CN104691537B - 一种纯电动汽车机械式自动变速器的换挡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车机械式自动变速器控制模块及换挡控制方法，包括BDI层和ACS层，所述BDI层和ACS层通过API接口连接；所述BDI层用于硬件初始化、驱动TCU内部各个模块，对外界提供API调用函数；所述ACS层用于上层控制策略，完成档位决策、起步、换档功能，包括Sensor模块、Strategy模块、Actuator模块；本发明对纯电动汽车的最佳动力性和最佳经济性换档规律以及负载的计算，开发了一种基于负载修正的纯电动汽车综合换档规律，使得车辆始终处在最佳的档位和行驶状态，保证了车辆的最佳动力性和经济性。

Description

一种纯电动汽车机械式自动变速器的换挡控制方法

技术领域

本发明属于电动汽车控制技术领域，具体涉及一种永磁驱动电机的纯电动汽车机械式自动变速器控制模块及换挡控制方法。

背景技术

目前，在交通车辆的自动变速器换挡优化领域，机械式自动变速器是在机械式变速器基础上实现自动变速操作，它不但具有价格低廉、制造方便的特点，同时还具有自动操作、安全可靠性高等优点。现阶段，传统汽车自动变速理论及换挡规律的研究已经相当的成熟；然而，有关永磁驱动电机的纯电动汽车机械式自动变速器综合控制并不多见，且变速控制容易受到汽车行驶环境复杂多变性的影响，往往控制的效果并不如人意。

为此，针对车辆正常运行功能的基础上，对纯电动汽车的换档规律进行重点研究。通过对纯电动汽车的最佳动力性和最佳经济性换档规律以及负载的计算，开发了一种基于负载修正的纯电动汽车综合换档规律，使得车辆始终处在最佳的档位和行驶状态，保证了车辆的动力性和经济性成为了当前亟需解决的技术问题。

发明内容

主要内容

本发明的目的在于针对电动汽车的永磁驱动电机与发动机的不同，提供了一种安全可靠性高、能够适应不同行驶工况需求、保证了车辆的动力性和经济性的一种纯电动汽车机械式自动变速器控制模块及换挡控制方法。

本发明的技术方案为：

一种纯电动汽车机械式自动变速器控制模块，包括BDI层和ACS层，所述BDI层和ACS层通过API接口连接；所述BDI层用于硬件初始化、驱动TCU内部各个模块，对外界提供API调用函数；所述ACS层用于上层控制策略，完成档位决策、起步、换档功能，包括Sensor模块、Strategy模块、Actuator模块；所述API接口输入端连接Sensor模块，所述Sensor模块输出端连接Strategy模块，所述Strategy模块输出端连接Actuator模块，所述Actuator模块输出端连接API接口输入端；所述Sensor模块用于对从BDI层获得的整车、永磁驱动电机和变速器原始信息进行滤波处理，标度转换以及故障识别；所述Actuator模块处于ACS层的最下层，用于接受策略模块的控制指令，完成换挡电机、驱动电机的控制；所述Strategy模块用于完成各种控制策略。

进一步，所述Strategy模块包括整车控制策略模块、系统初始化模块、自检模块、AMT调度模块、关电处理模块、故障处理模块；所述整车控制策略模块用于整车上电后初始化、自检、AMT调度模块、关电处理、故障模式的判断与调度；所述系统初始化模块用于初始化系统各模块状态；所述自检模块用于电机状态、选换档执行机构、传感器信号自检；所述AMT调度模块用于整车状态切换，时序控制；所述关电处理模块用于驾驶员关钥匙门后处理；所述故障处理模块用于故障状态下整车控制。

进一步，所述AMT调度模块包括起步控制模块、停车控制模块、选换档控制模块、行驶模块、换档规律模块；所述起步控制模块用于爬行和起步控制；所述停车控制模块用于停车状态控制；所述选换档模块用于换档过程中，改变档位控制；所述行驶模块用于前进和倒车行驶状态控制；所述换档规律模块用于分析驾驶员意图和整车状态，计算最佳档位，并发出换档请求。

进一步，所述BDI层和ACS层运行于变速箱控制单元TCU内，通过CAN总线和电机控制单元MCU、整车控制单元VCU通信。

一种纯电动汽车机械式自动变速器换挡控制方法，包括如下步骤：

步骤1，通过车载传感器和CAN总线获取输入变量，包括油门开度、车速、车辆加速度，并结合油门变化率、制动踏板信号、电机扭矩控制参数识别各行驶工况；

步骤2，依据最佳动力性换档规律、最佳经济性换档规律选择换档时机和档位；

步骤3，依照步骤2的换挡规律，车辆处在行驶工况下，分为如下综合换挡方法：

a)在非制动情况下，当电池电量充足时，对坡道进行识别，分为上坡、下坡、平路三种阶段，其中将上坡和下坡阶段分为大坡、中坡、小坡三个级别：

上坡阶段时：大坡和中坡级别采用不升档，按照降档曲线向动力性方向修正；小坡级别采用升、降档曲线向动力性方向修正；

下坡阶段时：大坡和中坡级别采用不升档控制；小坡级别采用升档曲线向经济性方向修正；减速滑行不升档；

平路阶段时：依照驾驶员的意图，分为急加速、缓加速、减速滑行三种级别，所述急加速采用升档曲线向动力性方向修正，所述缓加速采用基本换档规律，所述减速滑行采用不升档控制；

b)在非制动情况下，当出现电池电量不足时，换档曲线向经济性方向修正；

c)在制动情况下，分为强制动和缓制动两种：所述强制动情况下不换挡；所述缓制动情况下采用基本降档规律的控制。

进一步，所述步骤2中，最佳动力性换档规律依照如下公式：

根据汽车行驶方程式，在n档时有：

式中，δ_n为汽车旋转质量换算系数；du/dt为汽车加速度；m为汽车的质量；f为轮胎滚动阻力系数；g为重力加速度；r为车轮半径；T_q为汽车发动机输出转矩；i_g为变速器传动比；i_o主减速器传动比；η_r为汽车传动系机械效率；A为迎风面积；C_D空气阻力系数；联立上述两个式子求得最佳动力性换档点u_a。

进一步，所述步骤2中，最佳经济性换档规律的制定是以电机的传动效率η_e为依据，则电机的传动效率η_e为：

W·η_b·η_e·η_T＝∑F·L

式中，W为电池储存的总的能量；∑F为汽车行驶过程中受到的所有外界阻力之和；L为电动汽车的续驶里程；η_b为动力电池组的效率；η_T为传动系统效率。

进一步，骤3中，所述上坡、下坡、平路三种阶段是通过车辆负载值加以判断，所述负载识别的实现方法根据计算参数获取途径的不同可以分为两种方法：

第一种是直接带入零负载状态下的车辆参数，则有：

式中，T_u为当前车速下的电机扭矩；m_Z为空载质量；

第二种是由实验标定获取计算参数，车辆负载F_L只与电机扭矩、车速以及加速度的变化有关，可以将其简化为下式的形式：

若使汽车在零负载状态下维持某车速u_a匀速行驶，可以得到下式：

0＝aT_ua-b-cu_a ²

式中，T_ua为电机转矩，u_a为车速，a、b、c、d为待求参数。

本发明有以下技术效果：

1)本发明对纯电动汽车的最佳动力性和最佳经济性换档规律以及负载的计算，开发了一种基于负载修正的纯电动汽车综合换档规律，使得车辆始终处在最佳的档位和行驶状态，保证了车辆的最佳动力性和经济性；

2)电动汽车的永磁驱动电机与发动机的巨大差异，使得在制定换档规律时也有明显的不同，本发明主要研究纯电动车的最佳动力性和经济性换档规律以及相关的负载识别技术，在此基础上制定出自动变速系统的综合换档规律；

3)BDI层软件采用嵌入式C语言开发，需针对不同的TCU定制开发，但对外界保持统一的接口，供上层调用；ACS层使用MATLAB Simulink/Stateflow开发，利用RTW(Real-TimeWorkshop)工具自动生成代码，可以在多种开发平台上编译，如Freescale CodeWarrior、TASKING等，具有移植性强、模块化、易维护等特点；

4)此外，针对汽车行驶环境复杂多变性，仅由符合单一路况的换档规律不能适应汽车各种工况下对档位的要求，这就需要识别行驶环境的变化，用以对换档规律进行动态的修正，达到满足车辆整体性能的目的。

附图说明

图1本发明的模块结构简图；

图2本发明的ACS层Simulink模型；

图3本发明的整车控制策略模块组成框图；

图4本发明的AMT调度模块组成框图；

图5本发明的各档位加速度——车速曲线；

图6本发明的经济性换档规律设计原理；

图7本发明的综合换档规律流程图；

图8本发明的工况分级及处理原则流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步阐述本发明的具体实施方式。

图1所示为纯电动汽车AMT综合控制软件的分层和模块结构。软件采用分层、分模块方式开发。从层次结构上划分，软件分为BDI层(Basic Driver Interface基本驱动接口)和ACS层(Advanced Control Strategy高级控制策略)。其中BDI层负责TCU的初始化、设备驱动等工作；ACS层负责上层控制策略，完成档位决策、起步、换档等功能。ACS层有输入模块(Sensor)、决策模块(Strategy)、执行机构控制模块(Actuator)组成，分别完成信号转换、决策控制、执行机构控制等功能。

其中，BDI层软件采用嵌入式C语言开发，需针对不同的TCU定制开发，但对外界保持统一的接口，供上层调用；ACS层使用MATLAB Simulink/Stateflow开发，利用RTW(Real-Time Workshop)工具自动生成代码，可以在多种开发平台上编译，如FreescaleCodeWarrior、TASKING等，具有移植性强、模块化、易维护等特点。

下面详细介绍ACS层和BDI层的相关功能和工作策略。

软件分为BDI层和ACS层，分别负责底层驱动和上层的控制策略。BDI层和ACS层之间采用固定的API接口进行通信。采用这种方式，方便ACS层在其他环境下的移植。

在ACS层内，包括Sensor、Strategy、Actuator等模块，分别负责信息输入、决策控制、执行机构控制。Strategy模块中又由自身内部的各子模块组成。

所开发的纯电动汽车AMT综合控制软件功能主要包括：

(1)通过软件中各模块之间的协同工作实现车辆正常的爬行、起步、换档和停车等功能；

(2)根据整车、永磁驱动电机以及变速器提供的参数，对车辆的最佳动力性和最佳经济性换档规律进行计算，根据车辆当前的运行状态选择最优的档位。

(3)对车辆的负载进行识别，并实时修正其换档规律，建立了一种基于负载修正的纯电动汽车AMT综合换档控制系统，保证车辆始终处在最佳的行驶状态。

其中纯电动汽车的综合换档规律是该软件程序开发的重点，它直接影响到车辆的动力性和经济性。

1、BDI层

BDI层是针对特定硬件的底层驱动程序，用于硬件初始化、驱动TCU内部各个模块，对外界提供API调用函数。上层应用程序通过调用API接口函数实现高级应用。BDI层为上层应用程序提供以下服务：

●硬件初始化，包括HCS12初始化、外围模块初始化等；

●信号量输入，包括模拟量输入、开关量输入、脉冲量输入等；

●控制量输出，包括开关量输出、PWM输出等；

●EEPROM驱动，为上层提供永久数据保存服务；

●FLASH驱动，为上层提供FLASH擦写服务；

●CAN通信，提供两路CAN通道，分别实现整车通信和程序调试；

●CCP 2.1协议驱动，同Canoe结合，可为上层提供标定、监测、程序下载等服务。

2、ACS层

ACS层主要包括Sensor模块、Strategy模块和Actuator模块。图2为ACS的Simulink模型。

2.1Sensor模块

此模块对从BDI层获得的整车、永磁驱动电机和变速器原始信息做如下处理：

1)滤波：将信息输入过程中的干扰噪声滤除，获得有用信息；

2)标度转换：将信息转换为程序内部能够识别的单位一致的信息，方便主模块进行处理；

3)故障识别：排除信息输入过程中的由于过度干扰或传感器失效引起的故障。

2.2Actuator模块

此模块处于ACS层的最下层。接受策略模块的控制指令，完成换挡电机、驱动电机的控制。

2.3Strategy模块

Strategy模块是程序的核心，各种控制策略在此实现。模块由各个子模块组成，如图3所示：

●整车控制策略模块：整车上电后初始化、自检、AMT调度模块、关电处理、故障模式的判断与调度；

●系统初始化模块：初始化系统各模块状态；

●自检模块：电机状态、选换档执行机构、传感器信号自检；

●AMT调度模块：整车状态切换，时序控制；

●关电处理模块：驾驶员关钥匙门后处理；

●故障处理模块：故障状态下整车控制；

其中AMT调度模块又包括起步控制模块、停车控制模块、选换档控制模块、行驶模块、换档规律模块，如图4所示：

●起步控制模块：爬行和起步控制；

●停车控制模块：停车状态控制；

●选换档模块：换档过程中，改变档位控制；

●行驶模块：前进和倒车行驶状态控制；

●换档规律模块：分析驾驶员意图和整车状态，计算最佳档位，并发出换档请求；换档规律是自动变速器控制策略最为核心的技术，它决定了动力传动系统最优性能的发挥，如何选择理想的换档时机和合适的档位对车辆的动力性、经济性及舒适性影响很大。电动汽车的永磁驱动电机与发动机的巨大差异，使得在制定换档规律时也有明显的不同。本软件主要研究纯电动车的最佳动力性和经济性换档规律以及相关的负载识别技术，并在此基础上制定出自动变速系统的综合换档规律。

此外，基于电控电动执行结构的无离合器和同步器的AMT纯电动汽车控制。程序通过车载传感器和CAN总线，获取整车状态，进而识别驾驶员的操作意图；根据整车、驱动电机及变速器参数计算纯电动汽车的最佳动力性和最佳经济性换档规律，确定整车最合理状态和最佳档位；采用电控电动方式操作选换档执行机构，采用CAN总线通信方式控制永磁驱动电机，实现整车的自动爬行、起步、换档、停车等功能。

本发明的控制方法运行于TCU中(Transmission Control Unit变速箱控制单元)。TCU由大规模集成电路组成，是软件的运行载体，通过CAN总线和MCU(Motor Control Unit电机控制单元)、VCU(Vehicle Control Unit整车控制单元)以及其他控制单元通信。

3、最佳动力性换档规律

传统情况下，为体现最大的动力输出，一般以相同油门下相邻两档的驱动力曲线交点对应的车速作为动力性换档点，然而这种方法是在车辆稳态条件下计算的，汽车的加速换档是个动态的过程，需要考虑加速阻力的变化。

欲保证动态状态下最佳的动力性能，应该以相邻两档加速度曲线交点对应的车速作为动力性换档点，即需要满足：

根据汽车行驶方程式，在n档时有：

式中，δ_n为汽车旋转质量换算系数；du/dt为汽车加速度；m为汽车的质量；f为轮胎滚动阻力系数；g为重力加速度；r为车轮半径；T_q为汽车发动机输出转矩；i_g为变速器传动比；i_o主减速器传动比；η_r为汽车传动系机械效率；A为迎风面积；C_D空气阻力系数；联立上述两个式子求得最佳动力性换档点u_a。

图5为根据式(2)绘制出的百分之百油门下的各档加速度——车速曲线，1档与2档加速度曲线交点A对应车速即为该油门下1档换2档的最佳动力性升档点，2档与3档曲线交点B对应车速为2档换3档的最佳动力性升档点。按照上诉方法，求出不同油门下的各档加速度曲线的交点，将各交点相连即得到不同油门对应的最佳动力性升档曲线。

4、最佳经济性换档规律

纯电动汽车的所有能量均来自于动力电池，通过驱动电机将电能转化为机械能以驱动车辆。从能量的消耗角度分析，汽车行驶过程中电池的能量主要用来消除汽车的行驶阻力以及热量的耗散，若电池储存的总的能量为W，则有

W·η_b·η_e·η_T＝∑F·L (3)

式中，∑F——汽车行驶过程中受到的所有外界阻力之和；

L——电动汽车的续驶里程；

η_b——动力电池组的效率；

η_e——驱动电机及其控制器的效率；

η_T——传动系统效率。

从式(3)可以看出，在动力电池和传动系统已经确定的情况下，其各自的效率基本不变，唯一影响行驶里程的就是驱动电机和其控制器的效率(下简称电机效率)。纯电动汽车的经济性换档规律的制定是以电机的传动效率为依据，保证电机始终工作在可能的最高效区。以某一油门下相邻两档的电机效率最大为原则，即如果当前档位的电机效率低于下一档位的效率，那么此时车速就是最佳经济性换档点，其设计原理如图6所示。

图6的上半部分是电机效率特性图，下半部分为相同转速下不同档位对应的车速关系。以某一油门开度为例，某车速下对应1档的电机工作点为C₁，2档的工作点为D₁，将C₁、D₁投射到上面电机效率特性图对应的电机工作扭矩曲线上得到C₂、D₂，对比C₂、D₂电机效率，若C₂点效率低于换档后的D₂点，并且随着电机转速的增加效率将继续降低，所以此时应该由1档换入2档；反之，若C2点效率高于换档后的D₂点，说明以该档位继续运行依旧处在最佳经济性的状态，需要维持当前档位。因此，使C₂点效率高于D₂点的临界点即为经济性换档点。根据上述原理可以求出纯电动车的最佳经济性换档规律。

5、纯电动汽车负载识别

无论是动力性换档规律还是经济性换档规律，在制定时都是以车辆在平直良好路面定载荷的条件下设计得出的，在实际应用时也是以固定的参数形式固化在控制程序中，然而汽车的行驶环境是复杂多变的，仅由符合单一路况的换档规律不能适应汽车各种工况下对档位的要求，这就需要识别行驶环境的变化，用以对换档规律进行动态的修正，达到满足车辆整体性能的目的。

车辆负载变化对换档规律的影响很大：

式中，F_L——车辆负载；F_t——当前车辆驱动力；F_fZ——零负载状态滚动阻力；

F_wZ——零负载状态空气阻力；

动力性换档规律是在以F_L为零前提下相邻两档加速度相等为条件计算的，当F_L不为零时，由式(4)可知，若仍以零负载状态下的车速作为换档点，这时计算得到的加速度将不再相等，加速度差值为：

从式(5)可以看出，F_L越大，换档后加速度的变化就越大，尤其在上坡的时候，车辆动力性能在换档后将大幅降低。动力性升档后，新档位的驱动力低于原档位的驱动力，若F_L的值刚好满足在该档位达到换档车速，即换档时加速度为零，那么在换档后加速度将为负值，车辆驱动力不足开始减速行驶，如果坡道足够长，减到降档点降档后，驱动力恢复，又会重复之前的过程，造成换档循环，极大的降低了乘坐舒适性。若汽车在坡道上是以经济性换档规律行驶，换档后加速度变成负值的概率将更大。

另一方面，针对装载基于驱动电机主动同步的自动变速系统的汽车在上较大坡道时应该避免换档，这是因为，此自动变速系统在换档过程中会有短时间的动力中断，若坡道阻力过大，车速会下降很快，影响换档性能。

车辆的负载值可以根据式(6)直接求得，

F_L＝F_t-(F_fZ+F_wZ+F_jZ) (6)

式中，F_jZ——零负载状态加速阻力；

实际应用时，负载识别的实现方法根据计算参数获取途径的不同可以分为两种方法，第一种是直接带入零负载状态下的车辆参数，则有：

式中，T_u——当前车速下的电机扭矩；

m_Z——空载质量；

其中电机扭矩可由车辆行驶时电机的扭矩反馈实时获得，加速度需要对车速进行差分运算获得，这样，就可以计算任何车速下的车辆负载。这种方法实现起来很容易，但由于车辆参数与实际情况的差异，要想得到真实的负载变化，对参数的准确程度要求很高。

第二种是由实验标定获取计算参数。由式(7)可知，车辆负载F_L只与电机扭矩、车速以及加速度的变化有关，可以将其简化为下式的形式：

若使汽车在零负载状态下维持某车速u_a匀速行驶，可以得到下式：

0＝aT_ua-b-cu_a ² (9)

可以看出，此时车速u_a和对应的电机转矩T_ua为定值，此式是关于系数a、b、c的三元一次方程，按此方法，获取2组以上的方程，便可求出a、b、c的值，通过增加采样点及实验次数，可以使其接近真实值。a、b、c确定以后，同样在零负载状态下以某加速度加速行驶，求取参数d，选取多组采样点以使其接近真实值。所有参数确定后，可在零负载状态基础上，单一增加固定载荷或选取固定坡度的道路进行实验，验证所识别的车辆负载与实际情况的一致性。这种方法求得的计算参数更接近真实情况，并且能够在对车辆参数未知的情况下进行负载识别，但对实验的规范要求较高，尤其是保证车辆匀速行驶的状态很难保证。

在实际实现负载识别时，可以将两种方法结合其来，先通过参数计算获得初始参数，在通过实验对其进行修正，并验证负载识别的准确性。

6、纯电动汽车综合换档规律

如图7所示，动汽车综合换档规律是以动态三参数换档思想为基础，通过油门开度、车速、车辆加速度，并结合油门变化率、制动踏板信号、电机扭矩等控制参数识别各行驶工况，以动力性或经济性最优为目标，制定出符合各工况的换档规律。基于工况识别的纯电动车综合换档规律中，更多控制参数的输入将进一步增大驾驶员、车辆、路面的信息容量，使控制系统解析的各种状态更接近真实情况，相应的换档规则可以很好的适应复杂多变的行驶环境。

车辆行驶工况按照坡道的情况，分为上坡、下坡、平路，其判断依据为上文所提出的车辆负载值，所以坡道中实际上包含了车辆载荷变化在内的综合阻力变化，其中上、下坡根据坡度的大小又分为大、中、小三个级别。按照驾驶员的操作意图分为急加速、缓加速、减速滑行、强制动、缓制动5种情况，油门踏板和制动踏板是驾驶员在汽车驱动上的仅有的两个控制输入接口，所以驾驶员的意图按其控制方向的不同划分成加速和减速两类，前者的识别主要依靠油门开度和油门开度变化率，后者主要为制动踏板信号、制动时间和车辆加速度。驾驶员加速意图可以采用基于油门开度及变化率的二维模糊推理，这里需要注意的是，油门开度变化率的有效值通常是间断的，这是因为驾驶员通常是将油门踏板踩到自己需要的位置后维持在那里，这就使得油门变化率有效范围很短，模糊运算也因此不稳定，控制器在对其处理时需要保持每次的数值，以油门变化率再次非零时更新输入。另外根据电池SOC的反馈情况，把车辆的状态又分为电量充足及电量不足的情况。

上述的各种工况在某些情况下会交叉组合，这使得控制情况变得更加复杂，为了简化系统控制，将各工况分层处理，不同类别有各自的优先级，工况组合后对换档规律的处理原则以优先极高的为准。制定换档规律时主要有下述控制规则：

1)由于坡道识别的前提是非制动状态，并且制动工况以保证换档可靠平顺为第一准则，所以制动工况的判断处于最高优先级；

2)动力电池的电量低时，应该保证经济性要求，也具有很高的优先级；

3)上坡时坡道阻力大，以大驱动力输出和换档平顺性为原则；

4)下坡时车速加速很快，所以要保障安全性的前提下以经济性为原则；

5)平路阶段主要依靠驾驶员的意图要求；

6)驾驶员完全送掉油门时，电机会转为发电状态向动力电池反馈电能，从反馈电能的能力角度，应该以高档为宜，从电机的辅助制动的角度，电机应该维持在低档位，所以下坡滑行时维持档位不升档；

7)由于升档规律在制定时通常是与油门开度同向变化的，若车速在高油门升档点附近并且没有达到升档车速，驾驶员松掉油门踏板有可能造成升档车速减小，使其换入高档，这与驾驶员的减速意图是不相符的，所以有油门开度变化为负时不升档的原则。

图8为工况分级及处理原则框图。表1为具体的控制规则及修正关系。

表1综合换档规则

本纯电动汽车机械式自动变速器综合控制软件在实现车辆正常运行功能的基础上，对纯电动汽车的换档规律进行重点研究。通过对纯电动汽车的最佳动力性和最佳经济性换档规律以及负载的计算，开发了一种基于负载修正的纯电动汽车综合换档规律，使得车辆始终处在最佳的档位和行驶状态，保证了车辆的动力性和经济性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种纯电动汽车机械式自动变速器换挡控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，通过车载传感器和CAN总线获取输入变量，包括油门开度、车速、车辆加速度，并结合油门变化率、制动踏板信号、电机扭矩控制参数识别各行驶工况；

步骤2，依据最佳动力性换档规律、最佳经济性换档规律选择换档时机和档位；

步骤3，依照步骤2的换挡规律，车辆处在行驶工况下，分为如下综合换挡方法：

a)在非制动情况下，当电池电量充足时，对坡道进行识别，分为上坡、下坡、平路三种阶段，其中将上坡和下坡阶段分为大坡、中坡、小坡三个级别：

上坡阶段时：大坡和中坡级别采用不升档，按照降档曲线向动力性方向修正；小坡级别采用升、降档曲线向动力性方向修正；

下坡阶段时：大坡和中坡级别采用不升档控制；小坡级别采用升档曲线向经济性方向修正；减速滑行不升档；

平路阶段时：依照驾驶员的意图，分为急加速、缓加速、减速滑行三种级别，所述急加速采用升档曲线向动力性方向修正，所述缓加速采用基本换档规律，所述减速滑行采用不升档控制；

b)在非制动情况下，当出现电池电量不足时，换档曲线向经济性方向修正；

c)在制动情况下，分为强制动和缓制动两种：所述强制动情况下不换挡；所述缓制动情况下采用基本降档规律的控制。

2.根据权利要求1所述的纯电动汽车机械式自动变速器换挡控制方法，其特征在于，所述步骤2中，最佳动力性换档规律依照如下公式：

$\frac{du}{{\mathrm{dt}}_n}=\frac{du}{{\mathrm{dt}}_{n+1}}$

根据汽车行驶方程式，在n档时有：

${\mathrm{\δ}}_{n}m\frac{du}{{\mathrm{dt}}_n}=\frac{T_q{i}_o{i}_{gn}{\mathrm{\η}}_T}{r}-mgf-\frac{C_{D}A}{21.15}{u_a}^2$

式中，δ_n为汽车旋转质量换算系数；du/dt为汽车加速度；du/dt_n为在n档时的汽车加速度；du/dt_n+1为在n+1档时的汽车加速度；m为汽车的质量；f为轮胎滚动阻力系数；g为重力加速度；r为车轮半径；T_q为汽车发动机输出转矩；i_g为变速器传动比；i_gn为在n档时的变速器传动比；i_o主减速器传动比；η_r为汽车传动系机械效率；η_T为传动系统效率；A为迎风面积；C_D空气阻力系数；联立上述两个式子求得最佳动力性换档点u_a。

3.根据权利要求1所述的纯电动汽车机械式自动变速器换挡控制方法，其特征在于，所述步骤2中，最佳经济性换档规律的制定是以电机的传动效率η_e为依据，则电机的传动效率η_e为：

W·η_b·η_e·η_T＝∑F·L

式中，W为电池储存的总的能量；∑F为汽车行驶过程中受到的所有外界阻力之和；L为电动汽车的续驶里程；η_b为动力电池组的效率；η_T为传动系统效率。

4.根据权利要求1所述的纯电动汽车机械式自动变速器换挡控制方法，其特征在于，所述步骤3中，所述上坡、下坡、平路三种阶段是通过车辆负载值加以判断，所述负载识别的实现方法根据计算参数获取途径的不同可以分为两种方法：

第一种是直接带入零负载状态下的车辆参数，则有：

$F_L=\frac{T_u{i}_g{i}_o{\mathrm{\η}}_T}{r}-m_{Z}gf-\frac{C_{D}A}{21.15}{u}^2-{\mathrm{\δ}}_n{m}_Z\frac{du}{dt}$

式中，T_u为当前车速下的电机扭矩；m_Z为空载质量；i_g为变速器传动比；i_o主减速器传动比；η_T为传动系统效率；r为车轮半径；g为重力加速度；f为轮胎滚动阻力系数；C_D空气阻力系数；A为迎风面积；u为车速；δ_n为汽车旋转质量换算系数；du/dt为汽车加速度；

第二种是由实验标定获取计算参数，车辆负载F_L只与电机扭矩、车速以及加速度的变化有关，可以将其简化为下式的形式：

$F_L={\mathrm{aT}}_u-b-{\mathrm{cu}}^2-d\frac{du}{dt}$

若使汽车在零负载状态下维持某车速u_a匀速行驶，可以得到下式：

0＝aT_ua-b-cu_a ²

式中，T_ua为电机转矩，u_a为车速，a、b、c、d为待求参数。