CN104061256A - 用于混合动力电动汽车自动离合器执行机构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于混合动力电动汽车自动离合器执行机构及其控制方法，其中电子控制单元控制离合器气缸运行的方法包括以下步骤：获取离合器位置传感器反馈的模拟量；根据该模拟量判断实际值与设定值之间的偏差值，若偏差值在预设区间内，则通过电磁阀调节离合器气缸的排气占空比和进气占空比；根据预设时间间隔通过离合器位置传感器再次获取当前离合器位置，计算离合器沿中心轴前进的距离，并计算离合器前进的速度；判断离合器沿中心轴前进的速度是否大于设定的速度上限，若是，则通过调节离合器气缸实现减速。本发明可较精确地控制离合器运动，提高离合器工作的效率。

Description

用于混合动力电动汽车自动离合器执行机构及其控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车自动离合器执行机构，尤其涉及一种用于混合动力电动汽车自动离合器执行机构及其控制方法。

背景技术

并联式混合动力系统采用发动机和电动机来共同驱动汽车，发动机和电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系统提供动力，在不同的工况既可以共同驱动也可以单独驱动。

请参考图1，图1为现有技术中一种典型的并联式混合动力系统的简化示意图。

如图所示，该并联式混合动力系统用于公交车，其发动机1′与电机2′同轴串联连接，以机械叠加的方式来驱动汽车，可以组合成不同的动力模式。

根据车辆的行驶路况，在低速、怠速工况，用电机2′代替传统车辆发动机1′输出动力；在中、高速的行驶工况下仍由发动机1′提供动力；在加速或爬坡时可由发动机1′和电机2共同提供动力驱动车辆，在节油减排的同时大大提高了车辆的加速性能和爬坡性能。

电机的另一个优势是可以回收再生制动的能量，考虑到发动机与电机同轴，且在纯电动和制动能量回收的过程中，需要在电机与发动机之间安装自动离合器实现电机的单独工作。

自动离合器在执行机构上区别于常规的离合器，执行机构可根据当前车速、油门踏板、制动踏板、发动机和电机转速等参数，由整车控制器(VCU)控制实现离合器的结合或分离，完成混合动力公交车不同工作模式的切换。

同时，由动力总成控制器HCU根据控制策略对发动机与电机转矩进行分配，满足驱动力需求，实现发动机、电机、电池、传动系统和其他部件的优化匹配。所以通过VCU，可以对自动离合器实现智能控制，降低了司机的操作难度，保证了整车控制的流畅性。

在现有的自动离合器中，有电动离合器和气动离合器两种类型：

电动离合器的执行机构由电机提供动力，通过齿轮啮合传动将旋转运动转换为直线运动后，带动离合器拉杆实现结合或分离，其自锁能力受结构影响较大，可拆卸性差，由于缺少备用动力装置，因此整个执行机构对电机的依赖程度太大，一旦电机出现问题，整个执行机构将无法工作。

气动离合器的执行机构由气缸提供动力，气缸通过活塞杆可直接带动离合器拉杆实现结合或分离，其结构简单、反应迅速、控制方便，但控制精度相对较差。

在混合动力车辆中，自动离合器的工作频率很高，因此，如何保证自动离合器的执行机构能够长期稳定有效的工作，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明针对现有技术中气动离合器的控制精度不够，自动离合器工作效率低的缺陷，提供一种可长期稳定有效工作的用于混合动力电动汽车自动离合器执行机构及其控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种用于混合动力电动汽车自动离合器执行机构控制方法，在动力总成工作模式需要切换时，由整车控制器向电子控制单元发送结合或分离命令，电子控制单元根据指令控制离合器气缸的运行，具体控制方法包括以下步骤：

S1、获取离合器位置传感器反馈的模拟量；

S2、根据该模拟量判断实际值与设定值之间的偏差值，若偏差值在预设区间内，则通过电磁阀调节离合器气缸的排气占空比和进气占空比；

S3、根据预设时间间隔通过离合器位置传感器再次获取当前离合器位置，计算离合器沿中心轴前进的距离，并计算离合器前进的速度；

S4、判断离合器沿中心轴前进的速度是否大于设定的速度上限，若是，则通过调节离合器气缸的进气和排气占空比实现减速，加大排气占空比，减小进气占空比；若离合器沿中心轴前进的速度小于设定的速度上限，则根据预先设置的偏差值、离合器当前位置、进气占空比与排气占空比四者的关系表进行离合器气缸的调节。

本发明所述的方法中，步骤S2具体包括以下步骤：

S21、根据该模拟量计算实际值与设定值之间的偏差值，若偏差值在第一预设区间内，则调节离合器气缸的排气占空比和进气占空比为第一预设值；

S22、若偏差值在第二预设区间内，则调节离合器气缸的排气占空比和进气占空比为第二预设值；

S23、若偏差值在第三预设区间内，则将离合器气缸的排气占空比和进气占空比均置零，使离合器在惯性下运动。

本发明所述的方法中，步骤S3中的预设时间间隔为5ms。

本发明还提供一种用于混合动力电动汽车自动离合器执行机构，包括离合器推杆、离合器气缸、电磁阀、离合器位置传感器以及电子控制单元，所述离合器推杆与所述离合器气缸的活塞杆传动连接，所述离合器位置传感器和所述电磁阀均固定在离合器气缸上，所述离合器位置传感器的信号输出端连接电子控制单元的信号输入端，所述电磁阀的控制端连接所述电子控制单元；在动力总成工作模式需要切换时，由整车控制器向电子控制单元发送结合或分离命令，电子控制单元根据指令控制离合器气缸的运行，该电子控制单元具体包括：

数据获取模块，用于获取离合器位置传感器反馈的模拟量；

判断调节模块，用于根据该模拟量计算实际值与设定值之间的偏差值，若偏差值在预设区间内，则通过电磁阀调节离合器气缸的排气占空比和进气占空比；

计算模块，用于根据预设时间间隔通过离合器位置传感器再次获取当前离合器位置，计算离合器沿中心轴前进的距离，并计算离合器前进的速度；

减速模块，用于在离合器前进的速度大于设定的速度上限时，通过调节离合器气缸的进气和排气占空比实现减速；

调节模块，用于在离合器沿中心轴前进的速度不大于设定的速度上限时，通过调节离合器气缸的进气和排气占空比实现减速；若否，则根据预先设置的偏差值、离合器当前位置、进气占空比与排气占空比四者的关系表进行离合器气缸的调节。

本发明所述的用于混合动力电动汽车自动离合器执行机构中，判断调节模块具体用于：

S21、根据该模拟量判断实际值与设定值之间的偏差值，若偏差值在第一预设区间内，则调节离合器气缸的排气占空比和进气占空比为第一预设值；

S22、若偏差值在第二预设区间内，则调节离合器气缸的排气占空比和进气占空比为第二预设值；

S23、若偏差值在第三预设区间内，则将离合器气缸的排气占空比和进气占空比均置零，使离合器在惯性下运动。

本发明产生的有益效果是：本发明预先对离合器位置进行分区，并将离合器位置的实际值与设定值之间的偏差也进行分区，通过执行机构的离合器位置传感器获得模拟量值，根据该模拟量值计算偏差，以及离合器的速度，判断离合器的速度是否大于预设速度值的上限值，若是则执行减速程序，若否则根据预先设定的值调节离合器气缸的进气占空比和排气占空比，从而较精确地控制离合器运动，提高离合器工作的效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为现有技术中一种典型的并联式混合动力系统的简化示意图；

图2a为本发明实施例离合器执行机构结构示意图；

图2b为图2a的C向视图；

图3为本发明实施例离合器位置传感器模拟量分区表；

图4a为本发明实施例离合器位置偏差分区表一；

图4b为本发明实施例离合器位置偏差分区表二；

图5为本发明一个实施例中离合器执行机构控制策略流程图；

图6a-6d为本发明实施例离合器的位置和区间偏差与电磁阀之间的关系图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的自动离合器执行机构为气动离合器执行机构，该执行机构由气缸提供动力，气缸通过活塞杆可直接带动离合器推杆实现结合或分离。如图2所示，该执行机构主要包括离合器推杆4、离合器气缸5、电磁阀7、离合器位置传感器6以及电子控制单元，离合器推杆4与离合器气缸5的活塞杆传动连接，离合器位置传感器6和电磁阀均固定在离合器气缸5上，离合器位置传感器6的信号输出端连接电子控制单元的信号输入端，电磁阀7的控制端连接电子控制单元。

本发明的实施例中，离合器气缸5通过气缸支架支承在电机机座的凸台上，凸台两端延伸到电机两端盖，当离合器推力过大时可减小电机机座的表面承受力，而将主要轴向受力作用到电机端盖上。当气缸进气通过其Y型接头推动离合器分离杆时，离合器分离杆沿其自身轴心旋转，进而带动分离指旋转，分离指推动分离轴承使离合器分离。反之，当气缸活塞向相反方向移动时，通过控制进排气来达到离合器接合的理想效果。

在动力总成工作模式需要切换时，由整车控制器向电子控制单元发送结合或分离命令，电子控制单元根据指令控制离合器气缸的运行，具体控制方法包括以下步骤：

S1、获取离合器位置传感器反馈的模拟量；注：离合器位置信号为模拟量无单位，区间为0～32000，其中0～13000为离合器分离状态；13000～17000为离合器半离合状态，半离合状态中，模拟量数值越大，代表离合器接合越紧密；17000～32000为离合器状态。

S2、根据该模拟量判断实际值与设定值之间的偏差值，若偏差值在预设区间内，则通过电磁阀调节离合器气缸的排气占空比和进气占空比；即电子控制单元控制电磁阀实现气缸气路的通断从而改变气缸的运动方向，以此来控制离合器的结合与分离。

S3、根据预设时间间隔(如5ms)通过离合器位置传感器再次获取当前离合器位置，计算离合器沿中心轴前进的距离，并计算离合器前进的速度；

S4、、判断离合器沿中心轴前进的速度是否大于设定的速度上限，若是，则通过调节离合器气缸的进气和排气占空比实现减速，加大排气占空比，减小进气占空比；若离合器沿中心轴前进的速度小于设定的速度上限，则根据预先设置的偏差值、离合器当前位置、进气占空比与排气占空比四者的关系表进行离合器气缸的调节。

其中步骤S2具体包括以下步骤：

S21、根据该模拟量计算实际值与设定值之间的偏差值，若偏差值在第一预设区间内，则调节离合器气缸的排气占空比和进气占空比为第一预设值；

S22、若偏差值在第二预设区间内，则调节离合器气缸的排气占空比和进气占空比为第二预设值；

S23、若偏差值在第三预设区间内，则将离合器气缸的排气占空比和进气占空比均置零，使离合器在惯性下运动。

本发明实施例中，在该控制方法中不考虑离合器分离过程的快分和慢分，仅以接近该系统最快的离合器分离速度进行分离。

并将离合器合的过程分了4个阶段

25000～23000 离合器完全分离的阶段 快速

23000～21300 即将到达结合点 中速

21300～18000 刚开始结合 慢速

18000～14000 完全结合 快速

依次由变量、偏差所在的区间编号、离合器当前位置、进气占空比、排气占空比控制，调整相应变量的值即可以调整离合器的速度。现在调整该数值是由外部的模拟量输入控制的，即有3个不同的结合速度。

如图3所示为离合器位置分区，并给每个区间进行标号，离合器的位置为离合器位置传感器反馈回来的模拟量，离合器的起始位置和结束位置对应的模拟量为13000至26000，所以为了控制的需要，将离合器的位置划分开来。

如图4所示为离合器位置偏差分区表，根据当前离合器位置偏差所在的区间会做相应的动作，在离合器的初始位置和结束位置所代表的偏差区间标为0和1，与之对应的区间范围比较小，中间位置不好控制，为使开始和结束的精度比较高，给定中间偏差为正负400，左端和右端的偏差给定为正负200。对偏差的分区也要考虑离合器当前的位置，离合器在左边和右边偏差区间0或者1对应的偏差比较小，因此这两段容易控制，而离合器在中间时，偏差标号0或者1对应的偏差比较大，所以中间离合器不好控制。

如图5所示为离合器执行机构控制策略流程图，具体过程如下：在驱动模式需转换或换挡期间，电子控制单元初始化(PWM周期及占空比)，之后根据离合器位置传感器反馈的模拟量，判断实际值与设定值的偏差，并按照图4a和图4b进行分区。再判断偏差分区编号是否大于2或者小于-2，再根据判断结果调整进、排气占空比，若偏差分区编号大于2，则将排气占空比的变量置为3，进气占空比的变量置0，然后判断偏差编号是否等于2，若等于2，则将排气占空比的变量置为m，进气占空比的变量置为n，从而保证在此区间进气的速度最慢，具体m和n的值根据当前离合器的位置进行调节，也就是再根据不同区间的特性给定m和n的值(详见图6a-6d)；若差编号不等于2，则进一步判断偏差编号是否等于1或0，若是，则将排气占空比和进气占空比的变量均置0，使得离合器以惯性运动，以避免震荡。

若偏差分区编号小于-2，则将排气占空比的变量置为0，进气占空比的变量置3。然后判断偏差编号是否等于-2，若等于-2，则将排气占空比的变量置为m1，进气占空比的变量置为n1，从而保证在此区间进气的速度最慢，具体m1和n1的值根据当前离合器的位置进行调节，也就是再根据不同区间的特性给定m1和n1的值(详见图6a-6d)；若差编号不等于-2，则进一步判断偏差编号是否等于-1或0，若是，则将排气占空比和进气占空比的变量均置0，使得离合器以惯性运动，以避免震荡。

根据当前离合器位置，判断离合器的速度是否大于设定的速度上限，如高于速度上限则执行减速程序，若在正常速度范围内就根据图6a、图6b的进、排气占空比变量的数值进行PWM控制。如图6a-6d所示为偏差所在的区间编号、离合器当前位置、进气占空比、排气占空比四者的关系。具体调节可参考该对应关系。

本发明的用于混合动力电动汽车自动离合器执行机构，包括离合器推杆、离合器气缸、电磁阀、离合器位置传感器以及电子控制单元，离合器推杆与离合器气缸的活塞杆传动连接，离合器位置传感器和电磁阀均固定在离合器气缸上，离合器位置传感器的信号输出端连接电子控制单元的信号输入端，电磁阀的控制端连接电子控制单元；在动力总成工作模式需要切换时，由整车控制器向电子控制单元发送结合或分离命令，电子控制单元根据指令控制离合器气缸的运行，该电子控制单元具体包括：

数据获取模块，用于获取离合器位置传感器反馈的模拟量；注：离合器位置信号为模拟量无单位，区间为0～32000，其中0～13000为离合器分离状态；13000～17000为离合器半离合状态，半离合状态中，模拟量数值越大，代表离合器接合越紧密；17000～32000为离合器状态。

判断调节模块，用于计算该模拟量与设定值之间的偏差值，若偏差值在预设区间内，则通过电磁阀调节离合器气缸的排气占空比和进气占空比；

计算模块，用于根据预设时间间隔通过离合器位置传感器再次获取当前离合器位置，计算离合器沿中心轴前进的距离，并计算离合器前进的速度；

减速模块，用于在离合器前进的速度大于设定的速度上限时，通过调节离合器气缸的进气和排气占空比实现减速。

调节模块，用于在离合器沿中心轴前进的速度不大于设定的速度上限时，通过调节离合器气缸的进气和排气占空比实现减速；若否，则根据预先设置的偏差值、离合器当前位置、进气占空比与排气占空比四者的关系表进行离合器气缸的调节。

判断调节模块具体用于：

S21、判断该模拟量与设定值之间的偏差，若偏差在第一预设区间内，则调节离合器气缸的排气占空比和进气占空比为第一预设值；

S22、若偏差在第二预设区间内，则调节离合器气缸的排气占空比和进气占空比为第二预设值；

S23、若偏差在第三预设区间内，则将离合器气缸的排气占空比和进气占空比均置零，使离合器在惯性下运动。

本发明预先对离合器位置进行分区，并将离合器位置的实际值与设定值之间的偏差也进行分区，通过执行机构的离合器位置传感器获得模拟量值，根据该模拟量值计算偏差，以及离合器的速度，判断离合器的速度是否大于预设速度值的上限值，若是则执行减速程序，若否则根据对应关系表(偏差区间编号、离合器当前位置、进气占空比、排气占空比四者的关系表)调节离合器气缸的进气占空比和排气占空比，从而较精确地控制离合器运动，提高离合器工作的效率。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于混合动力电动汽车自动离合器执行机构控制方法，其特征在于，在动力总成工作模式需要切换时，由整车控制器向电子控制单元发送结合或分离命令，电子控制单元根据指令控制离合器气缸的运行，具体控制方法包括以下步骤：

S1、获取离合器位置传感器反馈的模拟量；

S2、根据该模拟量判断实际值与设定值之间的偏差值，若偏差值在预设区间内，则通过电磁阀调节离合器气缸的排气占空比和进气占空比；

S3、根据预设时间间隔通过离合器位置传感器再次获取当前离合器位置，计算离合器沿中心轴前进的距离，并计算离合器前进的速度；

S4、判断离合器沿中心轴前进的速度是否大于设定的速度上限，若是，则通过调节离合器气缸的进气和排气占空比实现减速，加大排气占空比，减小进气占空比；若离合器沿中心轴前进的速度小于设定的速度上限，则根据预先设置的偏差值、离合器当前位置、进气占空比与排气占空比四者的关系表进行离合器气缸的调节。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：

S21、根据该模拟量计算实际值与设定值之间的偏差值，若偏差值在第一预设区间内，则调节离合器气缸的排气占空比和进气占空比为第一预设值；

S22、若偏差值在第二预设区间内，则调节离合器气缸的排气占空比和进气占空比为第二预设值；

S23、若偏差值在第三预设区间内，则将离合器气缸的排气占空比和进气占空比均置零，使离合器在惯性下运动。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中的预设时间间隔为5ms。

4.一种用于混合动力电动汽车自动离合器执行机构，其特征在于包括离合器推杆、离合器气缸、电磁阀、离合器位置传感器以及电子控制单元，所述离合器推杆与所述离合器气缸的活塞杆传动连接，所述离合器位置传感器和所述电磁阀均固定在离合器气缸上，所述离合器位置传感器的信号输出端连接电子控制单元的信号输入端，所述电磁阀的控制端连接所述电子控制单元；在动力总成工作模式需要切换时，由整车控制器向电子控制单元发送结合或分离命令，电子控制单元根据指令控制离合器气缸的运行，该电子控制单元具体包括：

数据获取模块，用于获取离合器位置传感器反馈的模拟量；

判断调节模块，用于根据该模拟量计算实际值与设定值之间的偏差值，若偏差值在预设区间内，则通过电磁阀调节离合器气缸的排气占空比和进气占空比；

计算模块，用于根据预设时间间隔通过离合器位置传感器再次获取当前离合器位置，计算离合器沿中心轴前进的距离，并计算离合器前进的速度；

减速模块，用于在离合器前进的速度大于设定的速度上限时，通过调节离合器气缸的进气和排气占空比实现减速；

调节模块，用于在离合器沿中心轴前进的速度不大于设定的速度上限时，通过调节离合器气缸的进气和排气占空比实现减速；若否，则根据预先设置的偏差值、离合器当前位置、进气占空比与排气占空比四者的关系表进行离合器气缸的调节。

5.根据权利要求4所述的用于混合动力电动汽车自动离合器执行机构，其特征在于，判断调节模块具体用于：

S21、根据该模拟量判断实际值与设定值之间的偏差值，若偏差值在第一预设区间内，则调节离合器气缸的排气占空比和进气占空比为第一预设值；

S22、若偏差值在第二预设区间内，则调节离合器气缸的排气占空比和进气占空比为第二预设值；

S23、若偏差值在第三预设区间内，则将离合器气缸的排气占空比和进气占空比均置零，使离合器在惯性下运动。