CN106043273A - 一种混合动力汽车的离合器自标定方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混合动力汽车的离合器自标定方法及其应用，本离合器自标定方法的步骤包括：判断混合动力汽车是否满足自标定条件；完全分离离合器并将变速箱挂空挡；根据行驶工况选择转速适用的标定模式或转矩适用的标定模式，观测并记录标定参数达到阈值时的离合器半接合点位置；电机卸载，离合器逐渐分离，整车断电，标定结束。本发明可以根据行驶工况选择转速适用的标定模式或转矩适用的标定模式，观测并记录标定参数达到阈值时的离合器半接合点位置，借助整车现有的设备实现离合器半接合点位置的自动标定，还可以规避实际工况中传感器的干扰因素。
Description
技术领域
本发明涉及混合动力汽车的离合器自标定技术领域，尤其涉及一种混合动力汽车的离合器自标定方法及其应用。
背景技术
通常，我们把离合器传递的转矩开始克服整车的阻力矩而起步时的离合器位置称为离合器的半接合点。离合器半接合点的位置参数常用于整车控制器HCU或变速箱控制器TCU对变速执行机构的指令控制，也常用于变速换挡过程的动力学模型分析，因而具有重要的研究意义。单轴并联式混合动力汽车在长期使用过程中，离合器由于磨损、温差等因素会造成半接合点位置发生变化，从而导致离合器接合不充分或分离延迟，不能传递足够的转矩，从而严重影响换挡质量和车辆起动性。因此，有关离合器自动标定技术的研究显得很有必要。
电动机控制单元MCU(motor control unit)可实时调节电动机的转矩或转速，变速箱控制单元TCU(transmission control unit)负责控制换挡过程中的离合器分离接合、选挡、挂挡，发动机控制单元ECU(engine control unit)调节输出转矩或转速，而整车控制器HCU(hybrid control unit)主要负责解释驾驶员意图(如加速、制动等)，并生成相应的控制指令传递给各个控制单元，同时协调各个控制器之间的信息交换。HCU与各控制器之间通过CAN网络协议通讯。
对于多数的AT(液力变矩器自动变速箱)来说，大多数是通过人为调整离合器踏板的自由行程来解决此技术问题，然而，这种机械式的调整方法过程比较繁琐、精度不高、不能适应离合器的关键位置变化，而且，若人为调整误差过大，会加剧离合器的磨损。
对于AMT(电控式机械自动变速箱)车辆，现有的技术主要有以下两类：一种是采用电控自学习，这种方法需要重复标定，浪费时间，其间还需要技术人员参与操作；而且由于控制器的不同，重复标定后可能要重新下载文件，给客户和工作人员带来许多麻烦。另一种是设置专门的自标定装置来多次测量离合器的半接合点位置，再加权求平均值。这种方法没有严格界定离合器半接合点的概念，其最终测得的是主从动盘同步时的离合器位置，而不是汽车克服行驶阻力开始起步时离合器位置(即半接合点位置)，从而产生标定误差，而这种误差相对于离合器磨损量，是不足以被忽视的；而且，该方法未充分利用整车现有的控制设备(如HCU、TCU等)，而是设置专门的标定装置，从而不可避免地增加了整车重量和成本；另外，值得一提的是，离合器位置传感器易受车辆行驶振动、温度变化、电磁干扰等不可抗因素的影响，该方法也没有提供规避措施以提高测量精度。
因此，如何借助整车现有的设备实现离合器半接合点位置的自动标定，如何尽可能规避实际工况中传感器的干扰因素，是本领域技术人员亟待解决的课题。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种混合动力汽车的离合器自标定方法及其应用，用以利用现有整车设备实现离合器半接合点位置的自动标定，并尽可能规避实际工况中传感器的干扰因素的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种混合动力汽车的离合器自标定方法其特征在于，该离合器自标定方法的步骤包括：
S1、判断混合动力汽车是否满足自标定条件；
S2、完全分离离合器并将变速箱挂空挡；
S3、根据行驶工况选择转速适用的标定模式或转矩适用的标定模式，观测并记录标定参数达到阈值时的离合器半接合点位置；
S4、电机卸载，离合器逐渐分离，整车断电，标定结束。
步骤S1中，自标定条件需同时满足：
位移传感器测得的主动盘与从动盘同步转动时离合器位置与TCU上一次标定时的离合器位置的累积偏差超出允许范围；
钥匙开关处于OFF位，即发动机停止，驱动轮停转。
跟已有的标定技术不同，本自动标定系统选择在钥匙开关处于OFF位后启动，此时汽车停止，驾驶员也可以不在驾驶室，避开了汽车行驶因素(如振动、噪声等)对标定结果的影响，也不占用汽车起步时间，完全自动化。当传感器测得的离合器位置参数与TCU现在存档的离合器位置参数的偏差超过允许的范围，可以认为现在TCU存档的离合器位置不是有效传递转矩的最佳结合点，因而需要更新；但同时，又不能直接将此时传感器所测得的离合器位置点当作最佳接合点，因为那不是半接合点，而是主从动盘已同步了的点，不具有参考价值。因此，在此预标定条件的基础上，通过其他途径测得半接合点。
步骤S2的步骤包括：
S21、传感器将离合器的位置信息、变速器的挡位信息反馈给TCU单元，通过与目标状态对比，根据偏差再次发送离合器分离指令给离合器执行机构，发送空挡指令给换挡执行机构；
S22、当传感器反馈的离合器位置信息和变速器的挡位信息与目标状态的偏差处在允许的范围内，则认为离合器分离完全，变速器挂上空挡，否则重复步骤S21。
如果自标定条件满足，TCU会发送离合器分离指令给离合器执行机构，发送空挡指令给变速器执行机构。在此过程中，相关传感器会实时反馈离合器的位置信息和变速器的挡位信息给TCU，以确保执行机构正确执行命令，直到离合器完全分离，变速箱挂上空挡。
步骤S3中，正常的行驶工况默认选择所述转速适用的标定模式；在某些大负载、急加速的工况下，驾驶员可手动切换到转矩适用的标定模式。TCU可以通过相应的开关信号来判断驾驶员选用了何种标定模式。两种标定模式的设计更具针对性，能很好适用不同工况下的离合器参数的自标定。经常工作在大负载、急加速工况下的车辆(如跑车、重卡等)对扭矩响应的实时性和精确性都有很高要求，标定工作也更频繁。转矩标定模式由于具有稳定的转矩响应特性，在标定时更能使离合器和电机的传动过程与实际工况一致，从而减小标定误差。
大负载工况为汽车负载达到汽车额定负载的50％，或汽车拖动拖车；急加速工况为汽车启动加速或制动减速时产生的加速度大于重力加速度的一半。
转速适用的标定模式的步骤包括：
S311、混合动力汽车的电机以小转矩加速到恒定转速Wm；
S312、缓慢接合离合器，在此过程中控制电机转速不变；
S313、观测并记录电机的转矩T；
S314、当电机转矩与目标转矩Tg相同时，记录此时的离合器位置作为半接合点。
转矩适用的标定模式的步骤包括：
S321、混合动力汽车的电机加速到目标转速Wg和目标转矩Tg；
S322、缓慢接合离合器，在此过程中控制电机转矩不变；
S323、观测并记录电机转速W；
S324、当电机转速下降到目标转速Wg的一半时，记录此时的离合器位置作为半接合点。
恒定转速Wm满足：
Wg为目标转速。
目标转速
PN为电动机额定功率；
目标转矩
G为整车重量，α为坡度角，f为滚动阻力系数，ig为变速箱传动比，io为主减速器传动比，γT为传动系效率，r为车轮半径。
由汽车理论的相关知识可知，目标转矩Tg即为汽车克服阻力矩并开始起步的驱动力矩，将其作为电动机转矩变化的阈值，可以准确测得半接合点位置。上述参数可以预先输入变速箱控制器TCU中，通过观测并记录电动机的输出转矩达到阈值时的离合器位置，即可方便获得半接合点位置。在转速适用标定模式下，电动机总能在ECU的控制下实现恒转速运转。这种通过电动机的转矩变化情况来间接确定半接合点位置的方法，操作简单，测试结果较直接测量更准确。
在转矩使用模式中，转速W较小时，转矩T将趋近于摩擦力矩，即目标转矩全部传递出去用于驱动了，此时对应着离合器半结合点，然而，为了不让电动机停止转动，同时又预留足够转速来避开误差影响(转速过低时静态误差的影响力增强)，不应该采用转速过低的点，由实验可知，当W下降到时，转速的下降率显著加快，可以认为此时离合器开始有效传递较大的转矩了，且预留的转速空间足以避开静态误差影响，满足半结合点的判断要求。在转矩使用标定模式中，可认为电动机总能在ECU的控制下实现恒转矩运转。
一种混合动力汽车的离合器自标定方法的应用，以上混合动力汽车的离合器自标定方法，在单轴并联的混合动力汽车的发动机和电动机之间离合器的应用。
本发明有益效果如下：
用上述方法测得的离合器半接合点位置参数替换TCU中现有的参数，实现半接合点参数的自动标定和更新，下次换挡时，TCU能发出正确的位移指令给离合器执行机构，实现快速、准确的分离或接合；本发明还仅仅借助整车现有的设备(ECU、HCU、TCU等)即可实现离合器半接合点位置的自动标定，无需其他外加设备，保证整车重量和成本；本发明标定过程完全自动化，无需其他技术人员参与，不会因人为因素产生标定误差；此外，本发明的标定过程是在汽车发动机停止的过程中完成的，尽可能地规避实际工况中传感器受车辆行驶振动、温度变化、电磁干扰等不可抗因素的影响。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的特征和优点从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本混合动力汽车的离合器自标定方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
一种混合动力汽车的离合器自标定方法，该离合器自标定方法的具体步骤如下：
S1、判断混合动力汽车是否满足自标定条件。自学习条件包括：位移传感器测得的离合器位置与TCU上一次标定时的离合器位置的累积偏差超出允许范围(在所述范围内，可认为发动机输出的转矩能全部传递到变速器中)；钥匙开关处于OFF位。虽然钥匙开关处于OFF位，但整车依然通电，标定系统仍可正常工作，只是发动机停转，驱动轮停止。这就避免了行车或起步标定时的诸多影响因素(如起步震动，功能干涉等)，也不用延长起步时间。在初次启用自标定方案时，标定系统预先执行一次标定，将获得的离合器位置信息存入TCU中，下一次的标定则以这个位置信息作参照，若二者的偏差超过允许范围，则认为满足自标定条件，继续下列步骤。若偏差可以接受，则自动终止标定程序，整车断电，车辆完全停止。
S2、完全分离离合器并将变速箱挂空挡。在满足自标定条件下，TCU控制离合器完全分离，变速箱挂空挡。在此过程中，相关传感器会实时反馈离合器的位置信息和变速器的挡位信息给TCU，以确保执行机构正确执行命令，直到离合器完全分离，变速箱挂上空挡。
S21、传感器将离合器的位置信息、变速器的挡位信息反馈给TCU单元，通过与目标状态对比，根据偏差再次发送离合器分离指令给离合器执行机构，发送空挡指令给换挡执行机构。
S22、当传感器反馈的离合器位置信息和变速器的挡位信息与目标状态的偏差处在允许的范围内，则认为离合器分离完全，变速器挂上空挡，否则重复步骤S21。
S3、根据行驶工况选择转速适用的标定模式或转矩适用的标定模式，观测并记录标定参数达到阈值时的离合器半接合点位置。一般情况下，自标定系统默认选择转速标定模式，但如果车辆经常运行在大负载或频繁急加减速的工况下，驾驶员可以手动选择转矩标定模式。TCU可以根据相应的开关信号来判断驾驶员选用了何种标定方式。两种标定模式的设计更具针对性，能很好适用不同工况下的离合器参数的自标定。
转速适用的标定模式的步骤包括：
S311、混合动力汽车的电机以小转矩加速到恒定转速Wm。对于单轴并联混合动力汽车来说，当离合器完全分离、变速器挂空挡时，离合器从动盘、电动机转轴和变速箱输入轴就连为一体了。启动电动机，通过ECU控制，总能使电动机克服自身阻力矩，以较小转矩维持稳定转速Wm运行。
S312、缓慢接合离合器，在此过程中控制电机转速不变。当离合器缓慢接合时，相当于电动机反拖发动机，为了使发动机不被拖动反转，需设置电动机转矩阈值，也即目标转矩Tg。由于在接合过程中加入了摩擦阻力矩，为了维持电动机恒速运转，电动机输出转矩也会随之增加。观测电动机输出转矩的变化情况。
S313、观测并记录电机的转矩T。
S314、当电机转矩与目标转矩Tg相同时，记录此时的离合器位置作为半接合点。当电动机输出转矩增加到阈值时，可认为发动机即将被反拖转动，此时对应着离合器半接合点位置。记录下此时的离合器位置参数信息，并用其更新TCU中现有的离合器半接合点参数。
转矩适用的标定模式的步骤包括：
S321、混合动力汽车的电机加速到目标转速Wg和目标转矩Tg。目标转速Wg和目标转矩Tg的计算公式如前文所示。将电动机加速到目标转矩Tg，记录此时对应的目标转速Wg。
S322、缓慢接合离合器，在此过程中控制电机转矩不变。接合过程中加入了摩擦阻力矩，由刚体转动微分方程可知，在输出转矩不变的情况下，外加阻力矩会使得电动机的转速下降。在转矩标定模式中，电动机总能在ECU的控制下实现恒转矩运转。观测电机转速的变化情况。
S323、观测并记录电机转速W。
S324、当电机转速下降到目标转速Wg的一半时，记录此时的离合器位置作为半接合点。选择1/2Wg作为转速变化阈值，是考虑到不让电机停转，同时又预留足够转速来避开误差影响。另外，虽然此时的恒转矩Tg对应着发动机即将被反拖时的力矩，但离合器接合过程中，电动机输出转矩Tg传递到发动机不是瞬间完成的，而是随着主从动盘接合越紧密，转速下降，传递的转矩逐渐增加的。有理论研究表明，当转速下降到约一半时，可以认为从动盘接受了主动盘的全部力矩Tg，此时的转速对应着离合器半接合点位置。记录下此刻的离合器位置参数信息，并用其更新现有的半接合点参数。
选择以上其中一种模式进行离合器半结合点标定后。
S4、电机卸载，离合器逐渐分离，整车断电，标定结束。
目标转速
PN为电动机额定功率。
目标转矩
G为整车重量，α为坡度角，f为滚动阻力系数，ig为变速箱传动比，io为主减速器传动比，γT为传动系效率，r为车轮半径。
对单轴并联的混合动力汽车进行台架测试，并在测试中进行其离合器半结合点的标定。测试汽车的参数如下表
表1汽车台架基本参数表
| 参数名称 | 参数数值 |
| 整备质量+载质量G | 1600kg |
| 滚动阻力系数f | 0.012 |
| 车轮半径r | 0.455m |
| 主减速比io | 6.2 |
| 变速器档位减速比ig | 4.406:2.446:1.481:1 |
| 电机额定功率PN | 100kW |
| 电机最大转速Wmax | 4500r/min |
| 电机额定转矩TN | 550N*m |
| 电池容量/电压 | 87A*h/3.8V |
| 电池组容量/电压/能量 | 348A*h/532V/185kW*h |
| 坡角α | 0° |
| 变速器传动效率γT | 90％ |
根据以上参数可以对被测汽车进行离合器半结合点标定，标定模式选用转速适用的标定模式。本发明方法标定过程中，被标定汽车并未启动发动机，离合器半结合点位置准确，标定并未使用其他附加设备，只使用了被标定汽车的自身设备。
综上所述，本发明实施例提供了一种混合动力汽车的离合器自标定方法及其应用。用本发明方法测得的离合器半接合点位置参数替换TCU中现有的参数，实现半接合点参数的自动标定和更新，下次换挡时，TCU能发出正确的位移指令给离合器执行机构，实现快速、准确的分离或接合；本发明还仅仅借助整车现有的设备(ECU、HCU、TCU等)即可实现离合器半接合点位置的自动标定，无需其他外加设备，保证整车重量和成本；本发明标定过程完全自动化，无需其他技术人员参与，不会因人为因素产生标定误差；此外，本发明的标定过程是在汽车发动机停止的过程中完成的，尽可能地规避实际工况中传感器因车辆行驶震动、温度变化、电磁干扰等不可抗因素的影响的干扰因素。相应的使用本发明的一种单轴并联的混合动力汽车，具备以上对所述优点，离合器反应迅速准确，避免了离合器的磨损，延长了车辆的寿命。
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。
Claims (10)
1.一种混合动力汽车的离合器自标定方法，其特征在于，该离合器自标定方法的步骤包括：
S1、判断混合动力汽车是否满足自标定条件；
S2、完全分离离合器并将变速箱挂空挡；
S3、根据行驶工况选择转速适用的标定模式或转矩适用的标定模式，使用汽车自带设备观测并记录标定参数达到阈值时的离合器半接合点位置；
S4、电机卸载，离合器逐渐分离，整车断电，标定结束。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车的离合器自标定方法，其特征在于，所述步骤S1中，自标定条件需同时满足：
位移传感器测得的主动盘与从动盘同步转动时离合器位置与TCU上一次标定时的离合器位置的累积偏差超出允许范围；
钥匙开关处于OFF位，即发动机停止，驱动轮停转。
3.根据权利要求1所述的混合动力汽车的离合器自标定方法，其特征在于，所述步骤S2的步骤包括：
S21、传感器将离合器的位置信息、变速器的挡位信息反馈给TCU单元，通过与目标状态对比，根据偏差再次发送离合器分离指令给离合器执行机构，发送空挡指令给换挡执行机构；
S22、当传感器反馈的离合器位置信息和变速器的挡位信息与目标状态的偏差处在允许的范围内，则认为离合器分离完全，变速器挂上空挡，否则重复步骤S21。
4.根据权利要求1所述的混合动力汽车的离合器自标定方法，其特征在于：步骤S3中，正常的行驶工况默认选择所述转速适用的标定模式；在某些大负载、急加速的工况下，驾驶员可手动切换到转矩适用的标定模式。
5.根据权利要求4所述的混合动力汽车的离合器自标定方法，其特征在于，所述大负载工况为汽车负载达到汽车额定负载的50％，或汽车拖动拖车；所述急加速工况为汽车启动加速或制动减速时产生的加速度大于重力加速度的一半。
6.根据权利要求4所述的混合动力汽车的离合器自标定方法，其特征在于，所述转速适用的标定模式的步骤包括：
S311、混合动力汽车的电机以小转矩加速到恒定转速Wm；
S312、缓慢接合离合器，在此过程中控制电机转速不变；
S313、观测并记录电机的转矩T；
S314、当电机转矩与目标转矩Tg相同时，记录此时的离合器位置作为半接合点。
7.根据权利要求4所述的混合动力汽车的离合器自标定方法，其特征在于，所述转矩适用的标定模式的步骤包括：
S321、混合动力汽车的电机加速到目标转速Wg和目标转矩Tg；
S322、缓慢接合离合器，在此过程中控制电机转矩不变；
S323、观测并记录电机转速W；
S324、当电机转速下降到目标转速Wg的一半时，记录此时的离合器位置作为半接合点。
8.根据权利要求6所述的混合动力汽车的离合器自标定方法，其特征在于，所述恒定转速Wm满足：
Wg为目标转速。
9.根据权利要求7或8所述的混合动力汽车的离合器自标定方法，其特征在于：
目标转速
PN为电动机额定功率；
目标转矩
G为整车重量，α为坡度角，f为滚动阻力系数，ig为变速箱传动比，io为主减速器传动比，γT为传动系效率，r为车轮半径。
10.一种混合动力汽车的离合器自标定方法的应用，其特征在于，权利要求1-9任一所述的混合动力汽车的离合器自标定方法，在单轴并联的混合动力汽车的发动机和电动机之间离合器的应用。
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