CN113790225B - 一种混合动力变速箱离合器压力控制方法 - Google Patents

一种混合动力变速箱离合器压力控制方法 Download PDF

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Abstract

一种混合动力变速箱离合器压力控制方法，包括以下步骤：S1，液压系统进入压力控制状态，实时响应离合器扭矩需求；S2，根据离合器是否有压力需求，以及离合器充油是否完成，判断液压系统是否进入离合器压力双闭环控制；S3，离合器压力闭环控制，根据离合器目标压力和离合器实际压力的差值，经增量式PID闭环控制对无刷直流电机的目标转速进行修正补偿；S4，无刷直流电机转速闭环控制，根据无刷直流电机的目标转速与实际转速的差值，经PID闭环控制对无刷直流电机的目标电压进行修正补偿。其能使离合器实际压力跟随目标压力，并减小离合器的压力波动，提高整车的平顺性和动力性。

Description

一种混合动力变速箱离合器压力控制方法
技术领域
本发明涉及离合器控制技术领域，特别涉及一种混合动力变速箱离合器压力控制方法。
背景技术
电力电子技术、电机技术、控制技术的发展使得汽车工业逐步进入电气化、智能化，采用无刷直流电机BLDC、电子油泵构成的电液式执行机构代替种类繁多的机械阀、电子阀和液压系统成为汽车产业的发展趋势。混合动力变速箱通过无刷直流电机BLDC、电子油泵构成的电液式执行机构进行离合器压力控制，使离合器实现结合或分离，由此控制变速箱换挡，实现发动机参与或退出整车驱动，进而实现混合动力汽车整车的模式切换。
离合器结合或分离、压力跟随的好坏以及稳定性等性能，直接影响整车的动力性和平顺性。离合器结合过慢会导致扭矩跟随延迟，会导致发动机介入整车驱动时短暂性动力偏弱；离合器分离不及时会影响换挡过程。在离合器结合过程中实际压力从稳态到动态，由于迟滞和半结合点附近活塞运动等因素的影响，若单纯使用PID闭环控制，离合器实际压力不能完全响应，极易出现实际压力差距过大或后期超调的情况，影响整车的平顺性与稳定性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种混合动力变速箱离合器压力控制方法，其能使离合器实际压力跟随目标压力，并减小离合器的压力波动，提高整车的平顺性和动力性。
本发明的技术方案是：一种混合动力变速箱离合器压力控制方法，包括以下步骤：
S1，液压系统进入压力控制状态，实时响应离合器扭矩需求；
S2，根据离合器是否有压力需求，以及离合器充油是否完成，判断液压系统是否进入离合器压力双闭环控制，若离合器有压力需求，且离合器充油完成，则液压系统开始离合器压力双闭环控制；否，则液压系统不进入离合器压力双闭环控制；
S3，离合器压力闭环控制，根据离合器目标压力和离合器实际压力的差值，经增量式PID闭环控制对无刷直流电机的目标转速进行修正补偿，使离合器的实际压力跟随目标压力，控制公式如下：
e(k)＝Pressreq-Pressact
Spdcorrection＝Δu(k)＝kpp[e(k)-e(k-1)]+kpie(k)+kpd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]
Spdreq＝Spdbase+Spdcorrection
式中，Pressreq为当前时刻离合器的实际压力值；
Pressact为当前时刻离合器的目标压力值；
e(k)为第k个采样时刻离合器目标压力与实际压力的差值；
e(k-1)为第k-1个采样时刻离合器目标压力与实际压力的差值；
e(k-2)为第k-2个采样时刻离合器目标压力与实际压力的差值；
Spdcorrection为无刷直流电机的转速修正值；
kpp为离合器压力增量式PID闭环的比例控制系数；
kpi为离合器压力增量式PID闭环的积分控制系数；
kpd为离合器压力增量式PID闭环的微分控制系数；
Spdbase为无刷直流电机的基础转速；
Spdreq为无刷直流电机的最终目标转速；
S4，无刷直流电机转速闭环控制，根据无刷直流电机的目标转速与实际转速的差值，经PID闭环控制对无刷直流电机的目标电压进行修正补偿，稳定离合器的实际压力，控制公式如下：
e(t)＝Spdreq-Spdact
Figure BDA0003152806560000021
Voltreq＝Voltbase+Voltcorrection
式中，Spdact为无刷直流电机的实际转速；
e(t)为无刷直流电机目标转速与实际转速的差值；
Ksp为转速PID闭环控制的比例控制系数；
Ksi为转速PID闭环控制的积分控制系数；
Ksd为转速PID闭环控制的微分控制系数；
Voltcorrection为无刷直流电机的电压修正值；
Voltbase为无刷直流电机的基础电压值，即在当前时刻得到的前馈电压请求；
Voltreq为无刷直流电机的最终目标电压。
进一步的，步骤S3通过离合器期望扭矩-期望压力的P-T特性曲线线性插值得到离合器目标压力。
进一步的，步骤S3通过离合器当前时刻的目标压力与变速箱油温的二维参数表查表得到无刷直流电机的基础转速。
进一步的，步骤S3中的离合器压力增量式PID闭环的比例控制系数kpp、积分控制系数kpi、微分控制系数kpd均分别根据变速箱油温通过标定得到。
进一步的，步骤S4通过无刷直流电机当前时刻的目标转速与变速箱油温的二维参数表查表得到无刷直流电机的基础电压。
进一步的，步骤S4中的比例控制系数Ksp通过当前时刻无刷直流电机目标转速与实际转速的差值-变速箱油温的二维表查表得到，积分控制系数Ksi通过当前时刻无刷直流电机目标转速与实际转速的差值-变速箱油温的二维表查表得到，微分控制系数Ksd通过当前时刻无刷直流电机目标转速与实际转速的转速差变化率-变速箱油温的二维表查表得到。
进一步的，步骤S4将无刷直流电机转速闭环控制的控制运行时间设置为2.5ms任务函数内。
进一步的，所述无刷直流电机的目标转速根据离合器目标扭矩的上升斜率、离合器进入压力闭环控制的时间和变速箱油温，进行低压区前馈补偿。
进一步的，所述离合器进入压力闭环控制的时间为压力闭环控制开始前的150ms，所述离合器目标扭矩的上升斜率与变速箱油温通过整车标定得到关于无刷直流电机目标转速前馈补偿的二维表。
采用上述技术方案：本控制方法综合考虑无刷直流电机的转速变化、变速器油温等因素对离合器实际压力的影响，对离合器压力进行增量式PID闭环控制，使离合器实际压力跟随目标压力，以及对无刷直流电机的目标转速进行连续式PID闭环控制，达到改善离合器压力波动的目的，使离合器的扭矩传递更加准确稳定，由此在离合器结合过程中对压力进行双闭环控制，从而提高整车的平顺性和动力性；而且，本控制器方法可以在离合器的低压区，对无刷直流电机的目标转速进行前馈补偿，从而解决低压区离合器压力PID闭环控制迟滞造成的压力跟随不及时，提高离合器实际压力的响应速度。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明实施例的离合器目标压力与实际压力变化示意图。
具体实施方式
参见图1至图2，一种混合动力变速箱离合器压力控制方法的实施例，包括以下步骤：
S1，液压系统进入压力控制状态，实时响应离合器扭矩需求。
S2，根据离合器是否有压力需求，以及离合器充油是否完成，判断液压系统是否进入离合器压力双闭环控制，若离合器有压力需求，且离合器充油完成，则液压系统开始离合器压力双闭环控制；若离合器没有压力需求或者离合器充油未完成，则液压系统不进入离合器压力双闭环控制。
S3，离合器压力闭环控制，根据离合器目标压力与离合器实际压力的差值，经增量式PID闭环控制对无刷直流电机的目标转速进行修正补偿，使离合器的实际压力跟随目标压力，所述离合器目标压力通过离合器期望扭矩-期望压力的P-T特性曲线线性插值得到，其中，离合器期望扭矩和期望压力均分别按工程经验设定；
离合器压力闭环控制过程如下：
(1)先计算离合器目标压力与离合器实际压力的差值e(k)：
e(k)＝Pressreq-Pressact
(2)再由第k个采样时刻的离合器目标压力与实际压力的差值进行PID闭环控制，得到第k个采样时刻的输出值u(k)为：
Figure BDA0003152806560000051
然后，同理由第k-1个采样时刻的离合器目标压力与实际压力的差值进行PID闭环控制，得到第k-1个采样时刻的输出值u(k-1)为：
Figure BDA0003152806560000052
(3)计算u(k)-u(k-1)的差值得到无刷直流电机当前时刻的转速修正值Spdcorrection：
Spdcorrection＝Δu(k)＝kpp[e(k)-e(k-1)]+kpie(k)+kpd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]
(4)以无刷直流电机的基础转速与转速修正值的和作为无刷直流电机的最终目标转速Spdreq，使无刷直流电机以最终目标转速控制电子油泵的油量大小，从而控制离合器当前时刻的实际压力，实现离合器的实际压力在响应时间内跟随目标压力：
Spdreq＝Spdbase+Spdcorrection
式中，Pressreq为当前时刻离合器的实际压力值；
Pressact为当前时刻离合器的目标压力值；
e(k)为第k个采样时刻离合器目标压力与实际压力的差值；
e(k-1)为第k-1个采样时刻离合器目标压力与实际压力的差值；
e(k-2)为第k-2个采样时刻离合器目标压力与实际压力的差值；
Spdcorrection为无刷直流电机的转速修正值；
kpp为离合器压力增量式PID闭环的比例控制系数；
kpi为离合器压力增量式PID闭环的积分控制系数；
kpd为离合器压力增量式PID闭环的微分控制系数；
Spdbase为无刷直流电机的基础转速；
Spdreq为无刷直流电机的最终目标转速。
所述无刷直流电机的基础转速通过离合器当前时刻的目标压力与变速箱油温的二维参数表查表得到，该二维参数表通过整车标定，按工程经验设定，见表1所示：
表1，离合器当前时刻的目标压力与变速箱油温的二维参数表
Figure BDA0003152806560000061
离合器压力增量式PID闭环的比例控制系数kpp根据变速箱油温通过整车标定查表得到，见表2所示：
表2，变速箱油温与kpp的参数表
油温℃ -40 -20 -10 0 10 20 40 60 80 100 120
<![CDATA[k<sub>pp</sub>]]> 0 0 1 1 2 2 2 2 3 4 4
离合器压力增量式PID闭环的积分控制系数kpi根据变速箱油温通过整车标定查表得到，见表3所示：
表3，变速箱油温与kpi的参数表
油温℃ -40 -20 -10 0 10 20 40 60 80 100 120
<![CDATA[k<sub>pi</sub>]]> 0 0 1 1 1 1 2 2 3 4 4
离合器压力增量式PID闭环的微分控制系数kpd根据变速箱油温通过整车标定查表得到，见表4所示：
表4，变速箱油温与kpd的参数表
油温℃ -40 -20 -10 0 10 20 40 60 80 100 120
<![CDATA[k<sub>pd</sub>]]> 0 0 0 4 4 4 5 5 5 5 5
S4，无刷直流电机转速闭环控制，根据无刷直流电机的目标转速与实际转速的差值，经PID闭环控制对无刷直流电机的目标电压进行修正补偿，稳定离合器的实际压力，设置无刷直流电机转速闭环控制的控制运行时间为2.5ms任务函数内，无刷直流电机转速闭环控制过程如下：
(1)以步骤S3得到的无刷直流电机最终的目标转速Spdreq作为输入，计算无刷直流电机的目标转速与实际转速的差值e(t)：
e(t)＝Spdreq-Spdact
(2)再对无刷直流电机的目标转速与实际转速的差值e(t)进行连续式PID闭环调节，得到无刷直流电机目标电压的修正值Voltcorrection：
Figure BDA0003152806560000071
(3)以无刷直流电机的基础电压与目标电压修正值的和作为无刷直流电机的最终目标电压Voltreq，使无刷直流电机以最终目标电压对实际转速进行调节，保持电子油泵的油量稳定性，从而减小离合器的实际压力的波动，达到稳定离合器实际压力的目的：
Voltreq＝Voltbase+Voltcorrection
式中，Spdact为无刷直流电机的实际转速；
e(t)为无刷直流电机目标转速与实际转速的差值；
Ksp为转速PID闭环控制的比例控制系数；
Ksi为转速PID闭环控制的积分控制系数；
Ksd为转速PID闭环控制的微分控制系数；
Voltcorrection为无刷直流电机的电压修正值；
Voltbase为无刷直流电机的基础电压值，即在当前时刻得到的前馈电压请求；
Voltreq为无刷直流电机的最终目标电压。
所述无刷直流电机的基础电压通过无刷直流电机当前时刻的目标转速与变速箱油温的二维参数表查表得到，该二维参数表通过整车标定，按工程经验设定，见表5所示：
表5，无刷直流电机当前时刻的目标转速与变速箱油温的二维参数表
Figure BDA0003152806560000081
转速PID闭环控制的比例控制系数Ksp通过无刷直流电机当前时刻目标转速与实际转速的差值-变速箱油温的二维表查表得到，该二维表通过整车标定，按工程经验设定，见表6所示：
表6，无刷直流电机当前时刻目标转速与实际转速的差值-变速箱油温关于Ksp的二维表
Figure BDA0003152806560000091
转速PID闭环控制的积分控制系数Ksi通过当前时刻无刷直流电机目标转速与实际转速的差值-变速箱油温的二维表查表得到，该二维表通过整车标定，按工程经验设定，见表7所示：
表7，无刷直流电机当前时刻目标转速与实际转速的差值-变速箱油温关于Ksi的二维表
Figure BDA0003152806560000092
转速PID闭环控制的微分控制系数Ksd通过当前时刻无刷直流电机目标转速与实际转速的转速差变化率-变速箱油温的二维表查表得到，该二维表通过整车标定，按工程经验设定，见表8所示：
表8无刷直流电机当前时刻目标转速与实际转速的转速差变化率-变速箱油温的二维表
Figure BDA0003152806560000101
本控制方法不局限于上述实施例，在步骤S3离合器压力闭环控制中，当离合器压力处于低压区时，由于离合器压力进行增量式PID闭环控制迟滞会造成的压力跟随不及时，因此，本控制方法还可以对无刷直流电机的目标转速根据离合器目标扭矩的上升斜率、离合器进入压力闭环控制的时间和变速箱油温，进行低压区前馈补偿，提高离合器在低压区的实际压力响应速度。所述离合器进入压力闭环控制的时间设置为压力闭环控制开始前的150ms，所述离合器目标扭矩的上升斜率与变速箱油温通过整车标定得到关于无刷直流电机目标转速前馈补偿的二维表，见表9所示：
表9，离合器目标扭矩的上升斜率与变速箱油温关于无刷直流电机目标转速前馈补偿的二维表
Figure BDA0003152806560000111
本控制方法综合考虑无刷直流电机的转速变化、变速箱油温等因素对离合器实际压力的影响，对离合器压力进行增量式PID闭环控制，使离合器实际压力跟随目标压力，以及对无刷直流电机的目标转速进行连续式PID闭环控制，减小转速波动，达到减小离合器压力波动的目的，对离合器实际压力进行精确控制，使离合器的扭矩传递更加准确稳定，由此在离合器结合过程中对压力进行双闭环控制，从而提高整车的平顺性和动力性，减小整车抖动，提高直驱动工况下的整车动力性；而且，本控制器方法可以在离合器的低压区，对无刷直流电机的目标转速进行前馈补偿，从而解决低压区离合器压力PID闭环控制迟滞造成的压力跟随不及时，提高离合器实际压力的响应速度。

Claims (4)

1.一种混合动力变速箱离合器压力控制方法，其特征在于包括以下步骤：
S1，液压系统进入压力控制状态，实时响应离合器扭矩需求；
S2，根据离合器是否有压力需求，以及离合器充油是否完成，判断液压系统是否进入离合器压力双闭环控制，若离合器有压力需求，且离合器充油完成，则液压系统开始离合器压力双闭环控制；否，则液压系统不进入离合器压力双闭环控制；
S3，离合器压力闭环控制，根据离合器目标压力和离合器实际压力的差值，经增量式PID闭环控制对无刷直流电机的目标转速进行修正补偿，使离合器的实际压力跟随目标压力，控制公式如下：
e(k)=Press req - Press act
式中，Press req 为当前时刻离合器的实际压力值；
Press act 为当前时刻离合器的目标压力值；
e(k)为第k个采样时刻离合器目标压力与实际压力的差值；
e(k-1)为第k-1个采样时刻离合器目标压力与实际压力的差值；
e(k-2)为第k-2个采样时刻离合器目标压力与实际压力的差值；
Spd correction 为无刷直流电机的转速修正值；
k pp 为离合器压力增量式PID闭环的比例控制系数；
k pi 为离合器压力增量式PID闭环的积分控制系数；
k pd 为离合器压力增量式PID闭环的微分控制系数；
Spd base 为无刷直流电机的基础转速；
Spd req 为无刷直流电机的最终目标转速；
通过离合器当前时刻的目标压力与变速箱油温的二维参数表查表得到无刷直流电机的基础转速；
离合器压力增量式PID闭环的比例控制系数k pp 、积分控制系数k pi 、微分控制系数k pd 均分别根据变速箱油温通过标定得到；
S4，无刷直流电机转速闭环控制，根据无刷直流电机的目标转速与实际转速的差值，经PID闭环控制对无刷直流电机的目标电压进行修正补偿，稳定离合器的实际压力，控制公式如下：
Volt req  = Volt base + Volt correction
式中，Spd act 为无刷直流电机的实际转速；
e(t)为无刷直流电机目标转速与实际转速的差值；
K sp 为转速PID闭环控制的比例控制系数；
K si 为转速PID闭环控制的积分控制系数；
K sd 为转速PID闭环控制的微分控制系数；
Volt correction 为无刷直流电机的电压修正值；
Volt base 为无刷直流电机的基础电压值，即在当前时刻得到的前馈电压请求；
Volt req 为无刷直流电机的最终目标电压；
通过无刷直流电机当前时刻的目标转速与变速箱油温的二维参数表查表得到无刷直流电机的基础电压；
比例控制系数K sp 通过当前时刻无刷直流电机目标转速与实际转速的差值-变速箱油温的二维表查表得到，积分控制系数K si 通过当前时刻无刷直流电机目标转速与实际转速的差值-变速箱油温的二维表查表得到，微分控制系数K sd 通过当前时刻无刷直流电机目标转速与实际转速的转速差变化率-变速箱油温的二维表查表得到；
所述无刷直流电机的目标转速根据离合器目标扭矩的上升斜率、离合器进入压力闭环控制的时间和变速箱油温，进行低压区前馈补偿。
2.根据权利要求1所述的混合动力变速箱离合器压力控制方法，其特征在于：步骤S3通过离合器期望扭矩-期望压力的P-T特性曲线线性插值得到离合器目标压力。
3.根据权利要求1所述的混合动力变速箱离合器压力控制方法，其特征在于：步骤S4将无刷直流电机转速闭环控制运行在2.5ms任务函数内。
4.根据权利要求1所述的混合动力变速箱离合器压力控制方法，其特征在于：所述离合器进入压力闭环控制的时间为压力闭环控制开始前的150ms，所述离合器目标扭矩的上升斜率与变速箱油温通过整车标定得到关于无刷直流电机目标转速前馈补偿的二维表。
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