一種並聯混合動力汽車換擋控制方法
2023-05-25 17:26:06
專利名稱：一種並聯混合動力汽車換擋控制方法
技術領域：
本發明涉及汽車控制領域，尤其涉及一種並聯混合動力汽車換擋控制方法。
背景技術：
如今汽車越來越普及，走進更多人的家庭，而汽車的操控性越來越多地受到人們的重視。機械式自動變速器可以減少汽車換擋時間，減少換擋衝擊，簡化駕駛員操作步驟，延長離合器的使用壽命。而傳統的機械式手動變速器要求駕駛員在換擋前，操作離合器，先將離合器分開，然後進行摘擋，變速器輸入軸與輸出軸通過同步環進行同步，然後駕駛員再結合離合器。整個過程人為操作，造成換擋時間長，易造成駕駛員疲勞，且易造成汽車換擋衝擊，並且對離合器的損耗較大。因此，機械式自動變速器在並聯混合動力系統動力總成上的應用越來越廣泛。在自動變速器車輛中，換擋過程的離合器控制是非常重要的，但是控制過程很複雜，很容易導致離合器壽命縮短，車輛在換擋過程中動力中斷時間較長，衝擊較大。
發明內容
本發明提出一種並聯混合動力汽車換擋控制方法，以解決現有技術存在的問題。本發明提供一種並聯混合動力汽車換擋控制方法，該方法包括第一轉矩控制步驟達到換擋點後，將發動機和電機進行轉矩的卸載，變速器輸入軸轉矩逐漸降低至同步齒輪與輸出軸齒輪零轉矩嚙合，變速器進行摘擋動作；速度調整步驟電機提供瞬時的轉矩，調整變速器輸入軸轉速至目標轉速範圍；第二轉矩控制步驟變速器控制器向整車控制器發出轉矩模式請求，發動機、電機恢復為正常轉矩輸出模式。第一轉矩控制期具體包括達到換擋點後，變速器控制器向整車控制器發出轉矩控制模式請求，工作的發動機和電機按要求迅速調整輸入軸轉矩，發動機和電機轉矩均按照標定的斜率進行轉矩卸載，發動機輸出轉矩卸載為0，電機轉矩也卸載為0，此時輸入軸轉矩逐漸降低至同步齒輪與輸出軸齒輪零轉矩嚙合，並將狀態反饋給變速器控制器；變速器控制器接受到狀態反饋後控制變速器完成摘擋動作。速度調整期具體包括變速器處於空擋後，變速器控制器發出調速模式請求，電機根據變速器控制器發出的目標轉速進行電機調速的同時，變速器控制器完成選位操縱；輸入軸轉速和目標轉速的轉速差滿足掛擋條件後，變速器進行掛擋動作。所述目標轉速是由變速器控制器根據輸出軸轉速和目標擋位速比計算得到。第二轉矩控制期具體包括完成換擋操作後，變速器控制器向整車控制器發出轉矩模式請求，發動機、電機恢復為正常轉矩輸出模式，輸出的轉矩逐漸恢復至需求轉矩，直到接到換擋結束指令，換擋過程結束。所述達到換擋點是指當輸入軸轉速和目標轉速的轉速差滿足20r/min時，認為變速器輸入軸轉速達到目標轉速範圍，允許進行掛擋動作。本發明實施例通過發動機、電機、自動變速器的協同控制，簡化換擋步驟，減少換擋時間，減小換擋對傳動系統的衝擊，保持車速的平穩，延長離合器使用壽命。
本發明的發明構思將在下面通過結合附圖詳細說明和介紹，其中附圖包括
是本發明實施例並聯混合動力汽車換擋控制方法的流程是本發明實施例並聯混合動力汽車機械式自動變速器無離合器換擋過程示
是本發明實施例並聯混合動力汽車系統各部件結構連接是本發明實施例並聯混合動力汽車機械式自動變速器無離合器升擋過程示圖1圖2
意圖；圖3圖4
意圖；圖5是本發明實施例並聯混合動力汽車機械式自動變速器無離合器動力降擋過程不意圖；圖6是本發明實施例並聯混合動力汽車機械式自動變速器無離合器停車降擋過程不意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，本部分描述的優選實施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。實施例一本發明的特徵在於，在換擋聲明之後，首先將發動機和電機進行轉矩的卸載，發動機卸載到發動機的摩擦轉矩，即發動機輸出轉矩為0，電機輸出轉矩也卸載到0，此時變速器輸入軸轉矩逐漸降低至同步齒輪與輸出軸齒輪零轉矩嚙合，變速器進行摘擋動作，然後電機提供瞬時的力矩，調整變速器輸入軸轉速至目標轉速範圍，變速器進行掛檔動作，從而完成無離合器快速換擋，它包含了整車控制器、電機控制器以及自動變速器控制器的協調工作。請參閱圖1，圖1是本發明實施例並聯混合動力汽車換擋控制方法的流程圖。在變速器接到換擋指令後，實施換擋分三個階段第一轉矩控制期SllO :達到換擋點後，將發動機和電機進行轉矩的卸載，變速器輸入軸轉矩逐漸降低至同步齒輪與輸出軸齒輪零轉矩嚙合，變速器進行摘擋動作。在該步驟中，根據換擋規律，達到換擋點後，變速器控制器向整車控制器發出轉矩控制模式請求，工作的發動機和電機按要求迅速調整輸入軸轉矩，發動機和電機轉矩均按照標定的斜率進行轉矩卸載，將發動機輸出轉矩卸載為0，電機轉矩也卸載為0，此時轉矩逐漸降低至同步齒輪與輸出軸齒輪零轉矩嚙合，並將狀態反饋給變速器控制器；變速器控制器接受到狀態反饋後控制變速器完成摘擋動作；速度調整期S120 :電機提供瞬時的轉矩，調整變速器輸入軸轉速至目標轉速範圍。在該步驟中，變速器處於空擋後，變速器控制器發出調速模式請求，電機根據變速器控制器發出的目標轉速進行調速，目標轉速是由變速器控制器根據輸出軸轉速和目標擋位速比計算得到的；電機調速的同時，變速器控制器完成選位操縱；輸入軸轉速和目標轉速的轉速差滿足20r/min範圍內時，視為滿足掛擋條件，變速器進行掛擋動作；第二轉矩控制期S130 :變速器控制器向整車控制器發出轉矩模式請求，發動機、電機恢復為正常轉矩輸出模式。在該步驟中，完成換擋操作後，變速器控制器向整車控制器發出轉矩模式請求，發動機、電機恢復為正常轉矩輸出模式，輸出的轉矩逐漸恢復至駕駛員需求轉矩，直到接到換擋結束指令，換擋過程結束。具體步驟再請參閱圖2，圖2是本發明實施例並聯混合動力汽車機械式自動變速器無離合器換擋過程示意圖。如圖所示，變速器接到換擋指令後，實施換擋分三個階段第一轉矩控制期，速度調整期，第二轉矩控制期。在第一個轉矩控制期，根據換擋規律，達到換擋點後，變速器控制器向整車控制器發出轉矩控制模式請求，工作的發動機和電機按要求迅速調整輸入軸轉矩，發動機和電機轉矩均按照標定的斜率進行轉矩卸載，轉矩逐漸降低至同步齒輪與輸出軸齒輪零轉矩嚙合，並將狀態反饋給變速器控制器；變速器控制器接受到狀態反饋後控制變速器完成摘擋動作。在之後的速度調整期，變速器處於空擋後，變速器控制器發出調速模式請求，電機根據變速器控制器發出的目標轉速進行調速，目標轉速是由變速器控制器根據輸出軸轉速和目標擋位速比計算得到的；電機調速的同時，變速器控制器完成選位操縱；輸入軸轉速與目標轉速的轉速差滿足掛擋條件後，變速器進行掛擋動作。在第二個轉矩控制期，完成換擋操作後，變速器控制器向整車控制器發出轉矩模式請求，發動機、電機恢復為正常轉矩輸出模式，輸出的轉矩逐漸恢復至駕駛員需求轉矩，直到接到換擋結束指令，換擋過程結束。同時請參閱圖3，圖3是本發明實施例並聯混合動力汽車系統各部件結構連接圖。如圖所示，該混合動力系統為並聯結構，電機安放在電控離合器和機械式自動變速器之間，即離合器輸出軸、電機轉軸和變速器輸入軸在一個軸線上。電機轉矩可與發動機轉矩混合以驅動車輛。如果一個系統發生故障，車輛也可只使用電機或發動機驅動。在整車控制器進行換擋協調控制時，汽車CAN總線上與換擋相關的控制信號如下1.當前擋位指示車輛當前的擋位，在換擋過程中，變速器摘擋後當前擋位值並不發生變化，直到掛上新的擋位後該數值才變為新的擋位值；2.需求擋位指示車輛需求的擋位；3. Shift in Process :表示換擋聲明，由變速器發出，當前擋位不等於需求擋位時，Shift in Process值變為1，表示進入了換擋狀態；變速器掛上新擋位且發動機、電機轉矩恢復到可以正常驅動車輛後，Shift in Process值變為0，換擋過程結束；4.傳動系已工作指示傳動系的工作狀態，由變速器發出；變速器摘擋後，該值變為O ;變速器掛上擋時，該值為I 傳動系已工作」控制信號顯示了換擋過程中兩個重要的時間節點，對並聯混合動力機械式自動變速器無離合器控制方法意義重大。再請參閱圖4，圖4是本發明實施例並聯混合動力汽車機械式自動變速器無離合器升擋過程示意圖，詳細的變速器升擋控制過程如下第一步判斷整車控制器發出的需求擋位大於當前擋位時，Shift in Process值立刻由O變為1，車輛進入升擋過程。
第二步卸載升擋前可能有三種情況純發動機驅動、純電機驅動、發動機電機混合驅動(電機助力)，無論哪種情況，離合器是否結合，進入升擋過程後都需要首先對動力進行卸載。Shift in Process值變成I後，發動機或電機立刻開始卸載，發動機和電機設定轉矩都按一定斜率下降。發動機卸載到發動機的摩擦轉矩，即發動機輸出轉矩為0，電機輸出轉矩也卸載到O。第三步摘擋當電機轉矩或發動機轉矩已卸載到一個很小的值時，變速器摘擋，「傳動系已工作」值變為O。這個摘擋的時機判斷與摘擋的過程是由變速器控制器完成的，不需要整車控制器參與。但是整車控制器需要提前卸載發動機電機轉矩，否則變速器不會進行摘擋操作。如果摘擋後發動機轉矩還不等於零，整車控制器需要將其立刻降為零。第四步同步電機轉矩按設定的規律提供一個瞬時的制動力矩，以降低變速器輸入軸轉速。第五步掛擋當輸入軸當前轉速降至目標轉速20r/min範圍之內，變速器掛擋，「傳動系已工作」值變為I。掛擋的時機判斷與掛擋的過程同樣是由變速器控制器完成的，不需要整車控制器參與。第六步動力恢復發動機或電機轉矩上升。發動機、電機轉矩恢復到可以正常驅動車輛後，Shift inProcess值變為0，升擋過程結束。降擋與升擋過程類似，詳細的降擋控制策略如下第一步判斷整車控制器發出的需求擋位小於當前擋位時，Shift in Process值立刻由O變為1，車輛進入降擋過程。第二步卸載Shift in Process值變成I後,發動機或電機立刻開始卸載,發動機和電機設定轉矩都按一定斜率下降。發動機卸載到發動機的摩擦轉矩，即發動機輸出轉矩為0，電機輸出轉矩也卸載到O。第三步摘擋當電機轉矩或發動機轉矩已卸載到一個很小的值時，變速器摘擋，「傳動系已工作」值變為O。如果摘擋後發動機轉矩還不等於零，則立刻降為零。第四步同步電機轉矩按設定的規律提供一個瞬時的力矩，以升高變速器輸入軸轉速。第五步掛擋當輸入軸當前轉速降至目標轉速20r/min範圍之內，變速器掛擋，「傳動系已工作」值變為I。第六步停車或動力恢復若是停車降擋，則無動力恢復的過程，掛上2擋後，Shift in Process值變為0，降擋過程結束。
若是動力降擋，則發動機或電機轉矩上升。發動機、電機轉矩恢復到可以正常驅動車輛後，Shift in Process值變為O,降擋過程結束。車輛降擋行為的出現可能有兩種情況一種情況是在停車的過程當中，車輛從滑行或者制動狀態的高擋位退出，直接降至2擋進行停車，可以稱之為停車降擋；另一種情況是在行駛過程當中遇到坡道等原因需要降擋，可以稱之為動力降擋；這兩種情況略有不同停車降擋一般離合器是分離狀態，整個過程發動機都處在怠速；動力降擋時離合器一定是結合狀態，發動機需要參加到換擋過程中；除此之外兩種降擋的控制方法基本是相同的。圖5和圖6說明了這兩種降擋過程。請參閱圖5，圖5是本發明實施例並聯混合動力汽車機械式自動變速器無離合器動力降擋過程示意圖，動力降擋過程控制方法如下·1.依據換擋選擇策略，確定降擋，發出降擋聲明。2.將發動機和電機轉矩進行卸載。發動機卸載到發動機的摩擦轉矩，即發動機輸出轉矩為0，電機輸出轉矩也卸載到O。3.當電機和發動機轉矩卸載後，變速器摘擋。4.電機轉矩變為正進行驅動，提高變速器輸入軸轉速。5.當變速器輸入軸轉速與依據新擋位計算出的目標轉速之間的差值小於20r/min時，變速器掛擋。6.結束換擋，進入常規工作模式。電機降擋時的驅動轉矩採用PID控制。通過實車實測數據分析及數學簡化處理，電機驅動轉矩表達式見下式。T—mot—set = P* Δη其中比例項P可以通過參數擬合。再請參閱圖6，圖6是本發明實施例並聯混合動力汽車機械式自動變速器無離合器停車降擋過程示意圖，其控制方法如下1.當車速低於具體限值時(如設定為5.3km/h)，變速器發出降擋聲明，要求進入停車降擋模式。2.發動機和電機進行卸載。發動機卸載到發動機的摩擦轉矩，即發動機輸出轉矩為0，電機輸出轉矩也卸載到O。3.當電機和發動機轉矩卸載後，變速器摘擋。4.電機按照一個固定的轉矩變化率增大轉矩輸出以提高變速器輸入軸轉速，直到電機轉矩達到一個固定值，如120N · m。5.當變速器輸入軸轉速與依據新擋位計算出的目標轉速之差在20r/min之間時，卸載電機轉矩。6.當電機卸載後，變速器掛擋。7.結束停車換擋操作。本發明針對手動變速器操作步驟多，換擋時間長，對離合器損耗大等缺點，提出了自動變速器無離合器控制方法，通過發動機、電機、自動變速器的協同控制，簡化換擋步驟，減少換擋時間，減小換擋對傳動系統的衝擊，保持車速的平穩。
權利要求
1.一種並聯混合動力汽車換擋控制方法，其特徵在於，該方法包括 第一轉矩控制步驟達到換擋點後，將發動機和電機進行轉矩的卸載，變速器輸入軸轉矩逐漸降低至同步齒輪與輸出軸齒輪零轉矩嚙合，變速器進行摘擋動作； 速度調整步驟電機提供瞬時的轉矩，調整變速器輸入軸轉速至目標轉速範圍； 第二轉矩控制步驟變速器控制器向整車控制器發出轉矩模式請求，發動機、電機恢復為正常轉矩輸出模式。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一轉矩控制期具體包括 達到換擋點後，變速器控制器向整車控制器發出轉矩控制模式請求，工作的發動機和電機按要求迅速調整輸入軸轉矩，發動機和電機轉矩均按照標定的斜率進行轉矩卸載，將發動機輸出轉矩卸載為O，電機轉矩也卸載為O，此時轉矩逐漸降低至同步齒輪與輸出軸齒輪零轉矩嚙合，並將狀態反饋給變速器控制器；變速器控制器接受到狀態反饋後控制變速器完成摘擋動作。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，速度調整期具體包括 變速器處於空擋後，變速器控制器發出調速模式請求，電機根據變速器控制器發出的目標轉速進行電機調速的同時，變速器控制器完成選位操縱；輸入軸轉速和目標轉速的轉速差滿足掛擋條件後，變速器進行掛擋動作。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於 所述目標轉速是由變速器控制器根據輸出軸轉速和目標擋位速比計算得到。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第二轉矩控制期具體包括 完成換擋操作後，變速器控制器向整車控制器發出轉矩模式請求，發動機、電機恢復為正常轉矩輸出模式，輸出的轉矩逐漸恢復至需求轉矩，直到接到換擋結束指令，換擋過程結束。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於 所述達到換擋點是指當輸入軸轉速與目標轉速的轉速差滿足小於或等於20r/min時，認為變速器輸入軸轉速達到目標轉速範圍，允許進行掛擋動作。
全文摘要
本發明提供一種並聯混合動力汽車換擋控制方法，該方法包括第一轉矩控制步驟達到換擋點後，將發動機和電機進行轉矩的卸載，變速器輸入軸轉矩逐漸降低至同步齒輪與輸出軸齒輪零轉矩嚙合，變速器進行摘擋動作；速度調整步驟電機提供瞬時的轉矩，調整變速器輸入軸轉速至目標轉速範圍；第二轉矩控制步驟變速器控制器向整車控制器發出轉矩模式請求，發動機、電機恢復為正常轉矩輸出模式。本發明通過發動機、電機、自動變速器的協同控制，簡化換擋步驟，減少換擋時間，減小換擋對傳動系統的衝擊，保持車速的平穩，延長離合器使用壽命。
文檔編號B60W10/10GK103010214SQ20121053912
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者黃開勝, 曾祥瑞, 孟凡博 申請人:清華大學