CN116552499A - 基于dht架构四档混动专用变速器的动力系统 - Google Patents

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刘博�
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Abstract

本发明公开了一种基于DHT架构四档混动专用变速器的动力系统，所述动力系统包括整车控制单元HCU、发动机控制单元ECU、变速器控制单元TCU、驱动电机控制单元MCU、发电机控制单元GCU和混动专用变速器DHT。本发明的控制方式不同于传统Clutch‑to‑Clutch换档控制模式，在并联模式换档控制过程中，后排拉维娜行星齿轮组由发动机ENG和驱动电机EM1两个动力源参与驱动，通过采用转速同步换档控制方式，动力系统形成ECVT模式，PID控制调整制动器B2速差以实现无动力中断换档。通过此种控制方式，换档过程轮端扭矩比较平稳，提高混动专用变速器换档过程平顺性效果明显，从而提高车辆驾驶品质。

Description

基于DHT架构四档混动专用变速器的动力系统
技术领域
本发明属于混动专用变速器控制领域，涉及一种混合动力汽车变速器的动力系统，具体涉及一种用于多档位DHT架构混动专用变速器换档过程的动力系统。
背景技术
近年来，以混合动力汽车和纯电动汽车为代表的新能源车成为了汽车产业发展的重要方向。混合动力技术将成为行业发展重要的过渡路线，尤其DHT混动架构备受国内市场青睐，各大主机厂相继推出单档及多档DHT混动系统。相较于单档DHT混动架构，多档DHT混动系统更具优势，可优化发动机及驱动电机运行高效区间具有更出色的节油能力，但多档位DHT混动系统换档过程的平顺性将对控制难度带来很大挑战。
发明内容
为了提高多档位DHT混动专用变速器换档过程的平顺性，本发明针对现有DHT产品的结构特点，提供了一种基于DHT架构四档混动专用变速器的动力系统。本发明通过采用ECVT模式的转速同步换档控制方式，控制调整制动器B2速差以实现无动力中断换档，提高混动专用变速器换档过程平顺性，提高车辆驾驶品质，同时基于此可将离合器C1改为ON/OFF阀控制，减少控制难度的同时更是带来成本上的优势。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于DHT架构四档混动专用变速器的动力系统，包括整车控制单元HCU、发动机控制单元ECU、变速器控制单元TCU、驱动电机控制单元MCU、发电机控制单元GCU和混动专用变速器DHT，其中：
所述整车控制单元HCU负责在换档过程中根据能量管理策略协调发动机ENG、驱动电机EM1和发电机EM2的扭矩分配及档位管理等控制功能；
所述发动机控制单元ECU负责在换档过程中响应整车控制单元HCU的发动机目标扭矩请求；
所述变速器控制单元TCU负责在换档过程中针对不同状态下离合器C1、离合器C2、制动器B1、制动器B2的目标指令及目标油压在TCU控制软件中进行计算，实时监控整车控制单元HCU分配的目标需求扭矩，并能确保在扭矩请求前后和换档前后轮端、发动机ENG、驱动电机EM1和发电机EM2的扭矩平滑；负责在TCU控制软件中对等效输入轴的降扭、升扭请求值进行计算，并发送到对应的发动机控制单元ECU、驱动电机控制单元MCU和发电机控制单元GCU中；
所述驱动电机控制单元MCU负责在换档过程中响应整车控制单元HCU的驱动电机目标扭矩请求；
所述发电机控制单元GCU负责在换档过程中通过响应整车控制单元HCU的发电机目标转速请求，通过转速控制前排简单行星机构太阳轮调节发动机ENG运行区间；
所述混动专用变速器DHT由两组行星排构成，本体架构为前排简单行星机构，外齿圈固定，发电机EM2连接太阳轮，发动机ENG连接星行架；后排拉维娜星行机构，驱动电机EM1连接小太阳轮，制动器B1制动星行架，制动器B2制动大太阳轮，通过外齿圈输出；拉维娜小太阳轮及星行架分别通过离合器C1、离合器C2与前排行星架相连。
一种利用上述动力系统进行基于DHT架构四档混动专用变速器的换档控制方法，所述换档控制方法为并联PS3档-并联PS4档升档工况，具体包括如下步骤：
S1：整车控制单元HCU请求目标档位为并联4档，同时整车控制单元HCU发送工作模式为：并联固定档位模式；
S2：变速器控制单元TCU接收整车控制单元HCU目标档位后经过校验，向整车控制单元HCU反馈TCU目标档位；
S3：整车控制单元HCU判断目标档位与变速器控制单元TCU目标档位一致且与实际档位不一致后进入换档控制，同时整车控制单元HCU发送工作模式为：并联换档模式；
S4：变速器控制单元TCU接收整车控制单元HCU工作模式后进入换档过程控制，离合器C1和离合器C2端干预标志位置1，制动器B1和制动器B2端干预标志位置1，发动机端干预扭矩标志位置1，发电机端干预扭矩标志位置1，驱动电机端标志位置1，此时向驱动电机控制单元MCU发送驱动电机扭矩请求，向发动机控制单元ECU发送发动机扭矩请求，转移部分扭矩到太阳轮后完成扭矩交互，断开离合器C1，进入ECVT模式；
S5：变速器控制单元TCU监控制动器B2速差，反馈整车控制单元HCU，并由整车控制单元HCU请求驱动电机控制单元MCU闭环调节使制动器B2速差趋于0rpm；
S6：变速器控制单元TCU监测制动器B2速差为0rpm后，控制充油压紧制动器B2，完成换档后退出换档过程；
S7：整车控制单元HCU接收变速器控制单元TCU换档完成信息，并回到并联固定档位模式。
一种利用上述动力系统进行基于DHT架构四档混动专用变速器的换档控制方法，所述换档控制方法为并联PS4档-并联PS3档降档工况，具体包括如下步骤：
S1：整车控制单元HCU请求目标档位为并联3档，同时整车控制单元HCU发送工作模式为：并联固定档位模式；
S2：变速器控制单元TCU接收整车控制单元HCU目标档位后经过校验，向整车控制单元HCU反馈TCU目标档位；
S3：整车控制单元HCU判断目标档位与变速器控制单元TCU目标档位一致且与实际档位不一致后进入换档控制，同时整车控制单元HCU发送工作模式为：并联换档模式；
S4：变速器控制单元TCU接收整车控制单元HCU工作模式后进入换档过程控制，离合器C1和离合器C2端干预标志位置1，制动器B1和制动器B2端干预标志位置1，发动机端干预扭矩标志位置1，发电机端干预扭矩标志位置1，驱动电机端标志位置1，此时向驱动电机控制单元MCU发送驱动电机扭矩请求，向发动机控制单元ECU发送发动机扭矩请求，在离合器B2分离前后，需保证OUT输出端扭矩不变，因此需驱动电机EM1和发动机在离合器B2分离前完成扭矩交互，从而输出相应的正向扭矩，以保证模式切换过程轮端扭矩平稳，此时断开离合器B2，进入ECVT模式；
S5：变速器控制单元TCU监控离合器C1速差，根据发动机目标与实际转速差计算出发动机目标角加速度查表得出驱动电机EM1目标扭矩，反馈整车控制单元HCU，并由整车控制单元HCU请求驱动电机控制单元MCU闭环调节使离合器C1速差趋于0rpm；
S6：变速器控制单元TCU监测离合器C1速差为0rpm后，控制充油压紧离合器C1，完成换档后退出换档过程；
S7：整车控制单元HCU接收变速器控制单元TCU换档完成信息，并回到并联固定档位模式。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
本发明的控制方式不同于传统Clutch-to-Clutch换档控制模式，通过ECVT转速同步方式进行换档控制，可实现轮端扭矩平稳过渡，并联3档升入并联4档的换档过程无动力中断，换档平顺性好，提升驾驶舒适性。基于本发明的控制方式，可将离合器C1由VFS阀改为ON/OFF阀进行控制，不仅可避免离合器C1自学习控制策略开发工作量，也可节省DHT混动专用变速器硬件成本。
附图说明
图1为混动专用变速器DHT的结构示意图；
图2为混动专用变速器DHT后排行星机构B2离合器转速同步过程杠杆示意图；
图3为四档混动专用变速器结构示意图；
图4为动力系统示意图；
图中：EM1为驱动电机，ENG为发动机，EM2为发电机，C1\C2为离合器，B1\B2为制动器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明提供了一种基于DHT架构四档混动专用变速器的动力系统，如图3和图4所示，所述动力系统由整车控制单元HCU、发动机控制单元ECU、变速器控制单元TCU、驱动电机控制单元MCU、发电机控制单元GCU和混动专用变速器DHT构成，其中：
所述整车控制单元HCU负责在换档过程中根据能量管理策略协调发动机ENG、驱动电机EM1和发电机EM2的扭矩分配及档位管理等控制功能；
所述发动机控制单元ECU负责在换档过程中响应整车控制单元HCU的发动机目标扭矩请求；
所述变速器控制单元TCU负责在换档过程中针对不同状态下离合器C1、离合器C2、制动器B1、制动器B2的目标指令及目标油压在TCU控制软件中进行计算，实时监控整车控制单元HCU分配的目标需求扭矩，并能确保在扭矩请求前后和换档前后轮端、发动机ENG、驱动电机EM1和发电机EM2的扭矩平滑；负责在TCU控制软件中对等效输入轴的降扭、升扭请求值进行计算，并发送到对应的发动机控制单元ECU、驱动电机控制单元MCU和发电机控制单元GCU中；
所述驱动电机控制单元MCU负责在换档过程中响应整车控制单元HCU的驱动电机目标扭矩请求；
所述发电机控制单元GCU负责在换档过程中通过响应整车控制单元HCU的发电机目标转速请求，通过转速控制前排简单行星机构太阳轮调节发动机ENG运行区间；
所述混动专用变速器DHT由两组行星排构成，本体架构为前排简单行星机构，外齿圈固定，发电机EM2连接太阳轮，发动机ENG连接星行架；后排拉维娜星行机构，驱动电机EM1连接小太阳轮，制动器B1制动星行架，制动器B2制动大太阳轮，通过外齿圈输出；拉维娜小太阳轮(驱动电机EM1)及星行架分别通过离合器C1、离合器C2与前排行星架(发动机ENG)相连；
所述换档控制方法为并联3档(PS3档)升入并联4档(PS4档)工况，在此过程，离合器C1断开，离合器C2结合，动力系统实现ECVT模式，进一步的，整车控制单元HCU监控制动器B2速差，通过PID控制以实现所述转速同步换档控制。
如图1所示，向驱动电机控制单元MCU发送驱动电机扭矩请求，向发动机控制单元ECU发送发动机扭矩请求，在离合器B2分离前后，需保证OUT输出端扭矩不变，因此需驱动电机EM1和发动机在离合器B2分离前完成扭矩交互，输出相应的正向扭矩，保证模式切换过程轮端扭矩平稳。此时断开离合器B2，进入ECVT模式；离合器B2分离后，根据发动机目标与实际转速差计算出发动机目标角加速度查表得出驱动电机EM1目标扭矩，离合器C1速差趋于0rpm后结合离合器C1。
如图2所示，并联PS3档离合器关系为离合器C1、离合器C2同时结合；并联PS4档离合器关系为离合器C2和制动器B2同时结合。因此，换档过程并联PS3档-并联PS4档升档时，需离合器C1断开，制动器B2结合，C2离合器为中间离合器保持压紧。基于此，从混动专用变速器DHT后排行星机构离合器B2转速同步过程杠杆示意图上可以看出，如按照常规Clutch-to-Clutch换档控制模式，所述换档过程将为离合器C1卸油同时制动器B2充油，通过油压控制离合器滑摩实现档位切换。这个过程除需要额外开发离合器自学习策略以外，换档过程将带来一定冲击，同时离合器滑摩产生的能量损失也将影响变速器效率。
在本发明中，所述换档过程并联PS3档-并联PS4档升档时，使用ECVT模式作为过渡，先由并联PS3档到ECVT模式，再由ECVT模式到PS4档，并联PS4档-并联PS3档降档过程同理也是如此。
并联PS3档-并联PS4档升档的具体换挡控制方法如下：
S1：整车控制单元HCU请求目标档位为并联4档，同时整车控制单元HCU发送工作模式为：并联固定档位模式；
S2：变速器控制单元TCU接收整车控制单元HCU目标档位后经过校验，向整车控制单元HCU反馈TCU目标档位；
S3：整车控制单元HCU判断目标档位与变速器控制单元TCU目标档位一致且与实际档位不一致后进入换档控制，同时整车控制单元HCU发送工作模式为：并联换档模式；
S4：变速器控制单元TCU接收整车控制单元HCU工作模式后进入换档过程控制，离合器C1和离合器C2端干预标志位置1，制动器B1和制动器B2端干预标志位置1，发动机端干预扭矩标志位置1，发电机端干预扭矩标志位置1，驱动电机端标志位置1，此时向驱动电机控制单元MCU发送驱动电机扭矩请求，向发动机控制单元ECU发送发动机扭矩请求，转移部分扭矩到太阳轮后完成扭矩交互，断开离合器C1，进入ECVT模式；
S5：变速器控制单元TCU监控制动器B2速差，反馈整车控制单元HCU，并由整车控制单元HCU请求驱动电机控制单元MCU闭环调节使制动器B2速差趋于0rpm；
S6：变速器控制单元TCU监测制动器B2速差为0rpm后，控制充油压紧制动器B2，完成换档后退出换档过程；
S7：整车控制单元HCU接收变速器控制单元TCU换档完成信息，并回到并联固定档位模式。
并联PS4档-并联PS3档降档的具体换挡控制方法如下：
S1：整车控制单元HCU请求目标档位为并联3档，同时整车控制单元HCU发送工作模式为：并联固定档位模式；
S2：变速器控制单元TCU接收整车控制单元HCU目标档位后经过校验，向整车控制单元HCU反馈TCU目标档位；
S3：整车控制单元HCU判断目标档位与变速器控制单元TCU目标档位一致且与实际档位不一致后进入换档控制，同时整车控制单元HCU发送工作模式为：并联换档模式；
S4：变速器控制单元TCU接收整车控制单元HCU工作模式后进入换档过程控制，离合器C1和离合器C2端干预标志位置1，制动器B1和制动器B2端干预标志位置1，发动机端干预扭矩标志位置1，发电机端干预扭矩标志位置1，驱动电机端标志位置1，此时向驱动电机控制单元MCU发送驱动电机扭矩请求，向发动机控制单元ECU发送发动机扭矩请求，在离合器B2分离前后，需保证OUT输出端扭矩不变，因此需驱动电机EM1和发动机在离合器B2分离前完成扭矩交互，从而输出相应的正向扭矩，以保证模式切换过程轮端扭矩平稳，此时断开离合器B2，进入ECVT模式；
S5：变速器控制单元TCU监控离合器C1速差，根据发动机目标与实际转速差计算出发动机目标角加速度查表得出驱动电机EM1目标扭矩，反馈整车控制单元HCU，并由整车控制单元HCU请求驱动电机控制单元MCU闭环调节使离合器C1速差趋于0rpm；
S6：变速器控制单元TCU监测离合器C1速差为0rpm后，控制充油压紧离合器C1，完成换档后退出换档过程；
S7：整车控制单元HCU接收变速器控制单元TCU换档完成信息，并回到并联固定档位模式。
上述通过ECVT模式进行转速同步的换档控制方法不同于传统Clutch-to-Clutch换档控制模式，在并联模式换档控制过程中，后排拉维娜行星齿轮组由发动机ENG和驱动电机EM1两个动力源参与驱动，通过采用转速同步换档控制方式，动力系统形成ECVT模式，PID控制调整制动器B2速差以实现无动力中断换档。通过此种控制方式，换档过程轮端扭矩比较平稳，提高混动专用变速器换档过程平顺性效果明显，从而提高车辆驾驶品质。与此同时，在硬件方面，可将离合器C1由VFS阀改为ON/OFF阀进行控制，不仅可避免离合器C1自学习控制策略开发工作，也可节省DHT硬件成本。

Claims (5)

1.一种基于DHT架构四档混动专用变速器的动力系统，其特征在于所述动力系统包括整车控制单元HCU、发动机控制单元ECU、变速器控制单元TCU、驱动电机控制单元MCU、发电机控制单元GCU和混动专用变速器DHT，其中：
所述整车控制单元HCU负责在换档过程中根据能量管理策略协调发动机ENG、驱动电机EM1和发电机EM2的扭矩分配及档位管理控制功能；
所述发动机控制单元ECU负责在换档过程中响应整车控制单元HCU的发动机目标扭矩请求；
所述变速器控制单元TCU负责在换档过程中针对不同状态下离合器C1、离合器C2、制动器B1、制动器B2的目标指令及目标油压在TCU控制软件中进行计算，实时监控整车控制单元HCU分配的目标需求扭矩，并能确保在扭矩请求前后和换档前后轮端、发动机ENG、驱动电机EM1和发电机EM2的扭矩平滑；负责在TCU控制软件中对等效输入轴的降扭、升扭请求值进行计算，并发送到对应的发动机控制单元ECU、驱动电机控制单元MCU和发电机控制单元GCU中；
所述驱动电机控制单元MCU负责在换档过程中响应整车控制单元HCU的驱动电机目标扭矩请求；
所述发电机控制单元GCU负责在换档过程中通过响应整车控制单元HCU的发电机目标转速请求，通过转速控制前排简单行星机构太阳轮调节发动机ENG运行区间；
所述混动专用变速器DHT由两组行星排构成，本体架构为前排简单行星机构，外齿圈固定，发电机EM2连接太阳轮，发动机ENG连接星行架；后排拉维娜星行机构，驱动电机EM1连接小太阳轮，制动器B1制动星行架，制动器B2制动大太阳轮，通过外齿圈输出；拉维娜小太阳轮及星行架分别通过离合器C1、离合器C2与前排行星架相连。
2.根据权利要求1所述的基于DHT架构四档混动专用变速器的动力系统，其特征在于所述离合器C1由VFS阀控制。
3.根据权利要求1所述的基于DHT架构四档混动专用变速器的动力系统，其特征在于所述离合器C1由ON/OFF阀进行控制。
4.一种利用权利要求1-3任一项所述动力系统进行基于DHT架构四档混动专用变速器的换档控制方法，其特征在于所述换档控制方法为并联PS3档-并联PS4档升档工况，具体包括如下步骤：
S1：整车控制单元HCU请求目标档位为并联4档，同时整车控制单元HCU发送工作模式为：并联固定档位模式；
S2：变速器控制单元TCU接收整车控制单元HCU目标档位后经过校验，向整车控制单元HCU反馈TCU目标档位；
S3：整车控制单元HCU判断目标档位与变速器控制单元TCU目标档位一致且与实际档位不一致后进入换档控制，同时整车控制单元HCU发送工作模式为：并联换档模式；
S4：变速器控制单元TCU接收整车控制单元HCU工作模式后进入换档过程控制，离合器C1和离合器C2端干预标志位置1，制动器B1和制动器B2端干预标志位置1，发动机端干预扭矩标志位置1，发电机端干预扭矩标志位置1，驱动电机端标志位置1，此时向驱动电机控制单元MCU发送驱动电机扭矩请求，向发动机控制单元ECU发送发动机扭矩请求，转移部分扭矩到太阳轮后完成扭矩交互，断开离合器C1，进入ECVT模式；
S5：变速器控制单元TCU监控制动器B2速差，反馈整车控制单元HCU，并由整车控制单元HCU请求驱动电机控制单元MCU闭环调节使制动器B2速差趋于0rpm；
S6：变速器控制单元TCU监测制动器B2速差为0rpm后，控制充油压紧制动器B2，完成换档后退出换档过程；
S7：整车控制单元HCU接收变速器控制单元TCU换档完成信息，并回到并联固定档位模式。
5.一种利用权利要求1-3任一项所述动力系统进行基于DHT架构四档混动专用变速器的换档控制方法，其特征在于所述换档控制方法为并联PS4档-并联PS3档降档工况，具体包括如下步骤：
S1：整车控制单元HCU请求目标档位为并联3档，同时整车控制单元HCU发送工作模式为：并联固定档位模式；
S2：变速器控制单元TCU接收整车控制单元HCU目标档位后经过校验，向整车控制单元HCU反馈TCU目标档位；
S3：整车控制单元HCU判断目标档位与变速器控制单元TCU目标档位一致且与实际档位不一致后进入换档控制，同时整车控制单元HCU发送工作模式为：并联换档模式；
S4：变速器控制单元TCU接收整车控制单元HCU工作模式后进入换档过程控制，离合器C1和离合器C2端干预标志位置1，制动器B1和制动器B2端干预标志位置1，发动机端干预扭矩标志位置1，发电机端干预扭矩标志位置1，驱动电机端标志位置1，此时向驱动电机控制单元MCU发送驱动电机扭矩请求，向发动机控制单元ECU发送发动机扭矩请求，在离合器B2分离前后，需保证OUT输出端扭矩不变，因此需驱动电机EM1和发动机在离合器B2分离前完成扭矩交互，从而输出相应的正向扭矩，以保证模式切换过程轮端扭矩平稳，此时断开离合器B2，进入ECVT模式；
S5：变速器控制单元TCU监控离合器C1速差，根据发动机目标与实际转速差计算出发动机目标角加速度查表得出驱动电机EM1目标扭矩，反馈整车控制单元HCU，并由整车控制单元HCU请求驱动电机控制单元MCU闭环调节使离合器C1速差趋于0rpm；
S6：变速器控制单元TCU监测离合器C1速差为0rpm后，控制充油压紧离合器C1，完成换档后退出换档过程；
S7：整车控制单元HCU接收变速器控制单元TCU换档完成信息，并回到并联固定档位模式。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117360482A (zh) * 2023-09-28 2024-01-09 哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司 一种基于纯电两挡串并联变速器模式切换控制方法

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