CN115523293A - 一种气动换挡控制系统自学习方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气动换挡控制系统自学习方法和装置，方法包括首先标定各挡位位置，然后测试空挡情况下是否会出现偏移，若保持空挡位置，则将延迟时间记录为零；若向某个挡位偏移，则设置一个延迟时间，并且测试在该延迟时间下能否维持空挡，若不能则迭代的修正上述延迟时间，直到确定出一个合适延迟时间。本发明在离线情况下实现了对挡位位置和延迟时间的自动标定，该方法快速、高效，而且准确性强。

Description

一种气动换挡控制系统自学习方法和装置

技术领域

本发明涉及气动换挡控制系统自学习方法和装置。

背景技术

变速箱的挡位控制需要相应的控制参数，例如某个挡位的目标位置。这些信息存储在车辆VCU中。当VCU获得的挡位信息不准确时就无法正确响应挡位请求。另外，因生产和装配的差别，每一台变速箱的挡位位置均存在差异和变化，需通过挡位自学习解决此问题，因此自动变速系统的挡位自学习准确、高效的获得是实现精准控制的基础。

公开号为CN108167432A的中国专利申请“一种选换挡机构自学习检测控制系统及方法”提供了一种技术方案，在进行新能源汽车选换挡机构的台架匹配工作时，控制换挡机构动作，获取换挡传感器电压值，通过检测传感器的电压变化识别机构运行的位置，记录机构在每个挡位的传感器电压值，从而实现挡位的识别，自动学习出实际的挡位点运行位置，从而大大提高机构台架的标定工作效率。

有一类气动换挡机构，如图1所示，电磁阀1关闭、电磁阀2开启为1挡对应的控制动作，此时一侧气缸进气；电磁阀1开启、电磁阀2关闭为2挡对应的控制动作，此时另一侧气缸进气；电磁阀1、电磁阀2同时开启为空挡(下文也称为0挡)对应的控制动作，此时两侧气缸同时进气，在达到空挡后，需要电磁阀1、2同时关闭，两侧气缸泄压，在此过程中由于两侧气缸体积不同，导致泄压速度不同，期间会使挡位偏离空挡，这对于挡位控制是不利的。因此必须在自学习时延迟时间的控制参数，以完成此类换挡机构的标定工作。

发明内容

本申请的目的在于提供一种气动换挡控制系统自学习方法和装置，用以解决弥补现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提出了一种气动换挡控制系统自学习方法，包括以下步骤：

控制第一电磁阀、第二电磁阀的开启和关闭，标定出一挡位置、二挡位置和空挡位置；

同时开启第一电磁阀和第二电磁阀，使挡位处于空挡位置；同时关闭两个电磁阀，检测对应的挡位位置信号s₃，根据所述挡位位置信号s₃判断如下情况：当前挡位向一挡偏移、向二挡偏移或者保持在空挡位置；

1)若保持空挡位置，则将延迟时间记录为零；

2)若挡位向一挡偏移，则设定延迟时间，同时开启第一电磁阀和第二电磁阀，使挡位处于空挡位置；按照所述延迟时间控制两个电磁阀先后闭合，以抵消挡位向一挡的偏移；判断是否仍然向一挡偏移，若仍然向一挡偏移，则增加延迟时间，若向二挡偏移，则减小延迟时间，然后迭代的执行步骤2)；若保持在空挡位置，则记录对应的延迟时间；

3)若挡位向二挡偏移，则设定延迟时间，同时开启第一电磁阀和第二电磁阀，使挡位处于空挡位置；按照所述延迟时间控制两个电磁阀先后闭合，以抵消挡位向二挡的偏移；判断是否仍然向二挡偏移，若仍然向二挡偏移，则减少延迟时间，若向一挡偏移，则增加延迟时间，然后迭代的执行步骤3)；若保持空挡位置，则记录对应的延迟时间；

将标定出的各挡位位置，以及记录的延迟时间写入存储器。

本发明还提供了一种气动换挡控制系统自学习装置，包括处理器和存储器，存储器存储有计算机程序，处理器在运行所述计算机程序时，实现上述方法。

作为方法或装置的进一步改进，所述增加延迟时间的方式为：在前一次迭代的延迟时间基础上递增t_sept；所述减小延迟时间的方式为：在前一次迭代的延迟时间基础上递减t_sept；t_sept为时间步长值。

作为方法或装置的进一步改进，延迟时间＝最小延迟时间与最大延迟时间的平均值；所述增加延迟时间的方式为：新的最小延迟时间＝前一次迭代的延迟时间，新的最大延迟时间＝前一次迭代的最大延迟时间；所述减小延迟时间的方式为：新的最小延迟时间＝前一次迭代的最小延迟时间，新的最大延迟时间＝前一次迭代的延迟时间。

作为方法或装置的进一步改进，当前挡位向一挡偏移、向二挡偏移或者保持在空挡位置的判据分为为：s₃–s₀＞△s_c，s₀–s₃＞△s_c，abs(s₃–s₀)≤△s_c；与s₀偏差很小；

其中，s₂、s₀、s₁，分为表示标定出的二挡挡位位置、空挡挡位位置、一挡挡位位置，且s₂＜s₀＜s₁。△s_c为设定的阈值，表示与空挡的偏差。

作为方法或装置的进一步改进，还包括判断标定出的挡位位置是否满足要求的步骤，判断的标准为：一挡挡位位置与二挡挡位位置的差距大于最小差距阈值，且一挡、二挡挡位位置的中值与空挡挡位差距小于最大差距阈值。

本发明的有益效果是：本发明在离线情况下实现了对挡位位置和延迟时间的自动标定，特别是在标定延迟时间时通过迭代的方式对延迟时间进行修正，然后通过测试每次迭代所选择的延迟时间以确定其是否合适，最终得到合适的延迟时间；该方法快速、高效，而且准确性强。

本发明的一种气动换挡控制系统自学习方法，包括以下步骤：

在行车过程中，检测变速箱状态；若变速箱处于换一挡过程，则在换挡完成后比较换挡机构的当前位置与当前存储的一挡位置，若换挡机构的当前位置比当前存储的一挡位置更加接近一挡极限位置，则将换挡机构的当前位置作为新的一挡位置；

若变速箱处于换二挡过程，则在换挡完成后比较换挡机构的当前位置与当前存储的二挡位置，若换挡机构的当前位置比当前存储的二挡位置更加接近二挡极限位置，则将换挡机构的当前位置作为新的二挡位置；

若变速箱处于换空挡挡过程，则在换挡完成后根据换挡机构当前位置判断如下情况：换挡机构的当前位置向一挡位置偏移、向二挡位置偏移或者保持在空挡位置；

1)若保持在空挡位置，则保持延迟时间不变；

2)若向一挡位置偏移，则改变延迟时间；所述延迟时间为：同时开启第一电磁阀和第二电磁阀使挡位回到空挡位置时，按照所述延迟时间控制两个电磁阀先后闭合，以抵消挡位向一挡的偏移；

3)若挡位向二挡偏移，则按照向一挡位置偏移时相反的方向改变延迟时间；

将标定出的各挡位位置，以及改变后的延迟时间写入存储器。

进一步的，改变延迟时间的方法为，按照设定的步长增加或减少延迟时间。

进一步的，包括处理器和存储器，存储器存储有计算机程序，处理器在运行所述计算机程序时，实现如上所述的气动换挡控制系统自学习方法。

本发明的有益效果是：气动换挡系统在使用过程中由于磨损进入灰尘等原因，导致换挡位置出现偏差。本发明在变速箱正常换挡工作过程中，每次挂挡都重新修正挡位位置。在回空挡时，由于换挡气缸活塞需要停留在气缸中间位置，由于左右气室体积不同，在泄压时可能存在左右气室泄压速度不同，进而导致活塞及相联动的换挡机构位置有偏差，本发明通过设置左右两气室电磁阀关闭(电磁阀开启，则对应气室与气源相通；电磁阀关闭，则气源关闭，对应气室与大气相通泄压)的间隔时间(延迟时间)，来使得换空挡时换挡机构能够准确停留在空挡位置，避免了摘挡不彻底。

同时修正过程在车辆使用中的换挡过程中自动进行节省了时间，避免了使用中车辆摘挡失败的情况。

附图说明

图1是换挡系统示意图；

图2是挡位位置示意图之一；

图3是挡位位置示意图之二；

图4是离线自学习方法流程图；

图5是在线自学习方法流程图。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示的换挡系统(两挡)，TCU控制两个电磁阀，即电磁阀1和电磁阀2。气体存储装置通过电磁阀1、电磁阀2，与换挡执行机构连通。位移传感器检测换挡执行机构的位移，形成电压信号，由TCU进行采集。TCU为变速箱控制单元，用于控制变速箱换挡执行机构，并与其它整车零部件进行交互；换挡执行机构用于控制换挡结合齿进行移动的总成，主要包含拨叉、气缸、叉轴等；位移传感器用于反馈换挡过程中执行机构动作位置的传感器。FLASH用于记录某些变量的内存装置，可保证掉电之后不清零。

本实施例中，电磁阀1关闭、电磁阀2开启为1挡对应的控制动作，电磁阀1开启、电磁阀2关闭为2挡对应的控制动作，电磁阀1、电磁阀2同时开启为空挡对应的控制动作。

需要标定的控制参数包括：1挡目标位置Gear1_Position，2挡目标位置Gear2_Position，空挡目标位置Gear0_Position和延迟时间t_v。各个挡位的目标位置用于输入控制系统，控制系统在执行换挡时保证换挡到位；t_v的意义是：由于两个挡位对应的气缸的参数不同，导致电磁阀同时关闭时会偏离空挡位置，因此通过调节两个电磁阀关闭延迟t_v来保证换挡机构保持空挡。

车辆在离线时(即非运行时)进行自学习的过程如下：

第一步：控制电磁阀1关闭、电磁阀2开启，保持t₁时刻，记录此时位移传感器电压s₁；

其中，由于电磁阀1关闭、电磁阀2开启为1挡对应的控制动作，s₁即代表了1挡时的位置。

第二步：控制电磁阀1开启、电磁阀2关闭，保持t₁时刻，记录此时位移传感器电压s₂；

其中，由于电磁阀1开启、电磁阀2关闭为2挡对应的控制动作，s₂即代表了2挡时的位置。

第三步：控制电磁阀1和电磁阀2同时开启，保持t₂时刻，记录此时位移传感器电压s₀；

其中，由于电磁阀1、电磁阀2同时开启即为空挡对应的控制动作，s₀即代表了空挡时的位置。本实施例中第一、二、三步用于标定各个挡位的目标位置(采用电压值来表示)，假定s₂＜s₀＜s₁。

第四步：判断abs(s₂-s₁)≥△s_a且((s₂+s₁)/2-s₀)≤△s_b，若满足，则对各挡位目标位置进行赋值：1挡目标位置Gear1_Position＝s₁，2挡目标位置Gear2_Position＝s₂，0挡目标位置Gear0_Position＝s₀。若不满足则跳转到第一步，继续进行标定。

其中，abs(s₂-s₁)≥△s_a表示s₁与s₂的差异足够大(abs表示绝对值)；((s₂+s₁)/2-s₀)≤△s_b表示s₁与s₂的中间位置与s₀基本相等；△s_a是一个足够大的值，代表1挡和2挡之间最小电压差阈值；△s_b是一个足够小的值，代表1挡和2挡电压平均值与0挡电压的最大电压差阈值。因此，abs(s₂-s₁)≥△s_a且((s₂+s₁)/2-s₀)≤△s_b表示第一、二、三步标定出的s₁、s₂和s₀是合适的。

第五步：控制电磁阀1和电磁阀2同时关闭，保持t₃时刻，检测位移传感器电压s₃，若abs(s₃–s₀)≤△s_c，则记录t_v＝0，若s₃–s₀＞△s_c，则进入第六步。若s₀–s₃＞△s_c，则进入第七步。

其中，△s_c是一个较小的值，abs(s₃–s₀)≤△s_c表示s₃与s₀偏差很小；这说明在空挡时，电磁阀1和电磁阀2同时关闭，挡位能够维持在空挡。若s₃–s₀＞△s_c，则说明电磁阀1和电磁阀2同时关闭，挡位偏离空挡，向1挡偏移，如图2所示。若s₀–s₃＞△s_c，则说明电磁阀1和电磁阀2同时关闭，挡位偏离空挡，向2挡偏移，如图3所示。

第六步：令t_v＝(t_str+t_end)/2，其中t_str初始值为0，t_end初始值为t_max，控制制电磁阀1和电磁阀2同时开启，保持t₂时刻，使挡位回到空挡，然后控制电磁阀2关闭，等待t_v后，再控制电磁阀1关闭，保持t₃时刻，再次检测位移传感器电压s₃，若abs(s₃–s₀)≤△s_c，该t_v的选择合适，能够使挡位保持在空挡，则记录t_v＝(t_str+t_end)/2。若s₃–s₀＞△s_c，则令t_str＝(t_str+t_end)/2，t_end＝t_end，若s₀–s₃＞△s_c，则令t_str＝t_str，t_end＝(t_str+t_end)/2，然后重新执行第六步。

其中，回到空挡后，电磁阀2先关闭，此时即为电磁阀1开启电磁阀2关闭(第二步的情况)，会使挡位移向2挡，用于抵消挡位向1挡的偏移。

再者，若s₀–s₃＞△s_c，表示仍然向1挡偏移，说明延迟时间t_v不够，应继续增加t_v。反之，s₃–s₀≤△s_c，表示向2挡偏移，说明延迟时间t_v过大，应减少t_v。

再者，增加或者减少t_v采用的是二分法，例如，在增加t_v时，将t_str增加为取值范围的中值；在减少t_v时，将t_end减少为取值范围的中值。

第七步：令t_v＝(t_str+t_end)/2，其中t_str初始值为-t_max，t_end初始值为0，控制制电磁阀1和电磁阀2同时开启，保持t₂时刻，使挡位归于空挡；然后控制电磁阀1关闭，等待-t_v时刻后，再控制电磁阀2关闭，保持t₃时刻，再次检测位移传感器电压s₃，若abs(s₃–s₀)≤△s_c，则记录t_v＝(t_str+t_end)/2，跳至第八步；若s₃–s₀＞△s_c，则令t_str＝(t_str+t_end)/2(即为原t_v)，t_end＝t_end，若s₀–s₃＞△s_c，则令t_str＝t_str，t_end＝(t_str+t_end)/2，重新跳回至第七步。

其中，t值为负值，其表示电磁阀1超前于电磁阀2关闭；与之相应，第六步中，t为正值代表电磁阀1滞后于电磁阀2关闭。也就是说，本实施例中t的正负仅表示方向，按绝对值计算大小。

再者，电磁阀1先关闭，会使挡位移向1挡，以抵消挡位向2挡的偏移。

第七步与第六步类同，若s₃–s₀＞△s_c表示向1挡偏移，说明延迟时间t_v过小，应增大t_v(t_v此时为负值，t_v增加代表绝对值减小)，因此令t_str＝t_str，t_end＝(t_str+t_end)/2；反之表示向2挡偏移，说明延迟时间不够，应继续减小延迟时间t_v，因此令t_str＝(t_str+t_end)/2，t_end＝t_end(t_v此时为负值，t_v减小代表绝对值增大)。

第八步：将Gear1_Position、Gear2_Position、Gear0_Position、t_v写入至Flash。整体流程如图4所示。

以上实施例中，第六步和第七步涉及如何设置t_v，然后对t_v进行迭代的修正，并且通过测试每次所选择的t_v以确定其是否合适，最终得到合适的t_v。其中在修正tv时采用了二分法，由于每次能够舍弃一半数据，因此在数据较多的情况下，二分法能够显著的减少迭代次数。作为其他实施方式，也可以采用递增、递减一个时间步长值的方式来迭代，例如，递增时t_v＝t_v+100(ms)，递减时t_v＝t_v-100(ms)，步长值为100ms。

以上描述了离线自学习方法的流程，另外，本发明还提供了一种自学习装置的实施例，该自学习装置包处理器和存储器，处理器能够运行存储于存储器中的计算机程序，以实现上述自学习方法流程所对应的方法；也就是说，这种自学习装置的硬件结构提供了一种运行软件的载体，而软件在运行时能够再现以上方法流程。具体来说，这种自学习装置可以是图1中的TCU，当然也可以是其他类型的控制装置。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别主要在于，实施例1是一种离线进行自学习的过程，即在车辆非驾驶状态时，按照操作人员的控制启动，专门进行各挡挡位位置及延迟时间的重新学习标定。

本实施例中，在车辆驾驶过程中，变速箱挂挡动作过程中进行自学习标定，即在线自学习模式，在线自学习模式在车辆运行中自动触发，伴随换挡过程进行自动式修正，不干预整车换挡过程。具体过程如图5所示，包括如下步骤：

第一步：变速箱上电完成，检测变速箱是否处于换挡过程，如果是则进入第二步，否则保持第一步；

第二步：检测变速箱换挡目标挡位，如果目标挡位是1挡，则进入第三步，如果目标挡位是2挡，则进入第四步，如果目标挡位是0挡(空挡)，则进入第五步；

第三步：检测位移传感器电压变化，待换挡完成后，判断此时位移传感器电压s₃＞Gear1_Position，如果是则令Gear1_Position＝s₃，否则保持Gear1_Position不变，跳至第六步；

第四步：检测位移传感器电压变化，待换挡完成后，判断此时位移传感器电压s₃＜Gear2_Position，如果是则令Gear2_Position＝s₃，否则保持Gear2_Position不变，跳至第六步；

第五步：检测位移传感器电压变化，如果换挡到0挡之后，若abs(s₃–s₀)≤△s_d，则保持t_v不变，若移传感器电压s₃–s₀＞△s_d，则令t_v＝t_v+t_step，若移传感器电压s₀–s₃＞△s_d，则令t_v＝t_v-t_step，其中t_v值限制范围[-t_max，t_max]，跳至第六步。

第六步：判断变速箱是否下电，如果是则Gear1_Position、Gear2_Position、Gear0_Position、t_v写入至Flash，否则跳回至第一步。

以上描述了在线自学习方法的流程，另外，本发明还提供了一种自学习装置的实施例，该自学习装置包处理器和存储器，处理器能够运行存储于存储器中的计算机程序，以实现上述在线自学习方法流程所对应的方法；也就是说，这种自学习装置的硬件结构提供了一种运行软件的载体，而软件在运行时能够再现以上方法流程。具体来说，这种自学习装置可以是图1中的TCU，当然也可以是其他类型的控制装置。

本发明在离线自学习的基础上增加在线自学习模式，解决仅离线自学习导致的控制系统鲁棒性差的问题。

Claims (9)

1.一种气动换挡控制系统自学习方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制第一电磁阀、第二电磁阀的开启和关闭，标定出一挡位置、二挡位置和空挡位置；

同时开启第一电磁阀和第二电磁阀，使挡位处于空挡位置；同时关闭两个电磁阀，检测对应的挡位位置信号s₃，根据所述挡位位置信号s₃判断如下情况：当前挡位向一挡偏移、向二挡偏移或者保持在空挡位置；

1)若保持空挡位置，则将延迟时间记录为零；

2)若挡位向一挡偏移，则设定延迟时间，同时开启第一电磁阀和第二电磁阀，使挡位处于空挡位置；按照所述延迟时间控制两个电磁阀先后闭合，以抵消挡位向一挡的偏移；判断是否仍然向一挡偏移，若仍然向一挡偏移，则增加延迟时间，若向二挡偏移，则减小延迟时间，然后迭代的执行步骤2)；若保持在空挡位置，则记录对应的延迟时间；

3)若挡位向二挡偏移，则设定延迟时间，同时开启第一电磁阀和第二电磁阀，使挡位处于空挡位置；按照所述延迟时间控制两个电磁阀先后闭合，以抵消挡位向二挡的偏移；判断是否仍然向二挡偏移，若仍然向二挡偏移，则增加延迟时间，若向一挡偏移，则减小延迟时间，然后迭代的执行步骤3)；若保持空挡位置，则记录对应的延迟时间；

将标定出的各挡位位置，以及记录的延迟时间写入存储器。

2.根据权利要求1所述的气动换挡控制系统自学习方法，其特征在于，所述增加延迟时间的方式为：在前一次迭代的延迟时间基础上递增t_sept；所述减小延迟时间的方式为：在前一次迭代的延迟时间基础上递减t_sept；t_sept为时间步长值。

3.根据权利要求1所述的气动换挡控制系统自学习方法，其特征在于，延迟时间＝最小延迟时间与最大延迟时间的平均值；所述增加延迟时间的方式为：新的最小延迟时间＝前一次迭代的延迟时间，新的最大延迟时间＝前一次迭代的最大延迟时间；所述减小延迟时间的方式为：新的最小延迟时间＝前一次迭代的最小延迟时间，新的最大延迟时间＝前一次迭代的延迟时间。

4.根据权利要求1所述的气动换挡控制系统自学习方法，其特征在于，当前挡位向一挡偏移、向二挡偏移或者保持在空挡位置的判据分为为：s₃–s₀＞△s_c，s₀–s₃＞△s_c，abs(s₃–s₀)≤△s_c；与s₀偏差很小；其中，s₂、s₀、s₁，分为表示标定出的二挡挡位位置、空挡挡位位置、一挡挡位位置，且s₂＜s₀＜s₁；△s_c为设定的阈值，表示与空挡的偏差。

5.根据权利要求1所述的气动换挡控制系统自学习方法，其特征在于，还包括判断标定出的挡位位置是否满足要求的步骤，判断的标准为：一挡挡位位置与二挡挡位位置的差距大于最小差距阈值，且一挡、二挡挡位位置的中值与空挡挡位差距小于最大差距阈值。

6.一种气动换挡控制系统自学习装置，其特征在于，包括处理器和存储器，存储器存储有计算机程序，处理器在运行所述计算机程序时，实现权利要求1-5任一项所述的方法。

7.一种气动换挡控制系统自学习方法，其特征在于，包括以下步骤：

在行车过程中，检测变速箱状态；若变速箱处于换一挡过程，则在换挡完成后比较换挡机构的当前位置与当前存储的一挡位置，若换挡机构的当前位置比当前存储的一挡位置更加接近一挡极限位置，则将换挡机构的当前位置作为新的一挡位置；

若变速箱处于换二挡过程，则在换挡完成后比较换挡机构的当前位置与当前存储的二挡位置，若换挡机构的当前位置比当前存储的二挡位置更加接近二挡极限位置，则将换挡机构的当前位置作为新的二挡位置；

若变速箱处于换空挡过程，则在换挡完成后根据换挡机构当前位置判断如下情况：换挡机构的当前位置向一挡位置偏移、向二挡位置偏移或者保持在空挡位置；

1)若保持在空挡位置，则保持延迟时间不变；

2)若向一挡位置偏移，则改变延迟时间；所述延迟时间为：同时开启第一电磁阀和第二电磁阀使挡位回到空挡位置时，按照所述延迟时间控制两个电磁阀先后闭合，以抵消挡位向一挡的偏移；

3)若挡位向二挡偏移，则按照向一挡位置偏移时相反的方向改变延迟时间；

将标定出的各挡位位置，以及改变后的延迟时间写入存储器。

8.根据权利要求7所述的气动换挡控制系统自学习方法，其特征在于，改变延迟时间的方法为，按照设定的步长增加或减少延迟时间。

9.一种气动换挡控制系统自学习装置，其特征在于，包括处理器和存储器，存储器存储有计算机程序，处理器在运行所述计算机程序时，实现权利要求7或8所述的方法。

Images