过程中不同，在某些情况下，坡道阻力可能成为了车辆阻力的主要构成部分。同时，车辆在上坡行驶时，通过性已经成为了车辆的主要目的，而加速性、经济性等退而次之。所以此时挡位的选择与平路不同，且不同的坡道对应着不同的换挡策略。在文献“AMT车辆坡道换挡策略与试验研究”中对于由内燃机和AMT构成的传动系统的汽车进行了上坡换挡策略的研究，该策略采用了变速箱输出转速为参考对象分类换挡，但是无法实现对坡度的识别。文献“纯电动客车自动机械变速器换挡过程控制”提出了纯电动客车AMT换挡的一般性方法，也没有对电动车辆上坡行驶进行深入分析。其他相关文献也都没有对电动车辆上坡行驶的AMT换挡进行深入分析。如果在电动车辆上坡行驶时，AMT系统采用通常的换挡策略，可能会因为档位选取问题产生车辆行驶平顺性变差的结果，甚至更有可能因为换挡不合适，导致车辆驱动力不足而产生溜车等严重影响安全的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电动汽车上坡AMT系统换挡综合控制方法，解决目前电动车辆在上坡行驶时AMT系统换挡可能存在的问题。

一种电动汽车上坡AMT系统换挡综合控制方法，所述方法包括以下步骤：

(a)AMT系统在换挡时，将换挡有效信号发送到电机驱动系统；

(b)电机驱动系统收到换挡信号之后，开始监控并存储电机转速；

(c)在AMT系统换挡结束之后，将换挡完毕有效信号发送到电机驱动系统；电机驱动系统利用换挡前后的转速差和车辆质量参数直接计算车辆当前的行驶阻力；

(d)电机驱动系统根据当前的行驶阻力和电机驱动系统的最大转矩进行计算，得到车辆当前行驶所需的变速比；

(e)电机驱动系统将计算得到的变速比发送到AMT系统，从而AMT系统对车辆的档位进行调整。

本发明能够实现电动车辆上坡的顺利换挡，增强车辆行驶平顺性和安全性。

附图说明

图1是上坡行驶时的车辆的受力图。

图2是电动汽车上坡AMT系统换挡综合控制方法流程图。

具体实施方式

以下将根据附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

在配置AMT的纯电动汽车中，AMT换挡过程一般经历三个主要阶段：摘空挡-空挡-换挡，在这三个阶段中，AMT系统除了会根据目前车辆状态和驾驶员操作来进行相关档位的判断等工作之外，还会对电机驱动系统发送相应的控制命令，以更好的完成换挡工作。电机驱动系统对应的三个阶段的工作如下：转矩为零(即自由旋转状态)-调速(按照AMT系统的命令，将电机驱动系统转速调整至适合数值)-输出转矩。可以看出，从摘空挡开始直到档位结合合适这一段时间里，电机驱动系统输出转矩始终为零，车辆一直会在滚动阻力、风阻和坡道阻力的作用下逐渐减速。同时，电机驱动系统的转速识别非常精确，从而可以利用车辆在坡道行驶换挡前后的电机转速变化来进行车辆行驶坡度的工况识别。

图1为作用于上坡行驶的车辆上的各种力。作用于驱动轮的轮胎和路面之间的接触面的总牵引力∑F_t＝F_tf+F_tr推动车辆向前运动，其中，F_tf表示前轮驱动力，F_tr表示后轮驱动力。该作用力由动力装置、即电机的转矩产生，通过传动装置传递，最终驱动车轮。当车辆运动时，将受到阻碍其运动的阻力作用。该阻力通常包括轮胎滚动阻力、空气阻力、爬坡阻力和加速阻力。因此，汽车行驶的总阻力为：

∑F_t＝F_r+F_w+F_g+F_j                (1)

假设开始摘挡时，变速器档位变比为i₁，电机转速为ω₁，换挡后档位变为i₂，电机转速为ω₂，整个换挡时间为t₀。车辆主减速器减速比为i₀，车辆轮胎半径为r。

则换挡过程中车辆的减速度为

$\∂=\frac{\mathrm{dv}}{\mathrm{dt}}=0.377\×r\×(\frac{{\mathrm{\ω}}_2}{i_2}-\frac{{\mathrm{\ω}}_1}{i_1})/t_0/i_0---\left(2\right)$

因为在车辆换挡过程中，动力中断，式(4)所表示减速度均为车辆所受行驶阻力造成，因此在车辆上坡行驶过程中其受到的行驶阻力为：

$\mathrm{\Σ}{F}_t=M\×\∂=M\×\frac{\mathrm{dv}}{\mathrm{dt}}=M\×0.377\×r\×(\frac{{\mathrm{\ω}}_2}{i_2}-\frac{{\mathrm{\ω}}_1}{i_1})/t_0/i_0---\left(3\right)$

式中M为车辆的总质量。

在目前电动车辆结构中，电机驱动系统、AMT系统以及其他关键部件一般都通过CAN总线的方式进行相互的通讯与信息交互，同时随着电力电子技术和自动控制技术的发展，驱动电机控制技术日趋完善，其可控性远远优于发动机控制。

在车辆行驶过程中，电机驱动系统的控制系统实时监测并存储电机转速；AMT系统在换挡时，将换挡有效信号发送到电机驱动系统；在AMT系统换挡结束之后，电机驱动系统利用换挡前后的转速差计算车辆减速度，并通过式(3)计算车辆当前行驶阻力。如果换挡前后电机转速差变化较小，则认为车辆基本属于正常行驶范围，无需进行进一步的档位判断即可继续行驶；如果换挡前后电机转速差较大，则需要驱动系统参与换挡策略的调整，进行车辆上坡行驶综合换挡控制。

在换挡控制程序进行车辆上坡综合换挡控制程序之后，驱动系统首先根据当前的车辆参数进行换挡档位的范围限定，其计算如下：

当驱动电机转速ω₂小于等于电机额定转速ω_n时，计算得到当前车辆档位范围为：

$\begin{array}{cc}i\≥\frac{{\mathrm{\ΣF}}_t}{T_{\max }\÷r\×i_g}& ({\mathrm{\ω}}_2\≤{\mathrm{\ω}}_n)---\left(4\right)\end{array}$

其中，T_max为驱动电机最大转矩，i_g为车辆主减速比，r为车轮半径。

或者当驱动电机转速ω₂大于等于电机额定转速ω_n时，计算得到当前车辆档位范围为：

$\begin{array}{cc}i\≥\frac{{\mathrm{\ΣF}}_t\×{\mathrm{\ω}}_2}{P_{\max }\×9549\÷r\×i_g}& ({\mathrm{\ω}}_2\≤{\mathrm{\ω}}_n)---\left(5\right)\end{array}$

其中P_max为驱动电机最大功率，i_g为车辆主减速比，r为车轮半径。

通过式(4)或者式(5)计算得到为了能够驱动车辆继续行驶应该采取的档位范围之后，并将该信息发送至AMT系统。如果AMT系统选取的档位符合上述选档范围，则继续行驶；如果不不一致，则AMT系统参考所计算的结果对车辆档位进行调整。

本发明能够为AMT系统换挡提供准确的档位建议，以实现电动车辆上坡的顺利换挡，增强车辆行驶平顺性，避免车辆在上坡过程中因为采取的档位不合适而造成车辆爬坡性能降低，甚至因为车辆换挡不当而造成车辆溜坡的安全事故。同时，采用该策略进行换挡，能够尽量缩短坡上换挡所需要的换挡时间，进一步增强车辆的行驶性能，提高其可靠性。

Claims (4)

1.一种电动汽车上坡AMT系统换挡综合控制方法，所述方法包括以下步骤：

(a)AMT系统在换挡时，将换挡有效信号发送到电机驱动系统；

(b)电机驱动系统收到换挡信号之后，开始监控并存储电机转速；

(c)在AMT系统换挡结束之后，将换挡完毕有效信号发送到电机驱动系统；电机驱动系统利用换挡前后的转速差和车辆质量参数直接计算车辆当前的行驶阻力；

(d)电机驱动系统根据当前的行驶阻力和电机驱动系统的最大转矩进行计算，得到车辆当前行驶所需的变速比；

(e)电机驱动系统将计算得到的变速比发送到AMT系统，从而AMT系统对车辆的档位进行调整。

2.根据权利要求1所述的电动汽车上坡AMT系统换挡综合控制方法，其特征是：换挡选档变比以驱动系统计算为主，AMT系统变比为辅。在实际换挡中，AMT系统根据驱动系统的计算变比进行换挡档位的调整。

3.根据权利要求1所述的电动汽车上坡AMT系统换挡综合控制方法，其特征是：在上述步骤(c)中，根据换挡前后电机的转速差计算车辆的减速度，在系统给定车辆质量参数的情况下，直接计算车辆上坡行驶中的综合行驶阻力。

4.根据权利要求1所述的电动汽车上坡AMT系统换挡综合控制方法，其特征是：在上述步骤(d)中，根据不同情况由下列各式计算车辆当前行驶所需的变速比范围：

a、当驱动电机转速不高于其额定转速时：

变速箱变速比≥车辆驱动力÷电机最大驱动力÷主减速比

b、当驱动电机转速高于其额定转速时：

变速箱变速比≥车辆驱动力÷(电机最大功率×9549÷电机当前转速÷车轮半径)÷主减速比

其中，车辆的驱动力为车辆当前的行驶阻力，其数值应该大于当前车辆行驶阻力，主减速比固定。

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