CN113291160A - 一种用于新能源教练车的离合控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于新能源教练车的离合控制方法，包括电机控制器、电机、变速箱和传动轴，还包括：离合器，用于换档时使动力输入端和传动轴分离，并在换挡完成后，再次与传动轴结合并传输扭矩；换档器，主要用于驾驶员在行车过程中切换档位；档位传感器，用于将档位信息以电平信号的方式传递至整车控制器中计算；控制器局域网，用于整车状态感知和外部设备控制的报文接收、发送和转发；整车控制器，用于整车动力控制。本发明通过采用硬件和软件结合的方法，使得教练车以及驾考车具有维护简单方便以及污染环境小的优点，降低了教练车和驾考车的购置成本、维护开销和运营成本，有利于提升燃油汽车的驾驶学习效率和学习效果。

Description

一种用于新能源教练车的离合控制方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，特别是涉及一种用于新能源教练车的离合控制方法。

背景技术

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源，或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车等。

其中，新能源教练车是在原有普通教练车的基础上，把烧油的发动机改为电力驱动，电力驱动主要有电机、专用电控总成和蓄电池三大部分组成，可应用于场地考试的所有项目训练。目前，自动档乘用车已占据大部分市场份额。

然而，参与驾驶资格证考试的大部分学员仍会选择考取手动档C1驾照，不利于推进新能源汽车在驾考市场上的应用，为此，提出一种用于新能源教练车的离合控制方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于新能源教练车的离合控制方法，通过在新能源汽车上装备离合总成，并用控制算法模拟传统燃油汽车的驾驶体验，以保障学员科目二、科目三的考试通过率，从而使得利用新能源汽车的成本降低、维护难度减小并大大降低对环境的污染，进一步有效降低驾校运营成本。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于新能源教练车的离合控制方法，包括电机控制器、电机、变速箱和传动轴，还包括：

离合器，用于换档时使动力输入端和传动轴分离，并在换挡完成后，再次与传动轴结合并传输扭矩；

换档器，用于驾驶员在行车过程中切换档位；

档位传感器，用于将档位信息以电平信号的方式传递至整车控制器中计算；

控制器局域网，用于整车状态感知和外部设备控制的报文接收、发送和转发；

整车控制器，用于整车动力控制。

作为本发明的一种优选技术方案，所述整车控制器通过输出端将输出信号传递至电机控制器的输入端。

作为本发明的一种优选技术方案，所述电机控制器的输出端将输出信号传递至电机的输入端，所述电机通过信号输出端将信号传递至变速箱的信号输入端。

作为本发明的一种优选技术方案，所述变速箱通过信号输出端将信号传递至离合器的信号输入端，所述离合器的信号输出端将信号传递至传动轴。

作为本发明的一种优选技术方案，所述换挡器的信号输出端将信号传递至变速箱、第一档位传感器、第二档位传感器和第三档位传感器的信号输入端，所述第一档位传感器、第二档位传感器和第三档位传感器的信号输出端将档位信息传递至整车控制器的信号接收端。

作为本发明的一种优选技术方案，所述整车控制器包括传感器，所述整车控制器的内部集成有离合控制算法。

作为本发明的一种优选技术方案，所述档位传感器包括第一档位传感器、第二档位传感器和第三档位传感器。

作为本发明的一种优选技术方案，包括以下步骤：

步骤1：整车启动并达到允许行驶状态后，生成一个初始需求扭矩，通过控制器局域网发送给电机控制器，通过电机控制器驱动电机开始工作；

步骤2：切换到非N档，并逐渐松开离合，整车控制器根据接收到的离合的通断信息、电机转速信息实时调整需求转矩，使电机输出时断时续，模拟传统燃油汽车启动时的顿挫感；

步骤3：完全松开离合，变速箱和传动轴通过离合器完全耦合，车辆进入降速运行状态，通过调节需求转矩，将车速控制在预设范围内；

步骤4：关闭车辆或整车控制器检测到相关故障时，整车控制器进入下电流程，离合控制算法逐渐减少需求转矩，模拟熄火抖动。

作为本发明的一种优选技术方案，所述档位传感器的输出高电平为有效电平信号，所述档位传感器的输出低电平为无效电平信号，其中，有效电平信号设为1，无效电平信号设为0。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤2中档位传感器信号和档位信号的换算关系如下：

当第一档位传感器为0，第二档位传感器为0，第三档位传感器为0时，档位信号为N档；

当第一档位传感器为1，第二档位传感器为0，第三档位传感器为0时，档位信号为1档；

当第一档位传感器为0，第二档位传感器为1，第三档位传感器为0时，档位信号为2档；

当第一档位传感器为0，第二档位传感器为0，第三档位传感器为1时，档位信号为3档；

当第一档位传感器为1，第二档位传感器为1，第三档位传感器为0时，档位信号为4档；

当第一档位传感器为1，第二档位传感器为0，第三档位传感器为1时，档位信号为5档；

当第一档位传感器为0，第二档位传感器为1，第三档位传感器为1时，档位信号为R档。

与现有技术相比，本发明能达到的有益效果是：

1、本发明通过采用硬件和软件结合的方法，使得教练车以及驾考车具有降低成本、维护简单方便、以及污染环境小的优点，从而降低教练车和驾考车购置成本、维护开销、使用成本和运营成本；

2、本发明通过软件算法的优化，用新能源汽车模拟传统燃油汽车的驾驶体验，通过模拟教练车启动抖动、半离合驾驶、换挡操作和熄火情况，有利于提升燃油汽车的驾驶学习效率和学习效果；

3、本发明通过设置档位传感器，同时结合整车控制器对来自档位传感器电平信号的计算，可模拟一至五档，以及N挡和R挡的档位切换状态，极大地方便了学习燃油汽车驾驶的学习过程。

附图说明

图1为本发明的信号传输系统图；

图2为本发明的闭环转矩控制图；

图3为本发明的电机转速-需求转矩关系图；

图4为本发明的离合开度-调节系数关系图；

图5为本发明的扭矩变化率控制流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例：

一种用于新能源教练车的离合控制方法，包括电机控制器、电机、变速箱和传动轴，还包括：离合器，用于换档时使动力输入端和传动轴分离，并在换挡完成后，再次与传动轴结合并传输扭矩；换档器，用于驾驶员在行车过程中切换档位；档位传感器，用于将档位信息以电平信号的方式传递至整车控制器中计算；控制器局域网，用于整车状态感知和外部设备控制的报文接收、发送和转发；整车控制器，用于整车动力控制。

如图1所示，在其他实施例中，整车控制器通过输出端将输出信号传递至电机控制器的输入端，其中，整车控制器通过输出端传送的输出信号为需求转矩T_req’且需求转矩T_req包括闭环转矩T_PID和开环转矩T_OPEN；

闭环转矩T_PID的计算公式为：

开环转矩T_OPEN的计算公式为：T_OPEN＝ω(n，g)，

怠速需求转矩的原始值计算公式为：T_{req_original}＝T_PID+T_OPEN，

式中，K_P、K_I、K_D分别为比例环节系数、微分环节系数和积分环节系数，Err_spd为转速误差，g为当前档位；闭环转矩采用PID控制，以电机转速为输入信号，将电机转速控制在预设范围内。

如图1所示，在其他实施例中，电机控制器的输出端将输出信号传递至电机的输入端，电机通过信号输出端将信号传递至变速箱的信号输入端。

如图1、图2所示，在其他实施例中，变速箱通过信号输出端将信号传递至离合器的信号输入端，离合器的信号输出端将信号传递至传动轴，当电机转速高于期望转速，则减少闭环转矩；当电机转速低于期望转速，则增加闭环转矩，当驾驶员踩下油门踏板，或出现相关故障，则退出闭环转矩控制。

如图1、图2和图3所示，在其他实施例中，换挡器的信号输出端将信号传递至变速箱、第一档位传感器、第二档位传感器和第三档位传感器的信号输入端，第一档位传感器、第二档位传感器和第三档位传感器的信号输出端将档位信息传递至整车控制器的信号接收端，通过第一档位传感器、第二档位传感器和第三档位传感器分别将电平信号1或0传递至变速箱，模拟1-5档以及N档和R档的行车档位。

在其他实施例中，整车控制器包括传感器，整车控制器的内部集成有离合控制算法，其中，离合控制算法为：半坡起步的需求转矩T_half采用怠速需求转矩的原始值，且原始值记为T_{req_original}，学员松开离合达到所设阈值C_half后，需求转矩的大小与刹车踏板的开度BrakeAPP有关，且需经过一个一阶滤波器，防止需求矩变化过大导致熄火；

半坡起步的需求转矩T_half的计算公式为：

式中，f(BrakeAPP)为与刹车踏板开度有关的扭矩调整函数，可根据车型进行标定，

一阶滤波器F(k)的滤波计算公式为：F(k)＝(1-λ)F(k-1)+λT_half，

式中，λ为滤波系数，k和k-1分别为k和k-1时刻的滤波输出。

在其他实施例中，档位传感器包括第一档位传感器、第二档位传感器和第三档位传感器。

在其他实施例中，包括以下步骤：

步骤1：整车启动并达到允许行驶状态后，生成一个初始需求扭矩，通过控制器局域网发送给电机控制器，通过电机控制器驱动电机开始工作；

步骤2：切换到非N档，并逐渐松开离合，整车控制器根据接收到的离合的通断信息、电机转速信息实时调整需求转矩，使电机输出时断时续，模拟传统燃油汽车启动时的顿挫感；

步骤3：完全松开离合，变速箱和传动轴通过离合器完全耦合，车辆进入降速运行状态，通过调节需求转矩，将车速控制在预设范围内；

步骤4：关闭车辆或整车控制器检测到相关故障时，整车控制器进入下电流程，离合控制算法逐渐减少需求转矩，模拟熄火抖动。

如图5所示，在其他实施例中，档位传感器的输出高电平为有效电平信号，档位传感器的输出低电平为无效电平信号，其中，有效电平信号设为1，无效电平信号设为0，为防止需求转矩变化过大导致车辆突然失速，即突然加速或突然减速，软件算法对转矩变化的极值做出限制，包括极大值T_{inc_max}和极小值T_{dec_max}，其中，转矩变化值的范围为：

式中，ξ(g)为当前档位的系数调节函数，档位不同，则怠速需求转矩的极值限制不同，该函数的定义域、值域和映射关系根据不同车型进行标定，ValINC、ValDEC分别为扭矩增长阈值系数和扭矩下降阈值系数，目的是为防止需求转矩变化过快导致车辆严重窜动。

在其他实施例中，步骤2中档位传感器信号和档位信号的换算关系如下：

当第一档位传感器为0，第二档位传感器为0，第三档位传感器为0时，档位信号为N档；

当第一档位传感器为1，第二档位传感器为0，第三档位传感器为0时，档位信号为1档；

当第一档位传感器为0，第二档位传感器为1，第三档位传感器为0时，档位信号为2档；

当第一档位传感器为0，第二档位传感器为0，第三档位传感器为1时，档位信号为3档；

当第一档位传感器为1，第二档位传感器为1，第三档位传感器为0时，档位信号为4档；

当第一档位传感器为1，第二档位传感器为0，第三档位传感器为1时，档位信号为5档；

当第一档位传感器为0，第二档位传感器为1，第三档位传感器为1时，档位信号为R档。

本发明的工作原理：使用时，通过整车启动并达到允许行驶状态后，生成一个初始需求扭矩T_req，驱动电机开始旋转，电机开始工作以后，软件算法根据电机转速、当前档位和离合状态调节需求转矩，使车辆在怠速工况下模拟传统燃油汽车的启动抖动，其中，怠速需求转矩的组成转矩为闭环转矩T_PID和开环转矩T_OPEN；

闭环转矩T_PID的计算公式为：

式中，K_P、K_I、K_D分别为比例环节系数、微分环节系数和积分环节系数，Err_spd为转速误差；闭环转矩采用P]D控制，以电机转速为输入信号，将电机转速控制在预设范围内，当电机转速高于期望转速，则减少闭环转矩；当电机转速低于期望转速，则增加闭环转矩；当驾驶员踩下油门踏板，或出现相关故障，则退出闭环转矩控制；

开环转矩根据电机的转速-转矩关系和当前档位，输出一个需求转矩，不同档位下，所采用的机械特性曲线不同；

开环转矩T_OPEN的计算公式为：T_OPEN＝ω(n，g)，式中，g为当前档位；

闭环转矩和开环转矩之和，即为怠速需求转矩的原始值，原始值的计算公式为：T_{req_original}＝T_PID+T_OPEN；

半坡起步时，通过控制刹车踏板和离合踏板，在保证不熄火的情况下从坡道上重新起步，为使起步转矩足够大，防止车辆后溜，软件算法规定：半坡起步的需求转矩T_half采用怠速需求转矩的原始值，且原始值记为T_{req_original}，学员松开离合达到所设阈值C_half后，需求转矩的大小与刹车踏板的开度BrakeAPP有关，且需经过一个一阶滤波器，防止需求矩变化过大导致熄火；

其中，半坡起步的需求转矩T_half的计算公式为：

式中，f(BrakeAPP)为与刹车踏板开度有关的扭矩调整函数，需根据不同车型进行标定；

一阶滤波器F(k)的滤波计算公式为：F(k)＝(1-λ)F(k-1)+λT_half，式中，λ为滤波系数，k和k-1分别为k和k-1时刻的滤波输出；

为防止需求转矩变化过大导致车辆突然失速，即突然加速或突然减速，软件算法对转矩变化的极值做出限制，包括极大值T_{inc_max}和极小值T_{dec_max}，其中，转矩变化值的范围为：

式中，ξ(g)为当前档位的系数调节函数，档位不同，则怠速需求转矩的极值限制不同，该函数的定义域、值域和映射关系根据不同车型进行标定；

为模拟传统燃油汽车启动时的抖动效果，软件算法对需求转矩做“循环斩波”处理，具体方法如下：

式中，

T为斩波周期，p为斩波系数，T_p为斩波扭矩，且有T_p＜0，以使电机迅速降低扭矩甚至反转。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种用于新能源教练车的离合控制器，其特征在于，包括电机控制器、电机、变速箱和传动轴，还包括：

离合器，用于换档时使动力输入端和传动轴分离，并在换挡完成后，再次与传动轴结合并传输扭矩；

换档器，用于驾驶员在行车过程中切换档位；

档位传感器，用于将档位信息以电平信号的方式传递至整车控制器中计算；

控制器局域网，用于整车状态感知和外部设备控制的报文接收、发送和转发；

整车控制器，用于整车动力控制。

2.根据权利要求1所述的一种用于新能源教练车的离合控制器，其特征在于，所述整车控制器通过输出端将输出信号传递至电机控制器的输入端。

3.根据权利要求2所述的一种用于新能源教练车的离合控制器，其特征在于，所述电机控制器的输出端将输出信号传递至电机的输入端，所述电机通过信号输出端将信号传递至变速箱的信号输入端。

4.根据权利要求3所述的一种用于新能源教练车的离合控制器，其特征在于，所述变速箱通过信号输出端将信号传递至离合器的信号输入端，所述离合器的信号输出端将信号传递至传动轴。

5.根据权利要求1所述的一种用于新能源教练车的离合控制器，其特征在于，所述换挡器的信号输出端将信号传递至变速箱、第一档位传感器、第二档位传感器和第三档位传感器的信号输入端，所述第一档位传感器、第二档位传感器和第三档位传感器的信号输出端将档位信息传递至整车控制器的信号接收端。

6.根据权利要求1所述的一种用于新能源教练车的离合控制器，其特征在于，所述整车控制器包括传感器，所述整车控制器的内部集成有离合控制算法。

7.根据权利要求1所述的一种用于新能源教练车的离合控制器，其特征在于，所述档位传感器包括第一档位传感器、第二档位传感器和第三档位传感器。

8.根据权利要求1-7所述的一种用于新能源教练车的离合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：整车启动并达到允许行驶状态后，生成一个初始需求扭矩，通过控制器局域网发送给电机控制器，通过电机控制器驱动电机开始工作；

步骤2：切换到非N档，并逐渐松开离合，整车控制器根据接收到的离合的通断信息、电机转速信息实时调整需求转矩，使电机输出时断时续，模拟传统燃油汽车启动时的顿挫感；

步骤3：完全松开离合，变速箱和传动轴通过离合器完全耦合，车辆进入降速运行状态，通过调节需求转矩，将车速控制在预设范围内；

步骤4:关闭车辆或整车控制器检测到相关故障时，整车控制器进入下电流程，离合控制算法逐渐减少需求转矩，模拟熄火抖动。

9.根据权利要求8所述的一种用于新能源教练车的离合控制方法，其特征在于，所述档位传感器的输出高电平为有效电平信号，所述档位传感器的输出低电平为无效电平信号，其中，有效电平信号设为1，无效电平信号设为0。

10.根据权利要求9所述的一种用于新能源教练车的离合控制方法，其特征在于，步骤2中档位传感器信号和档位信号的换算关系如下：

当第一档位传感器为0，第二档位传感器为0，第三档位传感器为0时，档位信号为N档；

当第一档位传感器为1，第二档位传感器为0，第三档位传感器为0时，档位信号为1档；

当第一档位传感器为0，第二档位传感器为1，第三档位传感器为0时，档位信号为2档；

当第一档位传感器为0，第二档位传感器为0，第三档位传感器为1时，档位信号为3档；

当第一档位传感器为1，第二档位传感器为1，第三档位传感器为0时，档位信号为4档；

当第一档位传感器为1，第二档位传感器为0，第三档位传感器为1时，档位信号为5档；

当第一档位传感器为0，第二档位传感器为1，第三档位传感器为1时，档位信号为R档。

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