CN103786715A

CN103786715A - 一种电动汽车手动变速箱前进挡挡位判断方法

Info

Publication number: CN103786715A
Application number: CN201410003553.2A
Authority: CN
Inventors: 赵辛蒙; 张君鸿; 姜炜; 王帅宇
Original assignee: Beijing Zhixing Hongyuan Automobile Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Zhixing Hongyuan Automobile Technology Co Ltd
Priority date: 2014-01-03
Filing date: 2014-01-03
Publication date: 2014-05-14

Abstract

本发明涉及一种电动汽车手动变速箱前进挡挡位判断方法，包括以下步骤：整车控制器根据变速箱挡位信号首先判断是否处于前进挡，再根据离合器踏板信号判断离合器结合状态，如果车辆处于前进挡且离合器完全结合，则车辆前进速度与电机转速之间应成正比关系，整车控制器对组合仪表发送的车速信号进行修正，再依次计算出各前进挡位所对应的理论电机转速，并与电机控制器发送的当前实际电机转速进行比较，如果转速偏差在指定范围内，则判定变速箱处于该挡位；如果各挡位下的理论电机转速与实际转速都不相符，则判定挡位信号异常或离合器信号异常，整车控制器记录故障并报警。本发明有益效果：保持原有车辆底盘状态，无需为手动变速箱加装挡位传感器。

Description

一种电动汽车手动变速箱前进挡挡位判断方法

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车手动变速箱前进挡挡位判断方法。

背景技术

电动汽车主要包括纯电动汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车等。纯电动汽车以高压动力电池作为唯一能源，靠电动机驱动车辆行驶，具备零排放、低噪音等特性。现阶段在电动商用车制造领域，很多企业都是在传统内燃机车辆底盘的基础上进行改制。多数情况下用于改制的商用车底盘装配的是手动变速箱，且仅能提供空挡和倒挡信号。

电动汽车中的整车控制器属于最上层控制器，由它根据驾驶员意图及车辆当前情况，统一协调管理车辆各主要部件，例如通过解析加速踏板信号计算当前驾驶员需求扭矩，通过电机控制器控制驱动电机输出扭矩，通过电池管理系统对高压动力电池进行能力管理等。在车辆控制过程中，尤其是在实现扭矩滤波、制动能量回收等功能时，除了空挡和倒挡信号外，如果还能获取变速箱所处的前进挡具体挡位，整车控制器就能更有针对性地对驱动电机输出扭矩进行优化，从而改善电动汽车驾驶性能并提高舒适性。

实际情况是手动变速箱在不加装传感器的前提下是无法直接获取当前所处前进挡的具体挡位的。如果想在变速箱本体上加装传感器，考虑到不能降低变速箱的密封、润滑等方面的性能要求，最好是由变速箱生产厂家在出厂时直接加装，但这种小批量的定制产品普遍是没有厂家愿意生产的，即使愿意生产，成本也会提高很多；如果想在变速杆下方加装传感器，同样需要花费很多精力完成机械设计、传感器选型测试等工作后才能予以实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动汽车手动变速箱前进挡挡位判断方法，以克服目前现有技术存在的上述不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种电动汽车手动变速箱前进挡挡位判断方法，所述电动汽车仅使用驱动电机驱动车辆，并装配离合器和手动变速箱，所述方法包括以下步骤：

1）输入信号滤波：上述车速信号和驱动电机转速信号为模拟信号，需要先进行滤波处理，滤波具体方式为求各自的滚动平均值；上述空挡信号、倒挡信号、离合器踏板位置信号为数字信号，需要进行滤波处理，滤波具体方式为延时确认，即只有当数字信号持续时间超过设定时间后，认为该数字信号可信。

2）前进挡判断：该步骤的目的在于判断变速箱当前是处于空挡、倒车挡或前进挡中的哪一个，利用空挡信号和倒挡信号进行判断的逻辑为：

a)如果空挡信号为真，倒挡信号为假，判断为空挡；

b)如果空挡信号为假，倒挡信号为真，判断为倒挡；

c)如果空挡信号为假，倒挡信号为假，判断为前进挡；

d)如果空挡信号为真，倒挡信号为真，判断为挡位信号异常，记录故障；

只有判断为前进挡（上述情况c成立）时，继续执行下一步骤，否则结束。

3）离合器结合状态判断：如果处于前进挡，则进一步判断离合器结合状态。如果离合器踏板位置信号为假（离合器踏板未被踩下），离合器应处于完全结合状态，此时车速与电机转速之间的比例关系为固定值，可进一步判断换挡杆具体位于哪个挡位；如果离合器踏板位置信号为真（离合器踏板被踩下），离合器片会有相对滑动或着完全分离，车速与转速无固定的比例关系，无法进行后续的挡位判断，程序结束。

4）车速信号修正：国家标准中要求仪表显示的车速（也就是仪表发送给整车控制器的车速）要略低于实际车速，因此要先对车速信号进行修正以得到实际车速。车速修正采用线性修正方法，即：

上述增益和偏差需根据组合仪表的车速显示偏差进行匹配。

5）前进挡挡位判断：所述手动变速箱具有N个前进挡，n表示具体所在前进挡挡位。首先按下列公式计算在第n挡时达到当前车速所需要的驱动电机理论转速：

Figure 2014100035532100002DEST_PATH_IMAGE004

其中：

Figure 2014100035532100002DEST_PATH_IMAGE006

之后判断所在具体前进挡挡位n：

a)如果第1挡理论转速与实际转速差值小于设定值，则判定当前位于第1挡,否则继续判断；

b)如果第2挡理论转速与实际转速差值小于设定值，则判定当前位于第2挡，否则继续判断；

c)如果第n-1挡理论转速与实际转速差值小于设定值，则判定当前位于第n-1挡，否则继续判断；

d)如果第n挡理论转速与实际转速差值小于设定值，则判定当前位于第n挡，上述转速偏差设定值需根据电机控制器电机转速测量精度和仪表车速计算精度进行匹配。

6）前进挡挡位判断失效：如果全部n挡的理论转速都与实际转速差值都大于偏差设定值，则认定挡位判断失效，整车控制器记录此故障。

本发明的有益效果为：保持原有车辆底盘状态，无需为手动变速箱加装挡位传感器，只需将前进挡挡位方法集成到整车控制器控制软件中，就能实现前进挡挡位判断，从而优化整车控制器对扭矩的控制策略，完善控制功能，本发明可广泛应用于装配有手动变速箱的电动汽车中。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例所述的电动汽车动力系统CAN网络拓扑图；

图2为本发明实施例所述的电动汽车传动系示意图；

图3为本发明实施例所述的前进挡挡位判断系统示意图；

图4为本发明实施例所述的前进挡挡位判断流程图。

图中：

1、驱动电机；2、离合器；3、手动变速箱；4、车速传感器；5、传动轴；6、驱动桥；7、组合仪表；8、电机控制器；9、整车控制器；10、离合器踏板；11、后车轮；12、电池管理系统；13、其他控制器。

具体实施方式

下述内容为本发明的一个应用实例，目的在于是本领域人员更好的理解本发明内容，但本发明内容并不局限于下述实例。

在一款纯电动汽车上，其动力系统CAN网络拓扑结构如图1所示，主要CAN节点包括整车控制器9、电机控制器8、电池管理系统12、组合仪表7，整车控制器除了连接CAN网络外，还会通过硬线直接采集传感器信号（比如空挡位置传感器，倒挡传感器，离合器踏板位置传感器等）。

此款纯电动汽车的传动系结构示意图如图2所示，驱动电机1通过离合器2与手动变速箱3连接，电机输出扭矩经由传动轴5和驱动桥6传递到后车轮11，驱动车辆行驶，手动变速箱3包括5个前进挡、1个倒车挡和1个空挡。

如图3所示，前进挡挡位判断整车控制器需要接收的信号有：1、车速信号；2、驱动电机实际转速信号；3、空挡信号；4、倒挡信号；5、离合器踏板信号，除上述5个信号外，还需要明确的参数包括变速箱各挡位的减速比、减速器主减速比、轮胎直径和车速修正系数（增益和偏差），本实例中，5个前进挡的减速比依次为1挡3.652、2挡1.9478、3挡1.4234、4挡1、5挡0.7954。主减速器减速比为6.167。轮胎直径0.5m。

图4为前进挡挡位判断流程图，以车辆在3挡行驶、电机控制器测量的实际转速在2900±10rpm，仪表显示车速为40km/h的情况，说明挡位判断的6个步骤：

步骤S1，对输入信号进行滤波：车速信号平均值滤波的时间常数为1s，即当前时刻的车速信号为前1s车速信号的平均值；电机转速信号平均值滤波的时间常数为0.1s，即当前时刻的电机转速为前0.1s电机转速的平均值；空挡信号和倒挡信号的延时确认时间是0.2s，即信号变换后保持0.2s以上，判定此信号可信；离合器踏板信号的延时确认时间是0.1s，即信号变换后保持0.1s以上，判定此信号可信。

步骤S2，前进挡判断，车辆前进时空挡信号和倒挡信号都为假，判定处于前进挡，继续后续步骤；否则结束判断。

步骤S3，离合器结合状态判断，如果离合器踏板信号为假，说明未踩下离合器踏板，机械装置正常情况下离合器应该完全结合，继续后续步骤。本发明通过比较电机实际转速与理论转速判断前进挡挡位，如果离合器出现打滑或完全分离，无法准确判断，因此要求离合器踏板不能被踩下，当同时满足步骤S2、S3这两个条件时，可以开始进行挡位判断；否则结束判断。

步骤S4，车速信号修正，根据实际驾驶时的车速测量结果，设定车速修正系数增益为0.9375，偏差为0km/h。本实例中当仪表显示车速40km/h时，根据车速修正系数修正后的车速为37.5km/h。

步骤S51-S52，假设使用第1挡行驶，根据所述公式计算出的1挡电机理论转速为7468 rpm，远超过此时的电机实际转速2900，整车控制器判断不是1挡；

步骤S53-S54，继续计算第2挡的理论转速为3983 rpm，超过设定的转速偏差阀值100 rpm，整车控制器判断不是2挡；

步骤S55-S56，继续计算3挡的理论转速为2910 rpm,经过滤波处理的实际电机转速为2900 rpm，转速差小于给定的偏差阀值100 rpm，整车控制器判断是在3挡，完成挡位判断。

步骤S6，本实例中因为系统工作正常，没有执行步骤S6；如果出现异常，比如离合器踏板信号出现异常，已经踩下离合器踏板但传感器信号未变化，实际电机转速和各个挡位下的理论转速都不相符，整车控制器判断挡位判断失效，整车控制器记录故障并结束判断。

本发明仅以上述实例解释了挡位判断方法的一种应用情况，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理进行的同等变化或优化，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1. 一种电动汽车手动变速箱前进挡挡位判断方法，所述电动汽车仅使用驱动电机（1）驱动车辆，并装配离合器（2）和手动变速箱（3），其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1）输入信号滤波；

2）前进挡判断：所述整车控制器（9）根据滤波后的空挡信号和倒挡信号，判断手动变速箱（3）是否处于前进挡，判断的逻辑为：a)如果空挡信号为真，倒挡信号为假，判断为空挡；b)如果空挡信号为假，倒挡信号为真，判断为倒挡；c)如果空挡信号为假，倒挡信号为假，判断为前进挡；d)如果空挡信号为真，倒挡信号为真，判断为挡位信号异常，记录故障；如果所述c）成立，判断为前进挡时，继续执行下一步骤，否则结束；

3）离合器结合状态判断：所述整车控制器（9）根据滤波后的离合器踏板信号，判断离合器（2）结合状态，如果离合器踏板位置信号为假，离合器应处于完全结合状态，此时车速与电机转速之间的比例关系为固定值，可进一步判断换挡杆具体位于哪个挡位；如果离合器踏板位置信号为真，离合器片会有相对滑动或着完全分离，车速与转速无固定的比例关系，无法进行后续的挡位判断，程序结束；

4）车速信号修正；

5）前进挡挡位判断，所述手动变速箱具有n个前进挡，n表示具体所在前进挡挡位，首先按下列公式计算在第n挡时达到当前车速所需要的驱动电机理论转速：

第n挡的理论电机转速=修正后车速×转换系数

其中公式中的电机转速单位：rpm，修正后车速单位：km/h如果滤波后的电机实际转速与第n挡的理论电机转速偏差是否小于设定值，如果小于设定值，则判断变速箱处于第n挡，否则继续判断，判断挡位时从第1挡开始，依次提高挡位，直至最高挡位结束；以及

6）前进挡挡位判断失效：如果实际转速与任一挡位的理论转速都不相同，则判定离合器踏板信号或挡位信号异常，整车控制器记录故障。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车手动变速箱前进挡挡位判断方法，其特征在于：所述步骤1）中，整车控制器（9）对CAN线传递的模拟信号采用移动平均值方法进行滤波，对由硬线采集的数字信号使用延时确认方法进行滤波。

3.根据权利要求2所述的一种电动汽车手动变速箱前进挡挡位判断方法，其特征在于：所述步骤4）中，整车控制器（9）对仪表给出的车速信号使用线性修正系数进行修正。

4.根据权利要求2所述的转换系数，其特征在于：转换系数大小由变速箱所处挡位的减速比、主减速器的减速比以及车轮直径决定。

5.根据权利要求2所述的设定值，其特征在于：设定值的大小由车速信号测量精度、电机转速测量精度、模拟信号使用的平均值滤波器时间常数决定。