CN117662748A - 车辆动力系统及其换挡控制单元和方法 - Google Patents

车辆动力系统及其换挡控制单元和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117662748A
CN117662748A CN202211006803.9A CN202211006803A CN117662748A CN 117662748 A CN117662748 A CN 117662748A CN 202211006803 A CN202211006803 A CN 202211006803A CN 117662748 A CN117662748 A CN 117662748A
Authority
CN
China
Prior art keywords
motor
torque
adjustment amount
gear
speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211006803.9A
Other languages
English (en)
Inventor
李庆丰
林伟青
胡锋
吴金伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to CN202211006803.9A priority Critical patent/CN117662748A/zh
Priority to PCT/EP2023/070128 priority patent/WO2024041817A1/en
Publication of CN117662748A publication Critical patent/CN117662748A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/04—Smoothing ratio shift
    • F16H61/0403—Synchronisation before shifting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/04—Smoothing ratio shift
    • F16H61/0437—Smoothing ratio shift by using electrical signals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H63/00—Control outputs from the control unit to change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion or to other devices than the final output mechanism
    • F16H63/40—Control outputs from the control unit to change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion or to other devices than the final output mechanism comprising signals other than signals for actuating the final output mechanisms
    • F16H63/50—Signals to an engine or motor
    • F16H63/502—Signals to an engine or motor for smoothing gear shifts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/12—Arrangements for adjusting or for taking-up backlash not provided for elsewhere
    • F16H2057/123—Arrangements for adjusting or for taking-up backlash not provided for elsewhere using electric control means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Transmission Device (AREA)

Abstract

本发明提供了车辆动力系统(100)及其换挡控制单元(30)和控制方法。所述换挡控制单元(30)配置成：接收换挡请求；响应于换挡请求，卸载电机扭矩，以使得电机扭矩变为比零扭矩低或高第一预定扭矩调整量；控制耦合器件将当前挡位下与电机驱动轴耦合的齿轮解除耦合；调整电机转速，以使得实际电机转速与基于换挡计算出的参考电机转速之间的差为第一预定转速调整量；当电机的实际转速与所述参考电机转速之间的差小于或等于转速差阈值时，对电机执行转速控制或扭矩控制，并控制所述耦合器件将对应于目标挡位的齿轮与电机驱动轴耦合；以及当对应于目标挡位的齿轮完成与电机驱动轴耦合后，结束所述转速控制或扭矩控制。

Description

车辆动力系统及其换挡控制单元和方法
技术领域
本申请涉及车辆换挡控制的技术领域，尤其涉及一种用于车辆动力系统的换挡控制单元和换挡控制方法，还涉及一种包括该换挡控制单元的车辆动力系统，以及一种相应的机器可读存储介质。
背景技术
自动变速器是一种可以在车辆行驶过程中自动改变齿轮传动比的汽车变速器。自动变速器通常实现为通过电机驱动齿轮箱的多个齿轮，从而实现升挡或降挡。在齿轮系中，齿隙(Back lash)的设计是必不可少的，因为齿隙有助于啮合齿廓之间的润滑并避免齿轮啮合过程中的摩擦过热。
在换挡过程中，如果电机扭矩换向速度过快，则齿隙从一侧变化到另一侧时会产生较大的冲击振动和敲齿噪音，这是不被期望的。另一方面，如果为了控制齿隙切换时的冲击而减小电机扭矩变化斜率，就会增加换挡时长，这意味着能量中断时间变长，这也是不被期望的。在现有技术中，保持换挡过程中齿隙啮合的平顺性与减少换挡时长两者，通常是以牺牲一者来换取另一者的，两者难以平衡。
发明内容
在此背景下，本发明旨在提供一种用于换挡控制方案，其能够在保持换挡过程中齿隙啮合平顺性的同时减少换挡时长，而无需车辆相关硬件的更改。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于车辆动力系统的换挡控制单元，所述车辆动力系统包括电机、用于将所述电机的动力以多个挡位输出的多个齿轮以及用于将相应的齿轮与电机驱动轴耦合而实现不同挡位的耦合器件，其中，所述换挡控制单元配置成：接收换挡请求；响应于换挡请求，卸载电机扭矩，以使得电机扭矩变为比零扭矩低第一预定扭矩调整量或高所述第一预定扭矩调整量；控制耦合器件将当前挡位下与电机驱动轴耦合的齿轮解除耦合；调整电机转速，以使得实际电机转速与基于所述换挡请求计算出的参考电机转速之间的差为第一预定转速调整量；当电机的实际转速与所述参考电机转速之间的差小于或等于转速差阈值时，对电机执行转速控制或扭矩控制，并控制所述耦合器件将对应于目标挡位的齿轮与电机驱动轴耦合；以及当对应于目标挡位的齿轮完成与电机驱动轴耦合后，结束所述转速控制或扭矩控制
根据本发明的另一个方面，提供了一种车辆动力系统，其包括：电机；多个齿轮，用于将所述电机的动力以多个挡位输出；耦合器件，用于将相应的齿轮与电机驱动轴耦合而实现不同挡位；以及如上所述的换挡控制单元，用于控制电机转速和/或电机扭矩，以控制换挡过程。
根据本发明的又一个方面，提供了一种用于车辆动力系统的换挡控制方法，所述车辆动力系统包括电机、用于将所述电机的动力以多个挡位输出的多个齿轮以及用于将相应的齿轮与电机驱动轴耦合而实现不同挡位的耦合器件，其中，所述换挡控制方法包括：接收换挡请求；响应于换挡请求，卸载电机扭矩，以使得电机扭矩变为比零扭矩低第一预定扭矩调整量或高所述第一预定扭矩调整量；控制耦合器件将当前挡位下与电机驱动轴耦合的齿轮解除耦合；调整电机转速，以使得实际电机转速与基于所述换挡请求计算出的参考电机转速之间的差为第一预定转速调整量；当电机的实际转速与所述参考电机转速之间的差小于或等于转速差阈值时，对电机执行转速控制或扭矩控制，并控制所述耦合器件将对应于目标挡位的齿轮与电机驱动轴耦合；以及当对应于目标挡位的齿轮完成与电机驱动轴耦合后，结束所述转速控制或扭矩控制。
根据本发明的又一个方面，提供了一种机器可读存储介质，其存储有可执行指令，所述指令当被执行时使得一个或多个处理器执行如上所述的换挡控制方法。
附图说明
从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的技术方案更加清楚。可以理解的是，这些附图仅用于示例性说明，而并非意在对本发明的保护范围进行限制。
图1是根据本发明实施例的车辆动力系统的示意性框图。
图2A示意性示出了图1中的车辆动力系统的一种可行实现方式。
图2B示意性示出了图2A中的齿轮系在换挡过程中的齿隙切换。
图3示出了根据本发明实施例的换挡控制单元执行换挡控制过程的流程图。
图4示意性示出了根据本发明实施例的车辆驱动状态下的升挡控制过程。
图5示意性示出了根据本发明实施例的车辆驱动状态的降挡控制过程。
图6示意性示出了根据本发明实施例的车辆能量回收状态下的升挡控制过程。
图7示意性示出了根据本发明实施例的车辆能量回收状态下的降挡控制过程。
图8是根据本发明实施例的用于车辆动力系统的换挡控制方法的流程图。
具体实施方式
本发明的实施例涉及换挡控制的技术方案，其适用于车辆在驱动状态下的升挡和降挡控制，还适用于车辆在能量回收状态下的升挡和降挡控制。
下面，结合附图来介绍本发明的具体实施方式。
图1示意性示出了根据本发明实施例的车辆动力系统100，其包括：电机10、齿轮单元20、换挡控制单元30、和耦合器件40。
电机10为齿轮单元20提供驱动力。电机10可以包括用于驱动齿轮单元20的电机驱动轴。齿轮单元20包括多个齿轮，可以将电机10的动力以多个挡位输出。耦合器件40用于将相应的齿轮与电机驱动轴耦合而实现不同的挡位。耦合器件40可以实现为包括犬牙式离合器(DC：Dog Clutch)，还可以实现为同步器(Synchronizer)。换挡控制单元30包含根据本发明实施例的换挡控制策略，用于控制电机10和耦合器件40，以控制不同挡位之间的切换。
换挡控制单元30可以采用硬件或者软件或者软件与硬件相结合的方式来实现。对于硬件实现的部分，可以在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、被设计以执行其功能的电子单元、或它们的组合中实现。对于以软件实现的部分，可以借助于微代码、程序代码或代码段来实现，还可以将它们存储在诸如存储组件之类的机器可读存储介质中。
在一个实施例中，换挡控制单元30实现为包括存储器和处理器。存储器包含指令，所述指令在被处理器执行时使得处理器执行根据本发明实施例的换挡控制方法。
在一个实施例中，换挡控制单元30实现为软件，设置在车辆动力系统的控制器中。
图2A示出了图1中的车辆动力系统100的一种实现方式。参见图2，齿轮单元20包括多个齿轮a～f。耦合器件40包括第一犬牙式离合器41(DC1 41)、第二犬牙式离合器(DC242)和执行器43(DCA 43)。换挡控制单元30可以通过控制执行器43来控制第一和第二犬牙式离合器，以将相应齿轮与电机驱动轴耦合或解除耦合。
图2A中的实例可以通过如下表1中的设置来实现4个挡位，即，挡位1，挡位2，挡位3和挡位4。
表1
DC1 左 右 中 中
DC2 中 中 左 右
耦合齿轮 a+e b+f c+g d+h
挡位 1 2 3 4
图2B示意性示出了图2A中的齿轮系在换挡过程中的齿隙切换。参见图2B，在1挡位时，齿轮a驱动齿轮e，齿轮f拖动齿轮b空转。接着，在换挡时摘挡后，齿轮e在惯性作用下拖动齿轮a空转，齿轮f在惯性作用下拖动齿轮b空转。接着，在换到挡位2后，齿轮b驱动齿轮f，齿轮e拖动齿轮a。在这个过程中，齿隙发生了变化。
在这样的齿隙切换过程中，如果电机扭矩在较短时间内变化很大，则会引起震动和噪音，这对于齿轮寿命也是不利的。对此，现有解决方案是将电机扭矩变化斜率限定在一个较小值，但这样的做法又会引起换挡时长增加的问题。根据本发明实施例的换挡控制策略能够解决该问题。
根据本发明实施例的换挡控制策略，通过控制电机扭矩和/或电机转速，使得电机扭矩过零提前(即，从正扭矩变为负扭矩提前和/或从负扭矩变为正扭矩提前)，从而使得齿隙切换提前，这样齿隙切换引起的冲击较小，而且无需将扭矩变化斜率控制在一个较小值，从而实现了缩短换挡时长同时避免了齿隙切换时较大的冲击。
可以理解的是，图2A和2B仅为了示例性说明，本发明的换挡控制策略不限于该特定架构。在齿轮系实现为图2A以外的其他样式时，换挡过程中的齿隙切换是类似的，根据本发明实施例的换挡控制策略同样适用。
图3示出了根据本发明实施例的换挡控制单元30执行的换挡控制过程300。
参见图3，在框302中，换挡控制单元30接收换挡请求，例如，升挡请求或降挡请求。升挡请求可以包括车辆处于驱动状态下的升挡请求和车辆处于能量回收状态下的升挡请求。降挡请求可以包括车辆处于驱动状态下的降挡请求和车辆处于能量回收状态下的降挡请求。
该换挡请求例如可以是车辆驾驶员触发的，也可以是车辆的控制系统触发的。本发明对于如何触发该换挡请求不进行限定。
在框304中，换挡控制单元30响应于换挡请求，卸载电机扭矩，即，控制电机扭矩变为比零扭矩低或高第一预定扭矩调整量。
值得注意的是，现有的换挡控制方案是在接收到换挡请求之后将电机扭矩清零，即，将电机扭矩变为零。而根据本发明实施例的换挡控制策略，是将电机扭矩变为比零扭矩略高或略低的值，即，一个较小的负扭矩或者一个较小的正扭矩。
第一预定扭矩调整量与以下参数相关：与电机固定连接的旋转部件的等效转动惯量、该旋转部件的摩擦扭矩、以及遍及耦合器件的速度差的最大允许值Ndiffmax。与电机固定连接的旋转部件是指不会因为换挡而脱开的那些旋转部件。
在一个实施例中，第一预定扭矩调整量通过以下公式(1)确定出：
T1＝J1*β+Tf (1)
其中，T1为第一预定扭矩调整量；
J1为在对应于当前挡位的齿轮与电机驱动轴解除耦合的过程中、与电机固定连接的旋转部件的等效转动惯量；
β为电机角加速度的设定值；
Tf为该旋转部件的摩擦扭矩。
在该实施例中，电机角加速度的设定值β与遍及耦合器件的速度差的最大允许值Ndiffmax相关。该最大允许值越大，则电机角加速度的设定值β可以越大。例如，该速度差的最大允许值为50rpm，则推荐将电机转速变化设定为不大于10rpm，那么，在齿轮结合的200ms的过程中，β的值为：10rpm/0.2s＝10*2*pi/60/0.2＝5.23rad/s^2。
在该实施例中，摩擦扭矩Tf与该旋转部件的滚动轴承的线速度、润滑油或润滑脂的粘度、以及环境温度相关。例如，摩擦扭矩Tf与该旋转部件的滚动轴承的线速度成正比、与润滑油或润滑脂的粘度成正比、并与环境温度成反比。
在框306中，换挡控制单元30控制耦合器件将当前挡位下与电机驱动轴耦合的齿轮解除耦合(Disengage)。例如，换挡控制单元30向DCA发送解除耦合的指令。接着，DCA操控犬牙式离合器执行解除耦合的操作。
在框308中，换挡控制单元30调整电机转速，以使得实际电机转速与基于换挡计算出的参考电机转速之间的差为第一预定转速调整量。例如，换挡控制单元30向电机的MCU发送请求电机转速，该请求电机转速比参考电机转速高或低第一预定转速调整量。
可以理解的是，参考电机转速在整个换挡过程中可以是变化的，例如，参考电机转速可以表达为随时间变化的多段折线和/或曲线。参考电机转速可以基于车速计算出，例如，计算电机转速要到达多少才与目标挡位(例如，升挡挡位或降挡挡位)对应的车速匹配。本发明对如何计算参考电机转速不进行限定。
该第一预定转速调整量与遍及耦合器件的速度差的最大允许值Ndiffmax相关。在一个实施例中，该第一预定转速调整的取值范围是：该最大允许值Ndiffmax的1/3至1/2。
在框310中，当电机的实际转速与参考电机转速之间的差小于或等于转速差阈值时，换挡控制单元30对电机执行转速控制或扭矩控制。并且，换挡控制单元30控制耦合器件将对应于目标挡位的齿轮(例如，升挡挡位的齿轮或降挡挡位的齿轮)与电机驱动轴耦合。例如，换挡控制单元30向DCA发送耦合到目标挡位的指令。接着，DCA操控犬牙式离合器执行耦合到目标挡位的操作。
电机的实际转速与参考电机转速之间的差小于转速差阈值的情形可以理解为电机进入了预定控制窗。该转速差阈值是预先确定的，例如，基于上述遍及耦合器件的速度差的最大允许值来确定。该转速差阈值可以预先设定为等于或略小于该最大允许值。
在一个实施例中，参见框3101，换挡控制单元30向电机控制器发送进入转速控制模式的指令，电机控制器对电机执行转速控制。该转速控制包括：控制电机转速，以使得实际电机转速与所述参考电机转速之间的差为第二预定转速调整量，即，实际电机转速比参考电机转速低或高第二预定转速调整量。
第二预定转速调整量可以与第一预定转速调整量相同，也可以与第一预定转速调整量不同。与第一预定转速调整量类似地，第二预定转速调整量与遍及耦合器件的速度差的最大允许值Ndiffmax相关。在一个实施例中，所述第二预定转速调整量的取值范围是：所述速度差的最大允许值Ndiffmax的1/3至1/2。
在另一个实施例中，参见框3102，换挡控制单元30向电机控制器发送进入扭矩控制模式的指令，电机控制器对电机执行扭矩控制。该扭矩控制包括：控制电机扭矩，以使得实际电机扭矩与基于换挡计算出的参考电机扭矩之间的差为第二预定扭矩调整量，即，实际电机扭矩比参考电机扭矩高或低第二预定扭矩调整量。
可以理解的是，参考电机扭矩在整个换挡过程中可以是变化的，例如，参考电机扭矩可以表达为随时间变化的多段折线和/或曲线。参考电机扭矩可以基于车速计算出，例如，计算电机扭矩要到达多少才与目标挡位(例如，升挡挡位或降挡挡位)对应的车速匹配。本发明对如何计算参考电机扭矩不进行限定。
第二预定扭矩调整量可以与第一预定扭矩调整量相同，也可以与第一预定扭矩调整量不同。与第一预定扭矩调整量类似地，第二预定扭矩调整量与以下参数相关：与电机固定连接的旋转部件的等效转动惯量、该旋转部件的摩擦扭矩、以及遍及耦合器件的速度差的最大允许值Ndiffmax。
值得注意的是，在计算等效转动惯量这一参数时，第二预定扭矩调整量中等效转动惯量J2采用的齿轮耦合过程中的转动惯量，而第一预定扭矩调整量中的等效转动惯量J1采用齿轮解除耦合过程中的转动惯量。
在一个实施例中，第二遍及耦合器件的速度差的最大允许值Ndiffmax通过以下公式(2)计算出：
T2＝J2*β+Tf (2)
其中，T2为第二预定扭矩调整量；
J2为在目标挡位的齿轮与电机驱动轴耦合的过程中、与电机固定连接的旋转部件的等效转动惯量；
β为电机角加速度的设定值；
Tf为所述旋转部件的摩擦扭矩。
与第一预定转矩调整量的计算类似地，在该实施例中，电机角加速度的设定值β与遍及耦合器件的速度差的最大允许值Ndiffmax相关。该速度差的最大允许值越大，则电机角加速度的设定值β可以越大。
“遍及耦合器件的速度差”可以理解为横跨耦合器件的多个部件中的任两个部件之间的速度差。例如，该速度差可以是：电机转速与待耦合齿轮之间的转速差D1；或者电机经齿轮组变速后的转速与待耦合齿轮之间的转速差D2；或者其他扭矩源的转速与待耦合齿轮/齿轮轴之间的转速差D3。相应地，“遍及耦合器件的速度差的最大允许值Ndiffmax”是指这些差中的最大允许值。例如，如果转速差D1的最大允许值>转速差D2的最大允许值>转速差D3的最大允许值，则根据本发明实施例的速度差的最大允许值Ndiffmax为转速差D1的最大允许值。
与第一预定转矩的计算类似地，在该实施例中，摩擦扭矩Tf与该旋转部件的滚动轴承的线速度、润滑油或润滑脂的粘度、以及环境温度相关。例如，摩擦扭矩Tf与该旋转部件的滚动轴承的线速度成正比、与润滑油或润滑脂的粘度成正比、并与环境温度成反比。
在框312中，在对应于目标挡位的齿轮完成与电机驱动轴耦合之后，结束转速控制或扭矩控制。
在一个实施例中，在耦合器件操纵执行器上设置有行程传感器，用于检测被耦合器件操作的齿轮的行程。在行程传感器检测到表示对应于目标挡位的齿轮被耦合器件推到位的行程信号时，表示对应于目标挡位的齿轮完成了与电机驱动轴的耦合。换挡控制单元30响应于该行程信号，结束转速控制或扭矩控制，换挡控制结束。
图4-图7示出了四种情形下的换挡控制过程实例。这四种包括：车辆处于驱动状态下升挡(简称为“驱动升挡”)、车辆处于驱动状态下降挡(简称为“驱动降挡”)、车辆处于能量回收状态下升挡(简称为“能量回收升挡”)、和车辆处于能量回收状态下降挡(简称为“能量回收降挡”)。这些控制过程都可以借助于上述换挡控制单元30来实现。例如，电机在车辆处于驱动状态下作为电动机，在车辆处于能量回收状态用作发电机。
下面参照图4-图7来介绍每种情形下的换挡控制过程实例。
图4示出了驱动升挡控制过程实例。在图4中，“DRIVE_UP”一行表示驱动升挡控制过程的多个环节。“BLACK LASH”一行示出了对应于各环节的齿隙状况，“b”表示齿侧间隙，“FN”表示齿轮结合时的受力。“T_Motor”表示电机扭矩。“N_Motor”表示电机转速。为了清楚地示出对电机转速的超调控制，虚线“N_THEO”表示参考电机转速，实线“N_ACTUAL”表示实际电机转速(或请求电机转速)。“P_Gear”表示挡位。在图4示出的驱动升挡示例中，挡位从1挡升为2挡。
参见图4，在框402中，接收驱动升挡请求。
在框404中，控制电机扭矩变为比零扭矩低第一预定扭矩调整量(-ΔT1)，即，将电机扭矩变为一个负扭矩，而不是如现有方案中那样的零扭矩。
在框406中，控制耦合器件将当前挡位下与电机驱动轴耦合的齿轮解除耦合。
在框408中，调整电机转速，以使得电机转速降至比基于升挡计算出的参考电机转速(N_THEO)低第一预定转矩调整量(N_THEO-ΔN1)。
在框410中，当电机的实际转速(N_ACTUAL)与电机参考转速(N_THEO)之间的差小于或等于转速差阈值(例如，50rpm)时，对电机执行转速控制，即，控制电机转速比参考电机转速高第二预定转速调整量(N_THEO+ΔN2)；或者，对电机执行转矩控制，即，控制电机扭矩比参考电机扭矩高第二预定扭矩调整量(+ΔT2)。
在框412中，当对应于升挡挡位的齿轮完成与电机驱动轴耦合后，结束转速控制或结束转矩控制，完成了驱动升挡控制。
图5示出了-驱动降挡控制过程实例。在图5中，“DRIVE_DOWN”一行表示驱动降挡控制过程的多个环节。“BLACK LASH”一行示出了对应于各环节的齿隙状况，“b”表示齿侧间隙，“FN”表示齿轮结合时的受力。“T_Motor”表示电机扭矩。“N_Motor”表示电机转速。为了清楚地示出对电机转速的超调控制，虚线“V_THEO”表示参考电机转速，实线“N_ACTUAL”表示实际电机转速(或请求电机转速)。“P_Gear”表示挡位。在图5示出的驱动降挡实例中，挡位从2挡降为1挡。
参见图5，在框502中，接收驱动降挡请求。
在框504中，控制电机扭矩变为比零扭矩高第一预定扭矩调整量(+ΔT1)，即，将电机扭矩变为一个正扭矩，而不是如现有方案中那样的零扭矩。
在框506中，控制耦合器件将当前挡位下与电机驱动轴耦合的齿轮解除耦合。
在框508中，调整电机转速，以使得电机转速升至比基于降挡计算出的参考电机转速(N_THEO)低第一预定转矩调整量(N_THEO-ΔN1)。
在框510中，当电机的实际转速(N_ACTUAL)与电机参考转速(N_THEO)之间的差小于或等于转速差阈值(例如，50rpm)时，对电机执行转速控制，即，控制实际电机转速比参考电机转速高第二预定转速调整量(N_THEO+ΔN2)；或者，对电机执行转矩控制，即，控制实际电机扭矩比参考电机扭矩高第二预定扭矩调整量(+ΔT2)。
在框512中，当对应于降挡挡位的齿轮完成与电机驱动轴耦合后，结束转速控制或结束转矩控制，完成了驱动降挡控制。
图6示出了能量回收升挡控制过程实例。在图6中，“RECUPERATION_UP”一行表示能量回收升挡过程的多个环节。“BLACK LASH”一行示出了对应于各环节的齿隙状况，“b”表示齿侧间隙，“FN”表示齿轮结合时的受力。“T_Motor”表示电机扭矩。“N_Motor”表示电机转速。为了清楚地示出对电机转速的超调控制，虚线“N_THEO”表示参考电机转速，实线“N_ACTUAL”表示实际电机转速(或请求电机转速)。“P_Gear”表示挡位。在图6示出的能量回收升挡实例中，挡位从1挡升为2挡。
参见图6，在框602中，接收能量回收升挡请求。
在框604中，控制电机扭矩变为比零扭矩低第一预定扭矩调整量(-ΔT1)，即，将电机扭矩变为一个负扭矩，而不是如现有方案中那样的零扭矩。
在框606中，控制耦合器件将当前挡位下与电机驱动轴耦合的齿轮解除耦合。
在框608中，调整电机转速，以使得电机转速降至比基于降挡计算出的参考电机转速(N_THEO)高第一预定转速调整量(N_THEO+ΔN1)。
在框610中，当电机的实际转速(N_ACTUAL)与电机参考转速(N_THEO)之间的差小于或等于转速差阈值(例如，50rpm)时，对电机执行转速控制，即，控制实际电机转速比参考电机转速低第二预定转速调整量(N_THEO-ΔN2)；或者，对电机执行转矩控制，即，控制实际电机扭矩比参考电机扭矩低第二预定扭矩调整量(-ΔT2)。
在框612中，当对应于升挡挡位的齿轮完成与电机驱动轴耦合后，结束转速控制或结束转矩控制，完成了能量回收升挡控制。
图7示出了能量回收降挡控制过程实例。在图7中，“RECUPERATION_DOWN”一行表示能量回收升挡过程的多个环节。“BLACK LASH”一行示出了对应于各环节的齿隙状况，“b”表示齿侧间隙，“FN”表示齿轮结合时的受力。“T_Motor”表示电机扭矩。“N_Motor”表示电机转速。为了清楚地示出对电机转速的超调控制，虚线“N_THEO”表示参考电机转速，实线“N_ACTUAL”表示实际电机转速(或请求电机转速)。“P_Gear”表示挡位。在图6示出的能量回收降挡实例中，挡位从2挡降为1挡。
参见图7，在框702中，接收能量回收降挡请求。
在框704中，控制电机扭矩变为比零扭矩高第一预定扭矩调整量(+ΔT1)，即，将电机扭矩变为一个正扭矩，而不是如现有方案中那样的零扭矩。
在框706中，控制耦合器件将当前挡位下与电机驱动轴耦合的齿轮解除耦合。
在框708中，调整电机转速，以使得电机转速降至比基于降挡计算出的参考电机转速(N_THEO)高第一预定转速调整量(N_THEO+ΔV1)。
在框710中，当电机的实际转速(V_ACTUAL)与电机参考转速(N_THEO)之间的差小于或等于转速差阈值(例如，50rpm)时，对电机执行转速控制，即，控制实际电机转速比参考电机转速低第二预定转速调整量(N_THEO-ΔN2)；或者，对电机执行转矩控制，即，控制实际电机扭矩比参考电机扭矩低第二预定扭矩调整量(-ΔT2)。
在框712中，当对应于降挡挡位的齿轮完成与电机驱动轴耦合后，结束转速控制或结束转矩控制，完成了能量回收降挡控制。
继续参见图4-图7，在当前挡位的齿轮与电机驱动轴解除耦合的过程以及目标挡位的齿轮与电机驱动轴耦合的过程中，通过控制电机转速和/或电机扭矩，将电机扭矩过零提前，由此将齿隙切换提前，从而获得了一段能够复用的时间，缩短了换挡时长。
可以理解的是，在不同情形下，第一预定转速调整量的值可以不同。例如，在将挡位从1挡升至4挡和将挡位从1挡升至2挡这两种情形下，第一预定转速调整量的值可以不同。在驱动升挡和能量回收升挡这两种情形下，第一预定转速调整量的值可以不同。
类似地，在不同情形下，第二预定转速调整量的值可以不同。类似地，在不同情形下，第一预定扭矩调整量的值可以不同。类似地，在不同情形下，第二预定扭矩调整量的值可以不同。
本发明还提供用于电动汽车的电驱动桥，该电驱动桥包括如上所述的换挡控制单元30。因此，该电驱动桥也具备如上所述的换挡控制单元30的特征和优点。
图8示出了根据本发明的一个实施例的换挡控制方法800。该方法800可以由上述换挡控制单元30实施，也可以由上述车辆动力系统100实施，因此上述关于换挡控制单元30和车辆动力系统100的相关描述同样适用于此。
参见图8，在步骤S810中，接收换挡请求。
在步骤S820中，响应于换挡请求，卸载电机扭矩，以使得电机扭矩变为比零扭矩低或高第一预定扭矩调整量。
在步骤S830中，控制耦合器件将当前挡位下与电机驱动轴耦合的齿轮解除耦合。
在步骤S840中，调整电机转速，以使得实际电机转速与基于换挡计算出的参考电机转速之间的差为第一预定转速调整量。
在步骤S850中，当电机的实际转速与所述参考电机转速之间的差小于或等于转速差阈值时，对电机执行转速控制或扭矩控制，并控制所述耦合器件将对应于目标挡位的齿轮与电机驱动轴耦合。
在步骤S860中，当对应于目标挡位的齿轮完成与电机驱动轴耦合后，结束所述转速控制或扭矩控制。
本发明还提供机器可读存储介质，其存储有可执行指令，当所述指令被执行时使得机器执行如上所述的方法800。
可以理解，以上描述的方法中的所有操作都仅仅是示例性的，本发明并不限制于方法中的任何操作或这些操作的顺序，而是应当涵盖在相同或相似构思下的所有其它等同变换。
可以理解，换挡控制单元可以包括一个或多个处理器。这些处理器可以使用电子硬件、计算机软件或其任意组合来实施。这些处理器是实施为硬件还是软件将取决于具体的应用以及施加在系统上的总体设计约束。作为示例，本发明中给出的处理器、处理器的任意部分、或者处理器的任意组合可以实施为微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、状态机、门逻辑、分立硬件电路、以及配置用于执行在本发明中描述的各种功能的其它适合的处理部件。本发明给出的处理器、处理器的任意部分、或者处理器的任意组合的功能可以实施为由微处理器、微控制器、DSP或其它适合的平台所执行的软件。
软件可以被广泛地视为表示指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用、软件应用、软件包、例程、子例程、对象、运行线程、过程、函数等。软件可以驻留在计算机可读介质中。计算机可读介质可以包括例如存储器，存储器可以例如为磁性存储设备(如，硬盘、软盘、磁条)、光盘、智能卡、闪存设备、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、寄存器或者可移动盘。尽管在本发明给出的多个方面中将存储器示出为是与处理器分离的，但是存储器也可以位于处理器内部(如，缓存或寄存器)。
以上描述被提供用于使得本领域任何技术人员可以实施本文所描述的各个方面。这些方面的各种修改对于本领域技术人员是显而易见的，本文限定的一般性原理可以应用于其它方面。因此，权利要求并非旨在被局限于本文示出的方面。关于本领域技术人员已知或即将获知的、对本发明所描述各个方面的元素的所有结构和功能上的等同变换，都将通过引用而明确地包含到本文中，并且旨在由权利要求所覆盖。

Claims (14)

1.一种用于车辆动力系统(100)的换挡控制单元(30)，所述车辆动力系统(100)包括电机(10)、用于将所述电机的动力以多个挡位输出的多个齿轮(20)以及用于将相应的齿轮与电机驱动轴耦合而实现不同挡位的耦合器件(40)，其中，所述换挡控制单元(30)配置成：
接收换挡请求；
响应于换挡请求，卸载电机扭矩，以使得电机扭矩变为比零扭矩低第一预定扭矩调整量或高所述第一预定扭矩调整量；
控制耦合器件将当前挡位下与电机驱动轴耦合的齿轮解除耦合；
调整电机转速，以使得实际电机转速与基于所述换挡请求计算出的参考电机转速之间的差为第一预定转速调整量；
当电机的实际转速与所述参考电机转速之间的差小于或等于转速差阈值时，对电机执行转速控制或扭矩控制，并控制所述耦合器件将对应于目标挡位的齿轮与电机驱动轴耦合；以及
当对应于目标挡位的齿轮完成与电机驱动轴耦合后，结束所述转速控制或扭矩控制。
2.如权利要求1所述的换挡控制单元(30)，其中，所述转速控制包括：控制电机转速，以使得实际电机转速与所述参考电机转速之间的差为第二预定转速调整量；并且
所述扭矩控制包括：控制电机扭矩，以使得实际电机扭矩与基于换挡计算出的参考电机扭矩之间的差为第二预定扭矩调整量。
3.如权利要求2所述换挡控制单元(30)，其中，所述第一预定转速调整量与所述第二预定转速调整量相同或者不同，并且
其中，所述第一预定转速调整量和所述第二预定转速调整量均与遍及耦合器件的速度差的最大允许值相关，
可选地，所述第一预定转速调整量的范围是：所述最大允许值的1/3至1/2，并且所述第二预定转速调整量的范围是：所述最大允许值的1/3至1/2。
4.如权利要求2所述的换挡控制单元(30)，其中，所述第一预定扭矩调整量和所述第二预定扭矩调整量相同或者不同，并且
其中，所述第一预定扭矩和所述第二预定扭矩均与以下因素有关：
-与电机固定连接的旋转部件的等效转动惯量；
-所述旋转部件的摩擦扭矩；以及
-遍及耦合器件的速度差的最大允许值。
5.如权利要求1所述的换挡控制单元(30)，其中，所述第一预定扭矩调整量基于以下公式确定：
T1＝J1*β+Tf，
其中，T1为第一预定扭矩调整量；
J1为在齿轮解除过程中、与电机固定连接的旋转部件的等效转动惯量；
β为电机角加速度的设置值，其与遍及耦合器件的速度差的最大允许值相关；
Tf为所述旋转部件的摩擦扭矩。
6.如权利要求2所述的换挡控制单元(30)，其中，所述第二预定扭矩调整量基于以下公式确定：
T2＝J2*β+Tf，
其中，T2为第二预定扭矩调整量；
J2为在齿轮耦合过程中、与电机固定连接的旋转部件的等效转动惯量；
β为电机角加速度的设置值，其与遍及耦合器件的速度差的最大允许值相关；
Tf为所述旋转部件的摩擦扭矩。
7.如权利要求2中任一项所述换挡控制单元(30)，其中，所述换挡请求为以下请求之一：
-车辆驱动状态下的升挡请求；
-车辆驱动状态下的降挡请求；
-车辆能量回收状态下的升挡请求；
-车辆能量回收状态下的降挡请求。
8.如权利要求7所述的换挡控制单元(30)，其中，当所述换挡请求为车辆驱动状态下的升挡请求时：
卸载电机扭矩包括：使得电机扭矩变为比零扭矩低第一预定扭矩调整量；
调整电机转速包括：使得实际电机转速比参考电机转速低第一预定转速调整量；
转速控制包括：使得电机实际转速比参考电机转速高第二预定转速调整量；或者扭矩控制包括：使得电机实际扭矩比参考电机扭矩高第二预定扭矩调整量。
9.如权利要求7所述的换挡控制单元(30)，其中，当所述换挡请求为车辆驱动状态下的降挡请求时：
卸载电机扭矩包括：使得电机扭矩变为比零扭矩高第一预定扭矩调整量；
调整电机转速包括：使得实际电机转速比参考电机转速低第一预定转速调整量；
转速控制包括：使得电机实际转速比参考电机转速高第二预定转速调整量；或者扭矩控制包括：使得电机实际扭矩比参考电机扭矩高第二预定扭矩调整量。
10.如权利要求7所述的换挡控制单元(30)，其中，当所述换挡请求为车辆能量回收状态下的升挡请求时：
卸载电机扭矩包括：使得电机扭矩变为比零扭矩低第一预定扭矩调整量；
调整电机转速包括：使得实际电机转速比参考电机转速高第一预定转速调整量；
转速控制包括：使得电机实际转速比参考电机转速低第二预定转速调整量；或者扭矩控制包括：使得电机实际扭矩比参考电机扭矩低第二预定扭矩调整量。
11.如权利要求7所述的换挡控制单元(30)，其中，当所述换挡请求为车辆能量回收状态下的降挡请求时：
卸载电机扭矩包括：使得电机扭矩变为比零扭矩高第一预定扭矩调整量；
调整电机转速包括：使得实际电机转速比参考电机转速高第一预定转速调整量；
转速控制包括：使得电机实际转速比参考电机转速低第二预定转速调整量；或者扭矩控制包括：使得电机实际扭矩比参考电机扭矩低第二预定扭矩调整量。
12.一种车辆动力系统(100)，包括：
电机(10)；
多个齿轮(20)，用于将所述电机的动力以多个挡位输出；
耦合器件(40)，用于将相应的齿轮与电机驱动轴耦合而实现不同挡位；以及
如权利要求1-12中任一项所述的换挡控制单元(30)，用于控制电机转速和/或电机扭矩，以控制换挡过程。
13.一种用于车辆动力系统(100)的换挡控制方法，所述车辆动力系统(100)包括电机(10)、用于将所述电机的动力以多个挡位输出的多个齿轮(20)以及用于将相应的齿轮与电机驱动轴耦合而实现不同挡位的耦合器件(40)，其中，所述换挡控制方法包括：
接收换挡请求；
响应于换挡请求，卸载电机扭矩，以使得电机扭矩变为比零扭矩低第一预定扭矩调整量或高所述第一预定扭矩调整量；
控制耦合器件将当前挡位下与电机驱动轴耦合的齿轮解除耦合；
调整电机转速，以使得实际电机转速与基于所述换挡请求计算出的参考电机转速之间的差为第一预定转速调整量；
当电机的实际转速与所述参考电机转速之间的差小于或等于转速差阈值时，对电机执行转速控制或扭矩控制，并控制所述耦合器件将对应于目标挡位的齿轮与电机驱动轴耦合；以及
当对应于目标挡位的齿轮完成与电机驱动轴耦合后，结束所述转速控制或扭矩控制。
14.一种机器可读存储介质，其存储有可执行指令，所述指令当被执行时使得一个或多个处理器执行如权利要求13所述的换挡控制方法。
CN202211006803.9A 2022-08-22 2022-08-22 车辆动力系统及其换挡控制单元和方法 Pending CN117662748A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211006803.9A CN117662748A (zh) 2022-08-22 2022-08-22 车辆动力系统及其换挡控制单元和方法
PCT/EP2023/070128 WO2024041817A1 (en) 2022-08-22 2023-07-20 A vehicle power system and its gearing control unit and method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211006803.9A CN117662748A (zh) 2022-08-22 2022-08-22 车辆动力系统及其换挡控制单元和方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117662748A true CN117662748A (zh) 2024-03-08

Family

ID=87473940

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211006803.9A Pending CN117662748A (zh) 2022-08-22 2022-08-22 车辆动力系统及其换挡控制单元和方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN117662748A (zh)
WO (1) WO2024041817A1 (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006019239A1 (de) * 2006-04-26 2007-10-31 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Schaltgetriebes
FR2982823A1 (fr) * 2011-11-17 2013-05-24 Segula Matra Technologies Groupe motopropulseur pour vehicule electrique de competition et procede de commande.
EP3514410A1 (en) * 2018-01-17 2019-07-24 Dana Italia S.r.L. Electric driveline and method of shifting gears
EP3816485B1 (en) * 2019-11-01 2022-11-30 Ningbo Geely Automobile Research & Development Co. Ltd. A method for determining a drag torque coefficient

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024041817A1 (en) 2024-02-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8226531B2 (en) Acceleration shock reduction apparatus for vehicle
CN102211577B (zh) 具有发动机启动-停止动力系和双离合器变速器的车辆中的离合器控制的方法和装置
CN102287530B (zh) 控制车辆变速器中加档的方法
CN111810627A (zh) 一种双离合器滑行降挡控制方法
CN110848381A (zh) 一种升挡控制方法、双离合器自动变速器及车辆
CN110159750B (zh) 一种双离合器自动变速器动力降挡转速调整控制方法
CN103821919B (zh) 双离合器自动变速箱的冷却流量控制方法及系统
KR20120087060A (ko) 자동화 수동 변속기의 제어 방법
US8398516B2 (en) Avoiding coasting downshift torque reversal in an automatic transmission
CN111795139A (zh) 混合动力变速箱的换挡控制方法、装置、车辆和电子设备
US6709363B2 (en) Engine restart and vehicle start control apparatus in transmission unit
US8639425B2 (en) Automated synchronization
EP3473894B1 (en) Method for synchronisation of a first transmission component
JP5930541B2 (ja) 電気自動車の変速制御装置
US20180163853A1 (en) Shifting control method for vehicles with dual clutch transmission
US9956948B2 (en) Systems and methods for improving gear shifts
CN117662748A (zh) 车辆动力系统及其换挡控制单元和方法
US11261924B2 (en) Method for operating a clutch of a drivetrain for a motor vehicle and motor vehicle having a drivetrain
JP4576351B2 (ja) 自動変速機の制御装置
JP2017094951A (ja) 自動変速機の変速制御装置
KR101887777B1 (ko) Dct 차량의 변속 제어방법
US10082204B2 (en) Control apparatus and method of automatic transmission
JP2001271921A (ja) 変速機とその自動変速制御方法
Liu et al. Downshifting Control Strategy for Dual Clutch Transmission With Single Clutch Slippage
US10640119B2 (en) Method to control a powertrain in a vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication