CN108657162A - 一种换挡控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种换挡控制方法，包括以下步骤：获得目标转速；控制电机的转速达到所述目标转速；当电机的转速达到所述目标转速时，控制同步器启动，获得目标扭矩,控制电机的扭矩达到所述目标扭矩；当电机的扭矩达到所述目标扭矩时，进行换挡。根据本发明的控制方法，先使电机达到目标转速，然后控制电机的扭矩达到目标扭矩，可以减小在不良路况下换挡时变速箱的输入轴与输出轴转速差，使车辆可靠地换挡。本发明还提出了一种换挡控制系统。

Description

一种换挡控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种换挡控制方法及系统。

背景技术

目前大部分电动车取消了传统的传动系统中的离合器，在换挡过程中电动机自由旋转，不输出扭矩，依靠同步器的作用实现变速箱输出轴与输入轴的转速同步，当达到同步后，拨叉推动滑移齿套与齿轮侧的花键齿圈接合，完成挂挡；或者通过控制电动机的扭矩使变速箱的输入轴的转速达到目标转速，从而使变速箱输出轴与输入轴的转速差减小以至同步。

上述两种技术在较好的路况下，可以使变速箱快速响应换挡信号和完成换挡，但是对传感器的采样精度及电机的控制精度有较高的要求，并且对于典型路况例如爬陡坡或泥泞路面时，路面阻力系数大，变速箱的输出轴转速会下降，导致变速箱的输入轴与输出轴转速差扩大，控制电机的扭矩进行调速以及通过同步器的摩擦力矩不足以消除变速箱的输入轴与输出轴转速差，就会导致变速箱的输入轴与输出轴同步失败，从而导致换挡失败。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种换挡控制方法，使车辆可靠的实现换挡。

本发明的第二个目的在于提出一种换挡控制系统。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种换挡控制方法，包括以下步骤：获得目标转速；控制电机的转速达到所述目标转速；当电机的转速达到所述目标转速时，控制同步器启动，获得目标扭矩，控制电机的扭矩达到所述目标扭矩；当电机的扭矩达到所述目标扭矩时，进行换挡。

根据本发明的控制方法，先使电机达到目标转速，然后控制电机的扭矩达到目标扭矩，可以减小在不良路况下换挡时变速箱的输入轴与输出轴转速差，使车辆可靠地换挡。

根据本发明的一些实施例，所述控制方法还包括：判断挡位信息是否正常；如果正常，且收到换挡信号时，控制电机卸载扭矩，当所述控制电机卸载扭矩完成时，控制所述换挡执行机构挂空挡；如果不正常，不进行换挡。

根据本发明的一些实施例，所述控制方法还包括：如果正常，且未收到换挡信号时，不进行换挡。

根据本发明的一些实施例，所述换挡控制方法还包括：获得变速箱输出轴的当前加速度，根据所述当前加速度获得所述目标扭矩。

根据本发明的一些实施例，所述换挡控制方法还包括：获得变速箱输出轴的当前加速度，根据所述当前加速度获得所述目标扭矩。

根据本发明的一些实施例，所述目标转速通过以下计算公式得到：w=vi/0.377r,其中w为目标转速，v为车速，i为挡位总速比，r为轮胎半径。

根据本发明的一些实施例，所述换挡控制方法还包括：判断当前挡位是否与所述换挡信号的目标挡位相同；如果相同，不进行换挡。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种换挡控制系统，包括：自动变速箱控制单元，所述自动变速箱控制单元用于获得目标转速和目标扭矩；电机控制器，所述电机控制器用于控制电机的转速达到所述目标转速，还用于当电机的转速达到所述目标转速时控制电机的扭矩达到所述目标扭矩；整车控制器，所述整车控制器用于当电机的扭矩达到所述目标扭矩时，通过所述自动变速箱控制单元控制同步器启动，并且控制换挡执行机构进行换挡。

根据本发明的一些实施例，所述整车控制器还用于判断挡位信息是否正常；如果正常，且整车控制器收到换挡信号时，整车控制器控制电机卸载扭矩，当所述控制电机卸载扭矩完成时，控制所述换挡执行机构挂空挡；如果不正常，不进行换挡。

根据本发明的一些实施例，如果正常，且整车控制器未收到所述换挡信号时，不进行换挡。

根据本发明的一些实施例，所述控制系统还包括输出轴转速传感器，所述输出轴转速传感器用于获得车速或变速箱输出轴转速；所述自动变速箱控制单元根据所述车速或变速箱输出轴转速获得所述目标转速。

根据本发明的一些实施例，所述自动变速箱控制单元还用于获得变速箱输出轴的当前加速度；所述整车控制器根据所述当前加速度获得所述目标扭矩。

根据本发明的一些实施例，整车控制器还用于判断当前挡位是否与所述换挡信号的目标挡位相同；如果相同，不进行换挡。

附图说明

图1是本发明一种换挡控制方法的流程图；

图2是本发明一种换挡控制方法的一个具体实施例的流程图；

图3是本发明一种换挡控制方法的同步速度差的变化趋势的示意图；

图4是本发明一种换挡控制系统的结构图；

图5是本发明一种换挡控制系统的一个具体实施例的结构图；

图6是本发明一种换挡控制系统的换挡结构的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明一方面的实施例提出了一种换挡控制方法，获得目标转速；控制电机的转速达到所述目标转速；当电机的转速达到所述目标转速时，控制同步器启动，获得目标扭矩，控制电机的扭矩达到所述目标扭矩；当电机的扭矩达到所述目标扭矩时，进行换挡。

可以理解的是，本发明的控制方法可以分为两个阶段，第一阶段为电机的速度控制（调速模式），包括：获得目标转速；控制电机的转速（电机的转速指的是电机的实际转速，下同）达到目标转速。速度控制是以速度为实际值进行闭环控制，即给整车控制器输入一个速度值即目标转速，整车控制器通过电机控制器适时的调节电机的扭矩来使速度值迅速的达到目标转速并保持。

第二阶段为电机的扭矩控制（扭矩模式），包括：获得目标扭矩；当电机的转速达到目标转速时，控制电机的扭矩达到目标扭矩；当电机的扭矩达到目标扭矩时，进行换挡。扭矩控制是以扭矩为实际值进行的闭环控制，即给整车控制器输入一个扭矩值即目标扭矩，整车控制器通过电机控制器控制电机的扭矩靠近这个值并保持，而不考虑当前的速度值。

根据本发明的控制方法，先使电机达到目标转速，然后控制电机的扭矩达到目标扭矩，可以减小在不良路况下换挡时变速箱的输入轴与输出轴的转速差，使车辆可靠地换挡。

具体地，目标转速通过以下计算公式得到：w=vi/0.377r,其中w为目标转速，v为车速，i为挡位总速比，r为轮胎半径。电机目标转速在档位总速比和轮胎半径固定时，根据车速的变化而变化，而车速会受到各种道路阻力的影响。

具体地，换挡控制方法还包括：获得变速箱输出轴的当前加速度，根据当前加速度获得目标扭矩。根据输出轴转速传感器的转速变化率，计算出当前加速度，结合当前加速度以及传动齿轮组的转动惯量计算得到目标扭矩。在面对爬坡或者复杂路面大的阻力系数时，当前加速度为负值。

进一步地，所述控制方法还包括：判断挡位信息是否正常；如果正常，且收到换挡信号时，控制电机卸载扭矩，当所述控制电机卸载扭矩完成时，控制所述换挡执行机构挂空挡；如果不正常，不进行换挡。

进一步地，所述控制方法还包括：如果挡位信息正常，且未收到换挡信号时，不进行换挡。

需要说明的是，根据本发明的一些实施例，判断挡位信息是否正常可以包括判断同步器、换挡执行机构、挡位传感器、输出轴转速传感器是否正常，如果挡位信息不正常，就无法正常换挡。换挡需要脱挡（从当前档位挂入空挡），脱挡需要卸载电机的扭矩，脱挡后进入第一阶段电机的速度控制。

优选地，换挡控制方法还包括：判断当前挡位是否与换挡信号的目标挡位相同；如果相同，不进行换挡。如果当前档位与目标挡位相同，维持当前挡位，不需要换挡。

下面结合图2的实施例详细描述本发明的控制方法。

S1：整车控制器判断并读取档位信息是否正常，如果正常，则进入S2；否则进入S1；

S2：整车控制器发送目标挡位给自动变速箱控制单元；

S3：自动变速箱控制单元回送目标挡位给整车控制器，判断回送目标挡位与整车控制器发送目标挡位是否相同，如果相同，进入S4；如果不相同，进入S2；

S4：自动变速箱控制单元向整车控制器发出卸载扭矩的请求，进入S5；

S5：判断整车控制器通过电机控制器控制电机卸载是否完成，如果是，进入S6；否则进入S5；

S6：自动变速箱控制单元控制换挡执行机构挂空挡，进入S7；

S7：自动变速箱控制单元发送目标转速与调速请求给整车控制器，进入S8；

S8：控制电机在调速模式工作，并且判断电机调速是否完成，如果完成，进入S9；如果没有完成，进入S7；

S9：自动变速箱将当前加速度或减速度发送给整车控制器，进入S10；

S10：整车控制器根据当前加速度获得目标扭矩，进入S11；

S11：控制电机在扭矩模式工作，使电机的扭矩达到目标扭矩，实现电机的转速与变速箱输出轴转速的同步（电机与变速箱输入轴连接），进入S12；

S12：自动变速箱控制单元控制同步器使换档机构挂挡，并且判断当前挡位是否与目标挡位相同，如果相同，则变速箱输入轴与变速箱输出轴的转速同步成功，换挡成功；如果不相同，进入S9。

具体地，在爬坡或者路面阻力系数大时，同步器的同步摩擦力矩产生的同步加速度小于或等于汽车行驶产生的加速度，变速箱的输入轴与输出轴转速（输出轴转速指输出轴的实际转速，下同）差扩大即电机的转速与变速箱输出轴转速对应的电机目标转速的差值增大，超出了同步器的摩擦力矩所能实现的同步范围。

本发明提供一种换挡过程中电机速度控制与扭矩控制配合使用的换挡方法，在换挡过程中，控制电机在调速模式达到目标转速后，不进行卸扭挂档，而是控制电机继续工作在扭矩模式。通过测量变速箱输出轴转速的变化率得到当前加速度，然后根据这个加速度值得到目标扭矩，将目标扭矩作为输入值来控制电机的扭矩，从而实现电机的转速对变速箱输出轴转速变化的同步。通过电机的目标扭矩（电机的加速度）抵消汽车行驶阻力产生的加速度对转速差的影响， 剩余误差即控制精度和控制延时带来的误差由同步器的摩擦力矩抵消。

需要说明的是，第一阶段，通过电机速度控制减小变速箱输入轴与输出轴的转速差，由于速度控制的误差以及控制的延迟仍会存在一些转速差。第二阶段，电机的扭矩减小转速差虽然可以把路面加减速带来的附加的转速差给消除掉，但由于扭矩控制的精度以及控制的延迟也会存在一些转速差。这两个阶段的控制精度及控制延时误差相比电机速度控制和电机的扭矩控制消除的误差小，可以由同步器的摩擦力矩抵消。

本发明的控制方法的变速箱的输入轴与输出轴的转速差（同步速度差）的变化趋势如图3所示，图中各条曲线仅表示变化趋势。由于路面阻力，电机目标转速有一个阶跃变化，电机工作于调速模式，快速达到目标速度。同步器不受拨叉推动力的作用，同步器没有开始同步。在此阶段结束时，由于采样精度及控制环路延时的影响，调速模式所能达到的电机的转速与目标转速即变速箱的输入轴与输出轴的转速差（同步速度差）无法完全消除。

在第二阶段，由于在拨叉动作的时间内，来自于道路的行驶阻力使变速箱输出轴转速随车速的波动而波动，电机的转速与变速箱输出轴的转速的差值即变速箱的输入轴与输出轴转速差（同步速度差）可能进一步扩大，这样会导致同步器同步时间变长甚至不能同步，同样由于采样精度和控制环路延时的影响，速度模式所能达到的电机的转速与变速箱输出轴的转速的差值即变速箱的输入轴与输出轴转速差（同步速度差）无法完全消除。本发明的控制方法第二阶段使电机工作于扭矩模式，电机的目标扭矩（电机的加速度）可以实时补偿变速箱输出轴转速的变化（汽车行驶阻力产生的加速度带来的影响），两个阶段内累积的控制误差则由同步器的摩擦力矩去抵消，电机的扭矩与同步器的摩擦力矩共同作用，大大减轻了同步器同步负担，加快了同步时间，极大地降低了复杂路况下换档失败的概率。

本发明另一方面的实施例提出了一种换挡控制系统100，如图4所示，包括：自动变速箱控制单元10，自动变速箱控制单元10用于获得目标转速和目标扭矩；电机控制器20，电机控制器20用于控制电机的转速达到目标转速，还用于当电机的转速达到目标转速时控制电机的扭矩达到目标扭矩；整车控制器30，整车控制器30用于当电机的扭矩达到目标扭矩时，通过所述自动变速箱控制单元10控制同步器启动，并且控制换挡执行机构进行换挡。

根据本发明的控制系统100，先使电机达到目标转速，然后控制电机的扭矩达到目标扭矩，可以减小在不良路况下换挡时变速箱的输入轴与输出轴转速差，使车辆可靠地换挡。

具体地，所述控制系统100还包括输出轴转速传感器，所述输出轴转速传感器用于获得车速或变速箱输出轴转速；所述自动变速箱控制单元10根据所述车速或变速箱输出轴转速获得所述目标转速。

具体地，自动变速箱控制单元10还用于获得变速箱输出轴的当前加速度；整车控制器30根据当前加速度获得目标扭矩。自动变速箱控制单元10根据输出轴转速传感器的转速变化率，计算出当前加速度，整车控制器30结合当前加速度以及传动齿轮组的转动惯量计算得到目标扭矩。在面对爬坡或者复杂路面大的阻力系数时，当前加速度为负值即为减速度。

本发明控制系统一个实施例如图5所示，包括：自动变速箱控制单元10，电机控制器20，整车控制器30，电机40，同步器50，换挡执行机构60，输出轴转速传感器70。此外，控制系统可分为中央控制模块（包括自动变速箱控制单元10和整车控制器30），电机控制模块（包括电机控制器20和电机40），信号输入模块（包括变速箱输出轴信号传感器70）,和换挡控制模块（包括同步器50和换挡执行机构60）。

进一步地，所述整车控制器30还用于判断挡位信息是否正常；如果正常，且整车控制器30收到换挡信号时，整车控制器30控制电机卸载扭矩，当所述控制电机卸载扭矩完成时，整车控制器30控制所述换挡执行机构挂空挡；如果不正常，不进行换挡。

进一步地，如果挡位信息正常，且整车控制器30未收到所述换挡信号时，不进行换挡。

需要说明的是，根据本发明的一些实施例，挡位信息可以包括判断同步器50、换挡执行机构60、挡位传感器、输出轴转速传感器70是否正常，如果控制系统100不正常，就无法正常换挡。换挡需要脱挡（从当前档位挂入空挡），脱挡需要卸载电机的扭矩，脱挡后进入第一阶段电机的速度控制。

优选地，整车控制器30还用于判断当前挡位是否与换挡信号的目标挡位相同；如果相同，不进行换挡。如果当前档位与目标挡位相同，整车控制器30维持当前挡位，不需要换挡。

下面结合附图6，以一挡升二挡为例，详细描述控制系统的工作原理。如图6所示，电机轴与变速箱输入轴连接，同步器与变速箱输出轴连接，动力传递由电机至变速箱输入轴，经过主轴，再至副轴（变速箱输出轴），最后至车轮。

当车辆在一档时，副轴上的同步器在换挡同步机构的作用下，朝上运动，使副轴同步器与一档齿轮结合，实现动力传递，将电机的扭矩转速传递到与车轮相连的输出半轴上。当车辆从一挡升二挡时，电机卸扭，以便与同步器顺利与一档齿轮脱开连接；同步器朝下运动，脱开与一档齿轮连接，回到中间空位（此时车辆与电机断开连接）；电机根据输出轴传感器转速换算过来的目标转速进行调速，达到目标转速后，不卸扭，通过检测输出轴的当前加速度（减速度），对电机施加一个等效的扭矩，保证挂二档过程中，二挡齿轮转速与同步器转速始终保持跟随。在二档齿轮转速与同步器转速始终保持跟随的情况下，同步器在换挡执行机构的作用下，继续朝下运动，与二档齿轮结合，挂上二档。

简而言之，在换挡过程中，同步器通过输出轴与车辆连接，二档档位齿轮与电机连接，调速完成后要将两者结合起来，而在换挡结合的过程中，同步器和输出轴会由于道路阻力带来很大的转速变化，本发明的控制系统给电机提供一个扭矩（目标扭矩）让电机的转速也跟随这种变化，从而保证两者结合时转速差很小，从而提高换挡成功率。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种换挡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获得目标转速；

控制电机的转速达到所述目标转速；

当电机的转速达到所述目标转速时，控制同步器启动，获得目标扭矩，控制电机的扭矩达到所述目标扭矩；

当电机的扭矩达到所述目标扭矩时，进行换挡。

2.如权利要求1所述的换挡控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

判断挡位信息是否正常；

如果正常，且收到换挡信号时，控制电机卸载扭矩，当所述控制电机卸载扭矩完成时，控制所述换挡执行机构挂空挡；

如果不正常，不进行换挡。

3.如权利要求2所述的换挡控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

如果正常，且未收到换挡信号时，不进行换挡。

4.如权利要求1所述的换挡控制方法，其特征在于，所述换挡控制方法还包括：获得变速箱输出轴的当前加速度，根据所述当前加速度获得所述目标扭矩。

5.如权利要求1所述的换挡控制方法，其特征在于，所述目标转速通过以下计算公式得到：w=vi/0.377r,其中w为目标转速，v为车速，i为挡位总速比，r为轮胎半径。

6.如权利要求2所述的换挡控制方法，其特征在于，所述换挡控制方法还包括：

判断当前挡位是否与所述换挡信号的目标挡位相同；

如果相同，不进行换挡。

7.一种换挡控制系统，其特征在于，包括：

自动变速箱控制单元，所述自动变速箱控制单元用于获得目标转速和目标扭矩；

电机控制器，所述电机控制器用于控制电机的转速达到所述目标转速，还用于当电机的转速达到所述目标转速时控制电机的扭矩达到所述目标扭矩；

整车控制器，所述整车控制器用于当电机的扭矩达到所述目标扭矩时，通过所述自动变速箱控制单元控制同步器启动，并且控制换挡执行机构进行换挡。

8.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，

所述整车控制器还用于判断挡位信息是否正常；

如果正常，且整车控制器收到换挡信号时，整车控制器控制电机卸载扭矩，当所述控制电机卸载扭矩完成时，控制所述换挡执行机构挂空挡；

如果不正常，不进行换挡。

9.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，

如果正常，且整车控制器未收到所述换挡信号时，不进行换挡。

10.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，

所述控制系统还包括输出轴转速传感器，所述输出轴转速传感器用于获得车速或变速箱输出轴转速；

所述自动变速箱控制单元根据所述车速或变速箱输出轴转速获得所述目标转速。

11.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，

所述自动变速箱控制单元还用于获得变速箱输出轴的当前加速度；

所述整车控制器根据所述当前加速度获得所述目标扭矩。

12.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，

整车控制器还用于判断当前挡位是否与所述换挡信号的目标挡位相同；

如果相同，不进行换挡。