CN108394412A - 一种混合动力汽车的换挡控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混合动力汽车的换挡控制系统及方法，属于汽车技术领域。它解决了现有的混合动力汽车换挡过程中，汽车行驶不平稳的问题。本混合动力汽车的换挡控制系统，包括VCU、TCU、IPU和换挡传感器；还包括第一传感器，用于采集输入轴转速信号，其中，TCU根据换挡信号发送标志位信号给VCU，VCU根据标志位信号向IPU发送降扭请求，当电机扭矩为0N·m时，所述TCU发送退挡信号；发动机和电机分别与变速器连接，所述电机与变速器的输入轴连接并只能单独作用在输入轴上，TCU根据输入轴的转速发送使电机与输入轴同步并维持0N·m扭矩的同步指令，当电机与输入轴同步时，所述TCU向IPU发送电机进挡信号。本混合动力汽车的换挡控制系统能够使汽车在换挡过程中行驶更平稳，而且换挡效率更高。

Description

一种混合动力汽车的换挡控制系统及方法

技术领域

本发明属于汽车技术领域，涉及一种混合动力汽车，特别是一种混合动力汽车的换挡控制系统及方法。

背景技术

目前，随着世界各国环境保护的措施越来越严格，混合动力车辆由于其节能、低排放等特点越来越受到市场的青睐。汽车的自动变速器主要分为AT变速器(AT)、无极自动变速器(CVT)、电控机械式自动变速器(AMT)和双离合变速器(DCT)等。其中双离合变速器具有换挡快，省油，传动效率高，换挡无动力中断等优点，在混合动力汽车中的应用也越来越广泛。

在电机和发动机驱动的DCT混合动力汽车中，发动机和电机会同时作用于变速器，从而共同驱动汽车行驶。在双离合变速器换挡时，由于驱动电机的转速和扭矩调节反应速度比发动机快，在电机换挡过程中，易导致电机转速和发动机转速不能很好的匹配，从而导致整车变速过程不顺畅，出现动力输出不稳定，汽车突然向前串动等现象，行驶不平稳，驾驶体验差。

中国专利申请(申请号：201710467698.1)公开了一种湿式双离合变速器混合动力汽车的换挡控制方法，通过实时采集汽车的行车工况，计算换挡点，再通过CAN控制电机调节，实现纯电动模式、混合模式和传统模式下的自动换挡控制，还公开了换挡时，电机先降扭矩为零，再退挡，然后调速再进挡的步骤，且该电机调速的请求值是根据当前车速及电机目标挡位的速比得到的。然而，在汽车的实际行驶过程中，汽车实际的车速并不仅仅与变速器的转速有关，如在上坡和下坡时，汽车的实际车速在重力的作用下要小于或大于变速器输出的动力，而且，轮胎与变速器之间存在较多的传动部件，这些传动部件之间也会存在一定的偏差，导致传动精度的降低，即从实际车速推导出的变速器的转速与真实的变速器转速之间会存在一定的误差，因此，根据该方法，电机挂挡时与变速器的同步性较差，挂挡会存在一定的冲击，既影响驾乘体验，又影响变速器的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种一种混合动力汽车的换挡控制系统及方法，本发明所要解决的技术问题是：如何使混合动力汽车在换挡过程中行驶更平稳。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种混合动力汽车的换挡控制系统，包括VCU、TCU和IPU；换挡传感器，用于接收换挡信号并发送给TCU；本系统还包括

第一传感器，用于采集输入轴转速信号并发送给TCU，

其中，TCU根据换挡信号发送标志位信号给VCU，所述VCU根据标志位信号向IPU发送使电机扭矩降为0N·m的降扭请求，当电机扭矩为0N·m时，所述TCU向IPU发送电机退挡信号；

发动机和电机分别与所述变速器连接，所述电机与变速器的输入轴连接并只能单独作用在输入轴上，

所述TCU根据输入轴的转速向IPU发送使电机与输入轴同步转动并维持0N·m扭矩的同步指令，当电机与输入轴同步时，所述TCU向IPU发送电机进挡信号。

本混合动力汽车的换挡控制系统通过在换挡时，采用电机进挡与退挡时均采用0N·m扭矩模式，避免电机对变速器输出扭矩，使变速器只由发动机提供动力，从而使变速器的输出动力更稳定，即汽车在换挡过程中行驶更平稳。电机与变速器输入轴连接，在退挡前，电机通过电机降扭装置的控制处于0N·m扭矩状态时，此时电机退挡并不会对变速器输入轴的转动产生影响，即不会对汽车的行驶产生任何影响；电机进挡前，电机预先通过TCU的控制使与电机轴连接的输入轴齿轮与输入轴同步转动，这样，电机进挡时，电机能够完美地与输入轴配合且电机与输入轴之间的作用力几乎为零，输入轴的转速不会产生波动，同时，由于电机此时不输出扭矩，即电机不会对与输入轴连接的输出轴做功，输出轴只在发动机的驱动下稳定转动，从而使整个换挡过程中，汽车均保持平稳的速度行驶，驾驶体验更好。与现有技术相比，本电机同步指令的具体转速数值直接由TCU根据第一传感器所采集的输入轴计算得到，减少了数据链的误差，使电机进挡时的同步度更高，使电机进挡对输入轴的影响更小。而且，本案的电机直接作用于变速器输入轴上，使电机和发动机的换挡均只围绕输入轴进行，换挡时的控制更集中。

在上述的混合动力汽车的换挡控制系统中，所述VCU能够在换挡时将IPU的控制权下放给TCU。在换挡过程中，通过VCU将控制权下放，使TCU能够直接控制IPU，简化了电机的控制过程，使换挡效率更高，而且TCU直接掌握变速器输入轴的实时转速，通过TCU直接调整电机转速，使电机与输入轴的转速同步度更高，电机进挡时对输入轴的影响更小，即对汽车的冲击也更小。

在上述的混合动力汽车的换挡控制系统中，所述电机具有三种控制模式：Standby、PreChrg和SpdCtrl，其中Standby为不对电机进行控制，PreChrg为将电机扭矩调节成0N·m，SpdCtrl为控制电机的转速。这样，换挡时，电机能够通过指令更效率的进入预设的模式，提高了换挡效率。

在上述的混合动力汽车的换挡控制系统中，所述变速器内设有奇数挡输入轴、偶数挡输入轴、输出轴和齿轮轴，所述电机能够通过所述齿轮轴与奇数挡输入轴或偶数挡输入轴连接并驱动输出轴转动。这样，电机能够与发动机一起向变速器输出动力，以实现汽车混合动力运行。

在上述的混合动力汽车的换挡控制系统中，所述奇数挡输入轴和偶数挡输入轴上均设有与齿轮轴啮合的齿轮，所述奇数挡输入轴和偶数挡输入轴上分别设有用于连接所述齿轮的同步器。通过同步器的动作，电机能够分别与奇数挡输入轴或偶数挡输入轴连接或断开，即实现电机的进档和退档。

一种混合动力汽车的换挡控制方法，所述混合动力汽车包括发动机、变速器和电机，所述变速器为双离合变速器，所述发动机和电机分别与所述变速器连接，本方法包括以下步骤：

S1、接收换挡指令信号；

S2、控制电机降扭矩，使电机扭矩降为0N·m；

S3、电机退挡；

S4、调整电机的转速，使电机的转速与变速器输入轴的转速同步；

S5、电机维持在S4的转速的同时，将扭矩降为0N·m并进挡。

通过以上步骤，能够使电机换挡更平稳，对变速器的影响更小。

在上述的换挡方法中，在S4中，电机需要调整到的转速由TCU根据输入轴的实时转速计算得到。TCU能够实时监控变速器输入轴的转速，因此，TCU能够更快地计算出电机所需要达到的目标转速，从而提高电机转速的调节效率。

在上述的换挡方法中，本方法还包括步骤S6，S6为增加电机的扭矩。电机进挡后，电机增加扭矩输出，与发动机一起向变速器提供动力输出以驱动汽车。

在上述的换挡方法中，在S6中，所述电机的转速与发动机的转速同步。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明在换挡过程中，电机不对输入轴输出扭矩，使输入轴仅在发动机的驱动下平稳转动，而且电机进挡时转速与输入轴同步，使输入轴的转速在电机进挡时不会产生波动，汽车行驶更平稳，驾驶体验更好。

2、本发明在换挡过程中，VCU能够将IPU的控制权下放给TCU，简化了电机的控制过程，使换挡效率更高。

3、本发明在换挡过程中，电机的同步转速由TCU直接根据输入轴的转速计算得到，使电机与输入轴的同步度更好，换挡反应更快，效率更高。

4、本发明的电机直接作用在变速器的输入轴上，使换挡动作更集中，便于控制。

附图说明

图1是本发明实施例中的传动结构示意图；

图2是本发明实施例中的换挡控制系统流程图；

图3是本发明实施例的换挡过程时序图。

图中，1、发动机；2、电机；3、内离合器；4、外离合器；5、奇数挡输入轴、6偶数挡输入轴；7、输出轴；8、齿轮轴。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本实施例的汽车为油电混合动力汽车，其采用湿式双离合变速器进行动力传递，双离合变速器包括内离合器3、外离合器4、输入轴、输出轴7和齿轮轴8，其中输入轴又包括奇数挡输入轴5和偶数挡输入轴6，偶数挡输入轴6为空心轴，偶数挡输入轴6套设于奇数输入轴上，奇数挡输入轴5和偶数挡输入轴6分别通过内离合器3和外离合器4与发动机1连接，奇数挡输入轴5能够与一挡、三挡、五挡和倒挡齿轮连接，偶数挡输入轴6能够与二挡、四挡和六挡的齿轮连接，电机2通过齿轮轴8分别与奇数挡输入轴5和偶数挡输入轴6连接，齿轮轴8通过齿轮与奇数挡输入轴5和偶数挡输入轴6的齿轮啮合，奇数挡输入轴5和偶数挡输入轴6上分别设有用于连接齿轮的同步器，通过同步器动作，齿轮轴8能够分别与奇数挡输入轴5和偶数挡输入轴6连接或断开，即电机2的进挡与退挡。

本实施例的混合动力汽车的换挡控制系统包括与挡位杆机构连接的换挡传感器、整车控制器(VCU)、电机控制器(IPU)、变速箱控制器(TCU)和用于采集输入轴转速信号并发送给TCU的第一传感器。在发动机1和电机2共同驱动的混合模式下，汽车通过VCU、IPU和TCU的控制配合，先使电机2对输入轴维持0N·m扭矩输出再控制电机2退挡，在输入轴完成与输出轴7之间的换挡后，再将与输入轴同步的电机2进挡，使换挡时只由发动机1对输出轴7输出扭矩，并避免电机2输出扭矩对输出轴7造成干扰，从而使换挡过程更平稳，减少车速的波动。

在换挡过程中，电机2的控制模式分为：不对电机2进行控制(Standby)、将电机2扭矩调节成0N·m(PreChrg)、控制电机2的转速(SpdCtrl)三种。

以从四挡降到二挡为例，偶数挡输入轴6能够通过四挡齿轮或二挡齿与输出轴7连接。如图2、图3所示，换挡过程为：

首先，VCU根据换挡传感器接收的换挡信号向TCU发送从四挡降到二挡的请求信号，TCU根据该请求信号向VCU发送一个标志位信号，以告知VCU执行换挡的时机。

然后，VCU向IPU发送电机2降扭矩请求，IPU的电机降扭装置根据请求控制电机2降低扭矩，直到电机2扭矩降为0N·m。

然后，电机2进入PreChrg模式，TCU获得VCU对IPU的控制权并发送电机2退挡信号给IPU,IPU控制电机退挡。在该模式下，电机2仅维持与偶数挡输入轴6同步的转速而不输出扭矩，即输出轴7仅由发动机1提供动力，此时电机2退挡并不会对输出轴7的转动产生影响。并且，VCU下放控制权给TCU，减少电机2控制的过程指令，使TCU能够直接根据变速器的实际情况直接对电机2作出调整，即提高了电机2控制的反应效率，降低了换挡所需的时间。

然后，电机2进入SpdCtrl模式，TCU发送电机2目标转速信号给IPU，IPU控制电机2调整到与偶数挡输入轴6同步的目标转速。通过第一传感器，TCU能够实时检测偶数挡输入轴6的转速，并根据偶数挡输入轴6的实时转速计算出电机2的目标转速，并将电机2目标转速的指令发送给IPU，使电机与偶数挡输入轴6同步转动。

然后，TCU向IPU发送进入PreChrg模式请求，IPU根据请求控制电机2维持在0N·m扭矩输出状态，并在偶数挡输入轴6完成换挡后，TCU向IPU发送电机进挡信号，IPU控制电机2进行进挡。这样，电机2进挡时由于偶数挡输入轴6与齿轮保持在同步的转速，齿轮不对对偶数挡输入轴6造成过大的冲击和振动，而且由于电机2没有输出扭矩，输出轴7仅由发动机1驱动，使电机2进挡时输出轴7的转速不会产生波动，汽车行驶更平稳。

最后，在电机2换挡完成后，TCU对IPU发出Standby模式请求，将电机2的控制权交还给VCU，VCU控制IPU使电机2增加扭矩以输出动力，且电机2的转速与发动机的转速同步。完成换挡后，电机2重新增加扭矩，使汽车同时在发动机1和电机2的驱动下行驶。

这样，电机2在退挡与进挡过程中始终不对输出轴7输出扭矩，避免对输出轴7的转动产生影响，使换挡过程中输出轴7维持在稳定的转速，从而使汽车运行更平稳。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了发动机1、电机2、内离合器3、外离合器4、奇数挡输入轴5、偶数挡输入轴6、输出轴7等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (9)

1.一种混合动力汽车的换挡控制系统，包括

VCU、TCU和IPU；

换挡传感器，用于接收换挡信号并发送给TCU；

其特征在于，本系统还包括

第一传感器，用于采集输入轴转速信号并发送给TCU，

其中，TCU根据换挡信号发送标志位信号给VCU，所述VCU根据标志位信号向IPU发送使电机扭矩降为0N·m的降扭请求，当电机扭矩为0N·m时，所述TCU向IPU发送电机退挡信号；

发动机和电机分别与所述变速器连接，所述电机与变速器的输入轴连接并只能单独作用在输入轴上，

所述TCU根据输入轴的转速向IPU发送使电机与输入轴同步转动并维持0N·m扭矩的同步指令，当电机与输入轴同步时，所述TCU向IPU发送电机进挡信号。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车的换挡控制系统，其特征在于，所述VCU能够在换挡时将IPU的控制权下放给TCU。

3.根据权利要求2所述的混合动力汽车的换挡控制系统，其特征在于，所述电机具有三种控制模式：Standby、PreChrg和SpdCtrl，其中Standby为不对电机进行控制，PreChrg为将电机扭矩调节成0N·m，SpdCtrl为控制电机的转速。

4.根据权利要求1所述的混合动力汽车的换挡控制系统，其特征在于，所述变速器内设有奇数挡输入轴、偶数挡输入轴、输出轴和齿轮轴，所述电机能够通过所述齿轮轴与奇数挡输入轴或偶数挡输入轴连接并驱动输出轴转动。

5.根据权利要求4所述的混合动力汽车的换挡控制系统，其特征在于，所述奇数挡输入轴和偶数挡输入轴上均设有与齿轮轴啮合的齿轮，所述奇数挡输入轴和偶数挡输入轴上分别设有用于连接所述齿轮的同步器。

6.一种混合动力汽车的换挡控制方法，其特征在于，本方法包括：

S1、TCU接收换挡指令信号；

S2、VCU控制电机降扭矩，使电机扭矩降为0N·m；

S3、电机退挡；

S4、调整电机的转速，使换挡齿轮的转速与变速器输入轴的转速同步；

S5、电机维持在S4的转速的同时，将电机扭矩降为0N·m并进挡。

7.根据权利要求6所述的换挡控制方法，其特征在于，在S4中，电机需要调整到的转速由TCU根据变速器的输入轴的实时转速计算得到。

8.根据权利要求6所述的换挡控制方法，其特征在于，本方法还包括步骤S6，S6为增加电机的扭矩。

9.根据权利要求8所述的换挡控制方法，其特征在于，所述S6中，所述电机的转速与发动机同步。