CN111255825B - 一种车辆离合器的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆离合器的控制方法，所述车辆包括第一电机(1)、第二电机(2)、第一犬牙式离合器(A)、第二犬牙式离合器(CU)以及多组不同速比的齿轮；采用闭环非线性控制方法，以换挡电机的输出状态来判定啮合套与啮合齿轮的啮合状态，由换挡电机提供给两个犬牙式离合器的轴向驱动力判断出对应离合器的轴向位移，通过轴向位移判断出在换挡电机驱动下换挡元件的旋转角度，再反向对换挡电机提供的驱动力进行优化，通过各种运动状态参与的位移和力来判定对应犬牙式离合器所处的运动状态为哪一阶段，并据此调整第一电机、第二电机中的换挡电机分配给第一、第二犬牙式离合器的轴向驱动力，实现换挡电机驱动力供给的进一步优化。

Description

一种车辆离合器的控制方法
技术领域
本发明属于新能源汽车驾驶控制的技术领域，具体涉及一种车辆离合器的控制方法。
背景技术
随着新能源汽车行业的快速发展，纯电动控制系统在汽车工业领域具有越来越广泛的应用前景，而目前商用车中电动控制系统在换挡时往往还沿用汽油驱动车辆的换挡模式。
现有技术中车辆换挡过程中大多采用磨片式离合器，离合器在整个结合过程中是平滑、线性的，且没有冲击。
犬牙式离合器具有换挡速度快、换挡过程中扭矩不会中断等优点，因而在现有技术中已经逐步得到推广应用，然而犬牙式离合器相对于磨片式离合器存在的主要差异有：1)离合器的接触是刚性的，不存在半离合状态；2)离合器的结合过程是非线性。
因而现有技术中尚缺少离合器在不同状态下的力和扭矩与对应位移和角度之间的工况研究，因而无法对犬牙离合器做出进一步的控制优化。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺陷与不足，本发明提供了一种车辆离合器的控制方法。
本发明所采用的技术方案如下：
一种车辆离合器的控制方法，车辆包括第一电机(1)、第二电机(2)、第一犬牙式离合器(A)、第二犬牙式离合器(CU)以及多组不同速比的齿轮；通过各种运动状态下参与的位移和力来判定第一、第二犬牙式离合器分别属于哪种运动状态，并据此调整第一电机、第二电机中的换挡电机分配给第一、第二犬牙式离合器的轴向驱动力。
进一步地，第一、第二犬牙式离合器的运动状态包括有自由滑行阶段、撞击阶段、齿面摩擦阶段、以及花键啮合阶段。
进一步地，在自由滑行阶段中，对应的犬牙式离合器的轴向驱动力和加速度的关系为：
Figure BDA0002398062390000021
其中，
m2为对应犬牙式离合器中啮合套的质量，
s为对应犬牙式离合器中啮合套实际的轴向位移，
Fact为换挡电机向对应犬牙式离合器提供的轴向驱动力，
Figure BDA0002398062390000022
为轴向元件接触力。
进一步地，在撞击阶段中，对应的犬牙式离合器的轴向接触力和轴向位移的关系为：
Figure BDA0002398062390000031
其中，
Figure BDA0002398062390000032
为轴向元件接触力,
s为对应犬牙式离合器中啮合套实际的轴向位移，
s0为啮合套与啮合齿轮接触时对应的啮合套的轴向位移，
kax为对应犬牙式离合器的轴向刚度，
dax为对应犬牙式离合器的轴向阻尼。
进一步地，在齿面摩擦阶段中，当啮合套的轴向速度稳定在零时，啮合套花键齿端面与啮合齿轮花键齿端面接触，齿面摩擦阶段开始，此时端面间的重叠量为
Figure BDA0002398062390000033
当啮合套与啮合齿轮角速度达到同步或啮合齿轮花键端面与啮合套花键端面脱离接触时该阶段结束，此时端面间的重叠量为
Figure BDA0002398062390000034
齿面摩擦阶段结束时，判断啮合齿轮与啮合套的转速差Δω3以及端面间的重叠量
Figure BDA0002398062390000035
满足以下哪种情形：
1)
Figure BDA0002398062390000036
2)
Figure BDA0002398062390000037
3)
Figure BDA0002398062390000038
情形1)表示啮合齿轮与啮合套在齿面摩擦阶段转速达到同步，但花键齿端面将永远接触，换挡啮合失败；
情形2)和情形3)表示齿面摩擦阶段结束时，啮合套花键齿端面与啮合齿轮花键齿端面间的重叠已经消除，此时不论相对速差Δω3是否为0，均能保证换挡成功；此时面摩擦扭矩和角加速度的关系为：
Figure BDA0002398062390000041
其中，
Tff为面摩擦扭矩，
θ2为啮合套当前位置与初始位置的夹角，
J2为啮合齿轮惯量；
而面摩擦扭矩和轴向元件接触力的关系为：
Figure BDA0002398062390000042
其中，
θ1为啮合齿轮当前位置与初始位置的夹角，
μd为啮合套摩擦系数，
r为主接触面半径，
α为反冲角度。
进一步地，在花键啮合阶段中，啮合套沿轴向的受力情况与自由滑行阶段相同，且在花键齿的啮合过程中，转速差Δω3由于啮合齿轮花键与啮合套花键之间的撞击迅速减小至0。
本发明相对于现有技术所取得的有益效果为：
1)采用闭环非线性控制方法，以换挡电机的输出状态来判定啮合套与啮合齿轮的啮合状态，由换挡电机提供给两个犬牙式离合器的轴向驱动力判断出对应离合器的轴向位移，通过轴向位移判断出在换挡电机驱动下换挡元件的旋转角度，再反向对换挡电机提供的驱动力进行优化，通过各种运动状态参与的位移和力来判定对应犬牙式离合器所处的运动状态为自由滑行，撞击，齿面摩擦，花键啮合四种状态中的哪一阶段，并据此调整第一电机、第二电机中的换挡电机分配给第一、第二犬牙式离合器的轴向驱动力，实现换挡电机驱动力供给的进一步优化，各部件上所施加或释放的力以及扭矩贯穿整个控制方法中，任何一个可变的变量都能实时快速的影响到整体运行结果，控制及时、有效、精确。
附图说明
图1为本发明一种车辆离合器的控制方法的逻辑流程图；
图2是本发明一种车辆离合器的控制方法的控制流程图；
图3是本发明犬牙式离合器处于自由滑行阶段的结构示意图；
图4是本发明犬牙式离合器处于撞击阶段的结构示意图；
图5是本发明犬牙式离合器处于齿面摩擦阶段的结构示意图；
图6是本发明犬牙式离合器处于花键啮合阶段的机构示意图。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
如图1-6所示，其中啮合齿轮为a，啮合套为b，
一种车辆离合器的控制方法，所述车辆包括第一电机1、第二电机2、第一犬牙式离合器A、第二犬牙式离合器CU以及多组不同速比的齿轮；
通过各种运动状态下参与的位移和力来判定第一、第二犬牙式离合器分别属于哪种运动状态，并据此调整第一电机、第二电机中的换挡电机分配给第一、第二犬牙式离合器的轴向驱动力。
具体地，第一、第二犬牙式离合器的运动状态包括有自由滑行阶段、撞击阶段、齿面摩擦阶段、以及花键啮合阶段。
具体地，在自由滑行阶段中，由于啮合套与啮合齿轮之间没有锁止机构，所以啮合套与啮合齿轮之间可以以任何一个角速度差开始换挡。在花键齿端接触前，离合器不传递扭矩，啮合套只需要克服其因花键与花键毂外花键之间的扭矩损失造成的沿轴向滑动的摩擦力，这一阶段称为初始自由滑行阶段，
此阶段中对应的犬牙式离合器的轴向驱动力和加速度的关系为：
Figure BDA0002398062390000061
其中，
m2为对应犬牙式离合器中啮合套的质量，
s为对应犬牙式离合器中啮合套实际的轴向位移，
Fact为换挡电机向对应犬牙式离合器提供的轴向驱动力，
Figure BDA0002398062390000071
为轴向元件接触力。
此阶段中，啮合齿轮与啮合套未接触时轴向接触力为0，如下文公式(2)中的s＜s0的状态表示，整个自由滑行阶段的结构示意图如图3所示。
具体地，在撞击阶段中，由于在齿面撞击过程中因齿面间的冲击力而导致的啮合齿轮花键与啮合套花键相对位置的变化量极小，遂可以忽略不计。在图4中表示为刚接触时的撞击画面，啮合齿轮和啮合套所产生的形变忽略不计。
在此阶段中对应的犬牙式离合器的轴向接触力和轴向位移的关系为：
Figure BDA0002398062390000072
其中，
Figure BDA0002398062390000073
为轴向元件接触力，
s为对应犬牙式离合器中啮合套实际的轴向位移，
s0为啮合套与啮合齿轮接触时对应的啮合套的轴向位移，
kax为对应犬牙式离合器的轴向刚度，
dax为对应犬牙式离合器的轴向阻尼。
具体地，在齿面摩擦阶段中，
当啮合套的轴向速度稳定在零时，啮合套花键齿端面与啮合齿轮花键齿端面接触，齿面摩擦阶段开始，此时端面间的重叠量为
Figure BDA0002398062390000081
当啮合套与啮合齿轮角速度达到同步或啮合齿轮花键端面与啮合套花键端面脱离接触时该阶段结束，此时端面间的重叠量为
Figure BDA0002398062390000082
齿面摩擦阶段结束时，判断啮合齿轮与啮合套的转速差Δω3以及端面间的重叠量
Figure BDA0002398062390000083
满足以下哪种情形：
1)
Figure BDA0002398062390000084
2)
Figure BDA0002398062390000085
3)
Figure BDA0002398062390000086
情形1)表示啮合齿轮与啮合套在齿面摩擦阶段转速达到同步，但花键齿端面将永远接触，换挡啮合失败；
情形2)和情形3)表示齿面摩擦阶段结束时，啮合套花键齿端面与啮合齿轮花键齿端面间的重叠已经消除，此时不论相对速差Δω3是否为0，均能保证换挡成功；
此时面摩擦扭矩和角加速度的关系为：
Figure BDA0002398062390000087
其中，
Tff为面摩擦扭矩，
θ2为啮合套当前位置与初始位置的夹角，
J2为啮合齿轮惯量；
而面摩擦扭矩和轴向元件接触力的关系为：
Figure BDA0002398062390000091
其中，
θ1为啮合齿轮当前位置与初始位置的夹角，
μd为啮合套摩擦系数，
r为主接触面半径，
α为反冲角度；
齿面摩擦阶段的结构示意图如图5所示。
具体地，在花键啮合阶段中，啮合套沿轴向的受力情况与自由滑行阶段相同，且在花键齿的啮合过程中，转速差Δω3由于啮合齿轮花键与啮合套花键之间的撞击迅速减小至0。
此外，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，各实施例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。

Claims (3)

1.一种车辆离合器的控制方法，车辆包括第一电机(1)、第二电机(2)、第一犬牙式离合器(A)、第二犬牙式离合器(CU)以及多组不同速比的齿轮；
其特征在于：
通过各种运动状态下参与的位移和力来判定第一、第二犬牙式离合器分别属于哪种运动状态，并据此调整第一电机、第二电机中的换挡电机分配给第一、第二犬牙式离合器的轴向驱动力；
第一、第二犬牙式离合器的运动状态包括有自由滑行阶段、撞击阶段、齿面摩擦阶段、以及花键啮合阶段；
在自由滑行阶段中，对应的犬牙式离合器的轴向驱动力和加速度的关系为：
Figure FDA0003010772020000011
其中，
m2为对应犬牙式离合器中啮合套的质量，
s为对应犬牙式离合器中啮合套实际的轴向位移，
Fact为换挡电机向对应犬牙式离合器提供的轴向驱动力，
Figure FDA0003010772020000012
为轴向元件接触力；
在齿面摩擦阶段中，
当啮合套的轴向速度稳定在零时，啮合套花键齿端面与啮合齿轮花键齿端面接触，齿面摩擦阶段开始，此时端面间的重叠量为φstart；当啮合套与啮合齿轮角速度达到同步或啮合齿轮花键端面与啮合套花键端面脱离接触时该阶段结束，此时端面间的重叠量为φend；
齿面摩擦阶段结束时，判断啮合齿轮与啮合套的转速差Δω3以及端面间的重叠量φend满足以下哪种情形：
1)Δω3＝0，φend≠0 (3)；
2)Δω3＝0，φend＝0 (4)；
3)Δω3≠0，φend＝0 (5)；
情形1)表示啮合齿轮与啮合套在齿面摩擦阶段转速达到同步，但花键齿端面将永远接触，换挡啮合失败；
情形2)和情形3)表示齿面摩擦阶段结束时，啮合套花键齿端面与啮合齿轮花键齿端面间的重叠已经消除，此时不论相对速差Δω3是否为0，均能保证换挡成功；此时面摩擦扭矩和角加速度的关系为：
Figure FDA0003010772020000021
其中，
Tff为面摩擦扭矩，
θ2为啮合套当前位置与初始位置的夹角，
J2为啮合齿轮惯量；
而面摩擦扭矩和轴向元件接触力的关系为：
Figure FDA0003010772020000022
其中，
θ1为啮合齿轮当前位置与初始位置的夹角，
μd为啮合套摩擦系数，
r为主接触面半径，
α为反冲角度。
2.根据权利要求1所述的一种车辆离合器的控制方法，其特征在于：在撞击阶段中，对应的犬牙式离合器的轴向接触力和轴向位移的关系为：
Figure FDA0003010772020000031
其中，
Figure FDA0003010772020000032
为轴向元件接触力,
s为对应犬牙式离合器中啮合套实际的轴向位移，
s0为啮合套与啮合齿轮接触时对应的啮合套的轴向位移，
kax为对应犬牙式离合器的轴向刚度，
dax为对应犬牙式离合器的轴向阻尼。
3.根据权利要求1所述的一种车辆离合器的控制方法，其特征在于：在花键啮合阶段中，啮合套沿轴向的受力情况与自由滑行阶段相同，且在花键齿的啮合过程中，转速差Δω3由于啮合齿轮花键与啮合套花键之间的撞击迅速减小至0。
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