CN104635628B

CN104635628B - 气动amt选换挡执行机构的运动控制方法和装置

Info

Publication number: CN104635628B
Application number: CN201410812088.7A
Authority: CN
Inventors: 乔运乾; 周之光; 何汉清; 董英荣; 吕昌国; 段军峰
Original assignee: Weichai Power Co Ltd
Current assignee: Weichai Power Co Ltd
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2017-06-27
Anticipated expiration: 2034-12-23
Also published as: CN104635628A

Abstract

本发明提供了一种气动AMT选换挡执行机构的运动控制方法及装置，所述运动控制方法包括：获取选换挡气缸内的气压值以及当前挡位对应的选换挡执行机构的位置和目标挡位对应的选换挡执行机构的位置之间的位移；根据所述气压值和所述位移查找预设MAP表，以获取到所述气压值和所述位移对应的选换挡执行机构的驱动步长；按照所述驱动步长向所述选换挡气缸内充气，以控制所述选换挡执行机构运动。本发明提供的运动控制方法减小了选换挡执行机构达到目标挡位对应的位置时的速度，进而降低了换挡结束时的冲击，减少了互锁销脱落的风险。

Description

气动AMT选换挡执行机构的运动控制方法和装置

技术领域

本发明涉及车辆控制领域，尤其涉及一种气动AMT选换挡执行机构的运动控制方法和装置。

背景技术

车辆的气动选换挡执行机构的选换挡控制过程是以变速箱控制单元TCU控制换挡时机和动作程序，以气缸内的压缩空气作为换挡动力，采用有级变速自动换挡。

具体地，变速箱控制单元TCU通过控制电磁阀的得、失电控制是否向选换挡气缸内充气，由于气缸内的压缩气体为换挡动力，也就是说，气缸内的气体压力是驱动选换挡执行机构运动的动力，所以，变速箱控制单元TCU通过控制电磁阀的得、失电实现对选换挡执行机构运动动力的控制。动力的变化会直接影响选换挡执行机构的运动速度。

在现有的气动AMT选换挡执行机构的换挡过程中，随着选换挡执行机构的运动，气缸内的体积逐渐增大。为了保持选换挡气缸内的压力不减小，因而在选换挡执行机构到达目标挡位对应的位置后才会结束向气缸内充气。也就是说，在选换挡执行机构运动过程中，会持续向气缸内充压缩气体以使气缸内的压力不减小，直到选换挡执行机构在达到目标位置。

因而，在现有技术中，在选换挡执行机构运动的整个过程中，其推动选换挡执行机构运动的动力没有减小，因而选换挡执行机构在达到目标位置之前一直处于加速状态，这就使得选换挡执行机构到达目标位置后仍然具有很大的速度，因而在选换挡执行机构到达目标位置后具有很大的冲量，由于惯性的作用，该较大的冲量极易使选换挡执行机构带动换挡杆拨至极限位置，容易造成互锁销脱落。

发明内容

有鉴于此，为了减小换挡结束时的选换挡执行机构的冲量，本发明的发明人将选换挡执行机构在整个选换挡过程中的的运动过程设置加速阶段和减速阶段，使选换挡执行机构在整个换挡行程中先加速后减速，进而使得选换挡执行机构在到达目标挡位的位置时的冲量减小，从而减小换挡结束时的冲击。

基于此，本发明提供了一种气动AMT选换挡执行机构的运动控制方法和装置。为了达到上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种气动AMT选换挡执行机构的运动控制方法，包括：

获取选换挡气缸内的气压值以及当前挡位对应的选换挡执行机构的位置和目标挡位对应的选换挡执行机构的位置之间的位移；

根据所述气压值和所述位移查找预设MAP表，以获取到所述气压值和所述位移对应的选换挡执行机构的驱动步长；所述预设MAP表描述在不同的气压值和位移下，变速箱控制单元控制选换挡执行机构从当前挡位对应的位置运动到预设位置时所需的驱动步长，所述预设位置位于动力输出装置的输出轴转速和目标挡位对应的变速箱的输入轴转速达到同步时所述执行机构所在的位置以及所述执行机构在目标挡位时所处的位置之间；

按照所述驱动步长向所述选换挡气缸内充气，以控制所述选换挡执行机构运动。

可选地，所述选换挡执行机构从当前挡位对应的位置运动到预设位置时的位移为S；所述S的表达式如下：

其中，L为所述选换挡执行机构从当前挡位对应的位置运动到目标挡位对应的位置的整个换挡行程为；

F_d为选换挡气缸内的气体压力；

f为选换挡气缸在运动过程中受到的摩擦力。

可选地，所述根据所述气压值和所述位移查找预设MAP表，以获取到所述气压值和所述位移对应的选换挡执行机构的驱动步长，具体包括：

当所述气压值不在所述预设MAP表描述的气压值范围内时，以MAP表中最靠近所述气压值的气压值所对应的驱动步长作为所述气压值对应的选换挡执行机构的驱动步长；

和/或，

当所述位移不在所述预设MAP表描述的距离范围内时，以所述预设MAP表中最靠近所述位移的位移所对应的驱动步长作为所述位移对应的选换挡执行机构的驱动步长。

可选地，应用于混合动力系统。

可选地，所述动力输出装置为电机。

一种气动AMT选换挡执行机构的运动控制装置，包括：

获取单元，用于获取选换挡气缸内的气压值以及当前挡位对应的选换挡执行机构的位置和目标挡位对应的选换挡执行机构的位置之间的位移；

查找单元，用于根据所述气压值和所述位移查找预设MAP表，以获取到所述气压值和所述位移对应的选换挡执行机构的驱动步长；所述预设MAP表描述在不同的气压值和位移下，变速箱控制单元控制选换挡执行机构从当前挡位对应的位置运动到预设位置时所需的驱动步长，所述预设位置位于动力输出装置的输出轴转速和目标挡位对应的变速箱的输入轴转速达到同步时所述执行机构所在的位置以及所述执行机构在目标挡位时所处的位置之间；

控制单元，用于按照所述驱动步长向所述选换挡气缸内充气，以控制所述选换挡执行机构运动。

F_d为选换挡气缸内的气体压力；

f为选换挡气缸在运动过程中受到的摩擦力。

可选地，所述查找单元具体包括：

第一查找子单元，用于当所述气压值不在所述预设MAP表描述的气压值范围内时，以MAP表中最靠近所述气压值的气压值所对应的驱动步长作为所述气压值对应的选换挡执行机构的驱动步长；

和/或，

第二查找子单元，用于当所述位移不在所述预设MAP表描述的距离范围内时，以所述预设MAP表中最靠近所述位移的位移所对应的驱动步长作为所述位移对应的选换挡执行机构的驱动步长。

可选地，应用于混合动力系统。

可选地，所述动力输出装置为电机。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的气动AMT选换挡执行机构的运动控制方法中，所述选换挡执行机构的驱动步长是变速箱控制单元TCU控制选换挡执行机构从当前挡位对应的位置运动到预设位置时所需的驱动步长，而预设位置位于动力输出装置的输出轴转速和目标挡位对应的变速箱的输入轴转速达到同步时所述执行机构所在的位置以及所述执行机构在目标挡位时所处的位置之间。所以，在选换挡执行机构到达目标挡位对应的位置之前，TCU就停止了对选换挡执行机构的驱动。也就是说，在选换挡执行机构达到目标挡位对应的位置前，停止了向选换挡气缸内充气。然而，在停止向气缸充气后，气缸内已有的气体仍能驱动选换挡执行机构运动，从而使选换挡机构依靠选换挡气缸内已有的气体压力运动到目标挡位对应的位置。然而随着气缸的体积增大，气缸内的压力减小，所以，驱动选换挡执行机构运动的动力减小，所以，在选换挡执行机构达到预设位置后的加速度减小，其选换挡执行机构运动的速度逐渐减小，这样当选换挡执行机构达到目标挡位对应的位置后，运动速度减小。

相较于现有技术中在选换挡执行机构到达目标挡位对应的位置后才会结束向气缸内充气的运动控制方法，本发明提供的运动控制方法减小了选换挡执行机构达到目标挡位对应的位置时的速度，进而降低了换挡结束时的冲击，减少了互锁销脱落的风险。

附图说明

为了清楚地理解本发明的技术方案，下面结合附图对描述本发明的具体实施方式时用到的附图做一简要说明。显而易见地，这些附图仅是本发明实施例的部分附图，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以获得其它的附图。

图1是气动AMT选换挡执行机构处于选换挡过程中时，需要的换挡力与时间的关系示意图；

图2是本发明实施例提供的一种气动AMT选换挡执行机构的运动控制方法流程示意图；

图3是本发明实施例提供的预设MAP表的示意图；

图4是本发明实施例所述的预设位置的位置示意图；

图5(a)是现有技术中的运动控制方法中，选换挡气缸内的气体压强在选换档过程中的变化示意图；

图5(b)是本发明实施例提供的运动控制方法中，选换挡气缸内的气体压强在选换档过程中的变化示意图；

图6(a)是现有技术中选换挡过程中的选换挡执行机构的位置曲线图；

图6(b)发明实施例中选换挡过程中的选换挡执行机构的位置曲线图；

图7是本发明实施例提供的一种气动AMT选换挡执行机构的运动控制装置流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、效果以及技术方案更加清楚完整，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述。

在气动AMT选换挡执行机构处于选换挡过程中时，需要的换挡力与时间的关系示意图如图1所示。

摘挡时刻t1：摘挡过程中换挡力主要克服挡位自锁球的锁止力，换挡力随锁球弹簧的压缩成比例增加，当锁球从定位槽脱出后，换挡力随之减小；

摘挡结束时刻t2：摘挡后处于空挡位置时，换挡力逐渐减小；

同步时刻t3：在气压作用下，换挡力迅速增加，进入同步状态后，齿套位移停止，换挡杆受到阻撞产生波峰，在t4时刻换挡力达到最大称为尖峰载荷FPL，随后换挡力恢复至平均同步负荷FAL；

同步结束时刻t5：主从动轮转速相同，同步过程结束，换挡力降为零；

换挡结束时刻t6：若存在同步器，则在同步完成后换挡机构带动同步器通过锁止斜面拨动同步环，使同步环相对齿套转过半个齿，使齿套与结合齿结合，完成同步换挡整个过程，在该阶段一般会产生波峰，这种现象也叫“第二负荷峰值”F_SPL。F_SPL为换挡机构到达相应挡位后与变速箱的冲击力。

在整个选换挡过程中影响换挡平顺性主要指标：

FPL≤1.3FAL；

如果在选换挡执行机构达到目标挡位对应的位置后才结束向选换挡气缸内通压缩气体，就会使得选换挡执行机构达到目标挡位对应的位置后具有很大的速度，导致换挡冲击过大。然而从图1中可以看出，在同步结束后，需要的换挡力明显减小。因此，在同步结束到换挡结束这个阶段内，可以停止向选换挡执行机构内充气，而利用选换挡气缸内的残余的气体驱动选换挡执行机构到达目标挡位对应的位置。

基于这种构思，本发明的发明人将选换挡执行机构在整个选换挡过程中的的运动过程设置加速阶段和减速阶段，使选换挡执行机构在整个换挡行程中先加速后减速，进而使得选换挡执行机构在到达目标挡位的位置时的冲量减小，从而减小换挡结束时的冲击。其中，加速阶段对应同步前以及同步过程中的刚开始的阶段内，而减速阶段对应同步过程的后半阶段以及同步结束后的阶段。

基于上述发明构思，本发明提供了一种气动AMT选换挡执行机构的运动控制方法的具体实施方式。

图2是本发明实施例提供的一种气动AMT选换挡执行机构的运动控制方法流程示意图。如图2所示，该运动控制方法包括以下步骤：

S201、获取选换挡气缸内的气压值以及当前挡位对应的选换挡执行机构的位置和目标挡位对应的选换挡执行机构的位置之间的位移：

利用压力传感器检测选换挡气缸内的气压值。该气压值可以在车辆仪表显示盘中显示出来。

利用位置传感器可以检测当前挡位对应的选换挡执行机构的位置。根据变速箱的结构和目标挡位可以获知目标挡位对应的选换挡执行机构的位置。因此根据当前挡位对应的选换挡执行机构的位置以及目标挡位对应的选换挡执行机构的位置，可以获取当前挡位对应的选换挡执行机构的位置和目标挡位对应的选换挡执行机构的位置之间的位移大小。

进一步地说，在选换挡过程中，选换挡执行机构的运动带动换挡指的运动，所以，换挡指的位置与选换挡执行机构的位置是相对应的。当选换挡执行机构处于某一挡位对应的位置时，换挡指也处于该挡位对应的位置。所以，本发明实施例中的选换挡执行机构的当前位置的获取也可以通过检测换挡指的位置得到。

S202、根据所述气压值和所述位移查找预设MAP表，以获取到所述气压值和所述位移对应的选换挡执行机构的驱动步长：

需要说明的是，所述预设MAP表描述在不同的气压值和位移下，变速箱控制单元控制选换挡执行机构从当前挡位对应的位置运动到预设位置时所需的驱动步长。驱动步长具体是指选换挡执行机构的驱动时间，更具体地说，驱动步长是电磁阀得电后，电磁阀被打开向选换挡气缸内充气的时长。

所述预设位置位于动力输出装置的输出轴转速和目标挡位对应的变速箱的输入轴转速达到同步时所述选换挡执行机构所在的位置以及挡位在目标挡位时所述选换挡执行机构所处的位置之间。所以，当选换挡执行机构达到预设位置后，选换挡过程并没有结束，所以，选换挡执行机构还没有达到目标挡位对应的位置。

需要说明的是，所述预设MAP表内的驱动步长是通过多次试验验证的不同气压值和位移下使换档过程的冲击满足预定要求的驱动步长。作为本发明的一个具体实施例，所述预设MAP表可以如图3所示。横坐标为选换挡气缸内的气压值，纵坐标为当前挡位对应的选换挡执行机构的位置和目标挡位对应的选换挡执行机构的位置之间的位移。该预设MAP表内的各个点即为试验验证的不同压力和位移对应的驱动步长。

通常情况下，试验的压力值范围和位移的范围大于实际应用场景中的压力范围和位移范围，所以，一般情况下，均能从预设MAP表中查找到与获取到的压力和位移相对应的压力和位移，进而查找到与该压力和位移对应的驱动步长。但是当预设MAP表内不包括步骤S201获取的压力值或位移时，则根据以下方法得到相应的驱动步长。

当所述气压值不在所述预设MAP表描述的气压值范围内时，以MAP表中最靠近所述气压值的气压值所对应的驱动步长作为所述气压值对应的选换挡执行机构的驱动步长。

另外，为了清楚地理解预设位置的具体所在位置。下面结合图4来说明。将选换挡过程分为3个阶段：同步前、同步中和同步后。则预设位置位于同步中阶段的前半段。如果将选换挡执行机构的整个换档行程分为两个行程段：加速行程段和减速行程段，则预设位置为加速行程段和减速行程段的分界点。

作为本发明的一个优选实施例，所述选换挡执行机构从当前挡位对应的位置运动到预设位置时的位移为S；所述S的表达式如下：

F_d为选换挡气缸内的气体压力；

f为选换挡气缸在运动过程中受到的摩擦力。

从上述位移S的表达式可以看出，加速行程的最大值与气缸运动过程中受到的摩擦力成正比，与气缸内的气体压力成反比。

S203、按照所述驱动步长向所述选换挡气缸内充气，以控制所述选换挡执行机构运动：

为了清楚地对比现有技术和本发明实施例提供的运动控制方法中，选换挡气缸内的气体压力在选换挡过程中的区别，请参见图5(a)和图5(b)。

图5(a)是现有技术中的运动控制方法中，选换挡气缸内的气体压强在选换档过程中的变化示意图。图5(b)是本发明实施例提供的运动控制方法中，选换挡气缸内的气体压强在选换档过程中的变化示意图。

在图5(a)和图5(b)中，所示的时间点T为同步时刻。从图5(a)看出，自时刻T以后，由于继续向气缸内充气，所以气缸内的压强逐渐增大或保持不变，从图5(b)看出，自时刻T以后，由于停止向气缸内充气，所以，随着气缸气体的增大，气缸内的压强逐渐减小。

在本发明实施例中，变速箱控制单元按照所述驱动步长控制电磁阀得电从而向选换挡气缸内充气，充气时间为所述驱动步长。在选换挡气缸内的压缩气体产生的压力作用下，选换挡执行机构运动。

由于驱动步长是根据步骤S202得到的。所以，按照该驱动步长向所述选换挡气缸内充气。在充气结束时，选换挡执行机构到达预设位置，而没有到达目标挡位对应的位置。

然而，在停止向气缸内充气后，气缸内保留有已经充进去的气体。因而，在停止向气缸内充气后，在该已有气体产生的压力作用下，选换挡执行机构仍然能够运动。然而，随着选换挡执行机构的运动，气缸内的体积越来越大，所以，其内部的压力越来越小。所以，选换挡执行机构的运动的推动力越来越小。所以，选换挡执行机构的运动加速度越来越小，速度也会逐渐降低，直到选换挡执行机构到达目标档位对应的位置。

由于选换挡执行机构在到达目标档位之前就开始了减速运动，所以，当其到达目标档位对应的位置后，相较于现有技术，其运动速度减小，所以，降低了换档结束时的冲击，减少了换挡轴被带到极限位置，互锁销脱落的风险。

为了验证本发明的技术效果，本发明还对现有技术和本发明实施例中的选换挡过程中的选换挡执行机构的位置变化进行了分析并做了选换挡执行机构的位置曲线图。现有技术和本发明实施例中的选换挡过程中的选换挡执行机构的位置曲线图分别如图6(a)和图6(b)所示。

从图6(a)中可以看出，在现有技术中，在挂档过程中，即从空挡位置到目标档位位置，执行机构的位移变化趋势是一条直线，所以，其运动速度没有变化。

从图6(b)中可以看出，在本发明实施例中，在挂档过程中，即从空挡2位置到目标档位位置，执行机构的位移变化趋势为一条折线，如图6(b)中的虚线框内的曲线段。所以，执行机构在选换档过程中，运动速度降低。运动速度的降低，有利于减少换档结束时的冲击。

上述实施例所述的气动AMT选换挡执行机构的运动控制方法可以应用于混合动力系统。所述混合动力系统是指车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或共同提供。当应用于混合动力系统时，所述动力输出装置优选为电机。

基于上述实施例提供的运动控制方法，本发明还提供了一种气动AMT选换挡执行机构的运动控制装置。如图7所示，该运动控制装置包括以下单元：

获取单元71，用于获取选换挡气缸内的气压值以及当前挡位对应的选换挡执行机构的位置和目标挡位对应的选换挡执行机构的位置之间的位移；

查找单元72，用于根据所述气压值和所述位移查找预设MAP表，以获取到所述气压值和所述位移对应的选换挡执行机构的驱动步长；所述预设MAP表描述在不同的气压值和位移下，变速箱控制单元控制选换挡执行机构从当前挡位对应的位置运动到预设位置时所需的驱动步长，所述预设位置位于动力输出装置的输出轴转速和目标挡位对应的变速箱的输入轴转速达到同步时所述执行机构所在的位置以及所述执行机构在目标挡位时所处的位置之间；

控制单元73，用于按照所述驱动步长向所述选换挡气缸内充气，以控制所述选换挡执行机构运动。

利用该运动控制装置可以控制选换挡执行机构在整个换挡行程中先加速后减速，从而减小换档结束时的冲击，避免换挡轴被带到极限位置，防止互锁销脱落。

作为本发明的优选实施例，所述选换挡执行机构从当前挡位对应的位置运动到预设位置时的位移为S；所述S的表达式如下：

F_d为选换挡气缸内的气体压力；

f为选换挡气缸在运动过程中受到的摩擦力。

进一步地，为了能够从预设MAP表中查找到获取到的气压值和位移对应的驱动步长，所述查找单元72具体包括：

第一查找子单元721，用于当所述气压值不在所述预设MAP表描述的气压值范围内时，以MAP表中最靠近所述气压值的气压值所对应的驱动步长作为所述气压值对应的选换挡执行机构的驱动步长；

和/或，

第二查找子单元722，用于当所述位移不在所述预设MAP表描述的距离范围内时，以所述预设MAP表中最靠近所述位移的位移所对应的驱动步长作为所述位移对应的选换挡执行机构的驱动步长。

进一步地，上述运动控制装置可以应用于混合动力系统。当应用于混合动力系统时，所述动力输出装置为电机。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种气动AMT选换挡执行机构的运动控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的运动控制方法，其特征在于，所述选换挡执行机构从当前挡位对应的位置运动到预设位置时的位移为S；所述S的表达式如下：

S = \frac{f}{F_{d}} L;

其中，L为所述选换挡执行机构从当前挡位对应的位置运动到目标挡位对应的位置的整个换挡行程；

F_d为选换挡气缸内的气体压力；

f为选换挡气缸在运动过程中受到的摩擦力。

3.根据权利要求1所述的运动控制方法，其特征在于，所述根据所述气压值和所述位移查找预设MAP表，以获取到所述气压值和所述位移对应的选换挡执行机构的驱动步长，具体包括：

当所述气压值不在所述预设MAP表描述的气压值范围内时，以所述预设MAP表中最靠近所述气压值的气压值所对应的驱动步长作为所述气压值对应的选换挡执行机构的驱动步长；

和/或，

4.根据权利要求1所述的运动控制方法，其特征在于，所述运动控制方法应用于混合动力系统。

5.根据权利要求3所述的运动控制方法，其特征在于，所述动力输出装置为电机。

6.一种气动AMT选换挡执行机构的运动控制装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的运动控制装置，其特征在于，所述选换挡执行机构从当前挡位对应的位置运动到预设位置时的位移为S；所述S的表达式如下：

S = \frac{f}{F_{d}} L;

F_d为选换挡气缸内的气体压力；

f为选换挡气缸在运动过程中受到的摩擦力。

8.根据权利要求6所述的运动控制装置，其特征在于，所述查找单元具体包括：

第一查找子单元，用于当所述气压值不在所述预设MAP表描述的气压值范围内时，以所述预设MAP表中最靠近所述气压值的气压值所对应的驱动步长作为所述气压值对应的选换挡执行机构的驱动步长；

和/或，

9.根据权利要求6所述的运动控制装置，其特征在于，所述运动控制装置应用于混合动力系统。

10.根据权利要求8所述的运动控制装置，其特征在于，所述动力输出装置为电机。