CN113104013A - 一种基于两挡amt纯电动汽车制动工况的换挡方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于两挡AMT纯电动汽车制动工况的换挡方法，包括以下步骤：步骤一：踩下制动踏板，汽车进行制动；步骤二：进行制动模式判断，若为再生制动或者电液复合制动模式则进入步骤三，若为液压单独制动则进入步骤六；步骤三：进行前后制动力与电液制动力的分配，若为液压单独制动力则进入步骤六，若否则进入步骤四；步骤四：进行换挡决策，若进行换挡则进入步骤五，若否进入步骤七；步骤五：进行换挡操作并作用于汽车本体；步骤六：执行液压制动模型并作用于汽车本体；步骤七：执行驱动电机模型并作用于汽车本体。

Description

一种基于两挡AMT纯电动汽车制动工况的换挡方法
技术领域
本发明涉及电动车制动换挡领域，尤其涉及一种基于两挡AMT纯电动汽车制动工况的换挡方法。
背景技术
在传统化石能源日趋紧张、大气污染、以及气候变暖等影响人类生存环境问题日渐突出之际，发展电动汽车，实现汽车工业发展的可持续化，在国际上已经形成了广泛共识，获得了世界各国政府和汽车企业的普遍关注。
在如今电池技术短期内难以取得突破性进展的情况下，再生制动技术成为了提高电动汽车续驶里程的有效手段。研究表明，在典型的循环工况下，制动能量占总驱动能量的很大部分，如果能将这些制动消耗的能量回收再利用，汽车的能耗经济性将得到很大的提高，然而传统的制动模式却使得这一部分能量都以热能的形式耗散了，因此在纯电动汽车的传动系统中实现再生制动功能具有非常现实的意义。
而制动换挡能提高电机再生制动力矩，也能在大部分工况下使电机工作在更高效的区域，提高再生制动的能量，改善汽车的能耗经济性。制动换挡即在制动的时候变速器进行降挡操作，其作用在于提高电机转速，也能在大部分工况下使电机工作在更高效的区域，提高再生制动的能量；但制动降挡过程中如何保证制动的安全和有效，如何保证制动换挡过程冲击度小，制动舒适性良好等问题在国内外研究甚少。因此，对两挡AMT纯电动汽车制动过程的换挡控制策略进行研究不仅具有重要的学术意义，更对保护环境与节约能源有着重要的实际意义。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本专利提供一种基于两挡AMT纯电动汽车制动工况的换挡方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于两挡AMT纯电动汽车制动工况的换挡方法，包括以下步骤：
步骤一：踩下制动踏板，汽车进行制动；
步骤二：进行制动模式判断，若为再生制动或者电液复合制动模式则进入步骤三，若为液压单独制动则进入步骤六；
步骤三：进行前后制动力与电液制动力的分配，若为液压单独制动力则进入步骤六，若否则进入步骤四；
步骤四：进行换挡决策，若进行换挡则进入步骤五，若否进入步骤七；
步骤五：进行换挡操作并作用于汽车本体；
步骤六：执行液压制动模型并作用于汽车本体；
步骤七：执行驱动电机模型并作用于汽车本体。
进一步的，步骤二中进行制动模式判断时，判断依据为同时满足电池SOC小于90％、车速大于10km/h和目标制动强度小于0.7的条件进入再生制动或者电液复合制动模式，否则则为液压单独制动模式。
进一步的，步骤二中目标制动强度z采用下述公式计算：
Figure BDA0003076904340000031
Figure BDA0003076904340000032
Figure BDA0003076904340000033
Fz1＝G(b+zhg)/L
Fz2＝G(a-zhg)/L
公式中：Fz1：地面对前轮的法向反作用力(N)；Fz2：地面对后轮的法向反作用力(N)；G：汽车重力(N)；m：汽车质量(kg)；a：汽车质心到前轴中心线的距离(m)；b：汽车质心到后轴中心线的距离(m)；hg：汽车质心高度(m)；L：汽车轴距(m)；du/dt：汽车制动减速度(m/s2)。
进一步的，步骤三中进行制动力分配时采用如下方案：
0＜z≤0.15，制动力完全由前轴电机再生制动力提供；
0.15＜z≤0.45，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担；
0.45＜z≤0.59，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担；
0.59＜z≤0.7，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担；
z>0.7，电机不再提供制动力，制动力全部由液压制动力承担。
进一步的，步骤三中进行再生制动力计算时采用如下方式:
当制动强度z的范围在0＜z≤0.15时，电机单独制动，采用如下公式：
Figure BDA0003076904340000041
式中，Freg-i：当前挡位再生制动力(N)，i＝1,2代表一挡和二挡；
Treg-i：当前挡位再生制动力矩(Nm)；
当制动强度z的范围在0.15＜z≤0.7时，进行电液联合制动采用如下公式计算：
Figure BDA0003076904340000042
当制动强度z大于0.7时，进行液压单独制动，再生制动力为0。
进一步的，步骤五中进行换挡操作的步骤如下：
步骤一：指定目标档位；
步骤二：驱动电机转矩清零，并判断是否清零完成，若是进入下一步，若否继续清零操作；
步骤三：开始换挡，并判断是否为空挡，若是进入下一步，若否继续换挡操作；
步骤四：进行驱动电机调速，并判断是否调速完成，若是进行挂挡操作，若否继续进行驱动电机调速；
步骤五：判断是否进行进入目标档位，若是进入下一步，若否继续进行挂挡；
步骤六：进行驱动电机扭矩恢复。
综上所述：本文以纯电动汽车两挡AMT汽车为研究对象，提出了两挡AMT纯电动汽车制动过程的换挡控制策略，提出了考虑再生制动经济性的前后制动力与电液制动力分配策略，然后提出AMT换挡过程控制策略，结合AMT换挡过程动力中断问题，所提制动换挡控制策略提升了回收的再生制动能量，同时使产生的冲击度满足德国冲击度最高值限制，说明了控制策略的有效性。
附图说明
图1为本方案中一种基于两挡AMT纯电动汽车制动工况的换挡方法的流程图；
图2为换挡方式的流程图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1-2所示：一种基于两挡AMT纯电动汽车制动工况的换挡方法，包括以下步骤：
步骤一：踩下制动踏板，汽车进行制动；
步骤二：进行制动模式判断，若为再生制动或者电液复合制动模式则进入步骤三，若为液压单独制动则进入步骤六；
步骤三：进行前后制动力与电液制动力的分配，若为液压单独制动力则进入步骤六，若否则进入步骤四；
步骤四：进行换挡决策，若进行换挡则进入步骤五，若否进入步骤七；
步骤五：进行换挡操作并作用于汽车本体；
步骤六：执行液压制动模型并作用于汽车本体；
步骤七：执行驱动电机模型并作用于汽车本体。
进一步的，步骤二中进行制动模式判断时，判断依据为同时满足电池SOC小于90％、车速大于10km/h和目标制动强度小于0.7的条件进入再生制动或者电液复合制动模式，否则则为液压单独制动模式。
进一步的，步骤二中目标制动强度z采用下述公式计算：
Figure BDA0003076904340000061
Figure BDA0003076904340000062
Figure BDA0003076904340000063
Fz1＝G(b+zhg)/L
Fz2＝G(a-zhg)/L
公式中：Fz1：地面对前轮的法向反作用力(N)；Fz2：地面对后轮的法向反作用力(N)；G：汽车重力(N)；m：汽车质量(kg)；a：汽车质心到前轴中心线的距离(m)；b：汽车质心到后轴中心线的距离(m)；hg：汽车质心高度(m)；L：汽车轴距(m)；du/dt：汽车制动减速度(m/s2)。
进一步的，步骤三中进行制动力分配时采用如下方案：
0＜z≤0.15，制动力完全由前轴电机再生制动力提供；
0.15＜z≤0.45，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担；
0.45＜z≤0.59，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担；
0.59＜z≤0.7，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担；
z>0.7，电机不再提供制动力，制动力全部由液压制动力承担。
进一步的，步骤三中进行再生制动力计算时采用如下方式:
当制动强度z的范围在0＜z≤0.15时，电机单独制动，采用如下公式：
Figure BDA0003076904340000071
式中，Freg-i：当前挡位再生制动力(N)，i＝1,2代表一挡和二挡；
Treg-i：当前挡位再生制动力矩(Nm)；
当制动强度z的范围在0.15＜z≤0.7时，进行电液联合制动采用如下公式计算：
Figure BDA0003076904340000072
当制动强度z大于0.7时，进行液压单独制动，再生制动力为0。
进一步的，步骤五中进行换挡操作的步骤如下：
步骤一：指定目标档位；
步骤二：驱动电机转矩清零，并判断是否清零完成，若是进入下一步，若否继续清零操作；
步骤三：开始换挡，并判断是否为空挡，若是进入下一步，若否继续换挡操作；
步骤四：进行驱动电机调速，并判断是否调速完成，若是进行挂挡操作，若否继续进行驱动电机调速；
步骤五：判断是否进行进入目标档位，若是进入下一步，若否继续进行挂挡；
步骤六：进行驱动电机扭矩恢复。
具体的，驱动电机转矩清零
电动汽车行驶过程中，根据换挡规律与采集的车速信号、踏板信号等来判断是否进行换挡。当满足换挡条件时，此阶段驱动电机输出转矩下降至0，由力矩模式切换至自由模式运行。此时变速器输入轴动力学方程为：
Figure BDA0003076904340000081
式中，ig0：当前挡位传动比，J1：变速器输入轴上的等效转动惯量；ω1：变速器输入轴角速度(rad/s)；
M1：变速器输入轴转矩(Nm)；
M2：变速器输出轴转矩(Nm)。
电机输出轴与变速器输入轴刚性连接，变速器输入轴转矩M1等于电机输出转矩Me。由于车辆惯性大，在很短的换挡过程中，路面阻力矩变化可以忽略，则该阶段换挡冲击度为：
Figure BDA0003076904340000091
由上式可见，电机卸载阶段冲击度正比于驱动电机输出转矩变化率。转矩变化率过大，导致冲击度大；转矩变化率过小，即电机卸载时间长，引起换挡时间长，这都使换挡品质变差。因此，该阶段应该合理控制驱动电机转矩变化率，电机转矩变化率应满足：
Figure BDA0003076904340000092
式中，jmax：德国标准冲击度上限值，为10m/s3。
该阶段电机的控制方法为；电机以满足最大冲击度要求的转矩变化率进行卸载转矩，直至输出转矩为0。
具体的，摘挡操作时
当电机输出转矩减小至0之后，AMT控制器向换挡电机发送指令，由换挡电机驱动换挡拨叉对AMT进行摘挡。当AMT控制器采集到空挡位置信号时，发送停止指令给换挡电机。此阶段驱动电机工作于自由模式。
该阶段电机已完成卸载，输入轴转矩M1为0。
变速器输入轴动力学方程为：
Figure BDA0003076904340000093
此时同步器结合套与啮合齿圈之间作用力很小，换挡冲击可以忽略。该阶段换挡电机的控制方法为：换挡电机以最高转速驱动换挡执行机构进行摘挡，以减少摘挡时间。
具体的，空挡调速
当AMT控制器检测到空挡位置信号后，立即给驱动电机发送调速指令及驱动电机转速目标值。通过速度闭环控制驱动电机快速调节转速至目标值，以满足同步器结合套与目标挡位啮合齿圈的同步要求。此阶段驱动电机工作于调速模式。
该阶段同步器不传递扭矩，M2为0，变速器输入轴，输出轴动力学方程可表示为：
Figure BDA0003076904340000101
Figure BDA0003076904340000102
此阶段由于在空挡冲击度可以忽略，控制的重点在调速上。为了使挂挡阶段同步器可以快速同步，需要调节驱动电机转速以减小同步器主从动部分的转速差，从而减少同步过程时间和同步过程中的滑磨功，延长同步器使用寿命。
驱动电机调速的目标转速为：
Figure BDA0003076904340000103
式中，
Figure BDA0003076904340000104
驱动电机调速的目标转速(rpm)；
n0：变速器输出端转速(rpm)；
ig：传动比；
Δn：目标转速调整值(rpm)，一般取50rpm。
该阶段驱动电机控制方法为：控制电机转速迅速而准确的接近目标值，以减少调速时间.
具体的，挂挡同步
当电机转速接近目标转速时，AMT控制器发送卸载指令给驱动电机，电机由调速模式切换至自由模式，输出转矩下降至0；同时AMT控制器发送控制指令给换挡电机，驱动换挡机构执行挂挡动作，挂挡完成后变速器将工作于目标挡位。
挂挡阶段包括两个阶段，阶段1为同步器同步阶段，阶段2为挂挡阶段。通常同步器同步阶段对换挡品质影响较大，此时变速器输入轴、输出轴动力学方程为：
Figure BDA0003076904340000111
Figure BDA0003076904340000112
Figure BDA0003076904340000113
式中，Ms：同步器摩擦锥面上的摩擦力矩(N)；
Fα：施加在同步器摩擦锥面上的轴向力(N)；
f：摩擦系数；
Rα：同步器摩擦锥面有效半径(m)；
α：摩擦锥面倾角。
同步过程中，冲击度计算公式为：
Figure BDA0003076904340000114
可知冲击度与摩擦力矩变化率成正比，此时延长同步时间能降低换挡冲击度。
在挂挡阶段中，同步器重新开始传递扭矩，变速器输入轴动力学方程为：
Figure BDA0003076904340000115
该阶段换挡电机控制方法为：同步阶段适当降低换挡电机转速，通过合理延长同步时间，减小换挡冲击；挂挡阶段，换挡电机将以最高转速驱动换挡执行机构挂挡，从而缩短挂挡时间。
具体的驱动电机转矩恢复
当AMT控制器检测到目标挡位位置信号后，电机转矩由0恢复至转矩目标值，电机由自由模式切换至力矩模式，换挡完成。
阶段变速器工作于目标挡位，驱动电机转矩由0恢复至满足车辆正常行驶的目标值，变速器输入轴动力学方程为：
Figure BDA0003076904340000121
驱动电机转矩恢复阶段的驱动电机转矩控制思想与转矩清零阶段相同，参照转矩清零阶段制定的控制方法。
该阶段电机的控制方法为：驱动电机在满足德国最大冲击度要求的转矩变化率前提下，进行转矩恢复，直到输出转矩达到目标值。
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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于两挡AMT纯电动汽车制动工况的换挡方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：踩下制动踏板，汽车进行制动；
步骤二：进行制动模式判断，若为再生制动或者电液复合制动模式则进入步骤三，若为液压单独制动则进入步骤六；
步骤三：进行前后制动力与电液制动力的分配，若为液压单独制动力则进入步骤六，若否则进入步骤四；
步骤四：进行换挡决策，若进行换挡则进入步骤五，若否进入步骤七；
步骤五：进行换挡操作并作用于汽车本体；
步骤六：执行液压制动模型并作用于汽车本体；
步骤七：执行驱动电机模型并作用于汽车本体。
2.根据权利要求1所述的一种基于两挡AMT纯电动汽车制动工况的换挡方法，其特征在于，步骤二中进行制动模式判断时，判断依据为同时满足电池SOC小于90％、车速大于10km/h和目标制动强度小于0.7的条件进入再生制动或者电液复合制动模式，否则则为液压单独制动模式。
3.根据权利要求2所述的一种基于两挡AMT纯电动汽车制动工况的换挡方法，其特征在于，步骤二中目标制动强度z采用下述公式计算：
Figure FDA0003076904330000011
Figure FDA0003076904330000021
Figure FDA0003076904330000022
Fz1＝G(b+zhg)/L
Fz2＝G(a-zhg)/L
公式中：Fz1：地面对前轮的法向反作用力(N)；Fz2：地面对后轮的法向反作用力(N)；G：汽车重力(N)；m：汽车质量(kg)；a：汽车质心到前轴中心线的距离(m)；b：汽车质心到后轴中心线的距离(m)；hg：汽车质心高度(m)；L：汽车轴距(m)；du/dt：汽车制动减速度(m/s2)。
4.根据权利要求3所述的一种基于两挡AMT纯电动汽车制动工况的换挡方法，其特征在于，步骤三中进行制动力分配时采用如下方案：
0＜z≤0.15，制动力完全由前轴电机再生制动力提供；
0.15＜z≤0.45，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担；
0.45＜z≤0.59，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担；
0.59＜z≤0.7，前轴制动力优先由电机再生制动力提供，不足部分由液压制动力承担；
z>0.7，电机不再提供制动力，制动力全部由液压制动力承担。
5.根据权利要求4所述的一种基于两挡AMT纯电动汽车制动工况的换挡方法，其特征在于，步骤三中进行再生制动力计算时采用如下方式:
当制动强度z的范围在0＜z≤0.15时，电机单独制动，采用如下公式：
Figure FDA0003076904330000031
式中，Freg-i：当前挡位再生制动力(N)，i＝1,2代表一挡和二挡；
Treg-i：当前挡位再生制动力矩(Nm)；
当制动强度z的范围在0.15＜z≤0.7时，进行电液联合制动采用如下公式计算：
Figure FDA0003076904330000032
当制动强度z大于0.7时，进行液压单独制动，再生制动力为0。
6.根据权利要求5所述的一种基于两挡AMT纯电动汽车制动工况的换挡方法，其特征在于，步骤五中进行换挡操作的步骤如下：
步骤一：指定目标档位；
步骤二：驱动电机转矩清零，并判断是否清零完成，若是进入下一步，若否继续清零操作；
步骤三：开始换挡，并判断是否为空挡，若是进入下一步，若否继续换挡操作；
步骤四：进行驱动电机调速，并判断是否调速完成，若是进行挂挡操作，若否继续进行驱动电机调速；
步骤五：判断是否进行进入目标档位，若是进入下一步，若否继续进行挂挡；
步骤六：进行驱动电机扭矩恢复。
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