CN108278363A - 一种带压力补偿的同步器转速同步过程控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带压力补偿的同步器转速同步过程控制方法，具体包括步骤一，获取基础同步力，转速同步过程中进行PID调节；步骤二，判断同步器两侧转速差Δn与临界转速差Δn'的关系，当Δn＞Δn'，则进行步骤三；步骤三，对比实际转速变化率δ_tgt与目标转速变化率δ⁰ _tgt的大小关系，当δ_tgt＜δ⁰ _tgt，则进行步骤四；步骤四，在目前基础同步力的基础上增加补偿压力，所述增加的补偿力p_ac与补偿时间t成线性增加，如下：p_ac＝k×t；k为补偿压力随时间的变化斜率；每间隔一定时间，检测转速差Δn，若Δn＞Δn'，则检测补偿时间t，若t＜t_c，则重复步骤四，其中t_c是临界补偿时间。本发明提供的控制方法，转速同步阶段在采用前馈压力加PID控制方式的基础上，再加上压力补偿策略，以控制同步过程转速差平稳降低。

Description

一种带压力补偿的同步器转速同步过程控制方法

技术领域

本发明涉及一种汽车变速器领域的技术，尤其涉及一种带压力补偿的同步器转速同步过程控制方法。

背景技术

通常的自动变速器的挂挡过程，一般可分为以下4个阶段：P1：同步器预充油阶段，目的是消除油腔间隙；P2：拨叉自由行程阶段，从拨叉开始动作到拨叉运动到同步点位置结束；P3：转速同步阶段，从拨叉到达同步点至接合套与待接合齿圈转速同步完成结束；P4：换挡过程完成阶段，从转速同步至拨叉进入稳态在挡位置的完成阶段。

针对同步器转速同步阶段(即P3阶段)的控制，进行过理论验证的控制方式有模糊控制策略，基于PID控制基础上的监控策略等。实际工程上广泛应用过的控制方式有开环控制策略，闭环PID控制及前馈PID控制等，但目前技术的实现方案中，最为成熟，应用最为普遍的是前馈PID控制策略。

早期的开环控制策略，原理是依据各种传感器测得的车辆行驶信息，传至TCU后，经其综合、归纳、比较，计算出一个基础同步力(即转速同步过程开始时由液压系统给予的同步力)，用以进行转速同步控制。其主要缺点是没有反馈，输出的实际转速变化率无法对控制产生影响；

为了克服开环控制策略的缺陷，发展出了闭环PID控制策略，其主要不同之处在于，增加了反馈机制，以PID方式进行控制，可以实时调节同步力，改善了开环控制的缺点，但当实际转速变化率和目标转速变化率差距较大时，调节时间过长，转速同步偏慢；

现有前馈PID控制策略是在普通闭环PID控制策略基础上增加了前馈压力，即依据变速箱油温，变速箱输入转速，目标转速变化率等因素给予一个基础同步力，然后转速同步过程中，不断对比实际转速变化率与目标转速变化率的偏差，并以PID控制方式进行调节，相对普通PID控制策略，能更好地实现转速同步，其也得到了广泛应用。但PID调节具有一定局限性，即如果设定的调节范围过大，则容易造成压力震荡，影响控制效果；如果设定的调节范围过小，则容易使转速同步时间变长，无法起到明显的缩短转速同步时间的作用，使得较难满足控制需求。

发明内容

本发明为解决目前技术的不足之处，提供了一种带压力补偿的同步器转速同步过程控制方法，转速同步阶段在采用前馈压力加PID控制方式的基础上，再加上压力补偿策略，以控制同步过程转速差平稳降低。

本发明提供的技术方案为：一种带压力补偿的同步器转速同步过程控制方法，其特征在于，包括：

步骤一，获取基础同步力，转速同步过程中进行PID调节；

步骤二，判断同步器两侧转速差Δn与临界转速差Δn'的关系，当Δn＞Δn'，则进行步骤三；

步骤三，对比实际转速变化率δ_tgt与目标转速变化率δ⁰ _tgt的大小关系，当δ_tgt＜δ⁰ _tgt，则进行步骤四；

步骤四，在目前基础同步力的基础上增加补偿压力，所述增加的补偿力p_ac与补偿时间t成线性增加，如下：

p_ac＝k×t

其中，k为补偿压力随时间的变化斜率；

每间隔一定时间，检测转速差Δn，若Δn＞Δn'，则检测补偿时间t，若t＜t_c，则重复步骤四，其中t_c是临界补偿时间。

优选的是，所述步骤二中的转速差Δn

Δn＝|n_out×i₀-n_in÷i_g|

其中，no_ut为变速箱输出轴转速，i_g为所进挡齿轮副速比，i₀为主减速比，n_in为变速箱输入转速。

优选的是，所述步骤三中目标转速变化率δ⁰ _tgt

δ⁰ _tgt＝Δn÷t⁰ _s

其中，t⁰ _s为期望同步时间。

优选的是，期望同步时间t⁰ _s的计算公式如下：

其中，J_r为同步器输入端等效转动惯量；Δw为同步器两端角速度差；α_c为齿圈上圆锥面的半锥角；μ_c为待接合齿圈上圆锥面摩擦因数；R_c为接合齿圈上圆锥面的平均半径；F_fork为轴向换挡力。

优选的是，所述PID调节控制参数计算步骤如下：

步骤S1：确定PID允许最大调节压力范围P_max，P_min,配置时应确定允许修正的最大最小百分比；

步骤S2：确定PID各环节分别允许调节的压力范围；

步骤S3：确定PID调节到允许最大压力时；

步骤S4：P环节系数kp

kp＝最大允许调节值/对应最大转速差；

步骤S5：I环节系数ki：

ki＝最大允许调节值/调节时间/最大转速差

调节时间为积分环节调节到最大值的期望时间；

步骤S6：D环节系数kd：直接置0，不进行微分调节。

优选的是，其特征在于，压力补偿起作用后，基础压力随时间呈现线性变换，控制同步力定斜率变化：

p_{syn_ac}＝p_syn+k×t

其中，p_syn为经转速闭环PID控制后的同步力，p_{syn_ac}为压力补偿过程中的同步力，t为补偿时间，k为压力变化斜率。

优选的是，压力变化斜率k的计算公式如下：

k＝(p_max-p_syn)÷t_c

其中，p_max是最大允许同步力；p_syn是基础同步力；t_c是压力递增临界时间。

优选的是，极限补偿时间t_c为：

t_c＝t_p-t⁰ _s

其中，t_p是临界同步时间，取值为0.8s；t⁰ _s是期望同步时间。

优选的是，所述期望同步时间t⁰ _s取值为0.04s。

优选的是，所述临界转速差Δn'取值为30r/min。

本发明所述的有益效果：1)压力补偿方法可以根据当前同步器状态实时调节控制压力，以确保同步器动作一次到位，可以有效地解决同步器动作失败的问题；2)其可以实时的对基础压力进行修正；3)匹配精度要求高，同一匹配参数控制不同箱体的差异性以及实际工况的复杂性等情况；4)改善同步器的工作效率，挂挡冲击小、无明显噪声，提高同步器的工作寿命，工程实用性强。

附图说明

图1为本发明的转速同步控制流程图。

图2为本发明的转速前馈+PID+压力补偿控制原理图。

图3为本发明的压力补偿策略控制流程图。

图4为本发明的转速同步阶段压力控制图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

针对现有前馈PID控制技术的缺点，在本发明的控制策略中，转速同步阶段在采用前馈压力加PID控制方式的基础上，再加上压力补偿策略。其中，所施加的前馈压力为基础同步力，在此基础上以PID控制方式进行修正，并且增加压力补偿策略，以控制同步过程转速差平稳降低。

所谓压力补偿策略，即是在PID调节后，同步器两侧转速依然没有同步或者同步时间过长的情况下，对基础压力进行修正，以尽快实现转速同步的一种策略。所以，只在PID调节失败后，压力补偿策略才会起作用。此外，在同步器换挡动作失败后，以及在上述其余3个换挡阶段中，都可以在原有控制方式的基础上，增加压力补偿策略进行压力修正。

本发明的自动变速器的挂挡过程，分为以下4个阶段(如图4所示)：

P1：同步器预充油阶段；

P2：拨叉自由行程阶段；

P3：转速同步阶段；

P4：换挡过程完成阶段(未体现在图片)。

本发明主要控制P3阶段的过程，实现带压力补偿的同步器转速同步过程控制。

如图1所示，本发明所述控制方法的步骤为：

步骤一，获取基础同步力，转速同步过程中进行PID调节；

步骤二，判断同步器两侧转速差Δn与临界转速差Δn'的关系，若Δn≤Δn'，则结束，若Δn＞Δn'，则进行步骤三；

其中，转速差Δn

Δn＝|n_out×i₀-n_in÷i_g|

其中，n_out为变速箱输出轴转速，i_g为所进挡齿轮副速比，i₀为主减速比，n_in为变速箱输入转速；临界转速差Δn'取值为30r/min；

步骤三，对比实际转速变化率δ_tgt与目标转速变化率δ⁰ _tgt的大小关系，若δ_tgt≥δ⁰ _tgt，则进行所述步骤一的PID调节步骤，若δ_tgt＜δ⁰ _tgt，则进行下一步；

所述步骤三中目标转速变化率δ⁰ _tgt

δ⁰ _tgt＝Δn÷t⁰ _s

其中，t⁰ _s为期望同步时间，取值为0.04s；

期望同步时间t⁰ _s的计算公式如下：

其中，J_r为同步器输入端等效转动惯量；Δw为同步器两端角速度差；α_c为齿圈上圆锥面的半锥角；μ_c为待接合齿圈上圆锥面摩擦因数；R_c为接合齿圈上圆锥面的平均半径；F_fork为轴向换挡力。

步骤四，基础压力补偿，具体包括以下步骤：

S41，依次判断同步器是否开始动作、是否确认目标档位、是否超过期望同步时间，若任何一个出现否，则返回上一个判断，直至全都是是，则进行下一步；

S42，在目前基础同步力的基础上增加补偿压力，所述增加的补偿力p_ac与补偿时间t成线性增加，如下：

p_ac＝k×t

其中，k为补偿压力随时间的变化斜率；

S43，每间隔10ms，检测转速差Δn，若Δn＞Δn'，则进行S44；

S44，检测补偿t，若t＞Δt，则进行S42，直至t≤Δt，则结束，其中Δt为临界保护时间。

实际基础同步力综合考虑变速箱油温，变速箱输入转速，目标转速变化率等因素，通过实车标定得出。

由于同步器同步过程十分复杂，影响因素极多，由上述标定方法得到的基础同步力必然会和实际行驶过程中所需的同步力存在偏差，而且由于箱体之间的加工过程的差异性，该方法得到的同步力也不可能适合于所有的箱体，因此在此基础上加上PID控制和压力补偿，自动调节转速同步阶段同步力。如图2所示。

在步骤一种，对于不同的工况，采用同样的PID参数调节很难达到理想的控制效果，因此图2所示控制器选择变参数PID控制，输入为目标转速变化率与实际转速变化率的差值，输出为PID调节压力，以上文所述的方法给予一个前馈压力，以PID方式进行调节，不断对比实际转速变化率和目标转速变化率的偏差，只在PID调节没有使转速同步的条件下，压力补偿策略才会起作用。

其PID控制参数计算步骤如下：

步骤S1：确定PID允许最大调节压力范围P_max，P_min,配置时应确定允许修正的最大最小百分比；

步骤S2：确定PID各环节分别允许调节的压力范围；

步骤S3：确定PID调节到允许最大压力时；

步骤S4：P环节系数kp

kp＝最大允许调节值/对应最大转速差；

步骤S5：I环节系数ki：

ki＝最大允许调节值/调节时间/最大转速差

调节时间为积分环节调节到最大值的期望时间，预设值为0.04s；

步骤S6：D环节系数kd：直接置0，不进行微分调节。

经过上述PID调节后，如果转速同步(“转速同步”定义为转速差小于临界值)即Δn≤Δn'，临界转速差Δn'取值为30r/min。则转速同步阶段直接结束。但由于受预设基础同步力偏差较大或PID调节范围较小等因素限制，有时仍然会出现转速不同步或同步时间过长的现象，即Δn＞Δn'，这时就需要进行下一步的压力补偿。

在PID调节后，同步器两侧仍未转速同步或者转速同步时间过长的情况下起作用，主要针对基础压力异常时，对同步压力进行实时补偿，以确保同步器正常挂挡。如图3是压力补偿策略的控制流程图(上文步骤四流程图)，开始进行压力补偿的条件为：

1、转速未同步(Δn＞Δn')

2、转速同步过程超过期望同步时间(t_s＞t⁰ _s，其中t_s为实际同步时间)

3、实际转速变化率过小(δ_tgt＜δ⁰ _tgt)；

如图4所示，倾斜虚线即是压力补偿起作用后，基础压力变化趋势，由图可知，该策略会控制同步力定斜率变化：

p_{syn_ac}＝p_syn+k×t

式中：p_syn为经转速闭环PID控制后的同步力，p_{syn_ac}为压力补偿过程中的同步力，t为补偿时间，k为压力变化斜率。其中：

k＝(p_max-p_syn)÷t_c

式中：p_max是最大允许同步力，与同步器结构材料等因素相关，在压力补偿过程中，一旦达到此值，压力将会保持不变，不再递增，以防止同步器损坏；p_syn是基础同步力；t_c是压力递增临界时间。其中：

t_c＝t_p-t⁰ _s

其中：t_p是临界同步时间，标定给出(一般标定为0.8s)；t⁰ _s是期望同步时间。

则，压力补偿策略结束条件：

1、当转速同步(Δn≤Δn')，即压力补偿策略成功，同步器两侧成功转速同步，结束；

2、当持续时间达到临界同步时间时，即转速同步过程失败，则转入同步器换挡失败压力补偿策略，本阶段的压力补偿策略依然结束。

为了证明本发明所述控制策略的优越性，进行了对比试验。在其他影响条件都相同的情况下，用前馈PID策略控制进行挂2挡20次，用前馈PID加压力补偿策略控制进行挂2挡20次，并且分别测量并统计每一次的转速同步时间，然后分别计算出用前馈PID策略控制的平均转速同步时间，用前馈PID加压力补偿策略控制的平均转速同步时间。实验结果表明，用前馈PID策略控制的平均转速同步时间为0.29s，用前馈PID加压力补偿策略控制的平均转速同步时间为0.22s。显然采用本发明所述控制策略明显缩短了转速同步时间，证明了本发明的有益性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种带压力补偿的同步器转速同步过程控制方法，其特征在于，包括：

步骤一，获取基础同步力，转速同步过程中进行PID调节；

步骤二，判断同步器两侧转速差Δn与临界转速差Δn'的关系，当Δn＞Δn'，则进行步骤三；

步骤三，对比实际转速变化率δ_tgt与目标转速变化率δ⁰ _tgt的大小关系，当δ_tgt＜δ⁰ _tgt，则进行步骤四；

步骤四，在目前基础同步力的基础上增加补偿压力，所述增加的补偿力p_ac与补偿时间t成线性增加，如下：

p_ac＝k×t

其中，k为补偿压力随时间的变化斜率；

每间隔一定时间，检测转速差Δn，若Δn＞Δn'，则检测补偿时间t，若t＜t_c，则重复步骤四，其中t_c是临界补偿时间。

2.根据权利要求1所述的一种带压力补偿的同步器转速同步过程控制方法，其特征在于，

所述步骤二中的转速差Δn

Δn＝|n_out×i₀-n_in÷i_g|

其中，n_out为变速箱输出轴转速，i_g为所进挡齿轮副速比，i₀为主减速比，n_in为变速箱输入转速。

3.根据权利要求1所述的一种带压力补偿的同步器转速同步过程控制方法，其特征在于，

所述步骤三中目标转速变化率δ⁰ _tgt

δ⁰ _tgt＝Δn÷t⁰ _s

其中，t⁰ _s为期望同步时间。

4.根据权利要求3所述的一种带压力补偿的同步器转速同步过程控制方法，其特征在于，

期望同步时间t⁰ _s的计算公式如下：

其中，J_r为同步器输入端等效转动惯量；Δw为同步器两端角速度差；α_c为齿圈上圆锥面的半锥角；μ_c为待接合齿圈上圆锥面摩擦因数；R_c为接合齿圈上圆锥面的平均半径；F_fork为轴向换挡力。

5.根据权利要求1所述的一种带压力补偿的同步器转速同步过程控制方法，其特征在于，所述PID调节控制参数计算步骤如下：

步骤S1：确定PID允许最大调节压力范围P_max,P_min,配置时应确定允许修正的最大最小百分比；

步骤S2：确定PID各环节分别允许调节的压力范围；

步骤S3：确定PID调节到允许最大压力时；

步骤S4：P环节系数kp

kp＝最大允许调节值/对应最大转速差；

步骤S5：I环节系数ki：

ki＝最大允许调节值/调节时间/最大转速差

调节时间为积分环节调节到最大值的期望时间；

步骤S6：D环节系数kd：直接置0，不进行微分调节。

6.根据权利要求1所述的一种带压力补偿的同步器转速同步过程控制方法，其特征在于，压力补偿起作用后，控制基础同步力变化：

p_syn__ac＝p_syn+k×t

其中，p_syn为经转速闭环PID控制后的同步力，p_syn__ac为压力补偿过程中的同步力，t为补偿时间，k为压力变化斜率。

7.根据权利要求6所述的一种带压力补偿的同步器转速同步过程控制方法，其特征在于，压力变化斜率k的计算公式如下：

k＝(p_max-p_syn)÷t_c

其中，p_max是最大允许同步力；p_syn是基础同步力；t_c是压力递增临界时间。

8.根据权利要求7所述的一种带压力补偿的同步器转速同步过程控制方法，其特征在于，极限补偿时间t_c为：

t_c＝t_p-t⁰ _s

其中，t_p是临界同步时间，取值为0.8s；t⁰ _s是期望同步时间。

9.根据权利要求3所述的一种带压力补偿的同步器转速同步过程控制方法，其特征在于，

所述期望同步时间t⁰ _s取值为0.04s。

10.根据权利要求1所述的一种带压力补偿的同步器转速同步过程控制方法，其特征在于，

所述临界转速差Δn'取值为30r/min。