CN104730277B

CN104730277B - 一种变速箱转速测量方法

Info

Publication number: CN104730277B
Application number: CN201510152052.5A
Authority: CN
Inventors: 张子起; 高瑶瑶; 曹政策; 刘中林
Original assignee: Wuhan Polytechnic Tongyu Xinyuan Power Co ltd
Current assignee: Wuhan Polytechnic Tongyu Xinyuan Power Co ltd
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2017-10-03
Anticipated expiration: 2035-04-01
Also published as: CN104730277A

Abstract

本发明提供一种变速箱转速测量方法：将输入轴转速测量传感器设置在任一档位x上的齿盘上，以采样时钟频率对转速进行采样，测量转速脉冲的脉冲周期；利用传动比和档位x上的齿盘满圈齿数计算输入轴转速值；将输出轴转速测量传感器设置在输出轴上的齿盘上，以采样时钟频率对输出转速进行采样，测量输出转速脉冲的脉冲周期；当在固定档位时，利用输出轴上的齿盘满圈齿数和脉冲周期计算输出轴转速；当在换档过程中时，取最新的k个输出转速脉冲的脉冲周期的平均值计算输出轴转速。本发明能够同时满足变速箱换档时转速测量准确性、稳定性和实时性的要求。

Description

一种变速箱转速测量方法

技术领域

本发明应用于电动汽车变速箱控制领域，具体涉及一种变速箱转速测量方法。

背景技术

不管在传统汽车发动机转速控制，还是现行的电动汽车调速换挡控制中，转速信号的测量成为汽车安全行驶的重要技术参数，转速测量的准确性及稳定性极为重要，传统转速测量转速无法同时保证其准确性、实时性及可靠性。

由于应用于电动车上的变速箱与电机集成为一体，其变速箱换挡时，需要电机调速，调速过程对测速传感器及信号调理电路模块干扰较大，传统转速传感器信号调理模块在抑制干扰明显不足，导致换挡时转速信号质量较差。

目前转速测量有三种方法，测频法、测周期法、测频测周期法，由于本发明测试条件是在变速箱中，采集齿数较少，测试条件差，不能提高其齿数，所以本发明就实际情况不宜采用测频法。测频测周期法的精度和稳定性较高，但是无法保证在精度稳定性前提下，提高实时性，而测周期法通过测量转速信号的两个相邻脉冲之间的时间间隔来计算转速，其高速性能不好。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种变速箱转速测量方法，能够同时满足变速箱换档时转速测量准确性、稳定性和实时性的要求。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种变速箱转速测量方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、将输入轴转速测量传感器设置在任一档位x上的齿盘上，以采样时钟频率Fclk对转速进行采样，测量转速脉冲的脉冲周期P_入，并放入脉冲周期数组中；所述的转速脉冲的脉冲周期P_入为一个计数值，相邻转速脉冲之间的时间=P_入/Fclk；

S2、实时更新有效脉冲周期；

S3、输入轴转速计算：

输入轴每转一周，取该时间段内采样的所有脉冲周期，计算输入轴每转一周时间段内采样的所有脉冲周期的平均值P_入nx；

计算输入轴转速值V_i，单位为转/min：

V_i= (Fclk*60*n_x)/(P_入nx*T_x) （1），

式中，n_x为档位x的传动比，T_x为档位x上的齿盘满圈齿数；

S4、输出轴转速计算：

将输出轴转速测量传感器设置在输出轴上的齿盘上，以采样时钟频率Fclk对输出转速进行采样，测量输出转速脉冲的脉冲周期P_出，并放入脉冲周期数组中；所述的输出转速脉冲的脉冲周期P_出为一个计数值，相邻转速脉冲之间的时间=P_出/Fclk；

4.1、当在固定档位时，输出轴转速V_o，单位为转/min：

V_o= (Fclk*60)/(P_出no*T_o) （2），

式中，T_o为输出轴上的齿盘满圈齿数，P_出no为输出轴每转一周时间段内采集的所有输出转速脉冲的脉冲周期的平均值；

4.2、当在换档过程中时，取最新的k个输出转速脉冲的脉冲周期，计算其平均值P_出k，再计算输出轴转速V_o，单位为转/min：

V_o=(Fclk*60)/(P_出k*T_o) （3），

4.2中k的获取方法如下：

1）初始化，k的大小设为T_o；

2）第一次计算时，先计算输入轴转速V_i和输出轴转速V_o；设置一个中间变量GR，且GR=mV_i/V_o，m为放大倍数，判断GR的大小：

当n_max*a*m≤GR≤n_max*b*m，则k=取整(T_o/ n_max)；

当n_x+1*b*m≤GR≤n_x*c*m，则k=取整(T_o/ n_x)；

若GR为其它值时，退出k的计算；

n_max指当x为最大值时的传动比，即最高档位时的传动比；a、b和c为系数，根据经验设定；

3）当第一次计算得到k后，设上次计算得到的GR为La_GR，上次计算得到的k为La_k，以后每次计算k时，先计算GR，判断GR的大小：

当︱GR-La_GR︱>n₁*m，则k= La_k；否则k=取整(T_o*m /GR)。

按上述方法，所述的系数a=0.8，b= c=1.2。

本发明的有益效果为：

1、每次只选用最新采集到的脉冲周期来测量转速，且根据前次采样的转速比例及传动比确定本次样本空间的确定，这样可根据档位判断样本空间的大小，提高了软件测量转速的实时性，在空档时保持前次的样本值，这样转速在整个换档时基本没有不合理的跳变；并且能够有效的消除发动机或电机对其的干扰，具有良好的防抖动功能，测量准确；从而同时满足变速箱换档时转速测量准确性、稳定性和实时性的要求。

2、该方法适用于任何不同规格的变速箱，满足传感器连接在变速箱内任一超过30齿的齿轮上，满足机械安装要求；可根据输入输出转速值判断变速箱的工况。

附图说明

图1为本发明一实施例整体变速箱内部齿轮结构示意图。

图2为本发明一实施例传感器放置3档时转速转化关系图。

图3 为输出轴速度采样的样本点数的确定流程。

图4 为测速模块转速测量方法示意图。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

本发明提供一种变速箱转速测量方法，它包括以下步骤：

S2、实时更新有效脉冲周期；

S3、输入轴转速计算：

计算输入轴转速值V_i，单位为转/min：

V_i= (Fclk*60*n_x)/(P_入nx*T_x) （1），

式中，n_x为档位x的传动比，T_x为档位x上的齿盘满圈齿数；

S4、输出轴转速计算：

4.1、当在固定档位时，输出轴转速V_o，单位为转/min：

V_o= (Fclk*60)/(P_出no*T_o) （2），

V_o=(Fclk*60)/(P_出k*T_o) （3），

4.2中k的获取方法如下：

1）初始化，k的大小设为T_o；

2）第一次计算时，先计算输入轴转速Vi和输出轴转速V_o；设置一个中间变量GR，且GR=mV_i/V_o，m为放大倍数，判断GR的大小：

当n_max*a*m≤GR≤n_max*b*m，则k=取整（T_o/ n_max）；

当n_x+1*b*m≤GR≤n_x*c*m，则k=取整（T_o/ n_x）；

若GR为其它值时，退出k的计算；

当︱GR-La_GR︱>n₁*m，则k= La_k；否则k=取整（T_o*m /GR）。

优选的，所述的系数a=0.8，b= c=1.2。

图1为本发明一实施例整体变速箱内部齿轮结构示意图，图中T_I表示输入轴上的齿盘满圈齿数，T_o表示输出轴上的齿盘满圈齿数，T₁₁表示一档输出轴的齿数，T₂₁表示二档输出轴的齿数，T₃₁表示三档输出轴的齿数，T₄₁表示四档输出轴的齿数，T₁₂表示中间轴上与一档输出轴啮合的齿数，T₂₂表示中间轴上与二档输出轴啮合的齿数，T₃₂表示中间轴上与三档输出轴啮合的齿数，T₄₂表示中间轴上与四档输出轴啮合的齿数，T₅₂表示与输入轴啮合齿的齿数，传感器可以放置在齿数较多的地方，如T₃₁、T₄₂、T₅₂等位置，这样测速较为准确；这里以第一输入传感器（作为输入轴转速测量传感器）放置在T₃₁位置为准，将其转化为输入轴转速Vi(rpm)。

根据变速箱齿轮啮合及结构设计，V_i=n₃*V_s1，n₃为变速箱三档时的传动比，V_s1为第一输入传感器转速，这里不论变速箱是否挂在三档，该动力线始终存在。其次本发明以输入轴转一圈为基准，那么根据图2第一输入传感器位置时采样样本空间可知，第一输入传感器齿轮转过T₃₁/n₃圈，其第一输入传感器转速V_s1=(Fclk*60)/(P_入n3*T₃₁)，即齿T₃₁转过T₃₁/n3齿的瞬时转速，这里将P_入n3设为转过T₃₁/n₃齿的平均脉冲周期。而V_i=n₃*V_s1，即V_i= (Fclk*60*n₃)/(P_入n3 * T31)。

若更改传感器测试位置如图1中第二输入传感器时，则V_i= V_s2* T₅₂/T_I，V_s2为第二输入传感器转速，输入轴转过一圈第二输入传感器转过T₄₂/n₄圈，其公式为V_i= (Fclk*60*T₅₂)/(P_入n4* T₄₂*T_I)= (Fclk *60*n₄)/(P_入n4* T₄₂)；同理更改传感器测试位置为如图1中第三输入传感器时，其测试理论也是基于其机械结构而成，这里仅提供一个通用思路。

以上一经机械结构确定，其输入轴转速即可确定，测试齿数也确定，其测试转速仅需乘比例系数，采样样本空间也确定为一固定齿数。

如图2所示，第一输入传感器设置在T31位置时采样样本空间，假定第一输入传感器定在T31位置，由图中可以看出输入轴转过一圈T_I齿，输出轴转过T_o/n₁齿，由上述可知输入轴转过一圈时的瞬时转速值V_i= (Fclk*60*n₃)/(P_入n3*T₃₁)，这里不管是换成几档，输入轴瞬时转速始终以旋转一周的瞬时转速为基准，只是由于传动比不一样，输出轴瞬时转速采样的样本空间随传动比改变而不同。这需要根据实际工况去确定。

将输出轴转速测量传感器设置在输出轴上的齿盘上，以采样时钟频率Fclk对输出转速进行采样，测量输出转速脉冲的脉冲周期P_出，并放入脉冲周期数组中；所述的输出转速脉冲的脉冲周期P_出为一个计数值，相邻转速脉冲之间的时间=P_出/Fclk。在固定档位时，只需要根据公式（2）即可计算出输出轴转速值。

换挡时，输入转速测量方法不会变，只有当输入轴转速测量传感器测量位置发生变化输入转速测量方法才会变化，若保持输入轴转速测量传感器位置不变，则测量转速的方法基本不变，采集的样本空间也不变。

而输出轴转速测量传感器虽然位置不变，但是当传动比发生变化，输入转过一圈时，输出轴转过齿数与传动比有直接关系，即T_o/n。而T_o/n就是要计算的输出轴采样的样本个数k，总之，需要通过对k进行调节来计算输出轴的转速值。

图3 为输出轴速度采样的样本点数的确定流程，T_o为输出轴的齿盘满圈齿数，k为输出轴采样的样本个数，La_k为上次输出轴采样的样本个数。GR为输入轴转速与输出轴转速的转动比的16倍（由于输入轴转速与输出轴转速的转动比较小，此处将其放大m倍再比较，能够提高精确度，本实施例中m取16倍），La_GR为上次采样的输入轴转速与输出轴转速传动比的16倍。Flag为判断是否为第一次计算k的标志位。

由图中在初始确定输入输出转速值时，以满圈齿数为样本空间，即默认直接档为初始状态，以后根据两端转速比，与传动比进行对比后，从而确定采样的样本空间，在退空时也始终保持上一个档位的样本值。经过实际台架及上车实验发现其效果很好，转速波动较小。

输出样本空间确定后，输出轴转速即为V_o=(Fclk*60)/(P_出k*T_o)，其中P_出k为转过T_o/k齿的平均脉冲周期。

这里平均脉冲周期的确定是通过滑动平移法，将脉冲周期放入FIFO存储器中，每次采集一个新值就放入首位，其他值依次类推，这样当求任意k的脉冲周期值时，仅需要对k的脉冲进行排序，去除最大最小值，将其他剩余的数值进行加和取平均，得到最终的平均脉冲周期，代入转速公式即可求得当前输出轴转速，该方法输入输出轴计算方法都是一样，仅采样的样本点数及采样脉冲时间不一样，可最终得到变速箱转速值。

图4 为测速模块转速测量方法示意图，转速测量模块分两部分组成，一部分是主程序，计算样本空间数，计算该点数内的脉冲周期均值，将其均值代入公式计算转速值，不断的发送给变速箱主控制器，第二部分是中断程序，没采集到一个脉冲都会进入中断函数中，保存其脉冲周期值，并不断更新以供转速计算使用，这样保证实时采集转速，样本点数的大小决定了延时的时间长度，这样根据档位的不同实时更新转速值，根据转速值实时反馈当前的档位状态，满足变速箱换挡控制的需求。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种变速箱转速测量方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S2、实时更新有效脉冲周期；

S3、输入轴转速计算：

计算输入轴转速值V_i，单位为转/min：

V_i= (Fclk*60*n_x)/(P_入nx*T_x) （1），

式中，n_x为档位x的传动比，T_x为档位x上的齿盘满圈齿数；

S4、输出轴转速计算：

4.1、当在固定档位时，输出轴转速V_o，单位为转/min：

V_o= (Fclk*60)/(P_出no*T_o) （2），

V_o=(Fclk*60)/(P_出k*T_o) （3），

4.2中k的获取方法如下：

1）初始化，k的大小设为T_o；

当n_max*a*m≤GR≤n_max*b*m，则k=取整（T_o/ n_max）；

当n_x+1*b*m≤GR≤n_x*c*m，则k=取整（T_o/ n_x）；

若GR为其它值时，退出k的计算；

当︱GR-La_GR︱>n₁*m，则k= La_k；否则k=取整（T_o*m /GR）。

2.根据权利要求1所述的变速箱转速测量方法，其特征在于：所述的系数a=0.8，b= c=1.2。