CN103386967A - 用于自动变速器的控制方法及动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开用于自动变速器的控制方法及使用该方法的动力系统。其中，自动变速器可至少接合到传动比不同的第一挡及第二挡位置，在传动比不同的这些位置中自动变速器接合在第一挡位置时的传动比最大，该控制方法包括：需求挡位模块根据选挡需求、当前车速及轮端转矩需求判断目标挡位，其中，当选挡需求为挂前进挡时，如果车速不小于零，则根据车速及轮端转矩需求按照换挡曲线确定目标挡位，如果车速小于零，则目标挡位为第一挡。从而能够正确地判断自动变速器的目标挡位，提供良好的驾驶体验。

Description

用于自动变速器的控制方法及动力系统

技术领域

本发明涉及变速器的控制，尤其涉及用于自动变速器的控制方法及使用该方法的动力系统。

背景技术

传统的电控机械式自动变速器（EAMT，Electronic Automated Mechanical Transmission）采用液压系统作为换挡的驱动装置，机构复杂且成本昂贵。随着电机控制技术的不断进步，尤其是电机转矩/转速控制精度及其响应特性和工作可靠性等方面技术的进步，使得利用电机取代原有的电控机械式自动变速器内的液压系统换挡驱动/执行机构成为可能。

另一方面，国际社会对能源使用效率、环境保护的关注日益提高，在车辆技术领域插入式混合动力车辆以及纯电动车辆将成为下一代新型节能环保车辆的代表。在插入式混合动力车辆和纯电动车辆动力系统中，驱动电机作为最主要的驱动电机，其具有堵转转矩大、工作转速区间大的特点，因而在当前混合动力电动车辆以及纯电动车上其传动系统采用挡位较少的变速器，而且驱动电机与变速器直接连接，省去离合器。

用于纯电动车辆以及插入式混合动力车辆的电控自动变速器通常根据当前车速及油门踏板位置决定挡位。如果油门踏板位移越大说明加速的需求越大，则越需要控制电控自动变速器挂更高速的挡位。但是，在车辆上坡的情况下，即使驾驶员将拔挡杆设置到D挡（前进挡）位置发出挂前进挡的选挡需求，但是由于车辆受到重力的作用，仍可能存在车辆在坡上向后跑（倒溜）的情况。此时，驾驶员很可能会感觉到车辆动力不够而使劲踩油门踏板，但是驾驶员越使劲踩油门踏板，自动变速器将接合在更高速的挡位（例如，挂在比较高速的二挡，而不是挂在比较低速的一挡），则可能输出转矩太小，车辆无法产生抵抗重力的足够前进动力，造成车辆意外地继续倒溜。另外，在车辆位于下坡方向的情况下，当驾驶员将拔挡杆设置到R挡（倒退挡）位置发出挂倒退挡的选挡需求时，可能存在由于车辆受到重力的作用车辆在坡上仍向前跑的情况。由于没有离合器，驱动电机将被向前跑的车辆的轮端动力驱动正向旋转，此时如果按照挂倒退挡的选挡需求控制驱动电机倒转，则可能烧毁电机。

因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供用于自动变速器的控制方法及使用该方法的动力系统，其能够正确地判断自动变速器的目标挡位，提供良好驾驶体验。

为解决上述技术问题，一方面本发明提供用于自动变速器的控制方法，其中，自动变速器可至少接合到传动比不同的第一挡及第二挡位置，在所述传动比不同的这些位置中所述自动变速器接合在所述第一挡位置时的传动比最大，在驱动电机与所述自动变速器之间的传动路径上不设置离合器，所述控制方法包括：

需求挡位模块根据选挡需求、当前车速及轮端转矩需求判断目标挡位，其中，当选挡需求为挂前进挡时，如果车速不小于零，则根据车速及轮端转矩需求按照换挡曲线确定目标挡位，如果车速小于零，则目标挡位为所述第一挡；及

换挡时序控制模块比较所述目标挡位与当前挡位，若两者不相等则启动换挡过程。

另一方面本发明提供动力系统，其包括驱动电机，自动变速器及整车控制器，所述整车控制器根据前述的方法进行控制。

根据本发明的用于自动变速器的控制方法及使用该方法的动力系统，其能够正确地判断自动变速器的目标挡位，并且，考虑到了换挡过程的异常情况并给出了故障处理机制，能保证换挡过程的正常有序、动力中断时间短、优化了车辆运行时换挡的平顺性，提高了整车的舒适性，提供了良好的驾驶体验。

通过以下参考附图的详细说明，本发明的其他方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。

附图说明

一并阅读附图，参阅以下具体实施方式的详细说明，将更加充分地理解本发明，附图中同样的参考附图标记始终指代视图中同样的元件。其中：

图1是根据本发明一种具体实施方式的自动变速器的动力系统部分连接示意图；以及

图2是根据本发明一种具体实施方式的用于自动变速器的控制方法的示意框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图1显示根据本发明一种具体实施方式的自动变速器的动力系统的示意图，如图1所示，一种具体实施方式的自动变速器的动力系统100包括整车控制器1、驱动电机控制器2、换挡致动器3、驱动电机4、电控的自动变速器5以及主减速器6。其中，整车控制器1通过例如CAN总线与驱动电机控制器2及换挡致动器3进行通信连接，以分别对驱动电机控制器2及换挡致动器3进行控制。驱动电机控制器2通过电源线与驱动电机4进行连接，以控制驱动电机4输出预期的转矩和转速。在本发明的一种具体实施方式中，驱动电机4通过三相电源线与驱动电机控制器2连接。可选地，驱动电机4是永磁同步电机，相对于交流异步电机，永磁同步电机的体积小，从而能够大大降低自动变速器的动力系统100的尺寸。自动变速器5分别与驱动电机4、换挡致动器3以及主减速器6之间机械连接。可选地，换挡致动器3为换挡电机，也就是说采用电机作为驱动自动变速器5内的挂挡装置（例如同步器）实现挂挡动作的执行机构。在驱动电机4与自动变速器5之间的传动路径上不设置离合器，也就是说，来自驱动电机4的动力不经离合器地经过自动变速器5进行变速，经过变速的动力输出的动力经过主减速器6进一步减速，然后将进一步减速之后的动力输送至车辆的车轮（未图示），提供车辆轮端的驱动力。整车控制器1通过控制换挡致动器3的动作来实现自动变速器5的挡位变换。自动变速器5通过主减速器6将动力输出至车轮。整车控制器1包括相互通信的需求挡位模块、换挡时序控制模块、转矩/转速干预模块及同步器控制模块。

图2显示根据本发明一种具体实施方式的用于自动变速器的控制方法的示意框图。如图2所示，用于自动变速器的控制方法，其中，自动变速器可至少接合到传动比不同的第一挡及第二挡位置，在传动比不同的这些位置中自动变速器接合在第一挡位置时的传动比最大，来自驱动电机的动力不经离合器地经过自动变速器进行变速输出，该控制方法包括：需求挡位模块根据选挡需求、当前车速及轮端转矩需求判断目标挡位，其中，当选挡需求为挂前进挡时，如果车速不小于零，则根据车速及轮端转矩需求按照换挡曲线确定目标挡位，如果车速小于零，则目标挡位为第一挡；以及换挡时序控制模块比较目标挡位与当前挡位，若两者不相等则启动换挡过程。换挡曲线可以根据驱动电机4的特性及整车设计的目的通过实验得出。可选地，换挡曲线包括升挡规律曲线和降挡规律曲线。在可选的具体实施方式中，换挡曲线包括最佳动力性换挡曲线和最佳经济性换挡曲线。

当选挡需求为挂倒退挡时，如果车速不大于零，则目标挡位为第一挡，如果车速大于零，则目标挡位为当前挡位，且不允许升挡，而按照换挡曲线执行降挡直到车速不大于零。

根据本发明的用于自动变速器的控制方法，其能够正确地判断自动变速器的目标挡位，并且，考虑到了换挡过程的异常情况并给出了故障处理机制，能保证换挡过程的正常有序、动力中断时间短、优化了车辆运行时换挡的平顺性，提高了整车的舒适性，提供了良好的驾驶体验。

需求挡位模块可通过检测拔挡杆位置判断选挡需求，当拔挡杆位置在驻车（例如P挡）或者空挡（例如N挡）位置时，选挡需求为挂空挡；当拔挡杆位置在前进挡（例如D挡）位置时，选挡需求为挂前进挡；当拔挡杆位置在倒退挡（例如R挡）位置时，选挡需求为挂倒退挡。需求挡位模块还可检测加速踏板的位置,根据加速踏板的位置确定轮端转矩需求。加速踏板类似于内燃机汽车的油门踏板，驾驶员踩加速踏板的力越大，加速踏板的位移越大，表示有更大的加速需求。

进一步地，换挡过程包括：换挡时序控制模块发出转矩/转速干预指令，转矩/转速干预模块按照转矩/转速干预指令生成驱动电机干预指令，指示驱动电机将转矩降低到零，并且根据驱动电机反馈的实时转矩值做降扭到零的完成判断，且实时发出转矩/转速干预状态反馈信号；如果换挡时序控制模块收到降扭到零完成的转矩/转速干预状态信号，则生成同步器控制指令，同步器控制模块按照同步器控制指令生成换挡致动器（例如换挡电机）控制指令，换挡电机按照换挡电机控制指令启动以指示换挡电机驱动同步器向空挡位置挪开，并且实时发出同步器成功切换到空挡的同步器控制状态反馈信号。

当换挡时序控制模块在收到同步器成功切换到空挡的同步器控制状态信号的同时检测拔挡杆位置来判断选挡需求，若选挡需求为挂空挡，则保持同步器处于空挡并结束本次换挡过程；若选挡需求不为挂空挡，则向转矩/转速干预模块发出驱动电机转速同步的转矩/转速干预指令，控制驱动电机进行转速同步以向目标同步转速调整。

其中，目标同步转速由转矩/转速干预模块根据对应目标挡位的传动比结合输出轴转速换算得到。

控制驱动电机进行转速同步的过程中，若选挡需求切换为挂空挡，则停止转速同步结束本次换挡过程；若选挡需求切换不是挂空挡，则转矩/转速干预模块需判断转速同步完成状态，并且生成对应的转矩/转速干预状态反馈信号。

如果判断转速同步完成状态为换挡时序控制模块接收到的信号表明转速在一定的时间内完成调速或者调速超时，则进行入挡同步过程，同步过程中保持驱动电机处于零转矩控制模式，并且根据速差查表生成在同步器同步过程中的换挡电机驱动力值，同步器控制模块按照同步器控制指令生成换挡电机控制指令，指示换挡电机输出一定的驱动力驱动同步器移向目标挡位，最终实现速度同步。随后同步器入挡，若同步器反馈位置已到达需求的目标挡位位置则表明入挡成功。

若同步器入挡成功，则换挡时序控制模块发出转矩/转速干预指令，通过转矩/转速干预模块控制驱动电机按一定速率升扭；若同步器入挡失败，则同步器脱离再次进行转速同步和入挡操作，重新尝试挂挡。

根据本发明的用于自动变速器的控制方法，通过换挡时序的控制，协调了在换挡过程中被控对象换挡致动器和驱动电机的运行状态，能够满足机械结构的布置，主要负责需求挡位判断、换挡时序控制、同步器控制和驱动电机转矩/转速干预，并能处理换挡过程中驾驶员驾驶意图改变、换挡过程中驱动电机转矩/转速干预转矩控制状态和调速状态监测、同步器控制位置监测以及换挡过程中的故障处理，减小了换挡动力中断时间，缓解了换挡时的冲击，提高了驾驶的舒适性。

以上具体实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (13)

1. 用于自动变速器的控制方法，其中，自动变速器可至少接合到传动比不同的第一挡及第二挡位置，在所述传动比不同的这些位置中所述自动变速器接合在所述第一挡位置时的传动比最大，在驱动电机与所述自动变速器之间的传动路径上不设置离合器，其特征在于，所述控制方法包括：

需求挡位模块根据选挡需求、当前车速及轮端转矩需求判断目标挡位，其中，当选挡需求为挂前进挡时，如果车速不小于零，则根据车速及轮端转矩需求按照换挡曲线确定目标挡位，如果车速小于零，则目标挡位为所述第一挡；及

换挡时序控制模块比较所述目标挡位与当前挡位，若两者不相等则启动换挡过程。

2. 根据权利要求1所述的控制方法，其中，当选挡需求为挂倒退挡时，如果车速不大于零，则目标挡位为所述第一挡，如果车速大于零，则目标挡位为当前挡位，且不允许升挡，而按照换挡曲线执行降挡直到车速不大于零。

3. 根据权利要求1所述的控制方法，其中，由需求挡位模块通过检测拔挡杆位置判断所述选挡需求，当拔挡杆位置在驻车或者空挡位置时，所述选挡需求为挂空挡；当拔挡杆位置在前进挡位置时，所述选挡需求为挂前进挡；当拔挡杆位置在倒退挡位置时，所述选挡需求为挂倒退挡。

4. 根据权利要求1所述的控制方法，其中，需求挡位模块检测加速踏板的位置,根据加速踏板的位置确定所述轮端转矩需求。

5. 根据权利要求1所述的控制方法，其中，所述换挡过程包括：

换挡时序控制模块发出转矩/转速干预指令，转矩/转速干预模块按照转矩/转速干预指令指示驱动电机将转矩降低到零，并且根据驱动电机反馈的实时转矩值做降扭到零的完成判断，且实时发出转矩/转速干预状态反馈信号；

如果换挡时序控制模块收到降扭到零完成的转矩/转速干预状态信号，则生成同步器控制指令，同步器控制模块按照同步器控制指令生成指示换挡致动器驱动同步器向空挡位置挪开，当同步器成功切换到空挡时，若选挡需求为挂空挡，则保持同步器处于空挡并结束本次换挡过程；若选挡需求不为挂空挡，则向转矩/转速干预模块发出驱动电机转速同步的转矩/转速干预指令，控制驱动电机进行转速同步以向目标同步转速调整。

6. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述目标同步转速由转矩/转速干预模块根据对应目标挡位的传动比结合输出轴转速换算得到。

7. 根据权利要求6所述的方法，其中，控制驱动电机进行转速同步的过程中，若选挡需求切换为挂空挡，则停止转速同步结束本次换挡过程。

8. 根据权利要求7所述的方法，其中，若选挡需求切换不是挂空挡，则转矩/转速干预模块判断转速同步完成状态，如果判断转速同步完成状态为在一定的时间内完成调速或者调速超时，则保持驱动电机处于零转矩控制模式，指示换挡致动器驱动同步器移向目标挡位。

9. 根据权利要求8所述的方法，其中，若同步器入挡成功，则换挡时序控制模块发出转矩/转速干预指令，通过转矩/转速干预模块控制驱动电机按一定速率升扭。

10. 根据权利要求8所述的方法，其中，若同步器入挡失败，则同步器脱离再次进行转速同步和入挡操作，重新尝试挂挡。

11. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述换挡致动器是换挡电机。

12. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述驱动电机是永磁同步电机。

13. 动力系统，其包括驱动电机，自动变速器及整车控制器，其特征在于所述整车控制器根据权利要求1-12中任一项所述的方法进行控制。

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