CN113022571A - 换挡调速的控制方法及其控制器和并联混合动力车辆 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种换挡调速的控制方法及其控制器和并联混合动力车辆，控制方法包括步骤：根据变速箱的当前输出转速和目标档位计算变速箱的目标输入转速；根据目标输入转速和变速箱的驱动电机的当前转速计算初始调速扭矩；根据当前转速计算驱动电机的角加速度，以及根据角加速度生成扭矩补偿系数；根据初始调速扭矩以及扭矩补偿系数控制换挡过程的实际调速扭矩。根据本发明提供的换挡调速的控制方法，通过初始调速扭矩结合扭矩补偿系数的方式控制实际调速扭矩，且扭矩补偿系数与驱动电机的角加速度有关，因此，在换挡的过程中能够在一定程度上预测驱动电机的响应趋势，以此减少驱动电机出现调速过调的现象。

Description

换挡调速的控制方法及其控制器和并联混合动力车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，具体涉及一种换挡调速的控制方法及其控制器和并联混合动力车辆。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

新能源车辆以及混合动力车辆的变速箱，在换挡时必须将变速箱前后的速差快速调整到要求的速差之内才可以进行挂档，但是，从HCU(整车控制器)给MCU(电机控制器)发送指令，到MCU响应接收到的指令并进行反馈的过程中，存在一定的时间差，这就导致实际的换挡扭矩永远滞后于需求的换挡扭矩，尤其是变速箱前后的调速速差已经完成后，需求扭矩已经变为0后，电机依旧会花费一定的时间来清零扭矩，这就会导致已经调速完成的速差进一步的变化，如果此时进行挂档，就会因为变速箱前后的速差过大或扭矩过大而产生挂档失败、打齿、异响等问题。

发明内容

本发明提供了一种换挡调速的控制方法，目的是至少解决驱动电机对变速箱调速过调的技术问题，该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一方面提供了一种换挡调速的控制方法，控制方法包括步骤：根据变速箱的当前输出转速和目标档位计算变速箱的目标输入转速；根据目标输入转速和变速箱的驱动电机的当前转速计算初始调速扭矩；根据当前转速计算驱动电机的角加速度，以及根据角加速度生成扭矩补偿系数；根据初始调速扭矩以及扭矩补偿系数控制换挡过程的实际调速扭矩。

根据本发明提供的换挡调速的控制方法，通过初始调速扭矩结合扭矩补偿系数的方式控制实际调速扭矩，且扭矩补偿系数与驱动电机的角加速度有关，因此，在换挡的过程中能够在一定程度上预测驱动电机的响应趋势，以此减少驱动电机出现调速过调的现象。

进一步地，根据角加速度生成扭矩补偿系数还包括：根据目标输入转速和驱动电机的当前转速计算初始调速速差；根据角加速度结合初始调速速差生成扭矩补偿系数。

进一步地，根据角加速度结合初始调速速差生成扭矩补偿系数具体包括：根据角加速度预测驱动电机的转速变化趋势；根据初始调速速差的变化值获取当前输出转速的变化值；根据转速变化趋势结合当前输出转速的变化值生成扭矩补偿系数。

进一步地，根据角加速度结合初始调速速差生成扭矩补偿系数具体包括：预存不同角加速度和不同初始调速速差对应的扭矩补偿系数MAP；根据扭矩补偿系数MAP通过查表或者插值的方式生成与角加速度和初始调速速差对应的扭矩补偿系数。

进一步地，根据初始调速扭矩以及扭矩补偿系数控制换挡过程的实际调速扭矩包括：根据扭矩补偿系数预测驱动电机的扭矩变化趋势；根据扭矩变化趋势在变速箱达到目标输入转速前发出驱动电机的清扭指令；控制驱动电机在变速箱达到目标输入转速的同时完成清扭操作。

进一步地，根据初始调速扭矩以及扭矩补偿系数控制换挡过程的实际调速扭矩包括：初始调速扭矩乘以扭矩补偿系数后通过PID控制方式控制实际调速扭矩。

进一步地，根据目标输入转速和变速箱的驱动电机的当前转速计算初始调速扭矩包括：根据目标输入转速和驱动电机的当前转速计算初始调速速差；根据初始调速速差计算初始调速扭矩。

进一步地，根据变速箱的当前输出转速和目标档位计算变速箱的目标输入转速包括：获取目标档位对应变速箱的变速速比；根据当前输出转速与变速速比的乘积计算目标输入转速。

本发明的第二方面提供了一种换挡调速的控制器，控制器包括换挡调速的控制装置和计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有控制指令，控制装置通过执行控制指令来实现根据本发明的第一方面的换挡调速的控制方法，控制装置包括：计算模块，用于根据变速箱的当前输出转速和目标档位计算变速箱的目标输入转速；根据目标输入转速和变速箱的驱动电机的当前转速计算初始调速扭矩；根据当前转速计算驱动电机的角加速度，以及根据角加速度生成扭矩补偿系数；控制模块，根据初始调速扭矩以及扭矩补偿系数控制换挡过程的实际调速扭矩。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明一个实施例的混合动力车辆的动力系统的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的换挡调速的控制方法的流程示意图；

图3为本发明另一个实施例的换挡调速的控制方法的流程示意图；

其中，附图标记如下：

100、动力系统；

10、发动机；11、离合器；

20、驱动电机；

30、变速箱；

40、ECU；

50、MCU；51、动力电池；52、变换器；53、电动助力转向泵；

60、TCU；

70、HCU；71、换挡面板；72、仪表。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、元件、部件、和/或它们的组合。

尽管可以在文中使用术语第一、第二等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或比段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”和“第三”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。另外，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“上”、“内”、“靠近”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应的进行解释。

如图1所示，本发明的第一方面提供了一种换挡调速的控制方法，换挡调速的控制方法应用于混合动力车辆的动力系统100或者新能源车辆的动力系统100，以换挡调速的控制方法应用于并联式混合动力车辆的动力系统100为例，并联式混合动力车辆的动力系统100的动力源包括发动机10和驱动电机20，发动机10通过离合器11与驱动电机20选择性连接，动力电池51通过MCU50(电机控制器)与驱动电机20连接，驱动电机20与变速箱30连接，驱动电机20通过变速箱30将动力传递至并联式混合动力车辆的驱动轴。

并联式混合动力车辆包括几种不同的驱动方式：发动机10和驱动电机20共同驱动车辆；发动机10与驱动电机20分属两套系统，可以分别独立地向变速箱30提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。当车辆加速爬坡时，驱动电机20和发动机10能够同时向变速箱30提供动力，一旦车辆车速达到巡航速度，车辆将仅仅依靠发动机10维持该速度。其中，驱动电机20既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动－发电机组。

当混合动力车辆需要换挡时，换挡指令通过换挡面板71发送至HCU70(整车控制器)，HCU70通过CAN通讯网络将换挡指令发送至ECU40(发动机控制器)、变换器52、动力电池51、MCU50、TCU60(变速箱控制单元)和仪表72，ECU40将换挡指令发送至发动机10，电动助力转向泵53通过变换器52将换挡指令发送至动力电池51，TCU60将换挡指令发送至离合器11和变速箱30，最后完成换挡操作。

具体地，换挡操作通过换挡调速的控制方法来完成，如图2所示，换挡调速的控制方法包括步骤：S10、根据变速箱30的当前输出转速和目标档位计算变速箱30的目标输入转速；S20、根据目标输入转速和变速箱30的驱动电机20的当前转速计算初始调速扭矩；S30、根据当前转速计算驱动电机20的角加速度，以及根据角加速度生成扭矩补偿系数；S40、根据初始调速扭矩以及扭矩补偿系数控制换挡过程的实际调速扭矩。

根据本发明提供的换挡调速的控制方法，通过初始调速扭矩结合扭矩补偿系数的方式控制实际调速扭矩，且扭矩补偿系数与驱动电机20的角加速度有关，因此，在换挡的过程中能够在一定程度上预测驱动电机20的响应趋势，以此减少驱动电机20出现调速过调的现象。另外，上述步骤的顺序只是本发明的优选实施例，并不是对换挡调速的控制方法的具体步骤进行限制，在本发明的其他实施例中，还可以通过其他的顺序调整上述步骤之间的顺序。

具体地，步骤S30还包括：根据目标输入转速和变速箱30的驱动电机20的当前转速计算初始调速速差；根据角加速度结合初始调速速差生成扭矩补偿系数。本实施例的关键思路在于根据初始调速速差与驱动电机20的角加速度得出加速度补偿系数，然后将初始调速扭矩乘以扭矩补偿系数得到最终的实际调速扭矩。

再进一步地，根据本发明的实施例，上述“根据角加速度结合初始调速速差生成扭矩补偿系数”具体包括：根据角加速度预测驱动电机20的转速变化趋势；根据初始调速速差的变化值获取当前输出转速的变化值；根据转速变化趋势结合当前输出转速的变化值生成扭矩补偿系数。

在本实施例中，驱动电机20的角加速度可以预测驱动电机20的转速变化趋势，将驱动电机20的角加速度作为扭矩补偿系数的一个维度，能够在一定程度上做到扭矩预判，在变速箱30的实际输入转速达到目标输入转速前提前发出驱动电机20的清扭指令，从而让变速箱30的实际输入转速的调速完成及驱动电机20的清扭完成尽可能的重合在一起。

而将初始调速速差作为扭矩补偿系数的另一个维度，能够有效修正变速箱30的当前输出转速变化导致的目标输入转速引起的速差变化，以此对车辆行驶坡度变化及载重变化有较好的修正效果。

根据本发明的一个实施例，根据角加速度结合初始调速速差生成扭矩补偿系数具体包括：预存不同角加速度和不同初始调速速差对应的扭矩补偿系数MAP；根据扭矩补偿系数MAP通过查表或者插值的方式生成与角加速度和初始调速速差对应的扭矩补偿系数。具体地，扭矩补偿系数MAP的设置方式可以根据动力总成中各个部件的性能，如转动惯量和摩擦系数来确定，具体计算公式在此不进行详细阐述；扭矩补偿系数MAP的设置方式还可以根通过大量的实验数据来确定，例如，在不同角加速度和不同初始调速速差的情况下，得到实际输入转速的调速完成及驱动电机20的清扭完成重合在一起时的各个参数，通过各个参数计算不同角加速度和不同初始调速速差对应的不同扭矩补偿系数，然后将不同角加速度、不同初始调速速差以及不同扭矩补偿系数生成扭矩补偿系数MAP。

根据本发明的一个实施例，步骤S30还包括：根据扭矩补偿系数预测驱动电机20的扭矩变化趋势；根据扭矩变化趋势在变速箱30达到目标输入转速前发出驱动电机20的清扭指令；控制驱动电机20在变速箱30达到目标输入转速的同时完成清扭操作。

在本实施例中，扭矩补偿系数可以预测驱动电机20的扭矩变化趋势，从而可以根据扭矩补偿系数在变速箱30的实际输入转速达到目标输入转速前提前发出驱动电机20的清扭指令，从而让变速箱30的实际输入转速的调速完成及驱动电机20的清扭完成尽可能的重合在一起，以此减少变速箱30前后的调速速差已经完成后，驱动电机20依旧来清零扭矩，导致已经调速完成的速差进一步变化的现象。

根据本发明的一个实施例，步骤S30还包括：初始调速扭矩乘以扭矩补偿系数后通过PID控制方式控制实际调速扭矩。仅使用一套PID控制程序外加扭矩补偿系数的方式实现换挡调速，以此达到精简控制程序的目的。

根据本发明的一个实施例，步骤S20还包括：根据目标输入转速和驱动电机20的当前转速计算初始调速扭矩包括：根据目标输入转速和变速箱30的驱动电机20的当前转速计算初始调速速差；根据初始调速速差计算初始调速扭矩。在驱动电机20的输出功率固定的情况下，初始调速扭矩与初始调速速差成反比关系，初始调速速差越大初始调速扭矩越小，反之越大。

根据本发明的一个实施例，步骤S10还包括：根据变速箱30的当前输出转速和目标档位计算变速箱30的目标输入转速包括：获取目标档位对应变速箱30的变速速比；根据当前输出转速与变速速比计算目标输入转速。

下面通过附图3详细阐述本发明实施例的换挡调速的控制方法：

1)变速箱输出轴转速nOutGBAct除以目标档位numGrDes的速比i得出初始需求目标转速nInGBDes。

2)初始需求目标转速nInGBDes减去电机实际转速nMTAct得到实际速差nDiffSpdAct。

3)对初始调速速差nDiffSpdAct进行PID控制，得出初始调速扭矩TrqPIDSpdAdj。

4)根据电机实际转速nMTAct计算实时的电机转速角加速度αMT。

5)根据实际速差nDiffSpdAct与电机转速角加速度αMT设置扭矩补偿MAP，得出加速度补偿系数factor。

6)初始调速扭矩TrqPIDSpdAdj乘以加速度补偿系数factor得到最终的调速扭矩TrqDesSpdAdj。

本发明的第二方面提供了一种换挡调速的控制器，控制器包括换挡调速的控制装置和计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有控制指令，控制装置通过执行控制指令来实现根据本发明的第一方面的换挡调速的控制方法，控制装置包括：计算模块，用于根据变速箱30的当前输出转速和目标档位计算变速箱30的目标输入转速；根据目标输入转速和变速箱30的驱动电机20的当前转速计算初始调速扭矩；根据当前转速计算驱动电机20的角加速度，以及根据角加速度生成扭矩补偿系数；控制模块，根据初始调速扭矩以及扭矩补偿系数控制换挡过程的实际调速扭矩。

本发明的第三方面提供了一种并联混合动力车辆，并联混合动力车辆包括动力总成以及根据本发明的第二方面的换挡调速的控制器。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一个(可以是单片机，芯片等)或控制装置(如处理器)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种换挡调速的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括步骤：

根据变速箱的当前输出转速和目标档位计算所述变速箱的目标输入转速；

根据所述目标输入转速和所述变速箱的驱动电机的当前转速计算初始调速扭矩；

根据所述当前转速计算所述驱动电机的角加速度，以及根据所述角加速度生成扭矩补偿系数；

根据所述初始调速扭矩以及所述扭矩补偿系数控制换挡过程的实际调速扭矩。

2.根据权利要求1所述的换挡调速的控制方法，其特征在于，所述根据所述角加速度生成扭矩补偿系数还包括：

根据所述目标输入转速和所述驱动电机的所述当前转速计算初始调速速差；

根据所述角加速度结合所述初始调速速差生成所述扭矩补偿系数。

3.根据权利要求2所述的换挡调速的控制方法，其特征在于，所述根据所述角加速度结合所述初始调速速差生成扭矩补偿系数具体包括：

根据所述角加速度预测所述驱动电机的转速变化趋势；

根据所述初始调速速差的变化值获取所述当前输出转速的变化值；

根据所述转速变化趋势结合所述当前输出转速的变化值生成所述扭矩补偿系数。

4.根据权利要求2所述的换挡调速的控制方法，其特征在于，所述根据所述角加速度结合所述初始调速速差生成扭矩补偿系数具体包括：

预存不同角加速度和不同初始调速速差对应的扭矩补偿系数MAP；

根据所述扭矩补偿系数MAP通过查表或者插值的方式生成与所述角加速度和所述初始调速速差对应的所述扭矩补偿系数。

5.根据权利要求1所述的换挡调速的控制方法，其特征在于，所述根据所述初始调速扭矩以及所述扭矩补偿系数控制换挡过程的实际调速扭矩包括：

根据所述扭矩补偿系数预测所述驱动电机的扭矩变化趋势；

根据所述扭矩变化趋势在所述变速箱达到所述目标输入转速前发出所述驱动电机的清扭指令；

控制所述驱动电机在所述变速箱达到所述目标输入转速的同时完成清扭操作。

6.根据权利要求1所述的换挡调速的控制方法，其特征在于，所述根据所述初始调速扭矩以及所述扭矩补偿系数控制换挡过程的实际调速扭矩包括：

所述初始调速扭矩乘以所述扭矩补偿系数后通过PID控制方式控制所述实际调速扭矩。

7.根据权利要求1所述的换挡调速的控制方法，其特征在于，所述根据所述目标输入转速和所述变速箱的驱动电机的当前转速计算初始调速扭矩包括：

根据所述目标输入转速和所述驱动电机的所述当前转速计算初始调速速差；

根据所述初始调速速差计算所述初始调速扭矩。

8.根据权利要求1所述的换挡调速的控制方法，其特征在于，所述根据变速箱的当前输出转速和目标档位计算所述变速箱的目标输入转速包括：

获取所述目标档位对应所述变速箱的变速速比；

根据所述当前输出转速与所述变速速比的乘积计算所述目标输入转速。

9.一种换挡调速的控制器，其特征在于，所述控制器包括换挡调速的控制装置和计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有控制指令，所述控制装置通过执行所述控制指令来实现根据权利要求1所述的换挡调速的控制方法，所述控制装置包括：

计算模块，用于根据变速箱的当前输出转速和目标档位计算所述变速箱的目标输入转速；

根据所述目标输入转速和所述变速箱的驱动电机的当前转速计算初始调速扭矩；

根据所述当前转速计算所述驱动电机的角加速度，以及根据所述角加速度生成扭矩补偿系数；

控制模块，根据所述初始调速扭矩以及所述扭矩补偿系数控制换挡过程的实际调速扭矩。

10.一种并联混合动力车辆，其特征在于，所述并联混合动力车辆包括动力总成以及根据权利要求9所述的换挡调速的控制器。

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