CN115306893A - 一种用于新能源汽车amt变速箱的换挡控制方法及系统 - Google Patents

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CN115306893A CN202210968524.4A CN202210968524A CN115306893A CN 115306893 A CN115306893 A CN 115306893A CN 202210968524 A CN202210968524 A CN 202210968524A CN 115306893 A CN115306893 A CN 115306893A
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刘尚昆
曾庆华
管子谦
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Abstract

本发明公开用于新能源汽车AMT变速箱的换挡控制方法，包括如下步骤：采集变速箱传感器信号和整车传感器信号；建立车辆动力仿真模型，模型的输入变量为变速箱传感器信号和整车传感器信号，将阻力特性曲线、制动力转换曲线作为模型的标定量参数，运用汽车动力计算公式计算加速度
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE002
，利用加速度a计算转速差
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE004
，根据转速差
Figure 142361DEST_PATH_IMAGE004
计算输出电机调速的目标转速值V1；采用常规换挡调速模型计算目标转速值V2；将V1与V2进行加权计算，获得电机最终的目标转速值V3；将目标转速值V3输入至微控制器，进行电机的速度控制。本发明优化挂挡环节中换挡啮合齿套的输入端和输出端转速差，提高换挡平顺性和变速箱零部件使用寿命。

Description

一种用于新能源汽车AMT变速箱的换挡控制方法及系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车换挡控制技术领域，具体涉及用于新能源汽车AMT变速箱的换挡控制方法及系统。
背景技术
现有带电控机械式自动变速器（Automated Mechanical Transmission，AMT）的变速箱换档控制方法，换挡过程一般包含摘档、调速、挂挡等步骤。在调速和挂挡的过程中，一方面受转速传感器采集信号及整车机械损失影响，目标转速请求有误差，或者电机调速有误差；另一方面，整车受到各种外力影响，在挂挡过程中车轮转速可能出现大幅度变化，从而造成变速箱输出轴转速大幅度变化，出现换挡时啮合齿套的输入端和输出端存在较大的转速差，从而影响挂挡平顺性及变速箱零部件使用寿命。
如图1所示，现有的带AMT变速箱的新能源商用车，通常采用中置后驱的方式，电机和AMT变速箱通过内部花键轴进行动力传输，AMT变速箱输出端通过传动轴连接到后桥的主减速器，再通过差速器两侧的半轴传递到车轮。通常AMT变速箱内部不带有同步器，换挡过程中，为避免换挡冲击、顿挫以及齿轮的损坏，挂挡前需要通过电机调速，保证挂挡时换挡啮合齿套的输入端和输出端转速保持一致。
常见AMT换挡调速策略，是用摘档时的变速箱输出轴转速，以及目标档位的速比作为调速控制变量，去计算获得目标转速，从而给出调速环节的请求转速，以达到挂挡时，变速箱输入轴转速与变速箱输出轴转速在一定的转速差范围之内。由于换挡时间的要求，不会在一个换挡过程中连续采集输入输出轴转速做多次电机调速，但实际摘档环节之后，由于整车受外力影响，车轮的转速变化会造成啮合齿套输出端转速快速变化，从而造成调速环节后进入挂挡环节的过程中，由于啮合齿套的输入端和输出端存在较大的转速差，影响换挡效果。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于新能源汽车AMT变速箱的换挡控制方法及系统，优化挂挡环节中换挡啮合齿套的输入端和输出端转速差，提高换挡平顺性和变速箱零部件使用寿命。
技术方案：本发明所述用于新能源汽车AMT变速箱的换挡控制方法，包括如下步骤：
S1：采集变速箱传感器信号和整车传感器信号；
S2：建立车辆动力仿真模型，模型的输入变量为变速箱传感器信号和整车传感器信号，将阻力特性曲线、制动力转换曲线作为模型的标定量参数，运用汽车动力计算公式计算加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，利用加速度a计算转速差
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，根据转速差
Figure 696418DEST_PATH_IMAGE003
计算输出电机调速的目标转速值V1；
S3：采用常规换挡调速模型计算目标转速值V2；
S4：将V1与V2进行加权计算，获得电机最终的目标转速值V3；
S5：将目标转速值V3输出至变速箱控制器，进行电机的转速控制。
进一步完善上述技术方案，所述变速箱传感器信号包括变速箱输入轴转速传感器信号、变速箱输出轴转速传感器信号、变速箱档位传感器信号、变速箱油温传感器信号；所述整车传感器信号包括环境温度传感器信号、坡道传感器信号、轮速传感器信号、车辆载重传感器信号、加速度传感器信号、刹车踏板传感器信号。
进一步地，所述电机调速的目标转速值V1的计算过程如下：
根据阻力特性曲线查表，计算整车当前时刻的滑行阻力
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；根据刹车踏板传感器信号，采用制动力转换曲线查表得到刹车制动力
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；根据坡道传感器信号、加速度传感器信号、车辆载重传感器信号，计算坡道阻力
Figure DEST_PATH_IMAGE009
和加速阻力
Figure DEST_PATH_IMAGE011
；
运用汽车动力计算公式计算摘挡时刻的整车加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE013
：
Figure DEST_PATH_IMAGE015
；
计算换挡时间内的转速差
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
分别为滑行阻力
Figure 522161DEST_PATH_IMAGE005
、刹车制动力
Figure 651791DEST_PATH_IMAGE007
、坡道阻力
Figure 200584DEST_PATH_IMAGE009
、加速阻力
Figure 993353DEST_PATH_IMAGE011
的预设权值，
Figure 994807DEST_PATH_IMAGE013
为摘档时刻的加速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为车辆动力仿真模型中设置的换挡时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
为车速与变速箱输出轴的比例关系；
根据转速差
Figure 865811DEST_PATH_IMAGE003
计算挂挡环节时刻变速箱输出轴目标转速值V1。
进一步地，获取加速度传感器采集摘挡时刻的加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，若计算所得摘档时刻的加速度a超出采集得到摘挡时刻的加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，则用于换挡时间内转速差
Figure 472373DEST_PATH_IMAGE003
计算用的加速度值采用计算所得摘档时刻的加速度
Figure 934578DEST_PATH_IMAGE013
与加速度传感器采集所得加速度
Figure 423328DEST_PATH_IMAGE025
的平均值。
进一步地，所述S5在电机的转速控制过程中，采集每次换挡过程变速箱输入轴和输出轴的转速，若输出轴与输入轴的转速差值大于标定量或大于单独采用V2对电机转速进行控制得到的转速差值，则降低所述S4加权计算中V1的权值；若输入轴的转速大于输出轴的转速，则修改所述S2运用汽车动力计算公式计算摘挡时刻的整车加速度
Figure 629182DEST_PATH_IMAGE013
中滑行阻力
Figure 385523DEST_PATH_IMAGE005
、刹车制动力
Figure 549788DEST_PATH_IMAGE007
、坡道阻力
Figure 260255DEST_PATH_IMAGE009
、加速阻力
Figure 269799DEST_PATH_IMAGE011
的预设权值
Figure 382112DEST_PATH_IMAGE019
。
进一步地，所述标定量不大于50RPM。
进一步地，还包括采用自学习模型对V1与V2的权值进行调整：将V1、V2、V3、V1与V2的权值、输出轴与输入轴的转速差值输入自学习控制模型；自学习控制模型通过对转速差值建立均方差误差函数；再进行梯度下降算法计算，通过误差函数对V1和V2求偏导，获取V1与V2方向的梯度值，将梯度值导入到V1和V2进行权值调整，调整后的新权值为旧权值减去V1或V2方向的梯度值。
进一步地，所述自学习控制模型将数据通过TMS上传平台，由平台进行包括油温、环境温湿度在内关键参数的权值计算，计算方式为：采用转速差值建立均方差误差函数，对关键参数采用梯度下降算法更新权值，并将在车辆重新启动之后在车辆仿真模型中采用更新权值。
用于实现上述新能源汽车AMT变速箱的换挡控制方法的系统，包括车辆仿真模型、常规换挡调速模型、加权计算模块，所述车辆仿真模型用于获取变速器控制器传输的变速箱传感器信号、整车控制器传输的整车传感器信号，根据变速箱传感器信号、整车传感器信号计算当前刹车制动力、坡道阻力、滑行阻力，将刹车制动力、坡道阻力、滑行阻力进行加权计算，输出电机调速的目标转速值V1；所述常规换挡调速模型用于计算目标转速值V2，所述加权计算模块用于V1、V2的加权计算并输出电机最终的目标转速值V3，所述电机最终的目标转速值V3输出至变速器的控制器进行电机的转速控制。
进一步地，还包括自学习模型，自学习模型的输入参数包括输入轴转速传感器采集的输入轴转速、输出轴转速传感器采集的输出轴转速、加权计算模块输出的V1、V2、V3、V1与V2的权值，对输出轴与输入轴的转速差值建立均方差误差函数；再进行梯度下降算法计算，通过误差函数对V1和V2求偏导，获取V1与V2方向的梯度值对V1与V2之间的权值进行调整，调整后的新权值为旧权值减去V1或V2方向的梯度值。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：在AMT变速箱换挡的调速环节，根据变速箱档位、车辆载重、环境温度、坡道阻力和车速等因素，采用优化控制算法，根据实时的状态参数变化，进行自学习控制得到最优化的转速调节，从而优化挂挡环节中换挡时啮合齿套的输入端和输出端转速差，提高换挡平顺性和变速箱零部件使用寿命。
附图说明
图1是现有的带AMT变速箱的新能源汽车的动力传输方式；
图2是本发明的控制原理框图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图2所示的用于新能源汽车AMT变速箱的换挡控制方法，变速箱控制器采集变速箱相关传感器信号，包含变速箱输入轴转速传感器信号、变速箱输出轴转速传感器信号、变速箱档位传感器信号、变速箱油温传感器信号。整车控制器采集整车信号，其中用于本次控制方法的信号包含环境温度传感器信号、坡道传感器信号、轮速传感器信号、车辆载重传感器信号、加速度传感器信号、刹车踏板传感器信号。
为了减少挂挡时候的转速差，需要分析在摘档之后，在车辆内部因素与外部因素的作用下将会产生转速波动。由于摘档之后，整车没有动力源，此时影响车辆的转速波动的因素就包括了车辆机械传动损失、主动刹车损失、坡道阻力、风阻、滚动阻力。
主动刹车损失：采集车辆的刹车踏板开度，得到当前主动刹车力矩，由于电机此时处于空挡调速状态，无法通过能量回收提供制动力，此时只有气刹的制动力。将刹车踏板信号导入车辆仿真模型中。
坡道阻力：通过坡道传感器得到当前的坡度信息，通过车辆载重模块获取当前载重，结合整车整备质量，可以获取坡道阻力值，导入车辆仿真模型中。
风阻：风阻系数需要在试验场试验获取，且与环境温湿度有很大关系。滚动阻力：滚动阻力与路面材料，轮胎材料都有很大关系，这些参数很难在实际运行中实时获取。机械传动损失：车辆出厂之后，其车辆传动系统的效率主要受到油温、变速箱档位的影响。风阻、滚动阻力的一些参数很难在实际行驶过程中获取，因此可以通过试验场滑行和试验台滑行的方法，获取包含三种阻力的特性曲线，将曲线导入数据模型，可以通过油温、档位、环境温湿度、车速进行多维度查表获取当前的滑行阻力，导入车辆仿真模型中。
考虑上述五类滑行阻力，可以建立车辆动力仿真模型，模型的输入变量有车速、加速度、当前档位信号、刹车踏板信号、油温信号、环境温度信号、气缸信号；阻力特性曲线、制动力转换曲线作为模型的标定量参数，可以根据实际车型的曲线进行修改；输出值为电机调速的目标转速值。
获取车辆仿真模型的输入参数之后，根据
Figure DEST_PATH_IMAGE029
，可以得到摘档时候的整车加速度，进而可以估算一定时间之后整车的输出轴转速。加速度传感器是摘档前一刻的加速度，摘档之后，加速度传感器采集值无法实时参与换挡计算，需要将进入滑行状态下前一刻的加速度值进行计算，计算得到的加速度值是根据滑行总阻力计算在换挡过程中整车理论加速度。关于F的计算，首先根据阻力特性曲线查表，可以获得整车当前时刻的风阻和滑行阻力
Figure 186120DEST_PATH_IMAGE005
；根据刹车制动信号和制动力转换曲线查表可以得到
Figure 383883DEST_PATH_IMAGE007
；根据坡道传感器和加速度传感器信号，结合当前车重，得到坡道阻力
Figure 197118DEST_PATH_IMAGE009
和加速阻力
Figure 429516DEST_PATH_IMAGE011
。由于传感器精度、响应时间问题，存在测量误差，因此将刹车制动力、坡道阻力和滑行阻力分别进行权值计算，获取当前的总阻力值，运用汽车动力计算公式计算摘挡时刻的整车加速度
Figure 670005DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 355064DEST_PATH_IMAGE015
。若计算的加速度值超出加速度传感器采集值的±10%，则将参与后续计算的加速度值是模型计算值与加速度计采集值的平均值，根据计算后的加速度
Figure 207876DEST_PATH_IMAGE013
、车辆动力仿真模型中设置的换挡时间t，计算换挡时间内的转速差a*t/k = n，其中k值表示车速与变速箱输出轴的比例关系，具体计算公式：减速器速比*60min *轮胎直径（m）*3.14。根据换挡时间内的转速差计算出挂挡环节时候变速箱输出轴转速，即为电机调速的目标转速，将极大的缩小挂挡时候的转速差。
除了车辆仿真模型计算的转速值，实际电机调速时候的目标转速还要包含常规的换挡调速模型（即用摘档时的变速箱输出轴转速，以及目标档位的速比作为调速控制变量，去计算获得目标转速，从而给出调速环节的请求转速）。
由于车辆仿真模型参数不能完全匹配车辆实际行驶中的全部条件，且车辆仿真模型内部的参数，如车辆载重模块，需要进行较长时间的自学习才能获取比较准确的转速值，所以车辆仿真模型的输出目标转速值也需要和常规的换挡调速模型输出的转速值进行加权计算。
车辆仿真模型的初始权值不一定合理，需要通过采集每次换挡过程变速箱输入轴与输出轴转速差，判断权值计算是否合理，例如，若是转速差过大（原则上转速差值不大于50RPM），甚至大于优化前的转速差值，则适当降低车辆仿真模型输出目标转速值的权值；若是输入端转速值大于输出端转速值则需要修改车辆仿真模型内部滑行阻力
Figure 294780DEST_PATH_IMAGE005
、刹车制动力
Figure 706170DEST_PATH_IMAGE007
、坡道阻力
Figure 878526DEST_PATH_IMAGE009
、加速阻力
Figure 33563DEST_PATH_IMAGE011
的预设权值
Figure 974975DEST_PATH_IMAGE019
。
将权值与转速目标值、转速差值加入自学习模型里面，自学习控制模型通过对转速差值做均方差函数（（转速目标值-实际测量值)^2/2）建立误差函数，然后进行梯度下降算法计算，通过误差函数对V1和V2求偏导，将转速偏差值分量到两个感知机系统（一个是车辆仿真模型输出值，一个是常规换挡调速模型输出值）上，从而获取V1与V2方向的梯度值，将梯度值导入到车辆仿真模型输出值V1和常规换挡调速模型输出值V2进行权值调整，新权值为旧权值减去V1或V2方向的梯度值。通过不断优化权值，尽可能的调小转速差，优化目标转速请求，保证换挡时变速箱换挡啮合套两端的实际转速一致，消除换挡冲击，解决换挡困难的问题，延长变速箱使用寿命。。
由于换挡时间有限，不可能对整套系统进行反向传播算法计算，自学习模型无法实时对车辆仿真模型进行反向传播计算，也就无法实时更改内部权值，因此自学习模型会先将数据通过运输管理系统（Transportation Management System，TMS）上传平台，由平台进行大数据量的计算，判断油温，环境温湿度等关键参数对结果的影响，计算方式与上述转速差权值修改方式一致，通过建立均方差误差函数，求对关键参数的梯度之更新权值，并将在车辆重新启动之后对车辆仿真模型中的权值进行修改。
针对现有AMT变速箱换挡过程中的转速调节、挂档转速差及挂档困难问题，采用多参数的自学习优化算法，实现AMT变速箱换挡环节中换挡啮合套两边最小转速差，优化换挡缓解，解决换挡打齿、换挡冲击的问题，提升换挡舒适性及变速箱使用寿命。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (10)

1.一种用于新能源汽车AMT变速箱的换挡控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：采集变速箱传感器信号和整车传感器信号；
S2：建立车辆动力仿真模型，模型的输入变量为变速箱传感器信号和整车传感器信号，将阻力特性曲线、制动力转换曲线作为模型的标定量参数，运用汽车动力计算公式计算加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，利用加速度a计算转速差
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，根据转速差
Figure 810406DEST_PATH_IMAGE004
计算输出电机调速的目标转速值V1；
S3：采用常规换挡调速模型计算目标转速值V2；
S4：将V1与V2进行加权计算，获得电机最终的目标转速值V3；
S5：将目标转速值V3输出至变速箱控制器，进行电机的转速控制。
2.根据权利要求1所述的用于新能源汽车AMT变速箱的换挡控制方法，其特征在于：所述变速箱传感器信号包括变速箱输入轴转速传感器信号、变速箱输出轴转速传感器信号、变速箱档位传感器信号、变速箱油温传感器信号；所述整车传感器信号包括环境温度传感器信号、坡道传感器信号、轮速传感器信号、车辆载重传感器信号、加速度传感器信号、刹车踏板传感器信号。
3.根据权利要求2所述的用于新能源汽车AMT变速箱的换挡控制方法，其特征在于，所述电机调速的目标转速值V1的计算过程如下：
根据阻力特性曲线查表，计算整车当前时刻的滑行阻力
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；根据刹车踏板传感器信号，采用制动力转换曲线查表得到刹车制动力
Figure DEST_PATH_IMAGE008
；根据坡道传感器信号、加速度传感器信号、车辆载重传感器信号，计算坡道阻力
Figure DEST_PATH_IMAGE010
和加速阻力
Figure DEST_PATH_IMAGE012
；
运用汽车动力计算公式计算摘挡时刻的整车加速度
Figure 776481DEST_PATH_IMAGE002
：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
；
计算换挡时间内的转速差
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
分别为滑行阻力
Figure 900426DEST_PATH_IMAGE006
、刹车制动力
Figure 997433DEST_PATH_IMAGE008
、坡道阻力
Figure 15068DEST_PATH_IMAGE010
、加速阻力
Figure 40792DEST_PATH_IMAGE012
的预设权值，
Figure 776667DEST_PATH_IMAGE002
为计算所得摘档时刻的加速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为车辆动力仿真模型中设置的换挡时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为车速与变速箱输出轴的比例关系；
根据转速差
Figure 364117DEST_PATH_IMAGE004
计算挂挡环节时刻变速箱输出轴目标转速值V1。
4.根据权利要求3所述的用于新能源汽车AMT变速箱的换挡控制方法，其特征在于：获取加速度传感器采集摘挡时刻的加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，若计算所得摘档时刻的加速度a超出采集得到摘挡时刻的加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，则用于换挡时间内转速差
Figure 908362DEST_PATH_IMAGE004
计算用的加速度值采用计算所得摘档时刻的加速度
Figure 370567DEST_PATH_IMAGE002
与加速度传感器采集所得加速度
Figure 328159DEST_PATH_IMAGE024
的平均值。
5.根据权利要求4所述的用于新能源汽车AMT变速箱的换挡控制方法，其特征在于：所述S5在电机的转速控制过程中，采集每次换挡过程变速箱输入轴和输出轴的转速，若输出轴与输入轴的转速差值大于标定量或大于单独采用V2对电机转速进行控制得到的转速差值，则降低所述S4加权计算中V1的权值；若输入轴的转速大于输出轴的转速，则修改所述S2运用汽车动力计算公式计算摘挡时刻的整车加速度
Figure 32548DEST_PATH_IMAGE002
中滑行阻力
Figure 24774DEST_PATH_IMAGE006
、刹车制动力
Figure 923460DEST_PATH_IMAGE008
、坡道阻力
Figure 368348DEST_PATH_IMAGE010
、加速阻力
Figure 112313DEST_PATH_IMAGE012
的预设权值
Figure 224626DEST_PATH_IMAGE018
。
6.根据权利要求5所述的用于新能源汽车AMT变速箱的换挡控制方法，其特征在于：所述标定量不大于50RPM。
7.根据权利要求4所述的用于新能源汽车AMT变速箱的换挡控制方法，其特征在于：还包括采用自学习模型对V1与V2的权值进行调整：将V1、V2、V3、V1与V2的权值、输出轴与输入轴的转速差值输入自学习控制模型；自学习控制模型通过对转速差值建立均方差误差函数；再进行梯度下降算法计算，通过误差函数对V1和V2求偏导，获取V1与V2方向的梯度值，将梯度值导入到V1和V2进行权值调整，调整后的新权值为旧权值减去V1或V2方向的梯度值。
8.根据权利要求7所述的用于新能源汽车AMT变速箱的换挡控制方法，其特征在于：所述自学习控制模型将数据通过TMS上传平台，由平台进行包括油温、环境温湿度在内关键参数的权值计算，计算方式为：采用转速差值建立均方差误差函数，对关键参数采用梯度下降算法更新权值，并将在车辆重新启动之后在车辆仿真模型中采用更新权值。
9.一种用于新能源汽车AMT变速箱的换挡控制系统，其特征在于：包括车辆仿真模型、常规换挡调速模型、加权计算模块，所述车辆仿真模型用于获取变速器控制器传输的变速箱传感器信号、整车控制器传输的整车传感器信号，根据变速箱传感器信号、整车传感器信号计算当前刹车制动力、坡道阻力、滑行阻力，将刹车制动力、坡道阻力、滑行阻力进行加权计算，输出电机调速的目标转速值V1；所述常规换挡调速模型用于计算目标转速值V2，所述加权计算模块用于V1、V2的加权计算并输出电机最终的目标转速值V3，所述电机最终的目标转速值V3输出至变速器的控制器进行电机的转速控制。
10.根据权利要求1所述的用于新能源汽车AMT变速箱的换挡控制系统，其特征在于：还包括自学习模型，自学习模型的输入参数包括输入轴转速传感器采集的输入轴转速、输出轴转速传感器采集的输出轴转速、加权计算模块输出的V1、V2、V3、V1与V2的权值，对输出轴与输入轴的转速差值建立均方差误差函数；再进行梯度下降算法计算，通过误差函数对V1和V2求偏导，获取V1与V2方向的梯度值对V1与V2之间的权值进行调整，调整后的新权值为旧权值减去V1或V2方向的梯度值。
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