CN104875629A - 电动汽车的换挡冲击实现方法和换档控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种电动汽车的换挡冲击实现方法和换档控制装置。该方法包括：电动汽车的整车控制器判断电动汽车的离合器被断开或者电动汽车处于空档状态后，根据电动汽车的油门踏板开度确定电机的目标转速值；整车控制器向电机控制器发送携带转速值的电机转速指令，电机控制器根据电机转速指令中的转速值调整电机的转速；当电动汽车的离合器接合后，电机的转速和电动汽车的当前车速不匹配时，通过离合器两侧传动轴速度突变来表示换档冲击。本发明通过模拟发动机的转速变化趋势，根据电机在速度模式的扭矩输出真正创造出电动汽车的换档感觉。换档时电机转速和车速匹配差距越大，则电机转速变化越大，有效实现了电动汽车的换挡冲击。

Description

电动汽车的换挡冲击实现方法和换档控制装置

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的换挡冲击实现方法和换档控制装置。

背景技术

针对驾校练习和考试的需要，电动教练车需要尽量模拟传统汽油车驾驶感觉，满足倒库，侧方位停车，坡起，直角弯，S形弯，起步，并线，掉头，加减档，靠边停车等科目考试驾驶主观感受要求。由于电机的机械特性与发动机差异较大，电机转动惯量远小于发动机，使得电动汽车在换档过程中，换档操作不当时也没有换档冲击感。

现有技术中的电动教练车只是在纯电动汽车基础上增加了飞轮、离合器、换档机构等机械装置，由于电机惯量小。没有实现模拟发动机的换档冲击感，不能根据换档时机好坏而形成相应的换档感受。

发明内容

本发明的实施例提供了一种电动汽车的换挡冲击实现方法和换档控制装置，以有效地实现电动汽车的换挡冲击。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

本发明实施例提供了一种电动汽车的换挡冲击实现方法，所述方法包括：

电动汽车的整车控制器判断所述电动汽车的离合器被断开或者所述电动汽车处于空档状态后，根据所述电动汽车的油门踏板开度确定电机的目标转速值；

所述整车控制器根据当前的实际电机转速、油门踏板开度和所述目标转速向电机控制器发送携带转速值的电机转速指令，所述电机控制器根据所述电机转速指令中的转速值调整电机的转速；

当所述电动汽车的离合器接合后，所述电机的转速和所述电动汽车的当前车速不匹配时，通过所述离合器两侧传动轴速度突变来表示换档冲击。

优选地，所述的电动汽车的整车控制器判断所述电动汽车的离合器被断开或者所述电动汽车处于空档状态，包括：

所述整车控制器连续设定时间段检测到离合器信号为低电平，则判断所述离合器被断开；

所述整车控制器连续设定时间段检测到空档信号为低电平，则判断所述电动汽车处于空档状态；

整车控制器还检测油门踏板是否踩下。

优选地，所述的根据所述电动汽车的油门踏板开度确定电机的目标转速值，包括：

当油门踏板被踩下时，所述整车控制器确定电机的目标转速值与油门踏板开度之间的对应公式如下：

Y＝kx x<N

Y＝M x≥N

X为油门踏板开度，Y为转速目标值

当油门踏板没有踩下时，所述整车控制器确定电机的目标转速值为800rpm。

优选地，所述的整车控制器根据当前的实际电机转速、油门踏板开度和所述目标转速向电机控制器发送携带转速值的电机转速指令，包括：

所述整车控制器根据当前的实际电机转速、油门踏板开度和目标转速值确定电机转速的变化梯度，根据该变换梯度整车控制器按照设定的时间间隔，周期性向电机控制器发送携带转速值的电机转速指令，所述转速值＝实际电机转速+电机转速梯度。

优选地，所述的整车控制器根据当前的实际电机转速、油门踏板开度和目标转速值确定电机转速的变化梯度，包括：

当不踩油门踏板时，所述电机转速的变化梯度为转速值从当前转速按不同梯度递减，直到达到目标转速值800rpm；

当实际电机转速大于等于3000rpm时，所述电机转速的变化梯度为转速值以每周期25rpm的速度递减；

当实际电机转速大于等于2000rpm时，所述电机转速的变化梯度为转速值以每周期10rpm的速度递减；

当实际电机转速大于等于900rpm时，所述电机转速的变化梯度为转速值以每周期5rpm的速度递减；

当电机转速指令小于900rpm时，所述电机转速的变化梯度为转速值直接为800rpm。

优选地，所述的整车控制器根据当前的实际电机转速、油门踏板开度和目标转速值确定电机转速的变化梯度，包括：

当踩油门踏板时，所述电机转速的变化梯度与油门踏板开度之间的对应公式如下：

$E=\left\{\begin{array}{cc}T1& N1<<x<N2\\ T2& N2<<x<N3\\ T3& N3<<x<N4\\ & ...\end{array}\right.$

其中，E为电机转速梯度，X为油门踏板开度

根据本发明的另一个方面，提供了一种电动汽车的换档控制装置，包括：离合器、外置式空档、换档机构、整车控制器和电机控制器，所述离合器、外置式空档、换档机构和电机控制器都与所述整车控制器进行电气连接。

优选地，所述装置还包括：油门踏板，所述油门踏板与所述整车控制器进行电气连接。

优选地，所述电动汽车的整车控制器和电机控制器的控制模式包括速度模式和扭矩模式，在所述速度模式中，所述电动汽车的离合器被断开，电机的转速根据所述整车控制传输给所述电机控制器的转速值而确定；在所述扭矩模式中，所述电动汽车的离合器被接合，电机的转速根据所述电机控制器输出的扭矩而确定。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过模拟发动机的转速变化趋势，并根据电机在速度模式的扭矩输出真正创造出电动汽车的换档感觉。当换档时机合适即换档时电机转速和一轴速差小，则电机速度变化小，扭矩响应小，此时换档感觉无冲击；若换档时电机转速和车速匹配差距越大，则电机转速变化越大，扭矩响应越大，此时换档冲击感觉越明显，有效实现了电动汽车的换挡冲击。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种电动汽车的换档控制装置的连接结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种电动汽车的换挡冲击实现方法的处理流程图；

图3为当油门踏板被踩下时，油门踏板开度与电机的目标转速值的对应关系示意图；

图4为本发明实施例提供的一种当踩油门踏板时，电机转速梯度与油门踏板开度的对应关系示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例可以模拟发动机的转速变化趋势，并根据电机在速度模式的转速值输出创造出换档感觉。当换档时机合适，则换档平顺；若换档时电机转速和车速匹配不好，则会有相应换档冲击。

本发明实施例提供的一种电动汽车的换档控制装置的连接结构示意图图如图1所示，包括油门踏板、离合器、换档机构、整车控制器、电机控制器和倒车灯等。为了实现换档冲击功能，识别在档和不在档状态，在电动汽车中增加了外置式空档、倒档传感器和离合器，所述外置式空档、倒档传感器和离合器都和整车控制器进行电气连接。实现离合器状态和手动变速器档位判断功能，使电机换档的速度控制和在档的扭矩控制之间的转变成为了可能。

电动教练车采用通过控制电机工作模式的方案来施加阻力，模拟换档冲击，换档冲击通过离合器两侧传动轴速度的突变体现出来。整车控制器和电机控制器的控制模式包括速度模式和扭矩模式，在所述速度模式中，对应所述电动汽车的离合器被断开的工况，对应换挡过程，电机的转速根据所述整车控制传输给所述电机控制器的转速值而确定；在所述扭矩模式中，对应换挡过程结束的工况，所述电动汽车的离合器被接合，电机的转速根据所述电机控制器输出的扭矩和负载情况而确定。

在换档过程中一旦断开(踩下)离合器，整车控制器通知电机控制器进入速度模式，使电机的转速跟随指定的转速趋势。当换档时机合适，电机转速与车速匹配良好时，则无换档冲击；否则若转速与车速速差过大，则电机为维持当前转速而输出的扭矩即体现为换档冲击。当离合器接合后，整车控制器进入扭矩模式，恢复正常的控制。

本发明实施例电动教练车基型平台为北汽集团自主品牌BC301传统动力两厢A0级轿车，并以已经研发成熟的E150EV电动车的技术为基础，根据驾校用车的特点和要求，进行改进优化开发，增加手动变速箱和离合器，手动变速器与换档操纵机构完全沿用原汽油车机构。

本发明实施例提供的一种电动汽车的换挡冲击实现方法的处理流程如图2所示，包括如下的处理步骤：

步骤S210、整车控制器判断电动汽车的离合器被断开或者电动汽车处于空档状态后，向电动汽车的电机控制器发送速度模式指令。

整车控制器连续设定时间段(比如300ms)检测到离合器信号为低电平，则判断为离合器断开(踩下)。

整车控制器连续设定时间段(比如300ms)检测到空档信号为低电平，则判断为N(空)档。

整车控制器连续设定时间段(比如300ms)检测到R(倒车)档信号为低电平，则判断为进行R档。若当前既不是R档也不是N档，则认为是D(前进)档。

整车控制器判断既有R档信号也有N档，则认为是档位故障。

整车控制器还检测油门踏板是否踩下。

若整车控制器判断为离合器踩下或者N档，则整车控制器首先进入速度模式，整车控制器向电动汽车的电机控制器发送速度模式指令。电机控制器接收到上述速度模式指令后，也进入速度模式。在本发明实施例的速度模式中，相当于电动汽车进入换档过程。

步骤S220、整车控制器根据所述电动汽车的油门踏板开度确定电机的目标转速值。

当油门踏板没有踩下时，整车控制器确定电机的目标转速值为800rpm。

当油门踏板被踩下时，整车控制器确定电机的目标转速值与油门踏板开度一一对应，这时油门踏板开度与电机的目标转速值的对应关系如图3所示，对应关系公式如下：

Y＝kx x<N

Y＝M x≥N

X为油门踏板开度，Y为转速目标值，k为设定的比例值。在实际应用中，N可以为50％，M可以为6000rpm(X单位％，Y单位rpm)。

步骤S230、整车控制器根据当前的实际电机转速、油门踏板开度和目标转速值确定电机转速的变化梯度，根据该变换梯度整车控制器按照设定的时间间隔，周期性向电机控制器发送携带转速值的电机转速指令。

当不踩油门踏板时，电机转速指令中的转速值从当前转速按不同梯度递减，直到达到目标转速值800rpm。

当实际电机转速大于等于3000rpm时，电机转速指令中的转速值以每周期25rpm的速度递减；

当实际电机转速大于等于2000rpm时，电机转速指令中的转速值以每周期10rpm的速度递减；

当实际电机转速大于等于900rpm时，电机转速指令中的转速值以每周期5rpm的速度递减；

当电机转速指令小于900rpm时，电机转速指令中的转速值直接为800rpm。

当踩油门踏板时，电机转速指令中的转速值与油门踏板开度一一对应，并按照指定梯度逐渐增大或减小，这时电机转速梯度与油门踏板开度的对应关系如图4所示,对应关系公式如下：

$E=\left\{\begin{array}{cc}T1& N1<<x<N2\\ T2& N2<<x<N3\\ T3& N3<<x<N4\\ & ...\end{array}\right.$

其中，E为电机转速梯度，X为油门踏板开度

电机转速指令中的转速值＝实际电机转速+电机转速梯度，这时，整车控制器也按照设定的时间间隔，周期性向电机控制器发送携带转速值的电机转速指令。

电机控制器接收到上述电机转速指令后，提取电机转速指令中的转速值调整电机的转速，使电机的转速等于所述转速值。

根据当前的实际电机转速、油门踏板开度产生对应的电机扭矩限制值。

电机扭矩限制值根据当前的实际电机转速和油门踏板开度查下述表1获得。

表1换档电动扭矩最大值

电机扭矩最大值表示电机控制器根据上述转速值产生的电机扭矩的最大值，上述转速值产生的电机扭矩不能大于上述电机扭矩最大值。

步骤S140、随后，当离合器接合后，整车控制器进入扭矩模式，整车控制器向电动汽车的电机控制器发送扭矩模式指令。电机控制器接收到上述扭矩模式指令后，也进入扭矩模式。整车控制器和电机控制器恢复正常的控制。

在电动汽车中，变速箱一轴就是输入轴,与电机相连，一轴转速直接和电机转速关联。二轴就是输出轴,与传动轴和减速器相连，是动力输出轴。一轴二轴是同轴心的，二轴转速直接和车速关联。

当整车控制器和电机控制器都进入扭矩模式的时刻，相当于换档结束的时刻，一轴转速和二轴转速匹配(即基本相等)，则电机转速和车速匹配，则换档平顺。

若换档时电机，一轴转速和二轴转速不匹配，即转速和车速不匹配，则会有相应换档冲击，换档冲击通过传动轴转到的速度的突变体现出来。

例如，一档传动比(包含主减速器速比)为125，二档72，车速为20km/h的情况。假设车在二档，准备换一档。当离合器未脱开时或脱开瞬间：二轴转速为72×20＝1400rpm，一轴转速为1400rpm，则一轴二轴速度匹配。

当离合器脱开后，由二档换上一档：二轴转速变为125×20＝2500rpm；(因为车速不变)；此时若一轴转速不变仍为1400rpm，则和二轴已经不一致了，离合器接合时会由于传动轴转到的速度的突变产生冲击，一轴会被动地被二轴的速度增加至2500，扭矩响应大。此时若一轴转速通过踩油门也使之增加到2500rpm,则和二轴一致了，离合器再接合，则一轴二轴转速匹配，电机速度变化小，扭矩响应小，换挡过程非常平稳。

综上所述，本发明实施例通过模拟发动机的转速变化趋势，并根据电机在速度模式的扭矩输出真正创造出电动汽车的换档感觉。当换档时机合适即换档时电机转速和车速匹配，则电机速度变化小，扭矩响应小，此时换档感觉无冲击；若换档时电机转速和车速匹配差距越大，则电机转速变化越大，扭矩响应越大，此时换档冲击感觉越明显，有效实现了电动汽车的换挡冲击。

本发明实施例的电动教练车采用通过控制电机工作模式的方案来施加阻力，模拟换档冲击，换档冲击通过离合器两侧传动轴速度的突变体现出来。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种电动汽车的换挡冲击实现方法，其特征在于，所述方法包括：

电动汽车的整车控制器判断所述电动汽车的离合器被断开或者所述电动汽车处于空档状态后，根据所述电动汽车的油门踏板开度确定电机的目标转速值；

所述整车控制器根据当前的实际电机转速、油门踏板开度和所述目标转速向电机控制器发送携带转速值的电机转速指令，所述电机控制器根据所述电机转速指令中的转速值调整电机的转速；

当所述电动汽车的离合器接合后，所述电机的转速和所述电动汽车的当前车速不匹配时，通过所述离合器两侧传动轴速度突变来表示换档冲击。

2.根据权利要求1所述的电动汽车的换挡冲击实现方法，其特征在于，所述的电动汽车的整车控制器判断所述电动汽车的离合器被断开或者所述电动汽车处于空档状态，包括：

所述整车控制器连续设定时间段检测到离合器信号为低电平，则判断所述离合器被断开；

所述整车控制器连续设定时间段检测到空档信号为低电平，则判断所述电动汽车处于空档状态；

整车控制器还检测油门踏板是否踩下。

3.根据权利要求1所述的电动汽车的换挡冲击实现方法，其特征在于，所述的根据所述电动汽车的油门踏板开度确定电机的目标转速值，包括：

当油门踏板被踩下时，所述整车控制器确定电机的目标转速值与油门踏板开度之间的对应公式如下：

Y＝kx x<N

Y＝M x≥N

X为油门踏板开度，Y为转速目标值

当油门踏板没有踩下时，所述整车控制器确定电机的目标转速值为800rpm。

4.根据权利要求1至3任一项所述的电动汽车的换挡冲击实现方法，其特征在于，所述的整车控制器根据当前的实际电机转速、油门踏板开度和所述目标转速向电机控制器发送携带转速值的电机转速指令，包括：

所述整车控制器根据当前的实际电机转速、油门踏板开度和目标转速值确定电机转速的变化梯度，根据该变换梯度整车控制器按照设定的时间间隔，周期性向电机控制器发送携带转速值的电机转速指令，所述转速值＝实际电机转速+电机转速梯度。

5.根据权利要求4所述的电动汽车的换挡冲击实现方法，其特征在于，所述的整车控制器根据当前的实际电机转速、油门踏板开度和目标转速值确定电机转速的变化梯度，包括：

当不踩油门踏板时，所述电机转速的变化梯度为转速值从当前转速按不同梯度递减，直到达到目标转速值800rpm；

当实际电机转速大于等于3000rpm时，所述电机转速的变化梯度为转速值以每周期25rpm的速度递减；

当实际电机转速大于等于2000rpm时，所述电机转速的变化梯度为转速值以每周期10rpm的速度递减；

当实际电机转速大于等于900rpm时，所述电机转速的变化梯度为转速值以每周期5rpm的速度递减；

当电机转速指令小于900rpm时，所述电机转速的变化梯度为转速值直接 为800rpm。

6.根据权利要求4所述的电动汽车的换挡冲击实现方法，其特征在于，所述的整车控制器根据当前的实际电机转速、油门踏板开度和目标转速值确定电机转速的变化梯度，包括：

当踩油门踏板时，所述电机转速的变化梯度与油门踏板开度之间的对应公式如下：

其中，E为电机转速梯度，X为油门踏板开度 。

7.一种电动汽车的换档控制装置，其特征在于，包括：离合器、外置式空档、换档机构、整车控制器和电机控制器，所述离合器、外置式空档、换档机构和电机控制器都与所述整车控制器进行电气连接。

8.根据权利要求7所述的电动汽车的换档控制装置，其特征在于，所述装置还包括：油门踏板，所述油门踏板与所述整车控制器进行电气连接。

9.根据权利要求7或8所述的电动汽车的换档控制装置，其特征在于，所述电动汽车的整车控制器和电机控制器的控制模式包括速度模式和扭矩模式，在所述速度模式中，所述电动汽车的离合器被断开，电机的转速根据所述整车控制传输给所述电机控制器的转速值而确定；在所述扭矩模式中，所述电动汽车的离合器被接合，电机的转速根据所述电机控制器输出的扭矩而确定。