CN113339496A - 用于电动车辆的变速器的换挡控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电动车辆的变速器的换挡控制方法，所述变速器包括换挡控制器、电机控制器、第一转速传感器、第二转速传感器、档位传感器、第三转速传感器、换挡机构、电机、第一轴、二档小齿轮、换挡齿套、一档小齿轮、一档大齿轮和二档大齿轮，所述换挡控制方法通过避免转速环控制来提高换挡响应速度并且降低换挡时间。
Description
技术领域
本发明属于车辆领域，具体涉及一种用于电动车辆的变速器的换挡控制方法。
背景技术
在传统电动车辆中，当变速器进行换挡时，需经历扭矩环控制-转速环控制-扭矩环控制三个阶段，导致换挡响应缓慢。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于电动车辆的变速器的换挡控制方法。
具体通过如下技术手段实现：一种电动车辆的变速器的换挡控制方法，所述变速器包括换挡控制器、电机控制器、第一转速传感器、第二转速传感器、档位传感器、第三转速传感器、换挡机构、电机、第一轴、二档小齿轮、换挡齿套、一档小齿轮、一档大齿轮和二档大齿轮。
其中，换挡控制器用于通过整车状态及驾驶员意图判断是否有换挡需求，电机控制器用于实现对电机的控制，第一转速传感器用于检测二档小齿轮的转速，第二转速传感器用于检测第一轴的转速，第三转速传感器用于检测一档小齿轮的转速，档位传感器用于检测换挡齿套的位置，换挡机构用于接收换挡控制器的指令，执行换挡动作，其中，一档大齿齿轮与一档小齿轮啮合连接，二挡大齿轮和二挡小齿轮啮合连接。
所述变速器的换挡控制方法包括以下步骤。
在步骤S101，基于车速和驾驶员意图判断是否需要进行换挡操作，如果需要进行换挡，则进行到步骤S102。
在步骤S102，降低电机扭矩至预定值T1并且T1大于零，当电机扭矩降至预定值T1后，至步骤S103。
在步骤S103，换挡控制器发指令至换挡机构执行换挡操作，以从当前档位换挡至空挡，并可通过档位传感器确认空档状态，然后进行到步骤S200。
在步骤S200，使驱动电机输出指定扭矩，然后进行到步骤S104。
在步骤S104，计算目标档位转速与电机转速之间的转速差∆n，如果转速差∆n小于第一阈值n1，则进行至步骤S105。
在步骤S105，换挡控制器发出换挡指令至换挡机构，完成档位的切换，并且通过档位传感器确认档位切换完成，然后，进行至步骤S106。
在步骤106，根据车辆需求及驾驶员意图，整车控制器向电机控制器发送需求扭矩，以使驱动电机的扭矩达到需求扭矩。
其中，在步骤S200使驱动电机输出指定扭矩来调节目标档位转速与电机转速之间的转速差∆n的方法包括如下步骤：
在步骤S201，计算同步扭矩△T，并将同步扭矩△T赋予初始值。
在步骤S202，进行计时，初始时间为t1。
在步骤S203，初始化同步次数至S=0。
在步骤S204，换挡控制器发出电机扭矩请求，请求初始同步扭矩T2，并且T2=△T+Tn，其中，Tn为考虑到内阻或温度等引起的其他阻力。
在步骤S205，换挡控制器发出电机扭矩请求，请求稳定同步扭矩T3。
在步骤S206，确定当前驱动电机的转速nt与目标档位转速n2之间的转速差∆n是否小于n1，并且使同步次数计数增加1，如果转速差∆n小于n1，则进行步骤S210，如果转速差∆n大于n1，则进行步骤S207。
在步骤S210，记录同步结束时间t2。
在步骤S211，判断结束时间t2与开始时间t1之差的同步时间与期望同步时间的关系，如果满足t2-t1≥1.1△t，则进行至步骤S212，如果不满足t2-t1≥1.1△t，则方法结束。
在步骤212，利用公式△T=△T(1+(t2-t1)/△t)来优化同步扭矩△T。
在步骤S207，判断已经进行过的同步次数，并且根据同步次数改变稳定同步扭矩T3，如果同步次数小于2，则执行步骤S208，如果同步次数大于2，则执行步骤S209。
在步骤S208，将稳定同步扭矩T3设置为T3=T3-20πJ(nt-n2)/△t，其中J是电机、第一轴、换挡齿套的转动惯量，然后返回步骤S205。
在步骤S209，将稳定同步扭矩T3设置为T3= T3-10πJ(nt-n2)/△t，以改变稳定同步扭矩T3，然后返回步骤S205，直至步骤S206判断为真。
本发明所述的“可选择的”或“选择性”连接，表示通过例如离合器、同步器等部件可断开的连接。
本发明的效果在于：
1，在换挡期间，仅采用扭矩环控制换挡，可提高换挡响应速度，同时，通过避免扭矩环控制和转速环控制两种控制方法之前的切换，从而可降低换挡时间，提高车辆动力性和驾驶体验。
2，可基于同步时间和期望的同步时间并且利用公式△T=△T(1+(t2-t1)/△t) 来优化同步扭矩△T，从而能够根据更精确地计算同步扭矩△T，并且在下一次循环期间减少计算时间，以进步提高换挡速度。
3，通过将初始同步请求扭矩T2的持续时间设置为0.9△t并且将稳定同步扭矩T3的保持时间设置为0.1△t，可在确保足够的同步时间的情况下保留一定的同步确认时间，从而有利于提高整个控制系统或控制方法的鲁棒性。
附图说明
图1示出了根据示例性实施例的变速器系统的示意图。
图2示出了根据示例性实施例的变速器换挡控制方法的流程图。
图3示出了根据示例性实施例的调节目标档位转速与电机转速之间的转速差的方法的流程图。
具体实施方式
参照图1，示出了根据示例性实施例的用电动车辆的变速器系统的示意图。
在根据本发明的实施例中，变速器包含换挡控制器（TCU）1、电机控制器（PIM）2、第一转速传感器10、第二转速传感器11、档位传感器12、第三转速传感器13、换挡拨叉14、换挡机构15、电机定子21、电机转子22、电机轴23、第一轴30、二档小齿轮31、换挡齿鼓32、换挡齿套33、一档小齿轮34、一档大齿轮40、主减主动齿轮41、二档大齿轮42、主减大齿轮43、差速器44。
电机作为驱动源包括电机定子21和电机转子22，电流流经电机定子21的绕组以产生磁场，并且电机定子21产生的磁场可与电机转子22内的永磁体相配合以产生转矩，该转矩可通过电机轴23输出。电机轴23通过离合器选择性地接合到第一轴30。在第一轴30上可旋转地支撑有一档小齿轮34和二档小齿轮31，并且一档小齿轮34和二档小齿轮31均可通过换挡组件（包括换挡拨叉14、换挡机构15、换挡齿鼓32和换挡齿套33）的致动而固定接合到第一轴30。在与第一轴30平行设置的第二轴上固定地设置有一档大齿轮40、主减主动齿轮41和二档大齿轮42，并且一档大齿轮40与一档小齿轮34啮合连接，以传递来自一档小齿轮34的动力，二档大齿轮42与二档小齿轮31啮合连接以传递用来自二档小齿轮31的动力，主减主动齿轮41设置在一档大齿轮40和二档大齿轮42之间以作为动力输出齿轮向主减大齿轮43传递动力。主减大齿轮43可与差速器44固定连接。
换挡控制器1用于通过整车状态及驾驶员意图（例如通过油门开度、油门加速度、刹车信号等判断）判断是否有换挡需求，换挡期间通过第一转速传感器10、第二转速传感器11、档位传感器12、第三转速传感器13信号发出指令至换挡机构15和电机控制2，通过其控制方案配合完成换挡工作。
电机控制器2用于根据整车控制器（未示出）需求实现对电机的控制，主要方式为控制输送给电机定子21的电压、电流及开关频率等参数，实现电机的不同转速或扭矩的输出；另外，电机控制器2还相应于换挡期间换挡控制器1发出的电机扭矩需求。
第一转速传感器10用于检测二档小齿轮31的转速，第二转速传感器11用于检测第一轴30的转速，第三转速传感器13用于检测一档小齿轮34的转速，档位传感器12用于检测换挡齿套33的位置进一步判断所选档位。
换挡机构15用于接收换挡控制器1的指令，执行换挡动作，通过不同的旋转方向驱动换挡拨叉14移动，换挡拨叉14驱动换挡齿套33实现于一档小齿轮34或二档小齿轮31的结合，实现不同档位的切换。
参照图2，示出了根据示例性实施例的多档变速器换挡控制方法流程图。
在步骤S101，方法基于车速和驾驶员意图判断是否需要进行换挡操作。例如，判断不需要换挡时，则S101步骤判断NO至流程结束。如果需要进行换挡，则方法进行到步骤S102。例如，在整车加速阶段，档位传感器12判断为此时换挡齿套33与一档小齿轮34结合，因档位较低，随着车速不断提升致使电机转速较高时需要切换更高档位来降低电机转速和提升电机效率，这是需要切换档位。
在步骤S102，降低电机扭矩至预定值T1（例如，5 Nm），并且T1大于零。该预定值T1的扭矩是为了保持空挡期间第一轴30的转速不出现较大转速变化并且减小当前档位至空档期间的换挡力。例如，该预定值T1的扭矩可通过电机转速和标定至查表所得。当扭矩降至预定值T1后，至步骤S103。
在步骤S103，换挡控制器1发指令至换挡机构15执行换挡操作，以从当前档位换挡至空挡，并可通过档位传感器12确认空档状态，则到步骤S200。
在步骤S200，使驱动电机输出指定扭矩，将图3中示出的方法200中详细描述该步骤。然后，进行到步骤S104。
在步骤S104，计算目标档位转速与电机转速之间的转速差∆n，如果转速差∆n小于第一阈值n1，则进行至步骤S105。作为示例，当驱动电机的转速nt与例如目标档位为二挡的二挡小齿轮31转速n2之间的转速差∆n小于n1时可进行下一步，如果转速差∆n大于n1，则可执行以下将描述方法200，以调节该转速差∆n。作为示例，n1可被赋值初始赋值n1=50rpm，也可根据控制精度和啮合套类型调节该赋值。
在步骤S105，完成目标档位的切换。作为示例，换挡控制器1发出换挡指令至换挡机构15，实现机构运动，带动换挡拨叉14和换挡齿套33移动，直至换挡齿套33与一档小齿轮或二档小齿轮31结合，完成档位的切换；此时通过档位传感器12确认档位切换完成。完成后至步骤S106。
在步骤106，根据车辆需求及驾驶员意图，整车控制器可向电机控制器2发送需求扭矩，当驱动电机的扭矩达到该需求扭矩时，流程结束。
将参照图3详细描述根据驱动电机输出的指定扭矩来调节目标档位转速与电机转速之间的转速差∆n的方法200，方法200通过计算同步扭矩及同步时间来判断下次换挡所需扭矩，并为下次换挡扭矩进行优化。
在步骤S201，计算同步扭矩△T，同步扭矩△T可被赋予初始值。
在步骤S202，进行计时，初始时间为t1。
在步骤S203，初始化同步次数至S=0。
在步骤S204，换挡控制器1发出电机扭矩请求，请求初始同步扭矩T2，T2=△T+Tn；其中，Tn为考虑到内阻或温度等引起的其他阻力，该其他阻力可设定为固定值，或者可根据温度、转速查表而获得。初始同步请求扭矩T2的持续时间为0.9△t，其中△t为期望的同步时间。
在步骤S205，换挡控制器1发出电机扭矩请求，请求稳定同步扭矩T3，稳定同步扭矩T3也可设定为固定值，或者可根据温度、转速查表而得，稳定同步扭矩T3的保持时间为0.1△t，其中△t为期望的同步时间。
在步骤S206，确定当前驱动电机的转速nt与例如二挡小齿轮31转速n2之间的转速差∆n是否小于n1（例如，n1可设置为50 rpm），并且使同步次数计数增加1，即，S=S+1。如果转速差∆n小于n1，则进行步骤S210，并记录同步结束时间t2。如果转速差∆n大于n1，则进行步骤S207。
在步骤S211，判断同步时间（即，结束时间t2与开始时间t1之差）与期望同步时间的关系，如果满足t2-t1≥1.1△t，则至步骤S212，如果不满足t2-t1≥1.1△t，则方法结束。
在步骤212，优化同步扭矩△T，并且为下次换挡优化同步时间。例如，利用公式△T=△T(1+(t2-t1)/△t)来优化同步扭矩△T。
在步骤S207，判断已经进行过的同步次数，并且根据同步次数改变稳定同步扭矩T3。例如，如果同步次数小于2，则执行步骤S208，如果同步次数大于2，则执行步骤S209。
在步骤S208，稳定同步扭矩T3设置为T3=T3-20πJ(nt-n2)/△t，其中J是包含电机转子22、电机轴23、第一轴30、换挡齿鼓32、换挡齿套33等零部件的转动惯量；通过与转速差和转动惯量相关的变量来改变稳定同步扭矩T3，然后返回步骤S206。
在步骤S209，稳定同步扭矩T3设置为T3= T3-10πJ(nt-n2)/△t，以改变稳定同步扭矩T3，然后返回步骤S205，直至步骤S206判断为真。
Claims (5)
1.一种电动车辆的变速器的换挡控制方法，其特征在于，所述变速器包括换挡控制器、电机控制器、第一转速传感器、第二转速传感器、档位传感器、第三转速传感器、换挡机构、电机、第一轴、二档小齿轮、换挡齿套、一档小齿轮、一档大齿轮和二档大齿轮；
其中，换挡控制器用于通过整车状态及驾驶员意图判断是否有换挡需求，电机控制器用于实现对电机的控制，第一转速传感器用于检测二档小齿轮的转速，第二转速传感器用于检测第一轴的转速，第三转速传感器用于检测一档小齿轮的转速，档位传感器用于检测换挡齿套的位置，换挡机构用于接收换挡控制器的指令，执行换挡动作，其中，一档大齿齿轮与一档小齿轮啮合连接，二挡大齿轮和二挡小齿轮啮合连接；
所述变速器的换挡控制方法包括以下步骤：
在步骤S101，基于车速和驾驶员意图判断是否需要进行换挡操作，如果需要进行换挡，则进行到步骤S102，
在步骤S102，降低电机扭矩至预定值T1并且T1大于零，当电机扭矩降至预定值T1后，至步骤S103，
在步骤S103，换挡控制器发指令至换挡机构执行换挡操作，以从当前档位换挡至空挡，并通过档位传感器确认空档状态，然后进行到步骤S200，
在步骤S200，使驱动电机输出指定扭矩，然后进行到步骤S104，
在步骤S104，计算目标档位转速与电机转速之间的转速差∆n，如果转速差∆n小于第一阈值n1，则进行至步骤S105，
在步骤S105，换挡控制器发出换挡指令至换挡机构，完成档位的切换，并且通过档位传感器确认档位切换完成，然后，进行至步骤S106，
在步骤106，根据车辆需求及驾驶员意图，整车控制器向电机控制器发送需求扭矩，以使驱动电机的扭矩达到需求扭矩。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在步骤S200使驱动电机输出指定扭矩来调节目标档位转速与电机转速之间的转速差∆n的方法包括如下步骤：
在步骤S201，计算同步扭矩△T，并将同步扭矩△T赋予初始值，
在步骤S202，进行计时，初始时间为t1，
在步骤S203，初始化同步次数至S=0，
在步骤S204，换挡控制器发出电机扭矩请求，请求初始同步扭矩T2，并且T2=△T+Tn，其中，Tn为内阻或温度引起的其他阻力，
在步骤S205，换挡控制器发出电机扭矩请求，请求稳定同步扭矩T3，
在步骤S206，确定当前驱动电机的转速nt与目标档位转速n2之间的转速差∆n是否小于n1，并且使同步次数计数增加1，如果转速差∆n小于n1，则进行步骤S210，如果转速差∆n大于等于n1，则进行步骤S207，
在步骤S210，记录同步结束时间t2，
在步骤S211，判断结束时间t2与开始时间t1之差的同步时间与期望同步时间的关系，如果满足t2-t1≥1.1△t，则进行至步骤S212，如果不满足t2-t1≥1.1△t，其中△t为期望的同步时间，则方法结束，
在步骤212，利用公式△T=△T(1+(t2-t1)/△t)来优化同步扭矩△T，其中△t为期望的同步时间，
在步骤S207，判断已经进行过的同步次数，并且根据同步次数改变稳定同步扭矩T3，如果同步次数小于2，则执行步骤S208，如果同步次数大于等于2，则执行步骤S209，
在步骤S208，将稳定同步扭矩T3设置为T3=T3-20πJ(nt-n2)/△t，其中J是电机、第一轴、换挡齿套的转动惯量，然后返回步骤S205，
在步骤S209，将稳定同步扭矩T3设置为T3= T3-10πJ(nt-n2)/△t，以改变稳定同步扭矩T3，其中△t为期望的同步时间，然后返回步骤S205，直至步骤S206判断为真。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，第一阈值n1为约50rpm。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括将初始同步请求扭矩T2的持续时间设置为0.9△t。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：将稳定同步扭矩T3的保持时间设置为0.1△t。
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