CN117605829A - 一种纯电两档动力传动系统换挡控制方法、系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆传动系统技术领域，具体涉及一种纯电两档动力传动系统换挡控制方法、系统和车辆。本发明通过在调速阶段增加过渡过程，保证电机扭矩能够维持住电机调速后的目标转速，能够提高换挡控制的稳定性，使整车换挡更加平顺；本发明在电机实时转速与调速阶段电机目标转速的差值处于预设范围内时，提前将调速扭矩设置为0Nm，能够有效避免驱动电机转速在目标转速附近波动，防止调速扭矩波动造成的车辆抖动情况，进而可以大幅提高驾驶舒适性。

Description

一种纯电两档动力传动系统换挡控制方法、系统和车辆

技术领域

本发明涉及车辆传动系统技术领域，具体涉及一种纯电两档动力传动系统换挡控制方法、系统和车辆。

背景技术

近几年来，乘用车纯电动汽车动力系统通常是以单电机配合单极减速器为主，其优点是结构简单，控制相对简单，技术风险低；其缺点亦很明显，选用小功率电机的车型无法很好地满足动力性要求，而选用大功率电机车型造成功率浪费，电机长期运行在非高效区间。因此，市场上逐渐出现了匹配多档位变速器的纯电动汽车。多档位变速器，既可以满足低档位爬坡，又可以保证高档位高速行驶时的经济性，备受主机厂的青睐。

现有技术的单电机两档变速箱换挡方案，在调速完成到执行机构挂挡过程中，扭矩控制效率低、波动大，容易导致电机转速和结合齿之间的转速差波动，进而发生挂挡时打齿，导致整车NVH性能下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种纯电两档动力传动系统换挡控制方法，能够提高纯电两档动力传动系统换挡控制的稳定性，使整车换挡更加平顺，提高驾驶舒适性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种纯电两档动力传动系统换挡控制方法，包括如下控制策略：

S1，整车控制器实时发送目标档位至车辆变速箱控制单元；

S2，当所述变速箱控制单元判断所述目标档位与车辆当前档位不一致时，进入驱动电机降扭阶段控制；

S3，当所述驱动电机扭矩降至目标扭矩时，进入传动系统同步器摘档阶段控制；

S4，当摘档阶段结束后，进入驱动电机调速阶段控制；

S5，当所述调速阶段中驱动电机的实时转速与目标转速差值小于预设转速差时，进入驱动电机调速过渡阶段控制；

S6，当换挡毂挂挡到位后，驱动电机实时响应整车控制器发送的轮端需求扭矩，传递驱动扭矩至轮端。

优选的，所述传动系统包括驱动电机、输入轴、同步器组件、一档主动齿轮、一档从动齿轮、二档主动齿轮、二档从动齿轮、输出轴和差速器；

所述同步器组件组件设于输入轴上，且所述一档主动齿轮和二档主动齿轮上分别固定连接有一档结合齿和二档结合齿，所述一档主动齿轮与一档从动齿轮相啮合，所述二档主动齿轮与二档从动齿轮相啮合。

优选的，所述降扭阶段控制，具体包括：

驱动电机工作在扭矩模式，所述驱动电机的实时扭矩以预设扭矩降低速率X降低至目标扭矩T1；

所述预设扭矩降低速率X根据测量得出的换挡冲击度实时调整，所述目标扭矩T1与当前档位驱动电机转速产生的阻尼力矩相适配。

优选的，所述摘档阶段控制，具体包括：驱动电机工作在扭矩模式，同步器换挡电机产生换挡力，带使同步器齿套轴向移动至空档位置，使驱动电机转速与车辆轮速解耦。

优选的，所述调速阶段控制，具体包括：

所述驱动电机将实时转速调整至与目标档位相适配的目标转速Wa；

所述同步器的从动端转速Wc满足下式：

Wc＝V/0.377/r*i_换挡后

式中，V为当前车速，r为车轮滚动半径，i_换挡后为换挡后目标档位的总速比。

优选的，所述预设转速差n₂为根据同步器滑膜能力确定的允许挂挡最大转速差。

优选的，所述调速过渡阶段控制，具体包括：

根据传动系统的转动惯量确定驱动电机到达所述目标转速后的维持扭矩T2；

当|n_em－Wa|＜n₃时，驱动电机的调速扭矩设置为0Nm，其中，n_em为驱动电机的实时转速，Wa为驱动电机在调速阶段的目标转速，n₃为根据车辆抖动情况标定的满足舒适性需求最大转速差。

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

1、本发明提出了一种纯电两档动力传动系统换挡控制方法，通过在调速阶段增加过渡过程，保证电机扭矩能够维持住电机调速后的目标转速，能够提高换挡控制的稳定性，使整车换挡更加平顺；

2、本发明在电机实时转速与调速阶段电机目标转速的差值处于预设范围内时，提前将调速扭矩设置为0Nm，能够有效避免驱动电机转速在目标转速附近波动，防止调速扭矩波动造成的车辆抖动情况，进而可以大幅提高驾驶舒适性。

附图说明

图1为本发明实施例中单电机两档动力传动系统的示意图；

图2为本发明实施例中单电机两档动力传动系统换挡控制方法的逻辑框图；

图3为本发明实施例中单电机两档动力传动系统换挡控制方法的整体流程图。

图中：1-一档主动齿轮；2-一档从动齿轮；3-一档结合齿；4-同步器齿套；5-同步器齿毂；6-二档主动齿轮；7-二档从动齿轮；8-二档结合齿。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

实施例一，本实施例提供了一种纯电两档动力传动系统换挡控制方法，通过在调速阶段增加过渡过程，保证电机扭矩能够维持住电机调速后的目标转速，从而解决挂档时刻，因为电机转速和结合齿之间的转速差波动，进而发生挂挡时打齿，导致整车NVH性能下降问题。

如图1所示，本实施例的纯电两档动力传动系统，包含电机EM、输入轴、同步器组件(齿套4、齿毂5、同步环、结合齿3和8)、一档主动齿轮1、一档从动齿轮2、二档主动齿轮6、二档从动齿轮7、输出轴及差速器。

其中同步器组件布置在输入轴上。一档结合齿和二档结合齿分别焊接在一档主动齿轮和二档主动齿轮上。一档主从动齿轮常啮合，二档主从动齿轮常啮合。

如图2所示，本实施例的统换挡控制方法，具体包括如下几大步骤：

(1)整车控制器VECE发送目标档位，例如当前档位为D1，整车控制器VECU将目标档位变为D2；

(2)当变速箱控制单元TCU检测到目标档位变更为D2，与当前档位不一致时，进入降扭阶段。降扭阶段，驱动电机EM工作在扭矩模式，以一定的速率X进行减小，以T1为目标扭矩。其中，扭矩降低速率X影响换挡冲击度，需要根据驾驶感受进行调整；目标扭矩T1大小取决于当前档位电机转速产生的高速阻尼力矩；

(3)当驱动电机扭矩达到目标扭矩T1时，进入摘档过程，驱动电机EM工作在扭矩模式。同步器换挡电机产生换挡力，使同步器齿套轴向移动，回到空档位置。当齿套到达空挡位置后，电机的转速和轮速解耦，无速比关系。

(4)进入调速阶段，由于齿套处于空档位置，即电机转速和轮速解耦状态，电机转速的调整不会影响车速。同步器从动端(结合齿)的转速Wc根据当前车速V(kph)、滚动半径r(m)以及换挡后档位的总速比i_换挡后计算得到：

Wc＝V/0.377/r*i_换挡后

同步器主动端(齿套)转速为电机转速n_em，驱动电机EM工作在转速模式，Wa为调速阶段驱动电机的目标转速，当|n_em－Wa|＜n₂(n₂为根据同步器滑膜能力确定的允许挂挡的最大转速差)时，进入调速过渡阶段。

(5)在调速过渡阶段，为了克服电机高速旋转下的阻尼力矩，驱动电机在达到目标转速时，需要继续用T2扭矩使电机维持转速不波动，T2扭矩传动系统的转动惯量确定。(否则在换挡毂驱动齿套进入结合齿过程中，电机转速会下降，偏离目标转速引起打齿)此时换挡电机产生换挡力，使同步器齿套轴向移动，最终与固定连接在二档主动齿轮上的二档结合齿连接。驱动电机扭矩通过齿毂、齿套、结合齿、主动齿轮、从动齿轮传递给输出轴，最终传递到轮端。

进一步的，在此过程中，因为驱动电机的实际转速会在目标转速附近波动，因此调速扭矩会在正负值波动的情况。由于齿轮间隙的存在，电机扭矩在正负值之间变化时，会产生齿轮敲击并且使车辆抖动。为了弥补齿轮敲击及车辆抖动，当|n_em－Wa|＜n₃(n₃根据车辆抖动情况可标定)时，调速扭矩设置为0Nm。

(6)换挡毂挂挡到位后，驱动电机正常响应VECU的轮端需求扭矩，传递动力到轮端。

实施例二，本实施例提供的一种纯电两档动力传动系统换挡控制方法，如图3所示，主要包括如下控制策略：

S1，整车控制器实时发送目标档位至车辆变速箱控制单元；

S2，当所述变速箱控制单元判断所述目标档位与车辆当前档位不一致时，进入驱动电机降扭阶段控制；

S3，当所述驱动电机扭矩降至目标扭矩时，进入传动系统同步器摘档阶段控制；

S4，当摘档阶段结束后，进入驱动电机调速阶段控制；

S5，当所述调速阶段中驱动电机的实时转速与目标转速差值小于预设转速差时，进入驱动电机调速过渡阶段控制；

S6，当换挡毂挂挡到位后，驱动电机实时响应整车控制器发送的轮端需求扭矩，传递驱动扭矩至轮端。

进一步的，所述降扭阶段控制，具体包括：

驱动电机工作在扭矩模式，所述驱动电机的实时扭矩以预设扭矩降低速率X降低至目标扭矩T1；

所述预设扭矩降低速率X根据测量得出的换挡冲击度实时调整，所述目标扭矩T1与当前档位驱动电机转速产生的阻尼力矩相适配。

进一步的，所述摘档阶段控制，具体包括：驱动电机工作在扭矩模式，同步器换挡电机产生换挡力，带使同步器齿套轴向移动至空档位置，使驱动电机转速与车辆轮速解耦。

进一步的，所述调速阶段控制，具体包括：

所述驱动电机将实时转速调整至与目标档位相适配的目标转速Wa；

所述同步器的从动端转速Wc满足下式：

Wc＝V/0.377/r*i_换挡后

式中，V为当前车速，r为车轮滚动半径，i_换挡后为换挡后目标档位的总速比。

进一步的，所述预设转速差n₂为根据同步器滑膜能力确定的允许挂挡最大转速差。

进一步的，所述调速过渡阶段控制，具体包括：

根据传动系统的转动惯量确定驱动电机到达所述目标转速后的维持扭矩T2；

当|n_em－Wa|＜n₃时，驱动电机的调速扭矩设置为0Nm，其中，n_em为驱动电机的实时转速，Wa为驱动电机在调速阶段的目标转速，n₃为根据车辆抖动情况标定的满足舒适性需求最大转速差。

实施例三，基于同一发明构思，本实施例还提供了一种车载控制系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的换挡控制方法。

实施例四，基于同一发明构思，本实施例还提供了一种手自一体车辆，所述车辆设有如上所述的车载控制系统。

进一步的，本申请中涉及的未详细说明部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

综上所述：

1、本发明提出了一种纯电两档动力传动系统换挡控制方法，通过在调速阶段增加过渡过程，保证电机扭矩能够维持住电机调速后的目标转速，能够提高换挡控制的稳定性，使整车换挡更加平顺；

2、本发明在电机实时转速与调速阶段电机目标转速的差值处于预设范围内时，提前将调速扭矩设置为0Nm，能够有效避免驱动电机转速在目标转速附近波动，防止调速扭矩波动造成的车辆抖动情况，进而可以大幅提高驾驶舒适性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纯电两档动力传动系统换挡控制方法，其特征在于：包括如下控制策略：

整车控制器实时发送目标档位至车辆变速箱控制单元；

当所述变速箱控制单元判断所述目标档位与车辆当前档位不一致时，进入驱动电机降扭阶段控制；

当所述驱动电机扭矩降至目标扭矩时，进入传动系统同步器摘档阶段控制；

当摘档阶段结束后，进入驱动电机调速阶段控制；

当所述调速阶段中驱动电机的实时转速与目标转速差值小于预设转速差时，进入驱动电机调速过渡阶段控制；

当换挡毂挂挡到位后，驱动电机实时响应整车控制器发送的轮端需求扭矩，传递驱动扭矩至轮端。

2.根据权利要求1所述的一种纯电两档动力传动系统换挡控制方法，其特征在于，所述传动系统包括驱动电机、输入轴、同步器组件、一档主动齿轮、一档从动齿轮、二档主动齿轮、二档从动齿轮、输出轴和差速器；

所述同步器组件组件设于输入轴上，且所述一档主动齿轮和二档主动齿轮上分别固定连接有一档结合齿和二档结合齿，所述一档主动齿轮与一档从动齿轮相啮合，所述二档主动齿轮与二档从动齿轮相啮合。

3.根据权利要求1所述的一种纯电两档动力传动系统换挡控制方法，其特征在于，所述降扭阶段控制，具体包括：

驱动电机工作在扭矩模式，所述驱动电机的实时扭矩以预设扭矩降低速率X降低至目标扭矩T1；

所述预设扭矩降低速率X根据测量得出的换挡冲击度实时调整，所述目标扭矩T1与当前档位驱动电机转速产生的阻尼力矩相适配。

4.根据权利要求1所述的一种纯电两档动力传动系统换挡控制方法，其特征在于，所述摘档阶段控制，具体包括：驱动电机工作在扭矩模式，同步器换挡电机产生换挡力，带使同步器齿套轴向移动至空档位置，使驱动电机转速与车辆轮速解耦。

5.根据权利要求1所述的一种纯电两档动力传动系统换挡控制方法，其特征在于，所述调速阶段控制，具体包括：

所述驱动电机将实时转速调整至与目标档位相适配的目标转速Wa；

所述同步器的从动端转速Wc满足下式：

Wc＝V/0.377/r*i_换挡后

式中，V为当前车速，r为车轮滚动半径，i_换挡后为换挡后目标档位的总速比。

6.根据权利要求1所述的一种纯电两档动力传动系统换挡控制方法，其特征在于，所述预设转速差n₂为根据同步器滑膜能力确定的允许挂挡最大转速差。

7.根据权利要求5所述的一种纯电两档动力传动系统换挡控制方法，其特征在于，所述调速过渡阶段控制，具体包括：

根据传动系统的转动惯量确定驱动电机到达所述目标转速后的维持扭矩T2；

当|n_em－Wa|＜n₃时，驱动电机的调速扭矩设置为0Nm，其中，n_em为驱动电机的实时转速，Wa为驱动电机在调速阶段的目标转速，n₃为根据车辆抖动情况标定的满足舒适性需求最大转速差。

8.一种车载控制系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7中任意一项所述的换挡控制方法。

9.一种非暂态可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被车载控制系统执行时实现如权利要求1至7中任意一项所述的换挡控制方法。

10.一种手自一体车辆，其特征在于：包括权利要求8所述的车载控制系统。