CN103786598B - 用于具有变速器的电动车的电动机扭矩控制的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于具有变速器的车辆的电动机控制系统和方法，其构成为；响应于车辆换档时确定提高档位的通电升档和降低档位的断电降档，通过计算最大和最小电动机扭矩，精确并且积极地控制电动机扭矩，从而提高换档控制的精确度，由此，提高换档质量。

Description

用于具有变速器的电动车的电动机扭矩控制的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于具有变速器的电动车的电动机扭矩控制的系统和方法，更具体地说，涉及用于换档(shifting)时控制电动机扭矩的系统和方法。
背景技术
对于相关技术中具有内燃机的车辆，在换档而控制发动机扭矩时，因为发动机无法产生负(negative)扭矩而且发动机的响应很慢，所以能够将扭矩控制在正(positive)扭矩的水平，并且换档的时间通过变速器的离合器控制而减少。
此外，换档时扭矩控制量通常取决于工程师的经验，因此换档控制的精确度降低，并且由此限制了换档质量的改善。
电动车(“EV”：Electric Vehicle)仅由电力操作的电动机驱动，而不使用内燃机。电动机不仅能产生正扭矩，还能产生负扭矩。因此，对于具有变速器的EV来说，可以通过测量应用于相关技术的具有内燃机的车辆的换档时扭矩控制的差别，来提高换档质量。
上述描述，作为与本发明相关技术，仅用于辅助理解本发明的背景技术，不应被视为属于本领域技术人员所熟知的相关技术。
发明内容
本发明提供了一种用于具有变速器的电动车的电动机扭矩控制方法和系统，在具有变速器的电动车利用电动机换档时，通过提高电动机扭矩控制的换档控制的精确度，可以提高换档的质量。
本发明提供了一种用于具有变速器的电动车的电动机扭矩控制方法，包括：在电动车换档时，通过控制器确定提高档位(shifting gear)的通电升档(power-on up-shift)和降低档位的断电降档(power-off down-shift)；通过控制器确定完成换档的目标换档时间；通过控制器确定对应于上述目标换档时间的电动机的目标角加速度；通过控制器利用上述目标角加速度计算换档时要操作的电动机的最大电动机扭矩；响应于确定通电升档，通过控制器将上述最大目标扭矩和换档开始时的电动机的目标驱动扭矩中的较小值确定为换档时由电动机输出的电动机输出扭矩；响应于确定断电降档，通过控制器利用上述目标角加速度计算换档时要操作的电动机的最小电动机扭矩；响应于确定断电降档，通过控制器将上述最小目标扭矩和换档开始时电动机的目标驱动扭矩中的较大值确定为换档时由电动机输出的电动机输出扭矩。
附图说明
本发明上述和其它的特征将结合下述附图中示出的示例性实施例进行详细的描述，其仅用作示例，因此并不限制本发明；其中：
图1是示出根据本发明的示例性实施例的可以应用本发明的具有两档(two-gear)双离合变速器(DCT：dual clutch transmission)的电动车的配置的示例性视图；
图2是示出根据本发明的示例性实施例的具有变速器的电动车的电动机扭矩控制方法的实施例的示例性流程图；
图3是示出采用图2的控制方法在通电升档时控制图1的电动车的过程的示例性曲线图；
图4是示出采用图2的控制方法在断电降档时控制图1的电动车的过程的示例性曲线图。
应理解的是，附图并不一定按比例绘制，它表示的是示出本发明基本原理的不同示例性特征的简化表示。这里公开的本发明具体的设计特征，例如包括具体的尺寸、方向、位置以及形状，部分地取决于具体的应用意图和使用环境。
在附图中，附图标号在若干附图中通篇指代本发明相同或等同的部件。
具体实施方式
应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。
本文使用的术语仅仅是为了说明示例性实施方式的目的而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种(a、an和the)”也意在包括复数形式，除非上下文中清楚指明。还可以理解的是，在说明书中使用的术语“包括(comprises和/或comprising)”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
接下来，将详细参考附图中示出并且在下面描述的本发明的各种实施例。
图1是示出可以应用本发明的具有两档DCT电动车的配置的示例性视图，其中DCT1可包括第一离合器CL1和第二离合器CL2，其中当第一离合器CL1被接合时，一档(firstgear)被接合，当第二离合器CL2被接合时，二档(second gear)被接合，由此电动机3的驱动力可被传递至驱动轮5。
虽然图1中作为示例，为了简化本发明，DCT1通过使第一离合器CL1和第二离合器CL2相对地互相接合，仅能够实现一档和二档，但是本发明也可以应用于仅有一个离合器的变速器。
参见图2，本发明的用于具有变速器的电动车的电动机扭矩控制方法包括：在电动车换档时，通过控制器确定提高档位的通电升档和降低档位的断电降档(S20)；通过控制器确定完成换档的目标换档时间(S30)；通过控制器确定对应于上述目标换档时间的电动机的目标角加速度(S20)；响应于确定通电升档，通过控制器利用上述目标角加速度计算换档时要操作的电动机的最大电动机扭矩值(S41)；响应于确定通电升档，通过控制器将上述最大目标扭矩值和换档开始时电动机的目标驱动扭矩中的较小值确定为换档时由电动机输出的电动机输出扭矩(S51)；响应于确定断电降档，通过控制器利用上述目标角加速度计算换档时要操作的电动机的最小电动机扭矩值(S42)；响应于确定断电降档，通过控制器将上述最小目标扭矩值和换档开始时电动机的目标驱动扭矩中的较大值确定为换档时由电动机输出的电动机输出扭矩(S52)。
换句话说，本发明公开：从当前时刻到在步骤S20中响应于所确定的档位方向而确定的完成换档的目标换档时刻，寻找对应于电动机的角加速度的目标角加速度，以使电动机的速度与要接合的离合器速度相同，并且，通过确定响应于换档方向由电动机输出的电动机输出扭矩来主动控制电动机，从而，通过换档时的电动机的主动和精确控制，提高了换档质量(quality of shifting)，包括换档感(shifting feel)和换档响应(shiftingresponsiveness)。
最大电动机扭矩值的计算可进一步包括：通电升档时，设置关系式，该关系式表示电动机和要接合的离合器的惯性矩乘以电动机的角加速度而获得的值等于从电动机扭矩减去要接合的离合器的离合器扭矩而获得的值(S41-1)；在将目标角加速度(例如，步骤S30中的目标角加速度)设为在关系式中与电动机和要接合的离合器的惯性矩相乘的电动机的角加速度的情况下，将相乘获得的值设置为常数(constant)(S41-2)；以及计算出上述常数加上根据要接合的离合器的操作剖面(operational profile)确定的离合器扭矩而获得的值，作为最大电动机扭矩值(S41-3)。
换句话说，最大电动机扭矩值的计算可由下述公式来表达：
【公式1】
Tm_max＝TCL2+constant
其中，Jm是电动机的惯性矩，JCL2是通电升档时将要接合的离合器的惯性矩，Tm是电动机扭矩，TCL2是通电升档时将要接合的离合器的离合器扭矩，W* m是电动机的角加速度，W* m_Tgt是电动机的目标角加速度，Tm_max是最大电动机扭矩值。
在通电升档时，如图3所示，第一离合器CL1分离(disengage)，第二离合器Cl2接合，电动机的速度从与第一离合器CL1相同的速度降到与第二离合器CL2相同的速度。换句话说，在通电升档模式，电动机速度降低至第二离合器的速度。此外，电动机的扭矩越大，电动机和第二离合器CL2之间的同步就越被延迟，从而使换档延迟。这个过程可由示出电动机和要接合的离合器的惯性矩乘以电动机的角加速度而获得的值等于从电动机扭矩减去要接合的离合器的离合器扭矩而获得的值的关系式表达。
在将相乘得到的值设置为常数时(S41-2)，为了在目标换档时间内使电动机速度同步至第二离合器CL2的速度而被确定的目标角加速度、和电动机与第二离合器CL2的惯性矩的总和可以是常数。
在步骤S41-3计算最大电动机扭矩时，最大电动机扭矩值可表达为计算出的常数和第二离合器CL2的离合器扭矩的总和，并且第二离合器CL2的离合器扭矩可以是根据作用于第二离合器CL2上的离合器促动器(clutch actuator)的行程(stroke)而确定的预定剖面(profile)的传递扭矩，此时第二离合器CL2的离合器扭矩被计算为充分小的值，目标角加速度被计算为充分大的负值。
然而，当如上所述确定的最大电动机扭矩值被确定为小于换档开始时电动机的目标驱动扭矩时，电动机可产生最大电动机扭矩值并且可执行通电升档。
在将最大目标扭矩值和换档开始时电动机的目标驱动扭矩中的较小值确定为电动机输出扭矩时，执行换档开始时电动机的目标驱动扭矩的比较，以便当换档开始时已被确定为电动机的目标驱动扭矩的值较小时，使得迅速完成换档，而不是通过利用目标驱动扭矩来控制电动机扭矩。
换档时电动机的最小电动机扭矩值的计算，可包括：断电降档时，设置关系式，该关系式表示电动机和要接合的离合器的惯性矩乘以电动机的角加速度而获得的值可等于要接合的离合器的离合器扭矩与电动机扭矩相加而获得的值(S42-1)；在将目标角加速度(例如，角加速度设置步骤(S30)中确定的目标角加速度)设为在关系式中与电动机和要接合的离合器的惯性矩相乘的电动机的角加速度的情况下，将相乘获得的值设置为常数(S42-2)；以及将从常数减去根据要接合的离合器的操作剖面而确定的离合器扭矩而获得的值确定为最小电动机扭矩值(S42-3)。
换句话说，最小电动机扭矩值的计算可由下述公式来表达：
【公式2】
Tm_min＝-TCL1+constant
其中，Jm是电动机的惯性矩，JCL1是断电降档时将要接合的离合器的惯性矩，Tm是电动机扭矩，TCL1是断电降档时将要接合的离合器的离合器扭矩，W* m是电动机的角加速度，W* m_Tgt是电动机的目标角加速度，Tm_min是最小电动机扭矩值。
在上述的断电降档中，与通电升档不同，如图4所示，第二离合器CL2分离，第一离合器CL1接合，电动机的速度在从第二离合器CL2的速度上升至第一离合器CL1的速度时被同步。换句话说，在断电降档模式，电动机的速度增加至第一离合器的速度。由此，在负方向，电动机的驱动扭矩越大，电动机和第一离合器CL1的同步越被延迟，从而可能产生换档延迟。此外，此关系可由示出电动机和要接合的离合器的惯性矩乘以电动机的角加速度而获得的值等于要接合的离合器的离合器扭矩与电动机扭矩相加而获得的值的关系式表达。另外，最小电动机扭矩值的计算与最大电动机扭矩值的计算相类似地执行。
在将最小目标扭矩值和换档开始时的电动机的目标驱动扭矩中的较大值确定为电动机输出扭矩时，上述关系式中的最小电动机扭矩值可用于控制电动机。此外，当该值大于换档开始时电动机的目标驱动扭矩并且执行断电降档时，以及当目标驱动扭矩值更大时，换档可通过以目标驱动扭矩控制电动机来完成，因此可实现更快的换档。
如上所述，由于根据换档方向控制电动机扭矩可基于理论基础来计算，并主动用于换档时的控制，能够提高换档控制的稳定性和精确度，并且通过控制电动机的扭矩成为负扭矩，能够进一步提高换档质量。
本发明已结合如附图所示的具体实施例进行了详细的描述，然而，显然，本领域的技术人员在不背离如所附权利要求所述的本发明的原理和精神的情况下，可以对本发明进行各种方式的改变和变形。

Claims (8)

1.一种用于具有变速器的车辆的电动机扭矩控制方法，包括：
在车辆换档时，由控制器确定提高档位的通电升档和用于降低档位的断电降档；
由控制器确定完成换档的目标换档时间；
根据所述目标换档时间，由控制器确定电动机的目标角加速度；
响应于确定通电升档，由控制器利用所述目标角加速度来计算换档时要操作的电动机的最大电动机扭矩；
响应于确定通电升档，由控制器将计算出的所述最大电动机扭矩和换档开始时电动机的目标驱动扭矩中的较小值确定为换档时由电动机输出的电动机输出扭矩；
响应于确定断电降档，由控制器利用所述目标角加速度来计算换档时要操作的电动机的最小电动机扭矩；和
响应于确定断电降档，由控制器将计算出的所述最小电动机扭矩和换档开始时电动机的目标驱动扭矩中的较大值确定为换档时由电动机输出的电动机输出扭矩，
其中所述最大电动机扭矩值的计算，还包括：
通电升档时，由控制器设置关系式，该关系式为电动机和要接合的离合器的惯性矩乘以电动机的角加速度而获得的值等于电动机扭矩减去要接合的离合器的离合器扭矩而获得的值；
在将所述目标角加速度设为所述关系式中与电动机和要接合的离合器惯性矩相乘的电动机的角加速度的情况下，由控制器将相乘所得的值设为常数；和
由控制器将所述常数与根据要接合的离合器的操作剖面而确定的离合器扭矩相加而获得的值确定为所述最大电动机扭矩值。
2.如权利要求1所述的方法，所述关系式由如下公式表达：
<mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>J</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>J</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> <mover> <msub> <mi>w</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mo>=</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> </mrow>
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Tm_max＝TCL2+constant
其中，Jm是电动机的惯性矩，JCL2是通电升档时将要接合的离合器的惯性矩，Tm是电动机扭矩，TCL2是通电升档时将要接合的离合器的离合器扭矩，W＊ m是电动机的角加速度，W＊ m_Tgt是电动机的目标角加速度，Tm_max是最大电动机扭矩值。
3.如权利要求1所述的方法，其中计算所述最小电动机扭矩值的步骤，还包括：
断电降档时，由控制器设置关系式，该关系式为电动机和要接合的离合器的惯性矩乘以电动机的角加速度而获得的值等于将电动机扭矩与要接合的离合器的离合器扭矩相加而获得的值；
在将所述目标角加速度设为所述关系式中与电动机和要接合的离合器的惯性矩相乘的电动机的角加速度的情况下，由控制器将相乘所得的值设为常数；和
由控制器将所述常数减去根据要接合的离合器的操作剖面而确定的离合器扭矩而获得的值确定为作为最小电动机扭矩的最小电动机扭矩值。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述关系式由如下公式表达：
<mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>J</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>J</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mi>L</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> <mover> <msub> <mi>w</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mo>=</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mi>L</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> 1
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Tm_min＝-TCL1+constant
其中，Jm是电动机的惯性矩，JCL1是断电降档时将要接合的离合器的惯性矩，Tm是电动机扭矩，TCL1是断电降档时将要接合的离合器的离合器扭矩，W＊ m是电动机的角加速度，W＊ m_Tgt是电动机的目标角加速度，Tm_min是最小电动机扭矩值。
5.一种用于具有变速器的车辆的电动机扭矩控制系统，包括：
控制器，其被配置为：
在车辆换档时，确定提高档位的通电升档和用于降低档位的断电降档；
确定完成换档的目标换档时间；
根据所述目标换档时间，确定电动机的目标角加速度；
响应于确定通电升档，利用所述目标角加速度来计算换档时要操作的电动机的最大电动机扭矩；
响应于确定通电升档，将计算出的所述最大电动机扭矩值和换档开始时电动机的目标驱动扭矩中的较小值确定为换档时由电动机输出的电动机输出扭矩；
响应于确定断电降档，利用所述目标角加速度来计算换档时要操作的电动机的最小电动机扭矩；和
响应于确定断电降档，将计算出的所述最小电动机扭矩和换档开始时电动机的目标驱动扭矩中的较大值确定为换档时由电动机输出的电动机输出扭矩，
其中在计算所述最大电动机扭矩值中，所述控制器进一步被配置为：
通电升档时，设置关系式，该关系式为电动机和要接合的离合器的惯性矩乘以电动机的角加速度而获得的值等于电动机扭矩减去要接合的离合器的离合器扭矩而获得的值；
在将所述目标角加速度设为所述关系式中与电动机和要接合的离合器惯性矩相乘的电动机的角加速度的情况下，将相乘所得的值设为常数；和
将所述常数与根据要接合的离合器的操作剖面而确定的离合器扭矩相加而获得的值确定为所述最大电动机扭矩值。
6.如权利要求5所述的系统，所述关系式由如下公式表达：
<mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>J</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>J</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> <mover> <msub> <mi>w</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mo>=</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> </mrow>
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Tm_max＝TCL2+constant
其中，Jm是电动机的惯性矩，JCL2是通电升档时将要接合的离合器的惯性矩，Tm是电动机扭矩，TCL2是通电升档时将要接合的离合器的离合器扭矩，W＊ m是电动机的角加速度，W＊ m_Tgt是电动机的目标角加速度，Tm_max是最大电动机扭矩值。
7.如权利要求5所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为：
断电降档时，设置关系式，该关系式为电动机和要接合的离合器的惯性矩乘以电动机的角加速度而获得的值等于将电动机扭矩与要接合的离合器的离合器扭矩相加而获得的值；
在将所述目标角加速度设为所述关系式中与电动机和要接合的离合器的惯性矩相乘的电动机的角加速度的情况下，将相乘所得的值设为常数；和
将所述常数减去根据要接合的离合器的操作剖面而确定的离合器扭矩而获得的值确定为作为最小电动机扭矩的最小电动机扭矩值。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述关系式由如下公式表达：
<mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>J</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>J</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mi>L</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> <mover> <msub> <mi>w</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mo>=</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mi>L</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow>
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Tm_min＝-TCL1+constant
其中，Jm是电动机的惯性矩，JCL1是断电降档时将要接合的离合器的惯性矩，Tm是电动机扭矩，TCL1是断电降档时将要接合的离合器的离合器扭矩，W＊ m是电动机的角加速度，W＊ m_Tgt是电动机的目标角加速度，Tm_min是最小电动机扭矩值。
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