CN103244664B - 一种机械式自动变速系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械式自动变速系统的控制方法，在不改变现有手动变速箱机械传递机构的基础上，通过转速传感器采集离合电机、选档电机和换档电机的转速脉冲，与预设的转速标定脉冲相比较来控制离合电机、选档电机和换档电机的转动快慢、始停，进而来实现离合器的分离和结合及选、换挡，以达到自动变速的目的，节省了成本；消除了位置控制方式中的机械运动磨损造成的定位误差；采用具有空档过渡的换档策略，使换档齿轮组精确同步，从而使得整个换档过程更加平顺。<!--1-->

Description

一种机械式自动变速系统及控制方法

技术领域

本发明涉及汽车的动力传递系统，尤其涉及一种机械式自动变速系统及控制方法。

背景技术

随着经济和生活水平提高，汽车代步的功能性越来越普及。目前，国内大多数的车辆都是使用手动变速箱的变速系统。手动变速系统，随着驾驶员的意愿改变车辆的动力源和动力输出的分配比，随着对驾驶平顺性的要求越来越高，更多速比的变速器普及应用。不足之处是由于汽车行驶的路况复杂性等因素，使得驾驶员的劳动强度，驾驶疲劳度都在增加。同时，由于驾驶员的驾驶水平不同，对何种工况采用何种变速比(档位)存在认知的把握程度上。在此基础上，全自动变速箱变速系统的使用量也快速增加。手自一体自动变速箱变速系统一方面在降低驾驶员劳动强度，减少疲劳上起到了极大的作用，同时在设置的功能中也努力遵守驾驶员的驾驶意愿，增加行车系统过程的有效安全性。

中国发明专利申请(申请公布号CN102444713A、申请公布日2012.05.09)公开了一种电动机械式自动变速装置、汽车及其变速控制方法，中国发明专利申请(申请公布号CN102887149A、申请公布日2013.01.23)公开了一种纯电动汽车的自动变速控制系统以及纯电动汽车，实现自动变速的同时对变速箱内的齿轮结构都发生了改变，使得原有的手动变速箱不适合用在自动变速系统中。并且现有技术中的手动变速箱都含有位置传感器，采集转动量变位移量的的位移量的数据，这种位置控制方式在机械运动磨损中易造成定位误差。

发明内容

本发明的目的就是针对上述缺陷，提供一种采用计算电机转速的方式来控制变速箱自动变速的机械式自动变速系统及控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种机械式自动变速系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

a、判断汽车自动变速控制系统是否需要换档，如果是，进入步骤b；

b、变速箱控制器驱动离合电机转动，离合电机转速传感器将采集的离合电机的第一转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内预设的离合电机的第一转速标定脉冲相比较，如果不相等，则继续执行离合器分离动作，如果相等，则执行步骤c；

c、变速箱控制器驱动换档电机转动，换档电机转速传感器将采集的换档电机的第一转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内的预设的换档电机的第一转速标定脉冲相比较，如果不相等，继续执行换档销脱落动作，如果相等，则执行步骤d；

d、变速箱控制器驱动选档电机转动，选档电机转速传感器将采集的选档电机的转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内的预设的选档电机的转速标定脉冲相比较，如果不相等，继续执行选档动作，如果相等，则执行步骤e；

e、变速箱控制器驱动换档电机转动使换档销向目标档位位置移动，换档电机转速传感器将采集的换档电机的第二转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内的预设的换档电机的第二转速标定脉冲相比较，如果不相等，继续执行换档动作，如果相等，执行步骤f；

f、变速箱控制器驱动离合电机运转，离合电机转速传感器将采集的离合电机的第二转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内预设的离合电机的第二转速标定脉冲相比较，如果不相等，则继续执行驱动离合电机动作，如果相等，离合器结合完成。

完成所述步骤a、b、c、d、e及f的每一步骤的时间超过预设的时间，则系统进入故障和失效保护模式。

所述离合电机转速传感器设置在离合电机内、所述选档电机转速传感器设置在选档电机内、及所述换档电机转速传感器设置在换档电机内。

所述离合电机转速传感器优选为两个；所述选档电机转速传感器优选为两个；所述换档电机转速传感器为两个。

所述离合器采用的是干式离合器。

所述变速箱采用的是无位置传感器的变速箱。

一种如上述所述的机械式自动变速系统，包括整车控制器、发动机、通过离合器与发动机相连的变速箱、与整车控制器进行信息交互的变速箱控制器及与变速箱控制器相连的换档手柄，还包括：

离合电机转速传感器，将采集的离合电机的转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内预设的离合电机的转速标定脉冲相比较，控制离合器分离和结合；

换档电机转速传感器，将采集的换档电机的转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内的预设的换档电机的转速标定脉冲相比较，控制变速箱的换档；

选档电机转速传感器，将采集的选档电机的转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内的预设的选档电机的转速标定脉冲相比较，控制变速箱的选档。

本发明与现有技术相比，有益效果为：

1、在不改变现有手动变速箱机械传递机构的基础上，通过转速传感器采集离合电机、选档电机和换档电机的转速脉冲，与预设的转速标定脉冲相比较来控制离合电机、选档电机和换档电机的转动快慢、始停，进而来实现离合器的分离和结合及选、换挡，以达到自动变速的目的，节省了成本；

2、本发明的变速箱内无位置传感器，消除了位置控制方式中的机械运动磨损造成的定位误差；

3、本发明的控制方法具有空档过渡的换档策略，使换档齿轮组精确同步，从而使得整个换档过程更加平顺。

附图说明

下面将结合附图及实施例对发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明的系统组成原理图；

图2为本发明的系统原理逻辑图；

图3为本发明的控制方法的工作流程示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，为本发明机械式自动变速系统，包括ISG动力电机8、电机控制器3、整车控制器2、发动机4、发动机控制器1、离合器5、离合拨叉7、换档手柄18、变速箱控制器14、离合电机9、离合电机转动量变位移量装置10、换档电机11、选档电机13、选换档电机转动量变位移量装置12及给系统供电的低压蓄电池组15。本实施例中的离合器5采用的是干式离合器，离合器5的一端与变速箱6内的不同变速比齿轮组相连，另一端与发动机4的输出轴相连，即发动机通过离合器连接变速箱；变速箱控制器14接收来自制动踏板16的开度信号，变速箱控制器14通过CAN总线和部分硬线信号与整车控制器2相连进行信息交互，同时变速箱控制器14采集换档手柄18信号获知当前驾驶员意愿，离合电机9、选档电机13和换档电机11分别与变速箱控制器14通过硬线信号相连，即变速箱控制器14控制离合电机9、选档电机13和换档电机11的输出。

离合电机转动量变位移量装置10与离合电机9相连，选换档电机转动量变位移量装置12与换档电机11和选档电机13相连。离合电机9内设置有离合电机转速传感器(A20、B21)、选档电机13内设置有选档电机转速传感器(A24、B25)及换档电机11内设置有换档电机转速传感器(A22、B23)，离合电机转速传感器将采集的离合电机的转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内预设的离合电机的转速标定脉冲相比较，控制离合器分离和结合；换档电机转速传感器将采集的换档电机的转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内的预设的换档电机的转速标定脉冲相比较，控制变速箱的换档；选档电机转速传感器将采集的选档电机的转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内的预设的选档电机的转速标定脉冲相比较，控制变速箱的选档；变速箱控制器14接收上述转速传感器的输入信号。本实施例中，离合电机转速传感器、选档电机转速传感器和换档电机转速传感器均为非接触式传感器，并且都分别优选为两个，确保采集数据的精确性和防止其中一个传感器出故障，另一个传感器仍能正常工作。传感器集成于电机内部，使得传感器能在更严酷的工作环境中正常工作，同时，在车况合适情况下，可以实现20ms内换档完成。

本发明的控制方法包括以下步骤：

a、判断汽车自动变速控制系统是否需要换档，如果是，进入步骤b；

b、变速箱控制器驱动离合电机转动，离合电机转速传感器将采集的离合电机的第一转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内预设的离合电机的第一转速标定脉冲相比较，如果不相等，则继续执行离合器分离动作，如果相等，则执行步骤c；

c、变速箱控制器驱动换档电机转动，换档电机转速传感器将采集的换档电机的第一转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内的预设的换档电机的第一转速标定脉冲相比较，如果不相等，继续执行换档销脱落动作，如果相等，则执行步骤d；

d、变速箱控制器驱动选档电机转动，选档电机转速传感器将采集的选档电机的转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内的预设的选档电机的转速标定脉冲相比较，如果不相等，继续执行选档动作，如果相等，则执行步骤e；

e、变速箱控制器驱动换档电机转动使换档销向目标档位位置移动，换档电机转速传感器将采集的换档电机的第二转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内的预设的换档电机的第二转速标定脉冲相比较，如果不相等，继续执行换档动作，如果相等，执行步骤f；

f、变速箱控制器驱动离合电机运转，离合电机转速传感器将采集的离合电机的第二转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内预设的离合电机的第二转速标定脉冲相比较，如果不相等，则继续执行驱动离合电机动作，如果相等，离合器结合完成。

在上述过程中，每一次过程都有具体的时间要求，该步骤动作都要求是在一定的时间内完成，如果超时，则该系统进入故障和实效保护模式处理。并且变速箱控制器可以控制步骤d、e同时执行，减少换挡过程中的动力中断。

本实施例中的变速器控制器，具有采用空档过渡的换档策略，采用实现转速同步的PID比例－积分－微分控制算法，通过离合器分离、发动机被控制到按当前车速和换档传动比换算的转速、变速器置入空档(空档过渡)、离合器接合、对变速器输入轴转速和输出转速进行同步匹配，变速器置入目标档位、离合器接合、发动机油门控制模式的控制过程，使换档齿轮组精确同步，使整个换档过程更加平顺。

本发明系统的工作过程为：再如图1、2所示，车辆点火开关上电后，由ISG动力电机8拖动发动机4实现动力源。变速箱控制器14通过和整车控制器2通信，获知当前车辆工作状态(如上坡，弯道等)，实时采集发动机4输出轴转速，同时检测当前驾驶员意愿(手柄位置信息)。通过一系列逻辑运算算法之后，变速箱控制器14输出到控制离合电机9的扭矩产生，通过推动离合电机转动量变位移量装置10而推动离合器5分离，离合器5分离后，根据逻辑运算结果的目标理想变速比(目标档位)，变速箱控制器14输出到控制换档电机11的扭矩产生，通过推动选换档电机转动量变位移量装置12而将当前变速比(当前档位)回至空档位置，变速箱控制器14输出到控制选档电机13的扭矩产生，通过推动选换档电机转动量变位移量装置12而将当前档位换档销脱落以及选至目标档位换档销，变速箱控制器14输出到控制换档电机11的扭矩产生，通过推动选换档电机转动量变位移量装置12而将换档拨叉拨至目标档位，通过推动离合电机9转动量变位移量装置10而推动离合器9结合，离合器结合后，完成该次换档过程。

整个过程都是通过转速传感器采集离合电机、选档电机和换档电机的转速脉冲，与预设的转速标定脉冲相比较来控制离合电机、选档电机和换档电机的转动快慢、始停，进而来实现离合器的分离和结合及选、换挡，以达到自动变速的目的，节省了成本，同时消除了位置控制方式中的机械运动磨损造成的定位误差。

如图3所示，具体控制流程如下

1)系统初始化；

2)变速箱控制器14对离合电机转速传感器A20、B21状态检测，换档电机转速传感器A22、B23状态检测，选档电机转速传感器A24、B25，一轴转速传感器状态检测，离合电机9故障状态检测，选档电机13故障状态检测，换档电机11故障状态检测，CAN网络通信状态检测，手柄位置状态检测，当前档位位置检测等内容。若有故障出现，则按定义的不同故障等级进入到不同的故障和失效保护模式，警示故障级别，否则进入步骤3；

3)当前手柄档位识别，检测当前换档手柄18档位信息，按信号归入不同的处理模式，根据输入的车速，发动机转速等参量计算出目标工况，由目标工况计算出目标档位，当手柄位置信息发生改变时，重新按最新位置计算，此刻，保持前一状态的车辆行驶工况；当没有变化时，进入到步骤4；

4)当前电机(离合电机、选档电机和换档电机)相对位置的识别，进入到换档逻辑当中，开始进行离合控制，变速箱控制器驱动离合电机转动，实时监测离合电机的第一转速脉冲，比较离合电机的第一转速脉冲与预设的离合电机的第一转速标定脉冲，如果在容忍度范围内不相等，则离合器分离不是设定的理想值之中，不执行步骤5，继续执行离合器分离动作。如果相等，则说明分离已经到位，可以继续执行步骤5；

5)离合器分离之后，使档位从当前档位脱落，进行换档控制时，变速箱控制器驱动换档电机转动，实时监测换档电机的第一转速脉冲，比较换档电机的第一转速脉冲与预设的档电机的第一转速标定脉冲，如果在容忍度范围内不相等，则换档销脱落不彻底，不执行步骤6，继续执行换档销脱落动作，如果相等，则说明变速箱从当前档位回到空档位置，可以继续执行步骤6；

6)使档位从当前档位的空档位置选至目标档位所在的选档位置，进行选档控制时，变速箱控制器驱动选档电机转动，实时监测选档电机的转速脉冲，比较选档电机的转速脉冲与预设的选档电机的转速标定脉冲，如果在容忍度范围内不相等，则选档不到位，不执行步骤7，继续执行选档动作，如果相等，说明选档电机已完成目标选档位置，则可以继续执行步骤7；

7)选档位置确定之后，变速箱控制器驱动换档电机转动使换档销向目标档位位置移动，实时监测换档电机的第二转速脉冲，比较换档电机的第二转速脉冲与预设的换档电机的第二转速标定脉冲，如果在容忍度范围内不相等，则换档销没有换档到位，不执行步骤8，继续执行换档动作，如果相等，则说明变速箱已经在目标档位，可以继续执行步骤8；

8)变速箱控制器驱动离合电机转动，实时监测离合电机的第二转速脉冲，通过离合电机转速的控制来确定离合结合的快慢。离合电机的第二转速脉冲和预设的离合电机的第二转速标定脉冲相比较，如果不相等，则表明离合结合的状态不是目标状态，继续执行驱动离合电机动作，如果相等，则离合器结合完成，进入步骤9；

9)换档过程完成，等待工况或模式的变化，执行下一次的换档过程。

在上述过程中，每一次过程都有具体的时间要求，该步骤动作都要求是在一定的时间内完成，如果超时，则该系统进入故障和实效保护模式处理。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种机械式自动变速系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

a、判断汽车自动变速控制系统是否需要换档，如果是，进入步骤b；

b、变速箱控制器驱动离合电机转动，离合电机转速传感器将采集的离合电机的第一转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内预设的离合电机的第一转速标定脉冲相比较，如果不相等，则继续执行离合器分离动作，如果相等，则执行步骤c；

c、变速箱控制器驱动换档电机转动，换档电机转速传感器将采集的换档电机的第一转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内的预设的换档电机的第一转速标定脉冲相比较，如果不相等，继续执行换档销脱落动作，如果相等，则执行步骤d；

d、变速箱控制器驱动选档电机转动，选档电机转速传感器将采集的选档电机的转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内的预设的选档电机的转速标定脉冲相比较，如果不相等，继续执行选档动作，如果相等，则执行步骤e；

e、变速箱控制器驱动换档电机转动使换档销向目标档位位置移动，换档电机转速传感器将采集的换档电机的第二转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内的预设的换档电机的第二转速标定脉冲相比较，如果不相等，继续执行换档动作，如果相等，执行步骤f；

f、变速箱控制器驱动离合电机运转，离合电机转速传感器将采集的离合电机的第二转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内预设的离合电机的第二转速标定脉冲相比较，如果不相等，则继续执行驱动离合电机动作，如果相等，离合器结合完成。

2.根据权利要求1所述的机械式自动变速系统的控制方法，其特征在于，完成所述步骤a、b、c、d、e及f的每一步骤的时间超过预设的时间，则系统进入故障和失效保护模式。

3.根据权利要求1所述的机械式自动变速系统的控制方法，其特征在于，所述离合电机转速传感器设置在离合电机内、所述选档电机转速传感器设置在选档电机内、及所述换档电机转速传感器设置在换档电机内。

4.根据权利要求1所述的机械式自动变速系统的控制方法，其特征在于，所述离合电机转速传感器为两个；所述选档电机转速传感器为两个；所述换档电机转速传感器为两个。

5.根据权利要求1所述的机械式自动变速系统的控制方法，其特征在于，所述离合器采用的是干式离合器。

6.根据权利要求1所述的机械式自动变速系统的控制方法，其特征在于，所述变速箱采用的是无位置传感器的变速箱。

7.一种如权利要求1～6任意一项所述的机械式自动变速系统，包括整车控制器、发动机、通过离合器与发动机相连的变速箱、与整车控制器进行信息交互的变速箱控制器及与变速箱控制器相连的换档手柄，其特征在于，还包括：

离合电机转速传感器，将采集的离合电机的转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内预设的离合电机的转速标定脉冲相比较，控制离合器分离和结合；

换档电机转速传感器，将采集的换档电机的转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内的预设的换档电机的转速标定脉冲相比较，控制变速箱的换档；

选档电机转速传感器，将采集的选档电机的转速脉冲发送给变速箱控制器，与变速箱控制器内的预设的选档电机的转速标定脉冲相比较，控制变速箱的选档。