CN112096855B - 一种用于变速箱的电机调速方法、换档方法、介质及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于变速箱的电机调速方法、换档方法、介质及车辆，步骤包括1)根据当前车速计算调速目标初始值；2)获取车辆摘档时的整车加速度；3)根据调速挂挡时间和所述整车加速度计算第一调速修正值；所述调速挂挡时间包括驱动电机调速时间和变速箱挂挡时间；4)所述调速目标初始值与调速修正值相加作为调速目标值；所述调速修正值包括所述第一调速修正值；5)根据调速目标值控制驱动电机输出转速，当驱动电机输出转速达到所述调速目标值后，完成调速。本发明在换档过程中，一次对驱动电机调速到位，调速完毕无需判断即可直接挂挡，提升换档成功率，缩短换档时间，换档程序简单可靠，提升了行车安全。

Description

一种用于变速箱的电机调速方法、换档方法、介质及车辆

技术领域

本发明涉及一种用于变速箱的电机调速方法、换档方法、介质及车辆，属于电动车换档控制领域。

背景技术

为了改善纯电动汽车的动力性，电机+自动变速箱的动力系统构型开始普及。无离合自动变速器是由机械式自动变速器发展而来，利用电机在调速过程中可以分别进行扭矩与转速控制而取消同步器。摘挡完成后，整车控制器控制电机进行调速，使电机端所连齿轮(图2中一档主动齿轮22或二档主动齿轮23)与变速箱目标挡位齿轮(图2中的一档从动齿轮25或二档从动齿轮29)转速接近时撤去转速控制，之后控制结合齿(图2中的结合齿27)移动到相应的结合位置，与对应从动齿轮的结合齿(图2中的一档从动齿轮结合齿26或二档从动齿轮的结合齿28)啮合，从而完成整个挂挡操作。

公布号为CN 101323302 A的中国专利文件公开了一种纯电动车辆的无离合器换档控制方法，包括如下步骤：1.AMT摘空档；2.根据车速和目标档位计算电机调速目标值；3.电机按目标值调速完毕后处于自由模式(自由态旋转)，然后完成结合齿轮啮合换档。上述方案在车速变化较快的时候，调速结果误差较大，容易出现换档失败甚至打齿的情况。

公布号为CN 109505969 A的中国专利文件公开了一种车辆的换档控制系统及其方法。该方法根据当前车速计算目标转速，根据当前车辆加速度计算补偿转速，并以拨叉移动同步器所需的时间对目标转速进行补偿，最后比较实际车速下，对应的结合齿之间的转速差是否在设定阈值范围内，若在则啮合结合齿完成挂挡。上述方法根据车辆速度变化对调速进行补偿，一定程度上克服了车辆速度变化对挂挡的影响。但是，该方案的调节精度低，最终的补偿完成需要经历一系列的判断和反复调节，存在反复调节后依然无法满足判断阈值导致挂挡时间长甚至挂挡失败的情况，且反复的判断和反馈导致控制复杂程序执行容易出错不利于安全行车。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于变速箱的电机调速方法、换档方法、介质及车辆，用以解决现有无离合自动变速箱调速时间长甚至挂挡失败的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

本发明的一种用于无离合自动变速箱的电机调速控制方法，包括如下步骤：

1)根据当前车速计算调速目标初始值；

2)获取车辆摘档时的整车加速度；

3)计算第一调速修正值，所述第一调速修正值正比于在所述整车加速度下、调速挂挡时间内的速度变化；所述调速挂挡时间包括驱动电机调速时间和变速箱挂挡时间，所述驱动电机调速时间为驱动电机接到换档调速指令到驱动电机达到调速值的时间，所述变速箱挂挡时间为对应的变速箱齿轮从开始移动到完成啮合的时间；

4)所述调速目标初始值与调速修正值相加作为调速目标值；所述调速修正值包括所述第一次调速修正值；

5)根据调速目标值控制驱动电机输出转速，当驱动电机输出转速达到所述调速目标值后，完成调速。

本发明的调速控制方法根据变速箱换档过程和特点，一次对驱动电机调速到位，调速完毕无需判断即可直接挂挡，明显提升换档成功率。且无需判断与反复调节，大大缩短换档时间，换档程序不易出错，提升了行车安全。

进一步的，所述调速目标初始值N_m的计算方法如下：

其中，V_t是整车车速、i_g为变速箱到传动链末端传动比，i₀为变速箱当前挡位传动比，r_d为车轮的滚动半径。

调速初始目标值计算中所需车速等信号可以通过车辆现有传感器轻易获得，其他参数为车辆出厂固定参数，无需增加额外配件采集数据，实现简单、可靠。

进一步的，所述第一次调速修正值N_x的计算方法如下：

其中，

Δt₁为所述调速挂挡时间、a为车辆摘档时的整车加速度、i_g为变速箱到传动链末端传动比，i₀为变速箱当前挡位传动比，r_d为车轮的滚动半径。

调速修正值计算中所需车辆加速度等信号可以通过车辆现有传感器轻易获得，其他参数为车辆出厂固定参数，无需增加额外配件采集数据，实现简单、可靠。

进一步的，还根据变速箱拟挂入档位对应结合齿的齿形计算啮合转速差，根据所述啮合转速差计算第二调速修正值，所述调速修正值还包括所述第二调速修正值。

本方案在换档调速中还进一步考虑车辆挂挡时齿轮啮合所需的转速差，防止撞齿顶齿的情况，进一步增加了换档成功率。

进一步的，计算第三调速修正值，所述第三调速修正值正比于在驱动电机自由态旋转的加速度下、挂挡时间内的驱动电机转速变化，所述挂挡时间等于或大于所述变速箱挂挡时间；所述调速修正值还包括所述第三调速修正值。

本方案在换档调速中还进一步考虑电机自由态旋转中的转速下降，进一步提高电机调速的准确度，增加换档成功率。

进一步的，所述第三次调速修正值N_j的计算方法如下：

其中，Δt₂为所述挂挡时间，β为驱动电机自由态旋转的加速度。

电机自由态旋转中的转速下降的计算方法简单可靠，不易出错。

本发明的一种换档控制方法，包括摘档、调速、挂挡步骤，所述调速步骤包括用于无离合自动变速箱的电机调速控制方法。

本发明的换档控制方法在换档过程中，一次对驱动电机调速到位，调速完毕无需判断即可直接挂挡，明显提升换档成功率。且无需判断与反复调节，大大缩短换档时间，换档程序不易出错，提升了行车安全。

本发明的一种计算机存储介质，所述计算机存储介质储存有用于无离合自动变速箱的电机调速控制方法的程序，所述用于无离合自动变速箱的电机调速控制方法的程序被至少一个处理器执行时实现用于无离合自动变速箱的电机调速控制方法。

本发明的计算机存储介质在换档过程中，一次对驱动电机调速到位，调速完毕无需判断即可直接挂挡，明显提升换档成功率。且无需判断与反复调节，大大缩短换档时间，换档程序不易出错，提升了行车安全。

本发明的一种车辆，包括控制器，所述控制器用于执行实现用于无离合自动变速箱的电机调速控制方法的指令。

本发明的车辆在换档过程中，一次对驱动电机调速到位，调速完毕无需判断即可直接挂挡，明显提升换档成功率。且无需判断与反复调节，大大缩短换档时间，换档程序不易出错，提升了行车安全。

附图说明

图1是现有技术中变速箱换挡结合齿结构图；

图2是现有技术中变速箱结构示意图；

图3是本发明换挡方法的控制流程图。

图1中：28，二挡从动齿轮结合齿；26，一挡从动齿轮结合齿；27，结合齿；4，拨叉结构。

图2中：21，驱动电机；22，一挡主动齿轮；23，二挡主动齿轮；24，动力输出轴；25，一挡从动齿轮；26，一挡从动齿轮结合齿；27，结合齿；28，二挡从动齿轮结合齿；29，二挡从动齿轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

换挡方法实施例

如图2所示的无离合自动变速箱结构示意图，包括驱动电机21、一挡主动齿轮22、二挡主动齿轮23、动力输出轴24、一挡从动齿轮25、一挡从动齿轮结合齿26、结合齿27、二挡从动齿轮结合齿28、二挡从动齿轮29。一挡主动齿轮22、二挡主动齿轮23与驱动电机21相连，一挡从动齿轮25、二挡从动齿轮29分别与一挡主动齿轮22、二挡主动齿轮23啮合。一挡从动齿轮25和一挡从动齿轮结合齿26相连接，二挡从动齿轮29和二挡从动齿轮结合齿28相连接。一挡从动齿轮结合齿26、二挡从动齿轮结合齿28与结合齿27同轴设置，且一挡从动齿轮结合齿26和二挡从动齿轮结合齿28设置于结合齿27两侧，如图1所示。与动力输出轴24相连的结合齿27上套设有内齿面与结合齿27啮合、并可以沿结合齿27轴向移动的齿环，齿环时刻与结合齿27同速转动，齿环的轴向移动受拨叉4控制。当由拨叉4带动的齿环同时啮合一挡从动齿轮结合齿26及结合齿27时，动力经由一档的齿轮组降速增扭输出；当由拨叉4带动的齿环同时啮合二挡从动齿轮结合齿28及结合齿27时，动力经由二档的齿轮变速输出。在没有离合器的情况下，若想顺利移动拨叉，则需保证挂入对应档位前结合齿27与对应档位的从动齿轮结合齿转速相接近。

具体控制流程如图3所示，无离合器的自动变速箱换挡过程包括降扭、摘挡、调速、挂挡、扭矩恢复共五个步骤，其中调速是为了使变速箱与车轮相连的动力输出轴24上的结合齿27的转速与即将挂入档位的对应结合齿的转速相同，以便于顺利拨叉4带动的齿环顺利与对应齿轮啮合。而实际情况下，在换档过程中，摘档后车辆处于无动力自由滑动状态，因空气阻力及传动系统摩擦力等原因其本身具有一个加速度，若车辆处于例如上、下坡或其他行驶阻力较大的路况下，摘档后的车辆加速度数值将会更大，这会导致在电机调速完毕后，拨叉移动齿环挂入挡位时，与车轮相连的结合齿27的转速与摘档时相比发生较大变化，若仅根据变速箱不同档位的对应齿比及摘档时结合齿27的转速进行驱动电机21的调速，则对应档位的主动齿轮的结合齿(此处的“主动齿轮的结合齿”是指与一挡从动齿轮25相连的一挡从动齿轮结合齿26及与二挡从动齿轮29相连的二挡从动齿轮结合齿28，图2中，附图标号为22、23的齿轮称为对应档位的主动齿轮，附图标号为25、29的齿轮称为对应档位的从动齿轮，是为了便于区分，而实际领域中，变速箱中与动力系统直接相连的齿轮、受动力系统直接驱动的齿轮也称为变速箱中的主动齿轮)与动力输出轴24上的结合齿27之间存在较大转速差而难以通过齿环啮合，最终导致难以挂挡、挂挡失败推出挂挡甚至变速箱打齿的情况。本方案针对调速步骤提出一种控制方法。控制方法可根据实际车辆工况(如上、下坡、涉水等，具体反映为车辆撤去动力后的加速度)，动态调整换挡过程中的电机调速目标值，从而提高车辆挂挡成功率。

摘挡后车辆处于无动力滑行状态，需要对电机进行调速，首先以目标挡位及当前车速计算出电机调速目标初始值N_m为：

其中，V_t是整车车速、i_g为变速箱到传动链末端传动比，i₀为变速箱当前挡位传动比，r_d为车轮的滚动半径。车速与车轮的滚动半径是为了求出半轴的转速，作为其他实施例，也可以通过传感器直接获取半轴转速，在根据变速箱到传动链末端传动比及变速箱当前挡位传动比求出电机调速目标初始值。另外，电机调速目标初始值即为与变速箱动力输出轴4相连的结合齿7的转速，作为其他实施例，也可以通过传感器直接获取摘档时结合齿7的转速作为电机调速目标初始值。或者出厂时标定不同车速时，不同档位下的结合齿7的转速，换档时根据车速和目标档位通过查表的方式得到电机调速目标初始值。关于电机调速目标初始值的获取，本发明不做限定。

根据摘档后车辆加速度对电机调速目标初始值进行修正(图3中的初次补偿)，车辆摘档后失去动力，由于挂挡时间相对与车辆的运行来说很短，因路况(例如上、下坡、涉水、沙地等对车辆产生显著阻力或动力的情况)及空气阻力产生的加速度可以认为是恒定的，首先求出摘档后车辆在当前加速度下到相应结合齿啮合前车速的变化ΔV为：

其中，Δt₁为修正时间、a为车辆摘档时的整车加速度。因车辆摘档时的整车加速度a是恒定的，因此相应结合齿啮合前车速的变化ΔV也满足ΔV＝a·Δt₁。修正时间应当为车辆调速挂挡的时间，即包括电机调速时间、自动变速箱平均挂挡时间。电机调速时间可以包括电机调速目标初始值及调速修正值计算的时间以及电机响应指令并实际达到目标转速的时间，若相关初始值及修正值的计算时间很短也可忽略不计；电机响应指令并达到目标转速的时间与初始转速和目标转速有关，可以划分转速区间然后跨区间进行升速或降速实验来标定。自动变速箱平均挂挡时间为换档电机通过丝杠等机构驱动拨叉移动齿环，从空档位置移动至与对应结合齿啮合位置的平均时间，可以通过实验标定的方式获得。

根据速度变化计算车辆加速度修正值N_x为：

其中，i_g为变速箱到传动链末端传动比，i₀为变速箱当前挡位传动比，r_d为车轮的滚动半径。

加速度修正值作为调速修正值与电机调速目标初始值相加，作为调速目标值。本方案的换档步骤则为，整车控制器在接收到换档指令后，控制驱动电机降扭并通知换档控制器，换档控制器控制变速箱摘档，即控制换档电机驱动拨叉移动齿环从与目前档位的结合齿啮合状态退出到分离状态，车辆下游传动系统失去动力，同时整车控制器采集所需参数计算电机调速目标初始值及调速修正值，并将调速修正值与电机调速目标初始值的和作为调速目标值对驱动电机进行控制，并在电机达到调速目标值后，通过换档控制器控制拨叉移动齿环朝向目标档位的结合齿处移动直到完成挂挡，整车控制器在通过相应的传感器获取到挂挡完成的信息后，恢复驱动电机的整车需求扭矩。

根据经验可知：两齿轮之间转速完全相同，则在两齿轮接近并啮合的过程中有可能出现齿峰对齿峰的撞齿情况而始终无法啮合的情况，因此存在一定的相对小转动才能确保不断出现齿峰对齿谷的时刻而保证顺利啮合。有利于啮合的相对转动速差值与两齿轮齿数有关，可以通过多次试验标定，或根据经验设置。作为其他实施例，将此相对转动速差值N_s作为另一修正值加入到调速修正值中，对电机调速目标初始值进行二次修正(图3中的二次补偿)。

挂挡过程中，为了避免齿环和对应档位结合齿啮合时齿轮相互打齿而损坏，因此拨叉带动齿环移动过程中电机处于低扭(数牛的扭力以维持转速)或为自由态旋转以减小挂挡时齿轮之间的冲击力。低扭或自由态旋转中会有电机因自身阻尼、旋转摩擦力及电磁力等原因出现转速下落的情况。作为其他实施例，还可以进一步考虑电机低扭控制及自由态旋转的转速下落的情况而对调速目标初始值进行补偿(图3中的三次补偿)。

电机低扭或自由态旋转修正值N_j为：

其中，Δt₂为所述挂挡时间，β为驱动电机低扭或自由态旋转的加速度。因电机低扭或自由态旋转的转速下降仅发生在电机完成调速后，因此实际影响仅在于调速完成后的拨叉移动齿环的挂挡啮合时间，因此本次补偿的补偿时间为单独的挂挡时间而不包括电机调速时间。电机自由态旋转的加速度为电机出厂特性，也可以通过实验的方式标定。电机低扭控制中若能维持转速或转速变化很小，则可以不进行此次补偿；其他情况中电机低扭的转速下落可以通过计算或实验的方式标定。

因此电机调速目标值可以为：1)仅考虑车辆加速度的情况进行修正，调速目标值N_z＝N_m+N_x；2)考虑车辆加速度和利于啮合的齿轮转速差的情况进行修正，调速目标值N_z＝N_m+N_x+N_s；3)考虑车辆加速度和电机低扭或自由态转速降落的情况进行修正，调速目标值N_z＝N_m+N_x+N_j；4)考虑车辆加速度、利于啮合的齿轮转速差及电机低扭或自由态转速降落的情况进行修正，调速目标值N_z＝N_m+N_x+N_s+N_j。换档中，在完成摘档后整车控制器按照调速目标值控制电机执行此值，当电机转速到达此值时表示调速步骤完成。

本方案的换档调速控制方法无需执行过多的判断、对比与反馈调节指令，在调速过程中考虑整车加速度情况以及利于啮合的齿轮转速差的情况和/或电机低扭或自由态转速降落的情况将电机转速一步调整到位。当整车摘档后按照摘档时的车速计算调速初始值，并基于调速时间和挂挡时间计算调速补偿值，按照调速初始值加上补偿值对电机调速后即可直接控制拨叉移动齿环进行挂挡，在齿环与对应目标档位的结合齿啮合前，两个结合齿(与动力输出轴4相连的结合齿7以及与对应目标档位主动齿轮相连的结合齿)的转速应当正好达到最接近的时刻，即齿环和目标档位结合齿的转速达到最接近的时刻，此时无需离合器即可顺利啮合挂挡，大大提高挂挡成功率，减少挂挡所需时间。

调速方法实施例

调速方法包括，计算调速目标初始值、车辆加速度修正值、利于啮合的齿轮转速差及电机低扭或自由态旋转修正值，并基于上述初始值和修正值对电机实施调速控制。具体方法已在换档方法实施例中介绍清楚，在此不再赘述。

车辆实施例

车辆包括整车控制器、驱动电机、变速箱，变速箱包括如图2中所示的换档执行机构、换档控制器以及换档电机；整车控制器控制所述驱动电机执行所述调速方法，换档控制器在收到指令后控制所述换档电机执行剩余的(如移动拨叉进行摘档和挂挡)换挡操作。作为其他实施方式，全部换档的控制由一个控制器执行也是可行的，例如由整车控制器控制摘档、调速和挂挡操作。

计算机存储介质实施例

计算机存储介质，储存有实现用于无离合自动变速箱的电机调速控制方法的程序，实现用于无离合自动变速箱的电机调速控制方法的程序被至少一个处理器执行时，配合相关硬件实现用于无离合自动变速箱的电机调速控制方法的步骤。

本实施例所称的介质是，存储有计算机程序指令的可编程数据处理设备。例如，可以是集成有存储器的整车控制器，和/或是其他独立的存储器、内存储器。上述介质还可以是一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)。

Claims (7)

1.一种用于无离合自动变速箱的电机调速控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据当前车速计算调速目标初始值；

2)获取车辆摘档时的整车加速度；

3)计算第一调速修正值，所述第一调速修正值正比于在所述整车加速度下、调速挂挡时间内的速度变化；所述调速挂挡时间包括驱动电机调速时间和变速箱挂挡时间，所述驱动电机调速时间为驱动电机接到换档调速指令到驱动电机达到调速值的时间，所述变速箱挂挡时间为对应的变速箱齿轮从开始移动到完成啮合的时间；

4)所述调速目标初始值与调速修正值相加作为调速目标值；所述调速修正值包括所述第一调速修正值；

5)根据调速目标值控制驱动电机输出转速，当驱动电机输出转速达到所述调速目标值后，完成调速；

所述调速目标初始值N_m的计算方法如下：

其中，V_t是整车车速、i_g为变速箱到传动链末端传动比，i₀为变速箱当前挡位传动比，r_d为车轮的滚动半径；

所述第一调速修正值N_x的计算方法如下：

其中，

Δt₁为所述调速挂挡时间、a为车辆摘档时的整车加速度、i_g为变速箱到传动链末端传动比，i₀为变速箱当前挡位传动比，r_d为车轮的滚动半径。

2.根据权利要求1所述的用于无离合自动变速箱的电机调速控制方法，其特征在于，还根据变速箱拟挂入档位对应结合齿的齿形计算啮合转速差，根据所述啮合转速差计算第二调速修正值，所述调速修正值还包括所述第二调速修正值。

3.根据权利要求1或2所述的用于无离合自动变速箱的电机调速控制方法，其特征在于，计算第三调速修正值，所述第三调速修正值正比于在驱动电机自由态旋转的加速度下、挂挡时间内的驱动电机转速变化，所述挂挡时间等于或大于所述变速箱挂挡时间；所述调速修正值还包括所述第三调速修正值。

4.根据权利要求3所述的用于无离合自动变速箱的电机调速控制方法，其特征在于，所述第三调速修正值N_j的计算方法如下：

其中，Δt₂为所述挂挡时间，β为驱动电机自由态旋转的加速度。

5.一种换档控制方法，包括摘档、调速、挂挡步骤，其特征在于，所述调速步骤包括如权利要求1～4任一项所述的用于无离合自动变速箱的电机调速控制方法。

6.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质储存有用于无离合自动变速箱的电机调速控制方法的程序，所述用于无离合自动变速箱的电机调速控制方法的程序被至少一个处理器执行时实现权利要求1～4任一项所述的用于无离合自动变速箱的电机调速控制方法。

7.一种车辆，包括控制器，其特征在于，所述控制器用于执行实现如权利要求1～4任一项所述的用于无离合自动变速箱的电机调速控制方法的指令。

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