CN111071236B - 一种混合动力等时长换挡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种混合动力等时长换挡控制方法，包括如下步骤：接收换挡指令，控制离合器开始脱开；同时控制前端电机线性增加地输出一个反向扭矩；控制离合器完全脱开，同时控制换挡系统中的同步器从当前齿轮挡位脱开，使当前齿轮挡位解除进入空挡；同时控制前端电机提供大小控制的反向扭矩；判断解除挡位与目标挂入挡位是否在同一根拨叉轴上；根据结果分别控制离合器和同步器动作，使变速器系统进入目标齿轮挡位；控制离合器结合并且进入传递扭矩恢复阶段，完成换挡。本发明确保所有换挡过程时长大致相同，使驾驶员具有良好的驾驶体验，使其不会获得到换挡等待时长不一致的感受。

Description

一种混合动力等时长换挡控制方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，具体而言，尤其涉及一种混合动力等时长换挡控制方法。

背景技术

目前，我国新能源汽车中混合动力汽车发展最为迅速。混合动力汽车是一种使用多种能量来源的车辆，通常是使用液体燃料的常规发动机和使用电能的电机同时或单独驱动车辆。

新能源汽车的混合动力总成中，可能会出现多个电机。在离合器前端与发动机直接连接并共享转速的称为前端电机，常见的通俗称为P0、P1电机。在离合器后端且与变速器/减速机系统有固连关系的称为后端电机，常见的通俗称为P2、P2.5、P3电机。

例如图1揭示的一种混动系统的布置形式，包括前端电机P1和后端电机P3。混合动力变速器如果存在多个发动机挡位，则发动机挡位之间一般会采用同步器进行挡位切换。在换挡发生之前，离合器一般先分离，在同步器进行换挡结束之后离合器结合。换挡过程中进入离合器分离阶段之后，变速器需要完成2个主要动作：调节离合器前端转速、换成摘挡与挂挡。

由于国内发动机电控普遍不接受目标转速控制，在换挡过程中，变速器根据下一个挡位所需要的转速对发动机进行扭矩限制，通过降低发动机扭矩来调速。因为扭矩变化需在挡位啮合时进行，转速变化需在挡位非啮合时进行，因此扭矩和转速变化需分开调节，因此现有技术存在严重的动力中断，具体如图2所示的升挡为例，离合器具有三种状态，按时间顺便分别为：离合器传递扭矩消失阶段(数字1-2之间)、离合器完全打开且不传递动力阶段(数字2-3之间)、离合器传递扭矩恢复阶段(数字3-4之间)，各个阶段的离合器传递的扭矩分别为TC1、TC2、TC3，当离合器处于完全打开且不传递动力阶段时，通过降低发动机的扭矩TE来控制发动机转速nE降低并达到升挡后的目标转速，在此过程中，当同步器完全脱离即齿轮挡位进入空挡时，该输入轴的转速nS逐渐减低并会趋向于0，这样，当同步器进行挂挡以及进入离合器传递扭矩恢复阶段时，会产生强烈的冲击感，会产生较差的平顺性体验；而且由于换挡过程中发动机和输入轴之间的转速会形成较大的速差，以及发动机扭矩调整幅度过大(尤其在离合器传递扭矩恢复阶段)，因此整个换挡过程响应速度慢，响应精度差；也正由于这个速差的存在，同步器在进行换挡的时候需要较大地改变输入轴的转速，因此同步器的工作时长会加长(图中呈线性减小及线性增加的输入轴的转速的变化时间即为同步器的工作时长)，同时也导致同步器系统的使用寿命大大降低，而其性能随着使用寿命的减少而急剧衰减。

另外，由于挡位布置，在换挡过程中，摘挡和挂挡还存在两种情况：如图3所示的需要解除的挡位a和目标挂入挡位b在同一根拨叉轴上，如图4所示的需要解除的挡位c和目标挂入挡位b不在同一根拨叉轴上。两种情况执行摘挡和挂挡的时间相差非常大，容易给驾驶员造成驾驶风格不一致的不利主观感受。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种混合动力等时长换挡控制方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种混合动力等时长换挡控制方法，包括如下步骤：

S1、接收换挡指令，控制离合器开始脱开且进入传递扭矩消失阶段；同时控制前端电机线性增加地输出一个与发动机扭矩相反方向的反向扭矩；

S2、控制离合器完全脱开进入传递扭矩消失阶段，同时控制换挡系统中的同步器从当前齿轮挡位脱开，使当前齿轮挡位解除进入空挡；同时控制前端电机根据换挡后的发动机目标转速和实际转速的差距提供大小控制的反向扭矩；

S3、判断解除挡位与目标挂入挡位是否在同一根拨叉轴上；

S4、根据S3的结果分别控制离合器和同步器动作，使变速器系统进入目标齿轮挡位；

S5、控制离合器结合并且进入传递扭矩恢复阶段，同时控制所述前端电机的反向扭矩线性减小，发动机持续输出换挡后目标扭矩，完成换挡。

优选的，所述步骤S4中，控制离合器和同步器动作使变速器系统进入目标齿轮挡位的时长保持一致。

优选的，当步骤S1结束时，所述反向扭矩的绝对值等于所述发动机扭矩的绝对值。

优选的，所述步骤S2中，所述“控制前端电机根据换挡后的发动机目标转速和实际转速的差距提供大小控制的反向扭矩”，具体步骤为：

计算换挡前的发动机实际转速，其等于车轮轮速与当前挡位前端总速比的乘积；

计算换挡后的发动机目标转速，其等于车轮轮速与目标挡位前端总速比的乘积；

计算换挡过程中的发动机的目标角加速度，其等于换挡后的发动机目标挡位的目标转速和换挡前的发动机实际转速之差的绝对值除以目标调速时间之商；

计算差额扭矩C，所述差额扭矩C大于等于发动机扭矩和前端电机的负极限扭矩的代数和，并确保所述差额扭矩C的绝对值除以前端的惯量始终大于换挡过程中的发动机的目标角加速度，并且需大于混合动力变速器系统设计的安全值；

确保前端电机的极限扭矩的绝对值大于车轮端的需求扭矩除以目标挡位前端总速比之商与差额扭矩C的绝对值之间的和，则前端电机反向扭矩等于发动机的目标扭矩与差额扭矩C的绝对值的和的负值，所述发动机的目标扭矩为发动机的当前挡位扭矩至目标挡位之间的扭矩变化线中的各个时间点的扭矩值。

优选的，所述步骤S4中，判断得到当解除挡位与目标挂入挡位在同一根拨叉轴上时，维持离合器脱开状态并控制同步器结合，使变速器系统直接进入目标齿轮挡位。

优选的，所述步骤S4中，判断得到当解除挡位与目标挂入挡位不在同一根拨叉轴上时，还包括如下步骤：

S41、控制离合器重新结合，并向输入轴输出扭矩，使输入轴转速与发动机转速相同；

S42、控制离合器重新脱开，使其恢复进入传递扭矩消失阶段；

S43、控制同步器结合，使变速器系统进入目标齿轮挡位。

优选的，所述步骤S41中，控制离合器重新结合于半结合点，位于3-5Nm传递点。

优选的，所述步骤S41中，控制离合器的结合力稳定于预定值，当输入轴转速与发动机转速相同时执行步骤S42。

优选的，当所述步骤S4结束时，所述发动机转速由反向扭矩与发动机扭矩之间的差额扭矩控制使其线性减小至换挡后的目标转速。

优选的，当所述步骤S5结束时，所述发动机扭矩输出换挡后的目标扭矩。

本发明的有益效果主要体现在：

1、确保所有换挡过程时长大致相同，使驾驶员具有良好的驾驶体验，使其不会获得到换挡等待时长不一致的感受；

2、通过前端电机扭矩变化控制发动机转速来代替现有的使用扭矩限制闭环控制发动机转速，解决换挡开始或者结束时的冲击感；

3、通过控制输入轴转速与发动机转速之间的速差变小，使同步器挂挡顺畅，则可以大大提升同步器的使用寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：现有技术混动系统的一种实施例的结构示意图；

图2：现有技术的控制示意图；

图3：现有技术的摘挡、挂挡的第一种情况的体现；

图4：现有技术的摘挡、挂挡的第二种情况的体现；

图5：本发明的控制流程示意图；

图6：本发明优选实施例针对图3中摘挡、挂挡情况的控制示意图；

图7：本发明优选实施例针对图4中摘挡、挂挡情况的控制示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限于本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

如图5所示，本发明揭示了一种混合动力等时长换挡控制方法，包括如下步骤：

S1、接收换挡指令，控制离合器开始脱开且进入传递扭矩消失阶段；同时控制前端电机线性增加地输出一个与发动机扭矩相反方向的反向扭矩；

S2、控制离合器完全脱开进入传递扭矩消失阶段，同时控制换挡系统中的同步器从当前齿轮挡位脱开，使当前齿轮挡位解除进入空挡；同时控制前端电机根据换挡后的发动机目标转速和实际转速的差距提供大小控制的反向扭矩；

S3、判断解除挡位与目标挂入挡位是否在同一根拨叉轴上；

S4、根据S3的结果分别控制离合器和同步器动作，使变速器系统进入目标齿轮挡位；

S5、控制离合器结合并且进入传递扭矩恢复阶段，同时控制所述前端电机的反向扭矩线性减小，发动机持续输出换挡后目标扭矩，完成换挡。

由于在换挡过程中，摘挡和挂挡存在图3和图4两种情况，而且这两种情况执行摘挡和挂挡的时间相差非常大，因此本发明的重点在于步骤S4中，两种情况执行中，控制离合器和同步器动作使变速器系统进入目标齿轮挡位的时长保持一致。

具体操作如下详述。

在刚开始接收到换挡指令时，两个执行情况一样，都是控制离合器开始脱开且进入传递扭矩消失阶段；同时控制前端电机线性增加地输出一个与发动机扭矩相反方向的反向扭矩。到步骤S1结束时，所述反向扭矩的绝对值等于所述发动机扭矩的绝对值。这是因为在换挡开始时，本发明方法的控制目的是将前端输出总扭矩降为0，同时将后端输出扭矩提升到：前端换挡前扭矩*换挡前挡位速比/后端总速比。因此本发明将前端电机调节进入扭矩控制模式，输入与发动机反向的扭矩。

本发明以升挡为例，从低挡位变化至高挡位的时候，为保证调速过程顺利按时完成。需保证发动机扭矩和前端电机扭矩的最大能力的代数和的绝对值除以前端的惯量，大于|(车轮轮速*低挡位前端总速比-车轮轮速*高挡位前端总速比)|/目标调速时间。同时发动机扭矩和前端电机扭矩的最大能力的代数和的正负，与(车轮轮速*低挡位前端总速比-车轮轮速*高挡位前端总速比)的正负一致。该代数和在下文中称为差额扭矩C。如果电机极限扭矩的绝对值大于发动机扭矩+扭矩C，则直接使用前端电机反向扭矩在前端抵消发动机扭矩。

基于此，本发明当步骤S1结束时，所述反向扭矩的绝对值等于所述发动机扭矩的绝对值，使前端输出总扭矩降为0。

步骤S2中，所述“控制前端电机根据换挡后的发动机目标转速和实际转速的差距提供大小控制的反向扭矩”，具体步骤为：

计算换挡前的发动机实际转速，其等于车轮轮速与当前挡位前端总速比的乘积；

计算换挡后的发动机目标转速，其等于车轮轮速与目标挡位前端总速比的乘积；

计算换挡过程中的发动机的目标角加速度，其等于换挡后的发动机目标挡位的目标转速和换挡前的发动机实际转速之差的绝对值除以目标调速时间之商；

计算差额扭矩C，所述差额扭矩C大于等于发动机扭矩和前端电机的负极限扭矩的代数和，并确保所述差额扭矩C的绝对值除以前端的惯量始终大于换挡过程中的发动机的目标角加速度，并且需大于混合动力变速器系统设计的安全值；

确保前端电机的极限扭矩的绝对值大于车轮端的需求扭矩除以目标挡位前端总速比之商与差额扭矩C的绝对值之间的和，则前端电机反向扭矩等于发动机的目标扭矩与差额扭矩C的绝对值的和的负值，所述发动机的目标扭矩为发动机的当前挡位扭矩至目标挡位之间的扭矩变化线中的各个时间点的扭矩值。

本发明中的安全值为混合动力变速器系统设计时定的一个标准值，由测试和标定来决定，该安全值的目的在于用于匹配驾驶人员的临时出现的驾驶意图。

在此过程中，控制所述后端电机持稳定输出正向扭矩，所述后端电机的电力全部或部分来至所述前端电机的发电提供。该变化过程中前端电机反向扭矩的绝对值始终大于发动机扭矩的绝对值，并由于前端电机是反向扭矩，则前端电机此时处于负扭矩发电工况，此时前端电机的负扭矩完全由发电制动产生，前端电机可以作为负载将发动机维持在高效工况的同时，将发动机的动能直接转化为电能，此时后端电机电机需要的电能可以部分或者全部由前端电机发出的电能代偿，减少或者消除该工况下电池的放电需求。由于电池的使用被减少甚至消除，在该工况下，系统因电池产生的效率损失也将减少。后端电机持续稳定输出所述正向扭矩，补偿换挡动力中断，并且可以让后端电机不需要完全从电池里取电，这时候电池的参与度就下降了。因为电池每次都充放电都是会损失能量的，电池用的少，那么这一部分因为电池造成的损失也减小了。

所述步骤S4中，判断得到当解除挡位与目标挂入挡位在同一根拨叉轴上时，具体控制过程如图6所示，维持离合器脱开状态并控制同步器结合，使变速器系统直接进入目标齿轮挡位。由于这个过程通过挡位自身的同步器进行输入轴和发动机速差的消除，因此时间会相对长一点，但是由于解除挡位与目标挂入挡位在同一根拨叉轴上，所以同步器结合的时间会相对短一点。

所述步骤S4中，判断得到当解除挡位与目标挂入挡位不在同一根拨叉轴上时，具体控制过程如图7所示，步骤S4包括如下步骤：

S41、控制离合器重新结合，并向输入轴输出扭矩，使输入轴转速与发动机转速相同；

S42、控制离合器重新脱开，使其恢复进入传递扭矩消失阶段；

S43、控制同步器结合，使变速器系统进入目标齿轮挡位。

所述步骤S41中，控制离合器重新结合于半结合点，位于3-5Nm传递点(预定值)。控制离合器的结合力稳定于预定值，当输入轴转速与发动机转速相同(或者速差绝对值小于额定值)时执行步骤S42。在这种情况下，由于发动机扭矩能短时间内达到换挡后的目标扭矩，输入轴的转速与发动机的转速也是大致相同，这样换挡响应速度快，同步器的工作时长会缩短，整个换挡时长也能够大大缩短。

由上可见，两种不同的情况，由于控制方法的选择不同，能得到大致相同的摘挡、挂挡时长，使驾驶员具有良好的驾驶体验，使其不会获得到换挡等待时长不一致的感受。

另外，图7所示的控制方法中，通过控制输入轴转速与发动机转速之间的速差变小，使同步器挂挡顺畅，则可以大大提升同步器的使用寿命。

本发明中，所述发动机转速由反向扭矩与发动机扭矩之间的差额扭矩控制使其线性减小至换挡后的目标转速，代替现有的使用扭矩限制闭环控制发动机转速，解决换挡开始或者结束时的冲击感，因为在调速过程中，发动机扭矩可以稳定上升，当所述步骤S5结束时，所述发动机扭矩输出换挡后的目标扭矩，过渡平稳。

本发明提供了良好的驾乘体验，值得大力推广。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种混合动力等时长换挡控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、接收换挡指令，控制离合器开始脱开且进入传递扭矩消失阶段；同时控制前端电机线性增加地输出一个与发动机扭矩相反方向的反向扭矩；

S2、控制离合器完全脱开进入传递扭矩消失阶段，同时控制换挡系统中的同步器从当前齿轮挡位脱开，使当前齿轮挡位解除进入空挡；同时控制前端电机根据换挡后的发动机目标转速和实际转速的差距提供大小控制的反向扭矩；

S3、判断解除挡位与目标挂入挡位是否在同一根拨叉轴上；

S4、根据S3的结果分别控制离合器和同步器动作，使变速器系统进入目标齿轮挡位；

S5、控制离合器结合并且进入传递扭矩恢复阶段，同时控制所述前端电机的反向扭矩线性减小，发动机持续输出换挡后目标扭矩，完成换挡；

所述步骤S4中，判断得到当解除挡位与目标挂入挡位在同一根拨叉轴上时，维持离合器脱开状态并控制同步器结合，使变速器系统直接进入目标齿轮挡位；判断得到当解除挡位与目标挂入挡位不在同一根拨叉轴上时，还包括如下步骤：

S41、控制离合器重新结合，并向输入轴输出扭矩，使输入轴转速与发动机转速相同；

S42、控制离合器重新脱开，使其恢复进入传递扭矩消失阶段；

S43、控制同步器结合，使变速器系统进入目标齿轮挡位。

2.根据权利要求1所述的一种混合动力等时长换挡控制方法，其特征在于：所述步骤S4中，控制离合器和同步器动作使变速器系统进入目标齿轮挡位的时长保持一致。

3.根据权利要求1所述的一种混合动力等时长换挡控制方法，其特征在于：当步骤S1结束时，所述反向扭矩的绝对值等于所述发动机扭矩的绝对值。

4.根据权利要求1所述的一种混合动力等时长换挡控制方法，其特征在于：所述步骤S41中，控制离合器重新结合于半结合点，位于3-5Nm传递点。

5.根据权利要求4所述的一种混合动力等时长换挡控制方法，其特征在于：所述步骤S41中，控制离合器的结合力稳定于预定值，当输入轴转速与发动机转速相同时执行步骤S42。

6.根据权利要求1所述的一种混合动力等时长换挡控制方法，其特征在于：当所述步骤S4结束时，所述发动机转速由反向扭矩与发动机扭矩之间的差额扭矩控制使其线性减小至换挡后的目标转速。

7.根据权利要求1所述的一种混合动力等时长换挡控制方法，其特征在于：当所述步骤S5结束时，所述发动机扭矩输出换挡后的目标扭矩。

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