CN107532708B - 用于控制同步和换挡的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制主轴上旋转的小齿轮(6)的同步的方法，该主轴由车辆的牵引机器驱动、并且被旋转地连接至不具有同步机构的平行轴齿轮箱的副轴，该方法通过在将该小齿轮联接至该主轴之前给该牵引机器发送转矩命令(T)来进行控制，该转矩命令取决于转矩信号(T)，该转矩信号被计算成使在主轴速度(ω)与副轴速度(ω)乘以这两个轴间的减速比(K)之间的差值(σ)最小化，其特征在于，由该副轴的加速度(θ)对所计算的转矩(T)进行修正以构造中间信号(T*)，从而允许由该牵引机器供应的能量使该速度差值(σ)最小化。

Description

用于控制同步和换挡的方法
技术领域
本发明涉及车辆的齿轮箱中的换挡控制，该车辆具有至少一个能量源，如热牵引发动机和/或电动牵引机器。
本发明提出了一种用于控制主轴上的旋转小齿轮的同步的方法，该主轴由车辆的牵引机器驱动、并且被旋转地连接至具有平行轴并且不具有同步机构的齿轮箱的副轴，该方法通过在将该小齿轮联接至该主轴之前给该牵引机器发送转矩命令来进行控制，该转矩命令取决于转矩信号，该转矩信号被计算成使在主轴速度与副轴速度乘以这两个轴间的减速比之间的差值最小化。
本发明还提出了一种用于换挡的方法，该方法包括使轴与小齿轮的速度同步的第一阶段以及联接的第二阶段。
本发明适用于任何平行轴变速器，其中尤其在电动和混合动力单元中通过在没有同步环的情况下移动联接装置来产生比率变化。
背景技术
如果通过锁定滑动齿轮来联接到小齿轮的系统不具有机械同步装置，则可以通过控制齿轮箱的主轴速度使旋转元件同步。这种控制形式需要通过牵引机器对主轴速度进行精确控制，以便避免转矩变动。
公开文件DE 10 2006 019 239披露了一种用于使用小齿轮的轴来控制小齿轮的同步的方法。为了提供平滑联接，电动牵引机器的转矩被保持在高常数值处直至速度之间的差值减小至低于一定阈值，在此之后，其与轴和小齿轮之间的速度差值成比例。
然而，尤其当此牵引机器是热力发动机时，此方法的准确性受到牵引机器的惯性及其对转矩控制设定点的响应时间的影响。因此，联接对于驾驶者并非完全透明。事实上，速度差值应必须非常快速地达到30转每分钟的范围，以便继续满足驾驶者对于车轮处的转矩的需求。当在陡坡上施加制动时出现了主要的困难，其中，该方法不能避免联接过程中的转矩变动，从而在其他问题之外造成对所涉及的机械零件的不令人期望的磨损。
发明内容
本发明旨在在最短时间内为两个变速箱轴提供同步，同时消除在联接阶段过程中可能出现的转矩变动的主要根源。
为此目的，本发明提出，由该副轴的加速度对所计算的转矩进行修正以构造中间转矩信号，从而允许由该牵引机器供应的能量使该速度差值最小化。
这种安排使得有可能对引入变速器中的能量进行控制，以便使其与用于同步所需的能量相比而言不是过量的。
所提出的方法使得有可能在所有情况下(尤其在陡峭的下坡上施加制动时)柔缓地改变比率。该方法消除了在联接阶段过程中可能出现的转矩变动的主要根源。以此方式，避免了对联接系统的机械零件的过量磨损。
附图说明
参照附图，从本发明的非限制性实施例的以下说明中，本发明的其他特征和优点将变得清楚，在附图中：
-图1A至图1C是联接的示意性表示，并且
-图2是本发明的方法的逻辑概要。
具体实施方式
图1A至图1C示意性地示出了换挡滑动齿轮2及其套3、其操作拨叉4和小齿轮6。这些图的下部部分还示出了滑动齿轮和小齿轮的齿2a和6a。滑动齿轮2和小齿轮3在被连接至车辆的能量源(牵引机器)的齿轮箱主轴(未示出)上同轴。小齿轮6被旋转地连接至齿轮箱副轴，该齿轮箱副轴被连接至车辆的车轮。
图1A示出了死点时的系统的初始状态。滑动齿轮2以主轴的速度ω1进行旋转。小齿轮6以由齿轮箱的副轴确定的速度ω2进行旋转，该速度与ω1不同。在图1B中，滑动齿轮2经过移动，直到其齿2a碰到小齿轮6的那些齿。当其旋转速度相等时，也就是说，在同步阶段结束时，滑动齿轮的齿穿插在小齿轮的那些齿之间以接合该挡位：这是小齿轮与滑动齿轮的联接阶段。
在对图2中展示的方法的以下说明中，使用了以下符号：
ω1：被连接至能量源的滑动齿轮2和主轴的速度；
T1：能量源的转矩；
Td1：能量源的抵抗转矩(未知的外部输入)；
J1：与滑动齿轮2的轴相关的的惯量；
ω2：小齿轮6的作为有待实现的目标的速度；
Td2：小齿轮6的抵抗转矩(未知的外部输入)；
J2：与小齿轮6相关的惯量；
K：在副轴与主轴之间的减速比。
假设在初始状态下齿轮箱的这两个轴完全解除联接，并且应用机械的基本原理，获得以下动态模型：
-对于副轴(小齿轮6)：J2ω2＝Td2，副轴的抵抗转矩，并且
-对于主轴(滑动齿轮2)：J1ω1＝T1+Td1，发动机转矩与主轴的抵抗转矩之和。
根据图2，通过产生参考命令信号T1 参考来控制主轴和副轴(具有齿轮减速比K的修正值)的同步，以便对在由车辆的牵引机器驱动的主轴上旋转的小齿轮6进行同步。这个主轴被旋转地连接至不具有同步机构的平行轴齿轮箱的副轴。参考转矩T1 参考取决于转矩信号T1 计算，该转矩信号被计算成使在主轴速度ω1与副轴速度ω2乘以这两个轴间的减速比K之间的差值σ最小化。因此，在小齿轮被联接至主轴之前，通过以下方式构造的转矩命令T1 参考被发送至牵引机器。所测量的参考信号ω2 测量(副轴速度)乘以减速比K，以便将乘积Kω2 测量与参考信号ω1 测量(主轴速度)进行对比。差值σ＝K.ω2 测量-ω1 测量的正负号和幅值使得可以计算适用于能量源(如热力牵引机器或者电动牵引机器)的输入的所计算的转矩值T1 计算。转矩T1 计算被计算成使在主轴速度ω1与副轴速度ω2乘以这两个轴间的减速比K之间的差值σ最小化。
将速度差值σ与校准参数ε进行对比，该校准参数表示在主轴速度目标方面所期望实现的精确度。精确度ε是在目标速度值与同步阶段结束时所获得的主轴速度值之间可接纳的速度差值。如果σ>ε或者σ<-ε(差值σ的绝对值大于在同步阶段结束时为目标的主轴速度ω1上的所期望的精确度ε)，则经计算的转矩T1 计算的幅值由大于或等于1的校准系数α进行限制、在数值上被限制为等于牵引机器的最大转矩T1 最大和最小转矩T1 最小与校准限制系数(α>1)的比率。值T1 最小/α或T1 最大/α确定了可以用于同步的牵引转矩。在相反的情况下，当差值σ的绝对值大于精确度ε时，则经计算的转矩T1 计算有利地通过应用以下类型的公式来进行平滑处理：
在此步骤之后，可以由副轴的加速度(由所测量的速度ω2推导出)对所计算的转矩T1 计算进行修正以构造中间转矩信号T*1，该中间转矩信号允许由牵引机器供应的能量使速度差值σ最小化。
如图2所指示的，基于在速度的测量值(Kω2)与其积分模型的测量值Kωm之间的差值e＝Kω2-Kωm来计算加速度对于此计算，由可校准增益Lp加权的速度差值e和由第二可校准增益Li加权的差值e的积分被加在一起。
考虑到加速度可以将速度差值σ的绝对值与和待校准的参数εt的乘积进行对比，以便在必要时对经计算的转矩目标T1 计算进行调整。因此，通过将速度差值σ与加速度和经校准的参数εt的乘积进行对比、并且通过如果乘积的绝对值大于速度差值(σ)则由加速度调整经计算的转矩信号T1 计算，我们将经计算的值T1 计算转变成中间信号T1*。这种调整允许贡献于系统的能量达到以下设定点：如果则T1 *＝βT1 计算，否则T1 *＝T1 计算，(其中0≤β≤1)。
根据本发明的另一个规定，如果这个差值的绝对值小于所期望的精确度ε，则激活操作来求取速度差值σ乘以校准增益Ki的积分。增益Ki具有非零值Ki #。在相反的情况下，Ki为零，并且积分修正项也为零。如图2所示出的，通过这个积分项来对中间转矩信号T1*进行修正，以便给出所施加的转矩信号T1 施加。
然后，通过在最终“限制器”中将所施加的转矩T1 施加限制在牵引机器的最大转矩值T1 最大与最小转矩值T1 最小之间来获得牵引机器的转矩命令信号T1 参考。这种限制是在(必要时)由积分项对中间信号Ti*进行修正之后在所施加的转矩上执行的。因此，对所施加的转矩T1 施加进行监测以确定其是否处于牵引机器的最小转矩T1 最小与最大转矩T1 最大之间。如果其没有在该最小转矩与该最大转矩之间，则其在这些值之一上饱和。
基于此计算，所提出的控制方法因此可以被分解成两个主要阶段A和B以及不同的步骤。
第一阶段(A)在于使用齿轮减速比的修正值将轴(小齿轮)的速度ω1与轴(小齿轮)的速度ω2进行同步，从而产生参考信号T1 参考。用于产生这个参考信号所需要的不同步骤为：
a)在图2的框A中，通过将所测量的参考信号ω2 测量(轴(小齿轮)2的速度)乘以减速比K以使其可以与参考信号ω1 测量(轴(小齿轮)1的速度)进行对比来构造所计算的转矩信号T1 计算；根据误差s＝Kω2-ω1的正负号和幅值，计算转矩以将其应用于能量源(例如，电动机器)的输入；
b)在框B中构造加速度信号这种测量的有用性在于其鲁棒性，因为在不了解其动态范围的情况下并且在使用补偿测量噪声的过滤器的情况下产生对信号的推导；
c)通过确定系统是否具有用于减小速度差值σ的必需能量来构造框C中的中间转矩信号T1 *：如果其具有用于减小速度差值的必需能量，则较少(或取消)能量以防止任何过量；
d)如果速度误差处于-ε与ε之间，则通过将积分项添加至由框D得出的中间转矩信号T1 *来产生所施加的转矩信号T1 施加；
e)对所施加的转矩信号T1 施加进行监测，以便检查这个信号是否处于值T1 最小与T1 最大之间；如果没有在这两个值之间，则信号T1 施加饱和，同时将积分器锁定以便产生待施加至电机终端的参考信号T1 参考。
当这些旋转元件同步时，可以进行所提出的换挡方法的第二阶段(或联接阶段)，在该第二阶段中使滑动齿轮从其“打开”位置移动至其“关闭”位置。
总之，本发明使速度差值能够非常快速地减小以达到约30转每分钟的值。该方法使得使用者对接下来的这两个轴的联接阶段满意，也就是说，无视转矩调整而具有最低可能的转矩变动。尤其，该方法使得可以监测斜坡类型的轨迹，如与以上所提及的制动的不利情况相对应的斜坡类型的轨迹。最后，朝向目标速度的收敛不以任何方式取决于系统的内在参数(如致动器和/或牵引机器的惯量和响应时间、或任何延迟)，这使得该方法鲁棒。该方法对用于同步的任何类型的能量源都有效，无论其是电动机器还是热力发动机、无论其是否以减速模式运转、并且无论其是否将转矩传递至车轮。

Claims (8)

1.一种控制方法，用于控制主轴上的旋转小齿轮(6)的同步，该主轴由车辆的牵引机器驱动、并且被旋转地连接至具有平行轴并且不具有同步机构的齿轮箱的副轴，该控制方法通过在将该旋转小齿轮联接至该主轴之前给该牵引机器发送转矩命令(T1 参考)来进行控制，该转矩命令取决于转矩信号(T1 计算)，该转矩信号被计算成使主轴速度(ωl)与副轴速度(ω2)和这两个轴间的减速比(K)的乘积之间的速度差值(σ)最小化，其特征在于，由该副轴的加速度(θ)对所计算的转矩(T1 计算)进行修正以构造中间信号(T*1)，从而允许由该牵引机器供应的能量使该速度差值(σ)最小化。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，基于在速度的测量值(Kω2)与其积分模型的测量值(Kωm)之间的差值(e＝Kω2-Kωm)来计算该加速度(θ)。
3.如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，将该速度差值(σ)与该加速度(θ)和校准参数(εt)的乘积进行对比，并且如果该乘积(θ×εt)的绝对值大于该速度差值(σ)，则对所计算的转矩信号(T1 计算)进行调整。
4.如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，如果该速度差值(σ)的绝对值大于在旋转小齿轮与主轴的同步结束时为目标的主轴速度(ω1)的所期望的精确度(ε)，则所计算的转矩信号(T1 计算)的幅值在数值上被限制为等于该牵引机器的最大转矩(T1 最大)和最小转矩(T1 最小)与校准限制系数(α)的比率。
5.如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，如果该速度差值(σ)的绝对值大于在旋转小齿轮与主轴的同步结束时为目标的主轴速度(ω1)的所期望的精确度(ε)，则所计算的转矩(T1 计算)进行平滑处理。
6.如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，如果该速度差值(σ)的绝对值小于所期望的精确度(ε)，则通过求取该速度差值(σ)与非零校准增益(Ki)的积分来修正该中间信号(T*1)而建立由该牵引机器施加的转矩值(T1 施加)。
7.如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，通过将所施加的转矩信号(T1 施加)限制在该牵引机器的最大转矩值(T1 最大)与最小转矩值(T1 最小)之间来获得该牵引机器的转矩命令(T1 参考)。
8.一种换挡方法，其特征在于，该换挡方法包括通过如以上权利要求中任一项所述的控制方法实现小齿轮与其轴的同步的第一阶段，以及在该第一阶段之后的、将该小齿轮联接至其轴的第二阶段。
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