CN114233844B - 电动汽车变速箱换挡控制方法、装置、存储介质及控制器 - Google Patents

电动汽车变速箱换挡控制方法、装置、存储介质及控制器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电动汽车变速箱换挡控制方法、装置、存储介质及控制器，所述方法包括：当所述电动车辆满足换挡条件且未满足换挡禁止条件时，获取所述电动车辆换档前车速和目标挡位速比；根据获取的所述换档前车速和目标挡位速比计算所述电动车辆的电机目标转速；根据计算的所述电机目标转速调节所述电动车辆的电机转速，以实现换挡。本发明提供的方案能够实现换档时的电机转速调节。

Description

电动汽车变速箱换挡控制方法、装置、存储介质及控制器
技术领域
本发明涉及控制领域，尤其涉及一种电动汽车变速箱换挡控制方法、装置、存储介质及控制器。
背景技术
电动车变速箱换档分为转矩卸载、摘挡、电机调速、挂挡、转矩恢复四个阶段。传统电动车变速箱换挡时的电机调速阶段一般是采用MCU主动调节至目标速度，容易导致超调或者欠调。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述相关技术的缺陷，提供一种电动汽车变速箱换挡控制方法、装置、存储介质及控制器，以解决相关技术中主动调节至目标速度，容易导致超调或者欠调的问题。
本发明一方面提供了一种电动车辆变速箱换挡控制方法，包括：当所述电动车辆满足换挡条件且未满足换挡禁止条件时，获取所述电动车辆换档前车速和目标挡位速比；根据获取的所述换档前车速和目标挡位速比计算所述电动车辆的电机目标转速ω1；根据计算的所述电机目标转速ω1调节所述电动车辆的电机转速，以实现换挡。
可选地，所述换挡条件，包括：车速不小于设定升档车速，且油门踏板深度不大于设定升档油门踏板深度，或者车速不大于设定降档车速，且油门踏板深度不小于设定降档油门踏板深度；和/或，所述换挡禁止条件，包括：升档禁止条件和/或降档禁止条件；所述升档禁止条件，包括：道路坡度大于设定坡度值、方向盘转角大于设定转角值、电池回收功率小于设定功率值以及整车故障等级高于设定故障等级中的至少一项；所述降档禁止条件，包括：道路坡度大于设定坡度值、方向盘转角大于设定转角值以及整车故障等级高于设定故障等级中的至少一项。
可选地，根据获取的所述换档前车速和目标挡位速比计算所述电动车辆的电机目标转速ω1，包括：通过以下公式计算所述电动车辆的电机目标转速：
ω1＝v*μ1*μ2*ε
其中，v为换档前车速；ε为目标档位速比；
Figure BDA0003426569530000021
用于将车速v的单位由km/h换算为m/min；/>
Figure BDA0003426569530000022
用于将车轮的线速度转换为车轮的角速度，r为车轮半径；
根据计算的所述电机目标转速ω1调节所述电动车辆的电机转速，包括：计算换挡时所述电动车辆受到的阻力，以根据计算的换挡时所述电动车辆受到的阻力确定相应的目标转速修正系数α；根据所述目标转速修正系数α对所述目标转速ω1进行修正，以得到修正后的目标转速ω2；根据得到的所述修正后的目标转速ω2控制所述电动车辆换挡。
可选地，根据得到的所述修正后的目标转速ω2控制所述电动车辆换挡，包括：通过状态反馈函数控制所述电机转速，所述状态反馈函数为：
ω′＝-(A-BK)u+Bω
其中，K为状态反馈增益矩阵；A、B为以u为自变量的函数矩阵。
本发明另一方面提供了一种电动车辆变速箱换挡控制装置，包括：获取单元，用于当所述电动车辆满足换挡条件且未满足换挡禁止条件时，获取所述电动车辆换档前车速和目标挡位速比；计算单元，用于根据获取的所述换档前车速和目标挡位速比计算所述电动车辆的电机目标转速ω1；调节单元，用于根据计算的所述电机目标转速ω1调节所述电动车辆的电机转速，以实现换挡。
可选地，所述换挡条件，包括：车速不小于设定升档车速，且油门踏板深度不大于设定升档油门踏板深度，或者车速不大于设定降档车速，且油门踏板深度不小于设定降档油门踏板深度；和/或，所述换挡禁止条件，包括：升档禁止条件和/或降档禁止条件；所述升档禁止条件，包括：道路坡度大于设定坡度值、方向盘转角大于设定转角值、电池回收功率小于设定功率值以及整车故障等级高于设定故障等级中的至少一项；所述降档禁止条件，包括：道路坡度大于设定坡度值、方向盘转角大于设定转角值以及整车故障等级高于设定故障等级中的至少一项。
可选地，所述计算单元，根据获取的所述换档前车速和目标挡位速比计算所述电动车辆的电机目标转速ω1，包括：通过以下公式计算所述电动车辆的电机目标转速：
ω1＝v*μ1*μ2*ε
其中，v为换档前车速；ε为目标档位速比；
Figure BDA0003426569530000031
用于将车速v单位由km/h换算为m/min；/>
Figure BDA0003426569530000032
用于将车轮的线速度转换为车轮的角速度，r为车轮半径；
所述调节单元，根据计算的所述电机目标转速ω1调节所述电动车辆的电机转速，包括：计算换挡时所述电动车辆受到的阻力，以根据计算的换挡时所述电动车辆受到的阻力确定相应的目标转速修正系数α；根据所述目标转速修正系数α对所述目标转速ω1进行修正，以得到修正后的目标转速ω2；根据得到的所述修正后的目标转速ω2控制所述电动车辆换挡。
可选地，根据得到的所述修正后的目标转速ω2控制所述电动车辆换挡，包括：通过状态反馈函数控制所述电机转速，所述状态反馈函数为：
ω′＝-(A-BK)u+Bω
其中，K为状态反馈增益矩阵；A、B为以u为自变量的函数矩阵。
本发明又一方面提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明再一方面提供了一种电动汽车变速箱控制器，包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明再一方面提供了一种空调，包括前述任一所述的电动汽车变速箱控制器装置。
根据本发明的技术方案，实时读取车速和目标档位速比反馈调节电机转速，同时考虑实时的坡度、风阻、转弯等复杂路况，预修正电机调节转速，TCU发送目标转矩给MCU调节目标转速，MCU读取当前转速反馈给TCU，通过负反馈结构实现转速调节的快速性和稳定性。通过考虑当前车速、目标档位和实时路况，让TCU发送目标转矩给MCU，实现换档时的电机转速调节，然后通过MCU反馈TCU当前电机转速实现电机调速的反馈闭环调节。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明提供的电动车辆变速箱换挡控制方法的一实施例的方法示意图；
图2示出了两挡AMT换挡过程示意图；
图3示出了根据本发明一具体实施例的换挡过程流程示意图；
图4示出了根据计算的所述电机目标转速调节所述电动车辆的电机转速的一种优选实施方式的流程示意图；
图5是本发明提供的电动车辆换挡控制方法的一具体实施例的方法示意图；
图6是本发明提供的电动车辆变速箱换挡控制装置的一实施例的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图2示出了两挡AMT换挡过程示意图。首先，通过采集的车速信号、加速踏板信号来判断是否需要换挡，若满足换挡条件，则进入TCU控制模式，发送卸载转矩指令给MCU，MCU控制驱动电机转矩降为0；驱动电机由转矩模式切换至自由模式运行，TCU控制换挡电机摘挡；然后TCU将驱动电机目标转速发送至MCU，MCU根据驱动电机目标转速对驱动电机进行调速，直至调速后的驱动电机转速与驱动电机目标转速之间的差速合格；TCU控制换挡电机挂上目标挡位，然后VCU通过油门踏板开度，速度，坡度计算得到驱动电机目标转矩并且发送给TCU；TCU控制MCU将驱动电机转矩调整至目标转矩，然后发送换挡完成信号至整车控制器；最后进入MCU控制驱动电机模式。其中，目标转速为：
Figure BDA0003426569530000061
式中，
Figure BDA0003426569530000062
为驱动电机期望转速，n2AMT为两挡AMT输出轴转速，igi为目标挡位传动比。在使用此公式时n2AMT已知，igi已知，但是未挂入目标档位，因此用上述两个量预测
Figure BDA0003426569530000063
/>
图3示出了根据本发明一具体实施例的换挡过程流程示意图。与传统汽车不同，在该电驱动两挡AMT动力系统中，驱动电机与两挡AMT之间采用花键连接，中间没有离合器，换挡过程无需对离合器进行控制。但是，在换挡过程中，由于驱动电机特性与发动机特性不同，电驱动两挡AMT动力系统换挡过程与传统AMT换挡过程有所区别。该两挡AMT的具体的换挡过程可以包括以下6个阶段：
请求换挡阶段：电动汽车在正常行驶过程中，变速箱控制器TCU根据存储的换挡规律与采集的车速信号、加速踏板信号等来判断是否进行换挡。当判断满足换挡条件时，变速箱控制器TCU向整车控制器VCU发送换挡请求，整车控制器VCU对换挡请求进行仲裁和决策，向变速箱控制器TCU发送换挡允许指令，并将整车动力系统最高控制权交于TCU。
驱动电机转矩卸载阶段：当满足换挡条件进入换挡模式时，由于该动力系统中没有采用离合器，在进行摘挡之前首先需要对驱动电机进行卸载，使驱动电机转矩输出为0，才能进行下一步操作。在该阶段，两挡AMT控制器(TCU)首先向驱动电机控制器MCU发送换挡开始指令，MCU允许换挡后，停止采集加速踏板信号，并控制驱动电机输出转矩下降至0，驱动电机由转矩模式切换至自由模式运行，保证能够顺利实现摘挡。当驱动电机完成卸载后，MCU向TCU发送卸载完成标志位，卸载阶段结束。
摘挡阶段：当电机输出转矩减小至0之后，TCU向换挡电机发送指令，TCU接收到卸载完成指令后，TCU控制换挡电机快速运动，带动换挡拨叉移动，使同步器结合套与当前挡位啮合齿圈分离。同时，TCU采集换挡拨叉(同步器)位置传感器信号，以判断是否到达空挡位置。当确认同步器处于空挡位置时，TCU控制换挡电机停转，同时TCU向MCU发送摘挡完成标志位和驱动电机期望转速信号。此时，摘挡阶段结束。此阶段驱动电机工作于自由模式。
电机调速阶段：在该阶段，两挡AMT处于空挡位置，驱动电机无法向整车提供驱动力，产生动力中断。当MCU接收到TCU发送的摘挡完成标志位和驱动电机期望转速信号后，驱动电机从转矩模式切换到转速模式，并根据期望转速对驱动电机进行转速闭环控制驱动电机快速调节转速至目标值，以减少同步端和被同步端之间转速差，减少换挡冲击和换挡时间，进而满足同步器结合套与目标挡位啮合齿圈的同步要求。其中，目标转速为：
Figure BDA0003426569530000071
式中，
Figure BDA0003426569530000072
为驱动电机期望转速，n2AMT为两挡AMT输出轴转速，igi为目标挡位传动比。当驱动电机转速调速到期望转速允许误差范围内时，MCU向TCU发送调速完成指令，同时控制驱动电机转矩逐渐降为0，此时空挡调速阶段结束，此阶段驱动电机工作于调速模式。
挂挡阶段：当电机转速接近目标转速时，TCU收到调速完成指令后，TCU发送卸载指令给MCU，MCU控制驱动电机由调速模式切换至自由模式，输出转矩下降至0，同时TCU发送控制指令给换挡电机，控制换挡电机转动，驱动换挡机构执行挂挡动作，推动同步器向目标挡位移动。同时，采集换挡拨叉位置传感器信号，以判断是否完成挂挡。当检测到挂入目标挡位后，TCU控制换挡电机停转，同时向MCU发送挂挡完成指令。该阶段驱动电机工作在自由模式。
转矩恢复阶段：变速器挂入目标挡位后，电机应进行转矩恢复，以满足车辆的动力需求。VCU根据加速踏板开度、车速、参考输出转矩及当前车辆的行驶状态计算目标转矩输出值，并发送给TCU；当TCU检测到目标挡位位置信号后，通过CAN总线向MCU发送转矩恢复请求和目标转矩值，电机转矩由0恢复至转矩目标值，电机由自由模式切换至转矩模式。当电机输出转矩达到VCU计算的目标转矩之后，电机直接进入正常转矩模式，车辆恢复正常行驶状态。此时，TCU对两挡AMT运行状态进行监测，同时判断下一换挡时刻的到来。
传统电动车变速箱换挡时的电机调速阶段一般是采用MCU主动调节至目标速度，容易导致超调或者欠调，且应对复杂工况比如上坡、大风、转弯等复杂环境时调节能力欠佳。
本发明提供一种电动车辆变速箱换挡控制方法。
图1是本发明提供的电动车辆变速箱换挡控制方法的一实施例的方法示意图。
如图1所示，根据本发明的一个实施例，所述换挡控制方法至少包括步骤S110、步骤S120和步骤S130。
步骤S110，当所述电动车辆满足换挡条件且未满足换挡禁止条件时，获取所述电动车辆换档前车速和目标挡位速比。
步骤S120，根据获取的所述换档前车速和目标挡位速比计算所述电动车辆的电机目标转速ω1。
具体地，当车辆的油门深度和车速满足换挡条件时，且判断车辆未满足换挡禁止条件，允许换挡，获取所述电动车辆换档前车速和目标挡位速比。
所述换挡条件，包括：车速不小于设定升档车速，且油门踏板深度不大于设定升档油门踏板深度，或者车速不大于设定降档车速，且油门踏板深度不小于设定降档油门踏板深度。所述换挡禁止条件，包括：升档禁止条件和/或降档禁止条件；其中，所述升档禁止条件，包括：道路坡度大于设定坡度值、方向盘转角大于设定转角值、电池回收功率小于设定功率值以及整车故障等级高于设定故障等级中的至少一项；所述降档禁止条件，包括：道路坡度大于设定坡度值、方向盘转角大于设定转角值以及整车故障等级高于设定故障等级中的至少一项。
具体地，实时车速不小于升档车速，且油门踏板深度不大于升档油门深度，且行车参数未满足升档禁止条件，控制车辆升档至二档状态；当实时车速不大于降档车速，或油门踏板深度不小于降档油门深度，且行车参数未满足降档禁止条件，控制车辆降档至一档状态。当道路坡度大于设定坡度值表示车辆行驶在坡道上，方向盘转角大于设定转角值表示车辆正在转弯，禁止变速箱换档可以保证驱动电机为车辆提供稳定的动力，从而提高整车的安全性和可靠性。
当判断车辆的油门深度和车速满足换挡条件，且判断车辆未满足换挡禁止条件时，允许换挡，卸载转矩和摘挡完成后，读取换档前车速和目标档位速比(目标档位齿轮大小对应的比例)，根据换档前车速和目标挡位速比计算相应的目标转速ω1，设换档前车速为v，目标档位速比为ε，则电机目标转速ω1的计算公式为：
ω1＝v*μ1*μ2*ε
其中，
Figure BDA0003426569530000091
用于将车速v单位由km/h换算为m/min；/>
Figure BDA0003426569530000092
用于将车轮的线速度转换为车轮的角速度，其中r为车轮半径。
步骤S130，根据计算的所述电机目标转速ω1调节所述电动车辆的电机转速，以实现所述电动车辆换挡。
在一种具体实施方式中，TCU根据计算的目标转速ω1计算出相应的电机转矩发送给MCU，MCU调节电机转速并实时读取电机的转速反馈给TCU实现电机转速的闭环反馈控制。
图4示出了根据计算的所述电机目标转速ω1调节所述电动车辆的电机转速一种优选实施方式的流程示意图。如图4所示，在一种优选实施方式中，步骤S130包括步骤S131、步骤S132和步骤S133。
步骤S131，计算换挡时所述电动车辆受到的阻力，并根据计算的换挡时所述电动车辆受到的阻力确定相应的目标转速修正系数α；
具体地，根据换挡前电机转矩、电机转速、档位、车速、坡度和转向角度计算换挡时所述电动车辆受到的阻力；根据计算的换挡时所述电动车辆受到的阻力确定相应的目标转速修正系数α。
在一种具体实施方式中，标定车辆在满载和空载情况下的电机转矩、转速(电机转速和档位可以求得车速)、档位(1档和2档传动比不一样，所以电机转矩放大比例不一样，所以要考虑档位)，通过转矩和换档前档位计算得到电动车牵引力(牵引力等于加速度、坡度、风阻、转向等因素带来的所有阻力之和，但是换档过程中档位为空档，没有牵引力，所以加速度会突变，只需考虑坡度，转向角度带来的阻力)，换档前牵引力减去加速度a*车重m，得到阻力，再通过坡度和转向角度比对得到换挡时电动车辆受到的阻力值f1。
由于此阻力f1只考虑了坡度和转向角度，但是检测到过大的坡度和转向角度时均会禁止换档，因此已知可换档的最大坡度和/或最大转向角度下的阻力f，可以得到修正系数α为：
α＝(f1/f)*b
b为修正比，用于限制修正系数α的范围，b的取值范围包括[0.1，0.22]，例如b＝0.2时，修正系数的范围在[-0.2，0.2]之间。
步骤S132，根据所述目标转速修正系数α对所述目标转速ω1进行修正，以得到修正后的目标转速ω2。
具体地，通过如下公式计算修正后的目标转速ω2
ω2＝(1+∝)ω1
步骤S133，根据得到的所述修正后的目标转速ω2控制所述电动车辆换挡。
为了安全，在行驶时当检测到一定角度的坡度γ0和一定程度的转向θ0时会禁止换档。由于在换档的电机调速阶段，电机的输出转矩为0，车辆处于自由滑行状态，当坡度γ＜γ0且转向θ＜θ0时，车速会受到风阻和坡度以及转向角度的影响，为了防止换档冲击，通过坡度、风阻以及转向角度计算得到修正系数α，根据目标转速修正系数α和目标转速ω1，进行修正可以求得实际目标转速ω2。
在一种具体实施方式中，TCU根据修正后的目标转速ω2计算出相应的电机转矩发送给MCU，MCU调节电机转速，并实时读取电机的转速反馈给TCU实现电机转速的闭环反馈控制。
在一种具体实施方式中，采用反馈线性化控制电机转速。例如，若MCU调节电机转速为ω(即目标转速ω1或修正后的目标转速ω2)，采用精确反馈线性化控制电机转速ω，ω的状态方程为：
Figure BDA0003426569530000111
其中，p为极对数；
Figure BDA0003426569530000112
为永磁磁链；id和iq分别为定子电流的d、q轴分量；Ld和Lq分别为定子电感的d、q轴分量；J为转动惯量。
对ω求两阶导可得电机控制量为q轴电压uq，因此可以确定反馈函数为：
ω′＝-(A-BK)u+Bω
其中，K为状态反馈增益矩阵；A，B为以u为自变量的函数矩阵。
反馈函数用于电机转速反馈控制。K为增益，为比例调节，A，B为满足闭环反馈的矩阵，B可以防止系统超调，AB可以增加系统的快速性，u为q轴电压，K计算得到，A、B通过硬件调试得到。
首先，把永磁同步电机当做一个输入输出线性化反馈系统，采用零极点配置方法，确定状态反馈律为u＝-Kx+y，其中y是参考值的输入量；K是状态反馈增益矩阵，因此上式能够满足状态方程：x’＝(A-BK)x+Bu，此为推导出来的通用公式，其中A、B、K与前述反馈函数中的A、B、K物理意义一样。
反馈函数为：w’＝-(A-BK)u-Bw；A＝f(u)，B＝g(u)，极点为{u1’，u2’，u3’，...，un’}，进而可以得出A、B、K的状态方程ui’＝ui(A-BK)，i＝1，2，...，n；根据一阶系统闭环传递函数的定义求得系数k＝1/T0，系统调节时间ts＝2ms，根据自动控制原理得到ts＝3.5T0，T0取4/7ms，K＝1/TO*1000＝1750，求得K后可以根据A、B、K状态方程在工程上通过标定测试AB的值，其方法如下：首先取AB一个经验值，然后测试电机转速，给一个目标转速值，看电机达到目标值需要的时间，如果不满足需求则改变AB矩阵，具体可以先确定矩阵A调节矩阵B，当B矩阵调节到最优时再调节矩阵A，直到AB都调节到最优值。
根据本发明的技术方案，当满足换档条件且卸载转矩和摘挡完成后，TCU利用速度和目标档位并结合当前路况计算实时调速目标转速，MCU调节电机转速并通过CAN总线发送给TCU，TCU采用精确反馈线性化控制电机的转速实现精确和快速控制。
为清楚说明本发明技术方案，下面再以一个具体实施例对本发明提供的电动车辆换挡控制方法的执行流程进行描述。
图5是本发明提供的电动车辆换挡控制方法的一具体实施例的方法示意图。如图5所示，当车辆油门深度和车速达到换挡条件时，读取换档前车速和目标档位速比，在电机调速阶段TCU计算相应的目标转速ω1，同时TCU根据换挡前电机转速、换档前汽车档位、车速、坡度和转向角度求出换档时的阻力，结合当前转弯角度计算出目标转速修正系数α，利用目标转速ω1和修正系数α计算出修正的目标转速ω2。电机的调速控制由MCU实现，MCU通过调节电机转矩实现转速调节，TCU将修正的目标转速ω2计算出相应的电机转矩通过CAN总线发送给MCU，MCU调节电机转速并实时读取电机的转速反馈给TCU实现电机转速的闭环反馈控制。
图6是本发明提供的电动车辆变速箱换挡控制装置的一实施例的结构框图。如图6所示，所述电动车辆变速箱换挡控制装置100包括获取单元110、计算单元120和调节单元。
获取单元110用于当所述电动车辆满足换挡条件且未满足换挡禁止条件时，获取所述电动车辆换档前车速和目标挡位速比。计算单元120用于根据获取的所述换档前车速和目标挡位速比计算所述电动车辆的电机目标转速ω1。
具体地，当车辆的油门深度和车速满足换挡条件时，且判断车辆未满足换挡禁止条件，允许换挡，获取所述电动车辆换档前车速和目标挡位速比。
所述换挡条件，包括：车速不小于设定升档车速，且油门踏板深度不大于设定升档油门踏板深度，或者车速不大于设定降档车速，且油门踏板深度不小于设定降档油门踏板深度。所述换挡禁止条件，包括：升档禁止条件和/或降档禁止条件；其中，所述升档禁止条件，包括：道路坡度大于设定坡度值、方向盘转角大于设定转角值、电池回收功率小于设定功率值以及整车故障等级高于设定故障等级中的至少一项；所述降档禁止条件，包括：道路坡度大于设定坡度值、方向盘转角大于设定转角值以及整车故障等级高于设定故障等级中的至少一项。
具体地，实时车速不小于升档车速，且油门踏板深度不大于升档油门深度，且行车参数未满足升档禁止条件，控制车辆升档至二档状态；当实时车速不大于降档车速，或油门踏板深度不小于降档油门深度，且行车参数未满足降档禁止条件，控制车辆降档至一档状态。当道路坡度大于设定坡度值表示车辆行驶在坡道上，方向盘转角大于设定转角值表示车辆正在转弯，禁止变速箱换档可以保证驱动电机为车辆提供稳定的动力，从而提高整车的安全性和可靠性。
当判断车辆的油门深度和车速满足换挡条件，且判断车辆未满足换挡禁止条件时，允许换挡，卸载转矩和摘挡完成后，读取换档前车速和目标档位速比(目标档位齿轮大小对应的比例)，根据换档前车速和目标挡位速比计算相应的目标转速ω1，设换档前车速为v，目标档位速比为ε，则电机目标转速ω1的计算公式为：
ω1＝v*μ1*μ2*ε
其中，
Figure BDA0003426569530000141
用于将车速v单位由km/h换算为m/min；/>
Figure BDA0003426569530000142
用于将车轮的线速度转换为车轮的角速度，其中r为车轮半径。
调节单元130用于根据计算的所述电机目标转速ω1调节所述电动车辆的电机转速，以实现换挡。
在一种具体实施方式中，TCU根据计算的目标转速ω1计算出相应的电机转矩发送给MCU，MCU调节电机转速并实时读取电机的转速反馈给TCU实现电机转速的闭环反馈控制。
图4示出了根据计算的所述电机目标转速ω1调节所述电动车辆的电机转速的一种优选实施方式的流程示意图。如图4所示，在一种优选实施方式中调节单元130根据计算的所述电机目标转速ω1调节所述电动车辆的电机转速包括步骤S131、步骤S132和步骤S133。
步骤S131，计算换挡时所述电动车辆受到的阻力，并根据计算的换挡时所述电动车辆受到的阻力确定相应的目标转速修正系数α；
具体地，根据换挡前电机转矩、电机转速、档位、车速、坡度和转向角度计算换挡时所述电动车辆受到的阻力；根据计算的换挡时所述电动车辆受到的阻力确定相应的目标转速修正系数α。
在一种具体实施方式中，标定车辆在满载和空载情况下的电机转矩、转速(电机转速和档位可以求得车速)、档位(1档和2档传动比不一样，所以电机转矩放大比例不一样，所以要考虑档位)，通过转矩和换档前档位计算得到电动车牵引力(牵引力等于加速度、坡度、风阻、转向等因素带来的所有阻力之和，但是换档过程中档位为空档，没有牵引力，所以加速度会突变，只需考虑坡度，转向角度带来的阻力)，换档前牵引力减去加速度a*车重m，得到阻力，再通过坡度和转向角度比对得到换挡时电动车辆受到的阻力值f1。
由于此阻力f1只考虑了坡度和转向角度，但是检测到过大的坡度和转向角度时均会禁止换档，因此已知可换档的最大坡度和/或最大转向角度下的阻力f，可以得到修正系数α为：
α＝(f1/f)*b
b为修正比，用于限制修正系数α的范围，b的取值范围包括[0.1，0.22]，例如b＝0.2时，修正系数的范围在[-0.2，0.2]之间。
步骤S132，根据所述目标转速修正系数α对所述目标转速ω1进行修正，以得到修正后的目标转速ω2。
具体地，通过如下公式计算修正后的目标转速ω2
ω2＝(1+α)ω1
步骤S133，根据得到的所述修正后的目标转速ω2控制所述电动车辆变速箱换挡。
为了安全，在行驶时当检测到一定角度的坡度γ0和一定程度的转向θ0时会禁止换档。由于在换档的电机调速阶段，电机的输出转矩为0，车辆处于自由滑行状态，当坡度γ＜γ0且转向θ＜θ0时，车速会受到风阻和坡度以及转向角度的影响，为了防止换档冲击，通过坡度、风阻以及转向角度计算得到修正系数α，根据目标转速修正系数α和目标转速ω1，进行修正可以求得实际目标转速ω2。
在一种具体实施方式中，TCU根据修正后的目标转速ω2计算出相应的电机转矩发送给MCU，MCU调节电机转速并实时读取电机的转速反馈给TCU实现电机转速的闭环反馈控制。
在一种具体实施方式中，采用反馈线性化控制电机转速。例如，若MCU调节电机转速为ω(即目标转速ω1或修正后的目标转速ω2)，采用精确反馈线性化控制电机转速ω，ω的状态方程为：
Figure BDA0003426569530000161
其中，p为极对数；
Figure BDA0003426569530000162
为永磁磁链；id和iq分别为定子电流的d、q轴分量；Ld和Lq分别为定子电感的d、q轴分量；J为转动惯量。
对ω求两阶导可得电机控制量为q轴电压uq，因此可以确定反馈函数为：
ω′＝-(A-BK)u+Bω
其中，K为状态反馈增益矩阵；A，B为以u为自变量的函数矩阵。
反馈函数用于电机转速反馈控制。K为增益，为比例调节，A，B为满足闭环反馈的矩阵，B可以防止系统超调，AB可以增加系统的快速性，u为q轴电压，K计算得到，A、B通过硬件调试得到。
本发明还提供对应于所述电动车辆变速箱换挡控制方法的一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明还提供对应于所述电动车辆变速箱换挡控制方法的一种电动车辆变速箱控制器，包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明还提供对应于所述电动车辆变速箱换挡控制装置的一种电动车辆变速箱控制器，包括前述任一所述的电动车辆变速箱换挡控制装置。
据此，本发明提供的方案，实时读取车速和目标档位速比反馈调节电机转速，同时考虑实时的坡度、风阻、转弯等复杂路况，预修正电机调节转速，TCU发送目标转矩给MCU调节目标转速，MCU读取当前转速反馈给TCU，通过负反馈结构实现转速调节的快速性和稳定性。通过考虑当前车速、目标档位和实时路况，让TCU发送目标转矩给MCU，实现换档时的电机转速调节，然后通过MCU反馈TCU当前电机转速实现电机调速的反馈闭环调节。
本文中所描述的功能可在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合中实施。如果在由处理器执行的软件中实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体予以传输。其它实例及实施方案在本发明及所附权利要求书的范围及精神内。举例来说，归因于软件的性质，上文所描述的功能可使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些中的任何者的组合执行的软件实施。此外，各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种电动车辆变速箱换挡控制方法，其特征在于，包括：
当所述电动车辆满足换挡条件且未满足换挡禁止条件时，获取所述电动车辆换档前车速和目标挡位速比；
根据获取的所述换档前车速和目标挡位速比计算所述电动车辆的电机目标转速；
根据计算的所述电机目标转速调节所述电动车辆的电机转速，以实现换挡，包括：
计算换挡时所述电动车辆受到的阻力，以根据计算的换挡时所述电动车辆受到的阻力确定相应的目标转速修正系数α；其中，所述目标转速修正系数α为：
α＝(f1/f)*b
其中，f1为换挡时电动车辆受到的阻力值，f为可换档的最大坡度和/或最大转向角度下的阻力，b为修正比，用于限制修正系数α的范围；
根据所述目标转速修正系数对所述目标转速进行修正，以得到修正后的目标转速；
根据得到的所述修正后的目标转速控制所述电动车辆换挡。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述换挡条件，包括：车速不小于设定升档车速，且油门踏板深度不大于设定升档油门踏板深度，或者车速不大于设定降档车速，且油门踏板深度不小于设定降档油门踏板深度；
和/或，
所述换挡禁止条件，包括：升档禁止条件和/或降档禁止条件；
所述升档禁止条件，包括：道路坡度大于设定坡度值、方向盘转角大于设定转角值、电池回收功率小于设定功率值以及整车故障等级高于设定故障等级中的至少一项；
所述降档禁止条件，包括：道路坡度大于设定坡度值、方向盘转角大于设定转角值以及整车故障等级高于设定故障等级中的至少一项。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据获取的所述换档前车速和目标挡位速比计算所述电动车辆的电机目标转速ω1，包括：
通过以下公式计算所述电动车辆的电机目标转速：
ω1＝v*μ1*μ2*ε
其中，v为换档前车速；ε为目标档位速比；
Figure FDA0004053705910000021
用于将车速v的单位由km/h换算为m/min；/>
Figure FDA0004053705910000022
用于将车轮的线速度转换为车轮的角速度，r为车轮半径。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据得到的所述修正后的目标转速控制所述电动车辆换挡，包括：
通过状态反馈函数控制所述电机转速，所述状态反馈函数为：
ω'＝-(A-BK)u+Bω
其中，K为状态反馈增益矩阵；A、B为以u为自变量的函数矩阵。
5.一种电动车辆变速箱换挡控制装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于当所述电动车辆满足换挡条件且未满足换挡禁止条件时，获取所述电动车辆换档前车速和目标挡位速比；
计算单元，用于根据获取的所述换档前车速和目标挡位速比计算所述电动车辆的电机目标转速；
调节单元，用于根据计算的所述电机目标转速调节所述电动车辆的电机转速，以实现换挡，包括：
计算换挡时所述电动车辆受到的阻力，以根据计算的换挡时所述电动车辆受到的阻力确定相应的目标转速修正系数α；其中，所述目标转速修正系数α为：
α＝(f1/f)*b
其中，f1为换挡时电动车辆受到的阻力值，f为可换档的最大坡度和/或最大转向角度下的阻力，b为修正比，用于限制修正系数α的范围；
根据所述目标转速修正系数对所述目标转速进行修正，以得到修正后的目标转速；
根据得到的所述修正后的目标转速控制所述电动车辆换挡。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述换挡条件，包括：车速不小于设定升档车速，且油门踏板深度不大于设定升档油门踏板深度，或者车速不大于设定降档车速，且油门踏板深度不小于设定降档油门踏板深度；
和/或，
所述换挡禁止条件，包括：升档禁止条件和/或降档禁止条件；
所述升档禁止条件，包括：道路坡度大于设定坡度值、方向盘转角大于设定转角值、电池回收功率小于设定功率值以及整车故障等级高于设定故障等级中的至少一项；
所述降档禁止条件，包括：道路坡度大于设定坡度值、方向盘转角大于设定转角值以及整车故障等级高于设定故障等级中的至少一项。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，
所述计算单元，根据获取的所述换档前车速和目标挡位速比计算所述电动车辆的电机目标转速，包括：
通过以下公式计算所述电动车辆的电机目标转速：
ω1＝v*μ1*μ2*ε
其中，v为换档前车速；ε为目标档位速比；
Figure FDA0004053705910000031
用于将车速v的单位由km/h换算为m/min；/>
Figure FDA0004053705910000032
用于将车轮的线速度转换为车轮的角速度，r为车轮半径。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，根据得到的所述修正后的目标转速控制所述电动车辆换挡，包括：
通过状态反馈函数控制所述电机转速，所述状态反馈函数为：
ω'＝-(A-BK)u+Bω
其中，K为状态反馈增益矩阵；A、B为以u为自变量的函数矩阵。
9.一种存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一所述方法的步骤。
10.一种电动汽车变速箱控制器，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-4任一所述方法的步骤，包括如权利要求5-8任一所述的电动车辆变速箱换挡控制装置。
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