CN109488762B - 电动汽车的自动锁档方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动汽车的自动锁档方法，其包括以下步骤：检测车辆基本参数以获取车辆运行工况；估计当前道路的坡度值；确定当前道路的坡度值是否处于锁档范围；如果处于锁档范围，则禁止进行换档操作，如果不在锁档范围，则允许进行换档操作。本发明提供的电动汽车的自动锁档方法及系统能够通过电机实际扭矩、档位、车速等信息估计道路坡度参数，还能够标定坡度参数在什么阈值时需要锁档，什么时候解除锁档。并且还能够通过整车控制器标定阈值，实现自动锁档功能。另外，本发明提供的电动汽车的自动锁档方法及系统无需过多的硬件结构更改，全部通过软件算法完成，实施成本低、周期短，实施的可行性高。

Description

电动汽车的自动锁档方法及系统
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，具体地说，涉及一种针对电动汽车的自动锁档方法及系统。
背景技术
纯电动客车驱动方式一般有直驱和搭配电控机械自动变速箱(Automated ManualTransmission，简称AMT)系统驱动方式两种。直驱系统动力由电机直接输出至后桥，其结构简单可靠。而AMT系统，电机扭矩经过变速箱输出至后桥，可以通过变换速比优化动力性及经济性。随着AMT技术的成熟，AMT系统已广泛应用于纯电动客车领域。
AMT系统即根据车速、油门、驾驶员命令等参数，确定最佳挡位，控制原来由驾驶员人工完成的离合器分离与接合、换挡手柄的摘挡与挂挡以及发动机的油门开度的同步调节等操作过程，最终实现换挡过程的操纵自动化。AMT系统一般在起步和爬坡等低速高扭矩工况采用低挡，在高速行驶时采用高挡。
搭配AMT纯电动车在陡坡起步过程，当达到换挡条件时，会换入2挡，此时由于传动比减小，驱动扭矩降低，爬坡能力下降，导致车速降低，又会回到1挡，出现循环换挡现象。
AMT系统相比直驱系统在爬坡时更具优势，但在爬陡坡时会出现上述的换挡循环情况。这不仅严重影响驾驶舒适性，而且还会加剧传动部件磨损。因此，需要提供一种能够很好地解决换挡循环问题的锁挡方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种电动汽车的自动锁档方法，所述方法包括以下步骤：
检测车辆基本参数以获取车辆运行工况；
根据所述车辆运行工况并基于动力学方程式来估计当前道路的坡度值；
基于预先设定的锁档范围值来确定所述当前道路的坡度值是否处于锁档范围；
如果所述当前道路的坡度值处于锁档范围，则通过整车控制器向自动变速箱控制单元发送指令以禁止其进行换档操作，如果所述当前道路的坡度值不在锁档范围，则通过整车控制器向TCU发送指令以允许其进行换档操作。
根据本发明的一个实施例，车辆基本参数包括电机实际的驱动扭矩、当前档位的传动比和当前车辆加速度。
根据本发明的一个实施例，进一步地基于下式估计所述当前道路的坡度值：
Figure BDA0001406879030000021
其中，坡度值为θ，车辆质量为m，车辆加速度为a，电机驱动扭矩为F，当前传动比为ic，主减速比为ig，道路阻力系数为f，轮胎半径为R，总传动效率为η。
根据本发明的一个实施例，基于所述车辆基本参数得到ig、m、R，f一般取0.018～0.02，η一般取90％左右。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：基于实际爬坡测试得到锁档范围的上限值和下限值。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：在基于预先设定的锁档范围值来确定所述当前道路的坡度值是否处于锁档范围的步骤中，还判断当前车速，如果当前车速大于某一预设值或当前挡位不在1挡时，则禁止进行锁挡操作。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种电动汽车的自动锁档系统，所述系统包含：
检测模块，其用于检测车辆基本参数以获取车辆运行工况；
估计模块，其用于根据所述车辆运行工况并基于动力学方程式来估计当前道路的坡度值；
确定模块，其用于基于预先设定的锁档范围值来确定所述当前道路的坡度值是否处于锁档范围；
执行模块，其用于如果所述当前道路的坡度值处于锁档范围，则通过整车控制器向自动变速箱控制单元发送指令以禁止其进行换档操作，如果所述当前道路的坡度值不在锁档范围，则通过整车控制器向TCU发送指令以允许其进行换档操作。
根据本发明的一个实施例，所述系统包含进一步地基于下式估计所述当前道路的坡度值的模块：
Figure BDA0001406879030000031
其中，坡度值为θ，车辆质量为m，车辆加速度为a，电机驱动扭矩为F，当前传动比为ic，主减速比为ig，道路阻力系数为f，轮胎半径为R，总传动效率为η。
根据本发明的一个实施例，所述系统包含限值模块，其用于基于实际爬坡测试得到锁档范围的上限值和下限值。
根据本发明的一个实施例，所述系统包含完成以下步骤的组成部分：
在基于预先设定的锁档范围值来确定所述当前道路的坡度值是否处于锁档范围的步骤中，还判断当前车速，如果当前车速大于某一预设值或当前挡位不在1挡时，则禁止进行锁挡操作。
本发明提供的电动汽车的自动锁档方法及系统能够通过电机实际扭矩、档位、车速等信息估计道路坡度参数，还能够标定坡度参数在什么阈值时需要锁档，什么时候解除锁档。并且还能够通过整车控制器标定阈值，实现自动锁档功能。另外，本发明提供的电动汽车的自动锁档方法及系统无需过多的硬件结构更改，全部通过软件算法完成，实施成本低、周期短，实施的可行性高。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地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
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1显示了根据本发明的一个实施例的电动汽车的自动锁档方法的流程图；
图2显示了根据本发明的一个实施例的电动汽车的自动锁档方法的车辆爬坡过程受力分析图；
图3进一步显示了根据本发明的一个实施例的电动汽车的自动锁档方法的详细流程图；以及
图4显示了根据本发明的一个实施例的电动汽车的自动锁档系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细说明。
为解决电控机械自动变速箱(Automated Manual Transmission，简称AMT)车型爬坡换挡循环问题，现有AMT车型主要通过增加手动锁挡功能解决。当手动锁挡开启后，禁止AMT换挡，即爬陡坡时可以先手动锁在一挡，让其一直1挡爬坡。
但该方式存在一定的局限，即爬坡之前需要手动锁挡，平路时又要解除锁挡，增加了司机驾驶强度。
因此，本发明提供了一种电动汽车的自动锁档方法及系统，通过电机实际扭矩、档位、车速等信息估计道路坡度参数，还能够标定坡度参数在什么阈值时需要锁档，什么时候解除锁档。并且还能够通过整车控制器标定阈值，实现自动锁档功能。
图1显示了根据本发明的一个实施例的电动汽车的自动锁档方法的流程图。首先，在步骤S101中，检测车辆基本参数以获取车辆运行工况。在此步骤中，测量装置会测量车辆能够反映运行工况的参数，例如，电机实际扭矩、档位以及车速等。
在步骤S102中，根据车辆运行工况并根据动力学方程式来估计当前道路的坡度值。获取在步骤S101中采集的车辆基本参数，将车辆基本参数上报至计算单元，计算单元通过动力学方程式来估计当前道路的坡度值。图2详细的介绍了车辆爬坡过程中的进行受力分析的数学过程。
图2显示了根据本发明的一个实施例的电动汽车的自动锁档方法的车辆爬坡过程受力分析图。如图2所示，车辆质量为m，车辆驱动力为Fq，滚动阻力为Fz，坡道角度为θ。
假设车辆的加速度为a，电机驱动力矩为F，AMT传动比为ic，主减速比为ig，道路阻力系数为f，轮胎半径为R，总传动效率为η。由于爬坡过程速度较低，可以忽略空气阻力。能够得到公式(1)以及公式(2)：
Figure BDA0001406879030000051
Fz＝mgfcosθ (2)
通过公式(1)以及公式(2)的换算，能够得到公式(3)：
Figure BDA0001406879030000052
一般公路的坡度较小，因此，可以近似为公式(4)以及公式(5)：
cosθ≈1 (4)
sinθ≈θ (5)
将公式(3)、公式(4)以及公式(5)合并计算，得到公式(6)：
Figure BDA0001406879030000053
整车控制器可以通过CAN网络获取电机实际驱动扭矩F、当前挡位传动比为ic，通过车速变化率可以计算得到车辆加速度a，由车辆参数可以得到ig、m、R。f一般取0.018～0.02，η一般取90％左右。
CAN是控制器局域网络(Controller Area Network,，CAN)的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准(ISO11898)，是国际上应用最广泛的现场总线之一。通过公式(6)，带入测得的数值就可以计算出当前道路的坡度θ。
计算出当前道路的坡度值θ后，进入步骤S103，基于预先设定的锁档范围值来确定当前道路的坡度值是否处于锁档范围。预先设定的锁档范围值可以通过实际爬坡测试来确定，实际的爬坡测试测得该车需要锁挡的最小坡度θ1和可以解除锁挡的最大坡度θ2。当θ>θ1时进入锁挡模式，禁止换挡；θ<θ2时，退出锁挡模式。爬坡测试过程，即车辆在实际坡道路况行驶，测试出什么坡道情况会出现循环换挡或换挡困难现象，什么坡道情况不影响换挡。且该坡道参数范围是整车估计坡道值。
当确定好当前道路的坡度值是否处于锁档范围最后，在步骤S104中，如果当前道路的坡度值处于锁档范围，则通过整车控制器向自动变速箱控制单元发送指令以禁止其进行换档操作，如果当前道路的坡度值不在锁档范围，则通过整车控制器向自动变速箱控制单元发送指令以允许其进行换档操作。
自动变速箱控制单元(Transmission Control Unit，简称TCU)常用于电控机械自动变速箱(Automated Manual Transmission，简称AMT)、自动变速器(automatictransmission，简称AT)、双离合变速箱(Dual Clutch Transmission，简称DCT)、无级变速箱(Continuously Variable Transmission，简称CVT)等自动变速器。
TCU是由16位或32位处理器、信号处理电路、功率驱动模块等组成，要通过严格的电磁兼容性测试。工作温度取决于安装位置，通常安装在驾驶舱内，要求的温度等级较低，-40～90度。如果安装在发动机舱，温度等级通常为-40～140度。通过CAN总线和电子控制单元(Electronic Control Unit，简称ECU)、制动防抱死系统(antilock brake system，简称ABS)/车身电子稳定系统(Electronic Stability Program，简称ESP)、基本通信单元(BasicCommunicationUnit，简称BCU)等车载电脑通讯，在变速箱出现故障时控制发动机扭矩，限制档位，实现跛行回家功能。
在本发明中TCU应用在AMT上，能够实现自动变速控制，使驾驶更简单。AMT的工作原理是在机械变速箱(手动档)原有基础上进行改造，主要改变手动换档操纵部分。即在总体传动结构不变的情况下通过加装微机控制的自动操纵系统来实现换档的自动化。因此AMT实际上是由一个电脑来控制一个机器人系统来完成操作离合器和选档的两个动作。AMT的核心技术是微机控制，电子技术及质量将直接决定AMT的性能与运行质量。
按照如图1所示的电动汽车的自动锁档方法流程图进行工作，能够通过电机实际扭矩、档位、车速等信息估计道路坡度参数，还能够标定坡度参数在什么阈值时需要锁档，什么时候解除锁档。并且还能够通过整车控制器标定阈值，实现自动锁档功能。
图3进一步显示了根据本发明的一个实施例的电动汽车的自动锁档方法的详细流程图。虽然图1所示的电动汽车的自动锁档方法能够实现自动锁档的功能，但是为了使得本发明提供的电动汽车的自动锁档方法更加智能，避免误锁档的情况发生，特通过图3所示的方法来对图1所示的方法做出进一步的完善。
图3所示的流程图实施的前提是，当车速大于25km/h或者车辆档位不在1档时禁止锁档。电动汽车的自动锁档方法开始，在步骤S301中进入自由换挡模式，随后，在步骤S302中，判断车速是否小于25km/h，档位是否为1。如果，车速大于25km/h或是档位不为1。那么，返回步骤S301，进入自由换挡模式。
如果车速小于25km/h，档位为1，那么在步骤S303中，计算坡度值的方法在对图2的介绍中有详细的披露，简单来说就是，整车控制器通过CAN网络获取电机实际驱动扭矩F、当前挡位传动比为ic，通过车速变化率可以计算得到车辆加速度a，由车辆参数可以得到ig、m、R。f一般取0.018～0.02，η一般取90％左右。然后将获取到的数值带入公式(6)中计算得到当前车辆行驶道路的坡度值。
接着，在步骤S304中，判断是否θ>θ1。如果不是，那么返回步骤S301，进入自锁档模式。如果是，那么进入步骤S305，进入锁档模式。然后，在步骤S306中，判断是否θ<θ2。如果不是，那么返回步骤S305，进入锁档模式。如果是，那么进入返回步骤S301，进入自由换挡模式。
通过如图3所示的流程图，不仅能够通过电机实际扭矩、档位、车速等信息估计道路坡度参数，还能够标定坡度参数在什么阈值时需要锁档，什么时候解除锁档。并且还能够通过整车控制器标定阈值，实现自动锁档功能。还能够防止误锁档的情况发生。
图4显示了根据本发明的一个实施例的电动汽车的自动锁档系统的结构示意图。如图4所示，系统包含检测模块401、估计模块402、确定模块403以及执行模块404。
其中，检测模块用于检测车辆基本参数以获取车辆运行工况。车辆的基本参数一般包含电机实际扭矩、档位以及车速等信息。通过在车辆上安装测量装置可以检测以上车辆基本参数信息。通过这些基本参数信息就可以获知车辆的运行工况，以便接下来的模块进行下一步的处理。
估计模块根据车辆运行工况并基于动力学方程式来估计当前道路的坡度值。估计模块首先获取检测模块采集的车辆基本信息参数，然后将这些车辆基本信息参数带入动力学方程式，通过计算，得到当前道路的坡度值。
在此需要说明的是，还可以通过安装坡度传感器来测量当前道路的坡度值。此方法可以代替估计模块以及确定模块。此方法得到的坡度值更加准确，但增加了成本。在本发明提供的电动汽车的自动锁档系统应用中可以根据实际的需求来选择合适的坡度测量方式，本发明不限于此。
确定模块基于预先设定的锁档范围值来确定当前道路的坡度值是否处于锁档范围。确定模块会将当前道路的实际坡度值与已经确定的预设锁档范围角度来进行比较。确定当前道路的实际坡度值是否处在锁档的角度范围。根据确定的结果，送入执行模块来执行锁档或是不锁档这一动作。
执行模块用于如果当前道路的坡度值处于锁档范围，则通过整车控制器向自动变速箱控制单元发送指令以禁止其进行换档操作，如果当前道路的坡度值不在锁档范围，则通过整车控制器向TCU发送指令以允许其进行换档操作。
本发明提供的电动汽车的自动锁档方法及系统能够通过电机实际扭矩、档位、车速等信息估计道路坡度参数，还能够标定坡度参数在什么阈值时需要锁档，什么时候解除锁档。并且还能够通过整车控制器标定阈值，实现自动锁档功能。另外，本发明提供的电动汽车的自动锁档方法及系统无需过多的硬件结构更改，全部通过软件算法完成，实施成本低、周期短，实施的可行性高。
应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种电动汽车的自动锁档方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
检测车辆基本参数以获取车辆运行工况；
根据所述车辆运行工况并基于动力学方程式来估计当前道路的坡度值；
基于预先设定的锁档范围值来确定所述当前道路的坡度值是否处于锁档范围，其中，预先设定的锁档范围值通过实际爬坡测试来确定，实际的爬坡测试测得该车需要锁挡的最小坡度θ1和解除锁挡的最大坡度θ2，当所述当前道路的坡度值θ＞θ1时进入锁挡模式，禁止换挡；所述当前道路的坡度值θ＜θ2时，退出锁挡模式；
如果所述当前道路的坡度值处于锁档范围，则通过整车控制器向自动变速箱控制单元发送指令以禁止其进行换档操作，如果所述当前道路的坡度值不在锁档范围，则通过整车控制器向自动变速箱控制单元发送指令以允许其进行换档操作；
在基于预先设定的锁档范围值来确定所述当前道路的坡度值是否处于锁档范围的步骤中，还判断当前车速，如果当前车速大于某一预设值或当前挡位不在1挡时，则禁止进行锁挡操作；
如果当前道路的坡度值处于锁档范围，则通过整车控制器向自动变速箱控制单元发送指令以禁止其进行换档操作，如果当前道路的坡度值不在锁档范围，则通过整车控制器向自动变速箱控制单元发送指令以允许其进行换档操作。
2.如权利要求1所述的电动汽车的自动锁档方法，其特征在于，车辆基本参数包括电机实际的驱动扭矩、当前档位的传动比和当前车辆加速度。
3.如权利要求2所述的电动汽车的自动锁档方法，其特征在于，进一步地基于下式估计所述当前道路的坡度值：
Figure FDA0003013135580000011
其中，坡度值为θ，车辆质量为m，车辆加速度为a，电机驱动扭矩为F，当前传动比为ic，主减速比为ig，道路阻力系数为f，轮胎半径为R，总传动效率为η。
4.如权利要求3所述的电动汽车的自动锁档方法，其特征在于，基于所述车辆基本参数得到ig、m、R，f一般取0.018～0.02，η一般取90％左右。
5.如权利要求2所述的电动汽车的自动锁档方法，其特征在于，所述方法还包括：基于实际爬坡测试得到锁档范围的上限值和下限值。
6.一种电动汽车的自动锁档系统，其特征在于，所述系统包含：
检测模块，其用于检测车辆基本参数以获取车辆运行工况；
估计模块，其用于根据所述车辆运行工况并基于动力学方程式来估计当前道路的坡度值；
确定模块，其用于基于预先设定的锁档范围值来确定所述当前道路的坡度值是否处于锁档范围，其中，预先设定的锁档范围值通过实际爬坡测试来确定，实际的爬坡测试测得该车需要锁挡的最小坡度θ1和解除锁挡的最大坡度θ2，当所述当前道路的坡度值θ＞θ1时进入锁挡模式，禁止换挡；所述当前道路的坡度值θ＜θ2时，退出锁挡模式；
执行模块，其用于如果所述当前道路的坡度值处于锁档范围，则通过整车控制器向自动变速箱控制单元发送指令以禁止其进行换档操作，如果所述当前道路的坡度值不在锁档范围，则通过整车控制器向TCU发送指令以允许其进行换档操作；
所述系统包含完成以下步骤的组成部分：
在基于预先设定的锁档范围值来确定所述当前道路的坡度值是否处于锁档范围的步骤中，还判断当前车速，如果当前车速大于某一预设值或当前挡位不在1挡时，则禁止进行锁挡操作；
如果当前道路的坡度值处于锁档范围，则通过整车控制器向自动变速箱控制单元发送指令以禁止其进行换档操作，如果当前道路的坡度值不在锁档范围，则通过整车控制器向自动变速箱控制单元发送指令以允许其进行换档操作。
7.如权利要求6所述的电动汽车的自动锁档系统，其特征在于，所述系统包含进一步地基于下式估计所述当前道路的坡度值的模块：
Figure FDA0003013135580000021
其中，坡度值为θ，车辆质量为m，车辆加速度为a，电机驱动扭矩为F，当前传动比为ic，主减速比为ig，道路阻力系数为f，轮胎半径为R，总传动效率为η。
8.如权利要求6所述的电动汽车的自动锁档系统，其特征在于，所述系统包含限值模块，其用于基于实际爬坡测试得到锁档范围的上限值和下限值。
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