CN105644553A - 一种混合动力客车amt最佳动力性换档系统及换挡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力客车AMT最佳动力性换档系统及换挡方法，混合动力客车包括发动机、电机、变速箱ATM和整车控制器，所述发动机与电机之间由自动离合器连接，变速箱AMT输入轴与电机输出轴设计成一个整体，整车控制器HCU分别通过CAN总线连接发动机控制单元ECU、电机控制单元MCU和变速箱控制单元TCU；整车控制器HCU对发动机的油门开度、电机的转矩、自动离合器分合状态以及换档执行动作进行协调控制。本发明结合混合动力系统不同于传统车的特点，制定出更符合插电式混合动力车本身的动力性换档规律，与现有的换档规律相比，本发明是以最佳的动力型换档规律控制换档，使混合动力车的动力性能得以充分利用。

Description

一种混合动力客车AMT最佳动力性换档系统及换挡方法

技术领域

本发明涉及混合动力车辆控制，特别涉及一种混合动力客车AMT最佳动力性换档系统及换挡方法。

背景技术

插电式混合动力系统包括发动机驱动系统和电机驱动系统，与传统车相比要多一套。由于电机的工作状态随工况变化而不断调整，进而影响了发动机的工作状态，也间接影响到换档规律的研究工作。此外由于其添加了电气系统，质量和载荷的分布也会产生较大变化，整车的动力性能也会受到影响。基于以上分析，混合动力汽车的换档规律具有自己的特点，需要结合其自身特点进行相应的改进和创新。

变速器的换档规律是汽车各排档间自动换档时刻随控制参数变化的规律。换档规律的好坏直接影响汽车的动力性能。换档规律的合理设计，也可避免驾驶员对换档时刻的选择不当。根据控制参数不同传统换档规律的研究可分为单参数、两参数、三参数法。

单参数换档规律多选用车速u_a作为控制参数，控制系统结构简单，但没有考虑油门开度的变化，不能实现驾驶员干预换档。油门开度较小时，升档点也对应着发动机的最高转速，换档噪声大，目前已很少采用。

两参数换档规律多选用车速u_a和油门开度α联合控制。油门开度的大小，代表驾驶员是否想要获取大的动力性，故除车速外，油门开度也是换档需考虑的重要因素。与单参数法相比，两参数法能够获得更好的动力性，应用较广泛。

三参数换档规律以非稳态实验数据为基础，更符合车辆实际运行工况。但其制定过程中，需要大量的发动机非稳态工作的试验数据。在混合动力车中，还要考虑电驱动系统的影响，大大增加了换档策略的复杂程度使其难于应用在实际车辆的控制中。

发明内容

本发明目的是：提供一种混合动力客车AMT最佳动力性换档系统及换挡方法，实现更优的换档控制，优化混合动力车的传动性能，提高车辆的动力性和乘坐舒适性。

本发明的技术方案是：

一种混合动力客车AMT最佳动力性换档系统，适用于插电并联式混合动力客车，所述插电并联式混合动力客车包括发动机、电机、变速箱ATM和整车控制器，所述发动机与电机之间由自动离合器连接，所述换档系统将变速箱AMT输入轴与电机输出轴设计成一个整体，整车控制器HCU分别通过CAN总线连接发动机控制单元ECU、电机控制单元MCU和变速箱控制单元TCU；驾驶员通过踏板和操纵杆向整车控制器表达控制意图，由整车控制器HCU对发动机的油门开度、电机的转矩、自动离合器分合状态以及换档执行动作进行协调控制。

一种混合动力客车AMT最佳动力性换档方法，在汽车的行驶加速度曲线上取某一发动机油门开度和电机等效油门开度下，相邻两档加速度曲线的交点处所对应的控制参数值即为动力性换档点，即换档前后加速度相等；所有发动机油门开度和电机等效油门开度下换档车速的组合即为该档的最佳动力性换档策略。

最佳动力性换档规律的制取步骤如下：

S1、处理发动机数据：通过台架试验获得发动机的扭矩特性试验数据，利用最小二乘法将其拟合为关于转速的二次曲线；

S2、处理电机数据：电机转矩特性曲线也可拟合为关于转速的二次曲线，然后将发动机与电机扭矩求和；最终，利用汽车动力学公式，将转矩曲线转变为驱动力曲线；

S3、求取换档点：通过MATLAB编写程序，求出同一油门开度下相邻两档加速度相等时的交点，此交点对应的车辆行驶速度u_a即为在此油门开度下行驶时的换档车速；编写程序时，所求得的换档车速u_a满足条件：

$u_{\min }^{n+1}\≤u_a\≤u_{\max }^n$

式中：为n+1档的最低车速；为n档的最高车速；

S4、求取换档规律：重复步骤S1、S2分别计算各油门开度下的换档车速，将所得换档点拟合为一条关于油门开度α和车速u_a的曲线，即为n档升到n+1档的动力性换档规律；降档规律则利用等延迟换档规律，编写程序进行计算；

S5、制定换档曲线；重复上述步骤，即求得其他档位间的最佳动力性换档规律，完成换档曲线的制定。

本发明的优点是：

本发明所提供的混合动力客车AMT最佳动力性换档系统及换挡方法，结合混合动力系统不同于传统车的特点，制定出更符合插电式混合动力车本身的动力性换档规律，与现有的换档规律相比，本发明是以最佳的动力型换档规律控制换档，使混合动力车的动力性能得以充分利用。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明所适用的插电并联式混合动力客车整车系统图；

图2是本发明所述混合动力系统中AMT基本控制图；

图3是本发明的混合动力客车AMT最佳动力性换档系统开发流程图；

图4是本发明实施例中三档升四档的三参数动力性换档曲线图。

具体实施方式

如图1和2所示，本发明所揭示的混合动力客车AMT最佳动力性换档系统，适用于插电并联式混合动力客车，所述插电并联式混合动力客车包括发动机、电机、变速箱ATM和整车控制器，所述发动机与电机之间由自动离合器连接，所述换档系统将变速箱AMT输入轴与电机输出轴设计成一个整体，既提高了可靠性、减轻整车重量，又降低了成本，也是该系统的典型特点。整车控制器HCU分别通过CAN总线连接发动机控制单元ECU、电机控制单元MCU和变速箱控制单元TCU；驾驶员通过踏板和操纵杆向整车控制器表达控制意图，由整车控制器HCU对发动机的油门开度、电机的转矩、自动离合器分合状态以及换档执行动作进行协调控制，并最终通过电子控制系统实现对AMT系统的自动控制，以获得优良的行驶性能、平稳起步性能和迅速换档的能力，达到驾驶员所期望的结果。

本发明是在传统两参数换档规律的基础上，再考虑电机等效油门开度而制定出的插电式混合动力客车AMT最佳动力性换档规律，具体实施流程如图3所示。

下面以三档升四档最佳动力性换档规律为例，具体介绍实施方法：

1.在发动机稳态台架试验中，测得不同油门开度下发动机转矩与转速的部分点值。利用最小二乘法将发动机转矩特性拟合为二次曲线关系，精度可满足要求，得到发动机的稳态转矩数学模型。由于发动机转速与汽车行驶车速之间存在关系，即可转换为转矩关于车速u_a的二次函数关系式。对于任一节气门开度下的发动机转矩曲线可表示为:

T_e＝a_ev_e ²+b_ev_e+c_e

2.在插电式混合动力客车上电机控制器的输入信号是电机的扭矩控制命令，我们将把它量化到区间[0，100]上，即为电机的等效油门开度。当离合器结合时，发动机转速与电机转速相同。根据电机转矩特性数据，设置等效油门开度将其拟合为关于车速的二次曲线。

3.由于插电式混合动力客车存在两套动力系统，不同的工作模式对应的动力源不同，各驱动模式下动力源输出的总转矩Ta为：

(1)发动机—电机联合驱动：T_a＝T_e+T_m

(2)发动机驱动：T_a＝T_e

(3)发动机驱动一电机发电模式：T_a＝T_e-T_m

(4)纯电机驱动：T_a＝T_m

4.F_t(n)为变速器第n档时车辆的驱动力，由于本车的电机安置于变速器的前端，因此可以参照传统车驱动力公式可写成：

$F_{t\left(n\right)}=\frac{T_a{i}_{g\left(n\right)}{i}_0\mathrm{\η}}{r_w}$

式中，T_a为混合动力客车动力源输出的转矩之和，i_g(n)为变速箱n档传动比，i₀为主减速器传动比，r_w为车轮半径，η为传动系的机械效率。

5.根据汽车行驶方程式可得，n档和n+1档时车辆的加速度。根据a_n＝a_n+1展开计算，利用MATLAB软件编写程序，求得最佳动力性换档点。最终所求得动力性换档规律曲线如图4所示，图4表明了3档升4档时，换当车速随发动机油门开度与电机等效油门开度的变化而变化的规律。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种混合动力客车AMT最佳动力性换档系统，适用于插电并联式混合动力客车，所述插电并联式混合动力客车包括发动机、电机、变速箱ATM和整车控制器，所述发动机与电机之间由自动离合器连接，其特征在于：所述换档系统将变速箱AMT输入轴与电机输出轴设计成一个整体，整车控制器HCU分别通过CAN总线连接发动机控制单元ECU、电机控制单元MCU和变速箱控制单元TCU；驾驶员通过踏板和操纵杆向整车控制器表达控制意图，由整车控制器HCU对发动机的油门开度、电机的转矩、自动离合器分合状态以及换档执行动作进行协调控制。

2.一种混合动力客车AMT最佳动力性换档方法，其特征在于：在汽车的行驶加速度曲线上取某一发动机油门开度和电机等效油门开度下，相邻两档加速度曲线的交点处所对应的控制参数值即为动力性换档点，即换档前后加速度相等；所有发动机油门开度和电机等效油门开度下换档车速的组合即为该档的最佳动力性换档策略。

3.根据权利要求2所述的混合动力客车AMT最佳动力性换档方法，其特征在于：最佳动力性换档规律的制取步骤如下：

S1、处理发动机数据：通过台架试验获得发动机的扭矩特性试验数据，利用最小二乘法将其拟合为关于转速的二次曲线；

S2、处理电机数据：电机转矩特性曲线也可拟合为关于转速的二次曲线，然后将发动机与电机扭矩求和；最终，利用汽车动力学公式，将转矩曲线转变为驱动力曲线；

S3、求取换档点：通过MATLAB编写程序，求出同一油门开度下相邻两档加速度相等时的交点，此交点对应的车辆行驶速度u_a即为在此油门开度下行驶时的换档车速；编写程序时，所求得的换档车速u_a满足条件：

$u_{\min }^{n+1}\≤u_a\≤u_{\max }^n$

式中：为n+1档的最低车速；为n档的最高车速；

S4、求取换档规律：重复步骤S1、S2分别计算各油门开度下的换档车速，将所得换档点拟合为一条关于油门开度α和车速u_a的曲线，即为n档升到n+1档的动力性换档规律；降档规律则利用等延迟换档规律，编写程序进行计算；

S5、制定换档曲线；重复上述步骤，即求得其他档位间的最佳动力性换档规律，完成换档曲线的制定。