CN113847420B - 一种车辆换挡控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于车辆技术领域，公开了一种车辆换挡控制方法及装置，车辆换挡控制方法包括确定换挡目标车速，换挡目标车速为车辆在换挡执行机构由摘挡位置到达目标挡位的标定进挡初始位置时的车速，目标挡位的标定进挡初始位置位于摘挡位置与目标挡位的带挡位置之间，使换挡目标车速更加接近于换挡机构运动到带挡位置时车辆的实际速度。根据换挡目标车速和目标挡位，确定电机的理论目标转速；根据车辆当前工况，确定电机未挂挡时的运行阻力矩；根据运行阻力矩和目标挡位，确定电机的转速损失量。调速目标转速等于理论目标转速和转速损失量之和，使调速目标转速更加接近于换挡机构运动到带挡位置时实际需求的电机转速，进而提高车辆换挡的可靠性。

Description

一种车辆换挡控制方法及装置

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种车辆换挡控制方法及装置。

背景技术

当前，电机驱动的纯电动车辆以及电机与内燃机混合驱动的混合动力车辆通常采用电机对变速箱输入轴进行调速的方式以实现换挡。具体的，车辆中的电子控制单元根据车辆当前的车速、车辆在换挡动力中断过程中的加速度以及挂挡前动力中断时间，计算得到车辆在电机转速调节完成时刻的目标车速，根据车辆的目标车速和目标挡位，计算得到电机的调速目标转速，将电机的转速控制为调速目标转速，完成换挡。

然而，这种换挡调速方式，车辆在爬坡、下坡等场景进行换挡时，电机调速完成到换挡执行机构由摘挡位置运动到带挡位置的过程中，电机转速与车速均在发生变化，极易出现换挡执行机构运动到带挡位置时，电机转速与实际需求转速差值过大，ECU会判断出不符合换挡条件，需重新确定目标转速进行调速，进而导致换挡时间延长，甚至导致车辆停止，换挡的可靠性较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车辆换挡控制方法及装置，使调速目标转速更加接近于换挡机构运动到带挡位置时实际需求的电机转速，从而提高了车辆换挡的可靠性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种车辆换挡控制方法，包括：

响应换挡指令，确定换挡目标车速，所述换挡目标车速为车辆在换挡执行机构由摘挡位置到达目标挡位的标定进挡初始位置时的车速，所述目标挡位的标定进挡初始位置位于所述摘挡位置与所述目标挡位的带挡位置之间；

根据所述换挡目标车速和所述目标挡位，确定电机的理论目标转速，所述理论目标转速为所述目标挡位下，所述换挡目标车速所对应的电机转速；

根据车辆当前工况，确定所述电机未挂挡时的运行阻力矩；

根据所述运行阻力矩和所述目标挡位，确定所述换挡执行机构由所述摘挡位置运动到所述目标挡位的所述带挡位置期间，所述电机的转速损失量；

确定调速目标转速，所述调速目标转速等于所述理论目标转速和所述转速损失量之和；

对所述电机进行调速，调速目标为所述调速目标转速。

作为优选，所述标定进挡初始位置为车辆处于由摘挡状态转变为带挡状态的临界状态时所述换挡执行机构所处的位置。

作为优选，所述确定换挡目标车速包括：

根据车辆当前的驱动力和当前的加速度确定车辆动力中断时间内的加速度；

根据车辆当前车速、所述车辆动力中断时间内的加速度和所述车辆动力中断时间确定所述换挡目标车速。

作为优选，所述动力中断时间等于摘挡时间、对所述电机进行调速的时间以及所述换挡执行机构由所述摘挡位置运动到所述目标挡位的所述标定进挡初始位置的时间之和。

作为优选，所述根据所述运行阻力矩和所述目标挡位，确定所述换挡执行机构由所述摘挡位置运动到所述目标挡位的所述带挡位置期间，所述电机的转速损失量，包括：

根据所述目标挡位，确定所述换挡执行机构由摘挡位置运动到所述目标挡位的所述标定进挡初始位置的时间；

根据所述电机未挂挡时的运行阻力矩确定所述电机未挂挡且无驱动力矩时的加速度；

根据所述换挡执行机构由摘挡位置运动到所述目标挡位的所述标定进挡初始位置的时间和所述电机未挂挡时的加速度，确定转速损失量。

作为优选，所述对所述电机进行调速之后，还包括：

所述电机转速达到所述调速终止转速时，清除所述电机的驱动扭矩，停止调速。

作为优选，根据车重、当前驱动模式、油门开度和目标挡位确定第一转速修正量和第二转速修正量，所述调速终止转速和所述调速目标转速之差的绝对值不小于所述第一转速修正量，且不大于所述第二转速修正量。

作为优选，所述换挡执行机构由所述摘挡位置运动到所述目标挡位的所述标定进挡初始位置后，判断所述换挡执行机构处于顶齿位置带的时间，如果所述换挡执行机构处于所述顶齿位置带的时间大于第一设定值，则再次调整所述电机的转速。

作为优选，所述再次调整所述电机的转速包括：

控制所述电机以预设的驱动扭矩提高转速；

监测滑套的转速和接合齿圈的转速，当所述滑套和所述接合齿圈的转速差达到第二设定值时，清除所述电机的驱动扭矩；

判断所述换挡执行机构是否越过顶齿位置带，如果所述换挡执行机构越过所述顶齿位置带，则挂挡完成。

一种车辆换挡控制装置，使用上述任一项所述的车辆换挡控制方法控制车辆换挡。

本发明的有益效果：

本发明提供的车辆换挡控制方法，通过以车辆在换挡执行机构由摘挡位置到达目标挡位的标定进挡初始位置时的车速作为换挡目标车速，标定进挡初始位置位于摘挡位置与目标挡位的带挡位置之间，从而使换挡目标车速更加接近于换挡机构运动到带挡位置时车辆的实际速度。通过使调速目标转速等于理论目标转速和换挡执行机构由所述摘挡位置运动到所述目标挡位的所述带挡位置期间电机的转速损失量之和，从而使调速目标转速更加接近于换挡机构运动到带挡位置时实际需求的电机转速，进而提高了车辆换挡的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的车辆换挡控制方法的流程图；

图2是本发明实施例二提供的车辆换挡控制方法的流程图；

图3是本发明实施例三提供的车辆换挡控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种车辆换挡控制方法，例如用于电机驱动的纯电动车辆或电机与内燃机混合驱动的混合动力车辆的机械式自动变速箱的换挡控制，车辆换挡控制方法的具体步骤包括：

S1、响应换挡指令，确定换挡目标车速，其中，换挡目标车速为车辆在换挡执行机构由摘挡位置到达目标挡位的标定进挡初始位置时的车速，目标挡位的标定进挡初始位置位于摘挡位置与目标挡位的带挡位置之间。通过以车辆在换挡执行机构由摘挡位置到达目标挡位的标定进挡初始位置时的车速作为换挡目标车速，标定进挡初始位置位于摘挡位置与目标挡位的带挡位置之间，从而使换挡目标车速更加接近于换挡机构运动到带挡位置时车辆的实际速度。优选地，标定进挡初始位置为车辆处于由摘挡状态转变为带挡状态的临界状态时换挡执行机构所处的位置。摘挡状态是车辆摘挡后的状态，也即是空挡状态，带挡状态是车辆挂挡后的状态。通过将标定进挡初始位置设置为车辆处于由摘挡状态转变为带挡状态的临界状态时换挡执行机构所处的位置，从而使换挡目标车速更加接近于换挡机构运动到带挡位置时车辆的实际速度。

其中，确定换挡目标车速的具体步骤包括：

A1、根据车辆当前的驱动力和当前的加速度确定车辆动力中断时间内的加速度；

A2、根据车辆当前车速、车辆动力中断时间内的加速度和车辆动力中断时间确定换挡目标车速。其中，动力中断时间等于摘挡时间、对电机进行调速的时间以及换挡执行机构由摘挡位置运动到目标挡位的标定进挡初始位置的时间之和。

S2、根据换挡目标车速和目标挡位，确定电机的理论目标转速。电机的理论目标转速为在目标挡位下，目标车速所对应的电机转速，具体计算方法为本领域的公知常识，这里不再赘述。

S3、根据车辆当前工况，确定电机未挂挡时的运行阻力矩，具体步骤包括：

查询当前车辆的驱动模式，如果当前车辆的驱动模式为电机驱动的纯电动模式，则电机未挂挡时的运行阻力矩为电机转子阻力矩和变速箱齿轴系换算至变速箱输入端的机械阻力矩之和；如果当前车辆的驱动模式为电机与内燃机混合驱动模式，则电机未挂挡时的运行阻力矩为内燃机曲轴系机械阻力矩、电机转子阻力矩和变速箱齿轴系换算至变速箱输入端的机械阻力矩之和。

其中电机转子阻力矩与内燃机曲轴系机械阻力矩为定值，查表可获得具体数值，变速箱齿轴系换算至变速箱输入端的机械阻力矩根据目标挡位查表获得。

S4、根据电机未挂挡时的运行阻力矩和目标挡位，确定换挡执行机构由摘挡位置运动到目标挡位的带挡位置期间，电机的转速损失量，具体步骤包括：

B1、根据目标挡位，确定换挡执行机构由摘挡位置运动到目标挡位的标定进挡初始位置的时间。具体地，根据目标挡位查表可获得换挡执行机构由摘挡位置运动到目标挡位的标定进挡初始位置的时间。

B2、根据电机未挂挡时的运行阻力矩确定电机未挂挡且无驱动力矩时的加速度。

B3、根据换挡执行机构由摘挡位置运动到目标挡位的标定进挡初始位置的时间和电机未挂挡时的加速度，确定电机的转速损失量。具体地，电机未挂挡时的加速度与换挡执行机构由摘挡位置运动到目标挡位的标定进挡初始位置的时间的乘积即是电机的转速损失量。

S5、根据理论目标转速和转速损失量，确定调速目标转速。具体地，调速目标转速等于理论目标转速和转速损失量之和。通过使调速目标转速等于理论目标转速和转速损失量之和，从而使调速目标转速更加接近于换挡机构运动到带挡位置时实际需求的电机转速，进而提高车辆换挡的可靠性。

S6、对电机进行调速，调速目标为调速目标转速。

实施例二

如图2所示，本实施例公开一种车辆换挡控制方法，在实施例一的基础上，对实施例一中的车辆换挡控制方法进行了优化。步骤S5与步骤S6之间还包括：

S51、根据车重、当前驱动模式、油门开度和目标挡位确定第一转速修正量和第二转速修正量，电机的调速终止转速和调速目标转速之差的绝对值需不小于第一转速修正量，且不大于第二转速修正量。

步骤S6之后还包括：

S7、电机转速达到电机调速终止转速时，清除电机驱动扭矩，停止调速。

机械式自动变速箱在挂当时，通过滑套和啮合齿圈的啮合来实现挂挡，而由滑套的花键齿端部结构特征，可以得出完成换挡的换挡力计算公式如下：

其中，F为完成换挡的换挡力；

是滑套花键端部侧锥面与花键齿轴向中心面的夹角；X为随变速箱工作状态变化的变量。由上述完成换挡的换挡力计算公式可以看出，对于

等于90°的重型机械式自动变速箱，

无穷大，导致换挡力无穷大，进而导致挂挡成功率低，本领域通常采用使滑套与啮合齿圈产生转速差的方式增大换挡成功率。滑套的转速由电机的转速决定，啮合齿圈的转速由车速决定，在本实施例中，通过使电机的调速终止转速和调速目标转速之差的绝对值大于零，从而使挂挡时，滑套与啮合齿圈具有转速差，以提高挂挡成功率。

由于换挡时的动力中断时间过长会降低驾驶舒适性和车辆的动力性能，因此，动力中断时间不能过长。而动力中断时间包括摘挡时间、对电机进行调速的时间以及换挡执行机构由摘挡位置运动到目标挡位的标定进挡初始位置的时间，其中摘挡时间和换挡执行机构由摘挡位置运动到目标挡位的标定进挡初始位置的时间均由车辆结构决定，无法通过控制改变，因此本实施例通过设置第一转速修正量，通过使电机调速终止转速与调速目标转速之间差值的绝对值不小于第一转速修正量，当电机转速达到电机调速终止转速时，即停止对电机的转速调整，从而减小电机的转速调整量，进而减少将对电机进行调速的时间。具体地，第一转速修正量的大小根据油门开度查表确定，油门开度越大，表明驾驶员对动力性的关注度越高，因此可适当放宽第一转速修正量，也即是油门开度越大第一转速修正量越大。

然而，虽然通过设置第一转速修正量能够降低对电机进行调速的时间，从而降低动力中断时间，但是电机调速终止转速与调速目标转速之间差值越大，在挂挡的瞬间驾驶员受到的冲击越大，同样会影响驾驶舒适性，因此为了避免驾驶员收到的冲击过大，需使电机调速终止转速与调速目标转速之间差值的绝对值不大于第二转速修正量。

具体地，在本实施例中，依次根据车重、当前驱动模式、油门开度和目标挡位进行查表，获得所需的第一转速修正量和第二转速修正量。

本实施例中步骤S7的具体步骤包括：

对电机进行调速，调速目标为调速目标转速，如果车辆是升挡，则电机调速过程为电机转速降低的过程，此时，电机调速终止转速等于调速目标转速加第二转速修正量，并以第一转速修正量与第二转速修正量之差的绝对值作为电机转速调整的转速控制偏移量。当电机转速达到电机调速终止转速时，清除电机驱动扭矩，由于从发出清除电机驱动扭矩的控制信号到电机驱动扭矩清除完成存在一定的时间延迟，因此，在残余电机驱动扭矩的作用下，电机转速会继续降低，而残余电机驱动扭矩所导致的电机的转速损失小于电机转速调整的转速控制偏移量，从而使调速完成时，电机的实际转速和调速目标转速之差的绝对值大于第一转速修正量，且小于第二转速修正量；如果车辆是降挡时，则电机调速过程为电机转速升高的过程，此时，电机调速终止转速等于调速目标转速减第二转速修正量，并以第一转速修正量与第二转速修正量之差的绝对值作为电机转速调整的转速控制偏移量，当电机转速达到电机调速终止转速时，清除电机驱动扭矩，由于从发出清除电机驱动扭矩的控制信号到电机驱动扭矩清除完成存在一定的时间延迟，因此，在残余电机驱动扭矩的作用下，电机转速会继续升高，而残余电机驱动扭矩所导致的电机的转速升高量小于电机转速调整的转速控制偏移量，从而使调速完成时，电机的实际转速和调速目标转速之差的绝对值大于第一转速修正量，且小于第二转速修正量。

实施例三

如图3所示，本实施例公开一种车辆换挡控制方法，在实施例二的基础上，对实施例二中的车辆换挡控制方法进行了优化。对于机械式自动变速箱，在电机调速完成后，换挡执行机构进行挂挡的过程中，换挡执行机构通过标定进挡初始位置后，滑套和接合齿圈开始啮合，当滑套与啮合齿圈啮合完成后，即可完成挂挡过程。但是在滑套与啮合齿圈的啮合过程中，常常会出现滑套的啮合爪顶住啮合齿圈的端面导致挂挡无法顺利进行的现象。

因此，本实施例提供的车辆换挡控制方法在步骤S7之后还包括：

S8、换挡执行机构由摘挡位置运动到目标挡位的标定进挡初始位置后，判断换挡执行机构处于顶齿位置带的时间，如果换挡执行机构处于顶齿位置带的时间大于第一设定值，则再次调整电机的转速。顶齿位置带为标定进挡初始位置至挂挡完成后换挡执行机构所处位置之间的区域。再次调整电机的转速的具体步骤包括：

C1、控制电机以预设的驱动扭矩提高电机的转速；

C2、监测滑套的转速和接合齿圈的转速，当滑套与接合齿圈的转速差达到第二设定值时，清除电机的驱动扭矩；

C3、判断换挡执行机构是否越过顶齿位置带，如果换挡执行机构越过顶齿位置带，则换挡完成，如果换挡执行机构未越过顶齿位置带，则重复步骤C1-C3，直至换挡执行机构越过顶齿位置带。

本实施例还提供一种车辆换挡控制装置，其使用上述的车辆换挡控制方法控制车辆换挡。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种车辆换挡控制方法，其特征在于，包括：

响应换挡指令，确定换挡目标车速，所述换挡目标车速为车辆在换挡执行机构由摘挡位置到达目标挡位的标定进挡初始位置时的车速，所述目标挡位的标定进挡初始位置位于所述摘挡位置与所述目标挡位的带挡位置之间，所述标定进挡初始位置为车辆处于由摘挡状态转变为带挡状态的临界状态时所述换挡执行机构所处的位置；

根据所述换挡目标车速和所述目标挡位，确定电机的理论目标转速，所述理论目标转速为所述目标挡位下，所述换挡目标车速所对应的电机转速；

根据车辆当前工况，确定所述电机未挂挡时的运行阻力矩；

根据所述运行阻力矩和所述目标挡位，确定所述换挡执行机构由所述摘挡位置运动到所述目标挡位的所述带挡位置期间，所述电机的转速损失量，包括：

根据所述目标挡位，确定所述换挡执行机构由摘挡位置运动到所述目标挡位的所述标定进挡初始位置的时间；

根据所述电机未挂挡时的运行阻力矩确定所述电机未挂挡且无驱动力矩时的加速度；

根据所述换挡执行机构由摘挡位置运动到所述目标挡位的所述标定进挡初始位置的时间和所述电机未挂挡时的加速度，确定转速损失量；

确定调速目标转速，所述调速目标转速等于所述理论目标转速和所述转速损失量之和；

对所述电机进行调速，调速目标为所述调速目标转速。

2.根据权利要求1所述的车辆换挡控制方法，其特征在于，所述确定换挡目标车速包括：

根据车辆当前的驱动力和当前的加速度确定车辆动力中断时间内的加速度；

根据车辆当前车速、所述车辆动力中断时间内的加速度和所述车辆动力中断时间确定所述换挡目标车速。

3.根据权利要求2所述的车辆换挡控制方法，其特征在于，所述动力中断时间等于摘挡时间、对所述电机进行调速的时间以及所述换挡执行机构由所述摘挡位置运动到所述目标挡位的所述标定进挡初始位置的时间之和。

4.根据权利要求1所述的车辆换挡控制方法，其特征在于，所述对所述电机进行调速之后，还包括：

所述电机转速达到调速终止转速时，清除所述电机的驱动扭矩，停止调速。

5.根据权利要求4所述的车辆换挡控制方法，其特征在于，根据车重、当前驱动模式、油门开度和目标挡位确定第一转速修正量和第二转速修正量，所述调速终止转速和所述调速目标转速之差的绝对值不小于所述第一转速修正量，且不大于所述第二转速修正量。

6.根据权利要求1所述的车辆换挡控制方法，其特征在于，所述换挡执行机构由所述摘挡位置运动到所述目标挡位的所述标定进挡初始位置后，判断所述换挡执行机构处于顶齿位置带的时间，如果所述换挡执行机构处于所述顶齿位置带的时间大于第一设定值，则再次调整所述电机的转速。

7.根据权利要求6所述的车辆换挡控制方法，其特征在于，所述再次调整所述电机的转速包括：

控制所述电机以预设的驱动扭矩提高转速；

监测滑套的转速和接合齿圈的转速，当所述滑套和所述接合齿圈的转速差达到第二设定值时，清除所述电机的驱动扭矩；

判断所述换挡执行机构是否越过顶齿位置带，如果所述换挡执行机构越过所述顶齿位置带，则挂挡完成。

8.一种车辆换挡控制装置，其特征在于，使用权利要求1-7任一项所述的车辆换挡控制方法控制车辆换挡。

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