CN102889375B - 一种纯电动汽车用两档机械式自动变速器换档控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于纯电动汽车两档机械式自动变速器换档控制的方法，在汽车每次启动后的第一次换档时，不仅以位移传感器信号来判断目标档位是否挂上，同时也加入了换档电机的堵转信号来进行控制，从而判断位移传感器是否发生信号漂移，并标定其输出值，以及时修正控制程序中对相应档位是否在档的数值判断范围。它可以在每次驾驶车辆时，都对位移传感器进行一次诊断，在产生信号漂移现象后，及时进行修正，减小信号漂移对换档过程的影响，以提高整个换档过程的精确性和可靠性。

Description

一种纯电动汽车用两档机械式自动变速器换档控制方法

技术领域

本发明涉及汽车自动变速器控制技术领域，特别是一种电动汽车两档机械式自动变速器换档控制方法。

背景技术

随着能源危机和环境污染的日益严重，纯电动汽车无污染、零排放的优势显得愈加明显。同时，随着技术的发展进步，纯电动汽车的各项性能指标将会接近传统汽车，纯电动车的价格也将进一步降低，它必将成为未来的主要交通工具之一。而自动变速器作为纯电动汽车传动系的核心零部件之一，也已经成为电动汽车领域研究的重点。

目前纯电动车的动力传动方式主要采用的是固定速比减速器和两档或者三档机械式自动变速器。所谓机械式自动变速器（automated mechanical transmission, AMT），就是通过电控单元操纵执行机构自动完成摘档、选挡和挂挡过程的机械式变速器。它具有传动效率高、经济性好、结构简单、成本低等优点，因此AMT具有广阔的发展前景，国内也展开了大量对机械式自动变速器的相关研究。而对纯电动汽车而言，考虑到若使用固定速比减速器的传动方式，会使得对驱动电机的要求提高，并且不能较好的发挥驱动电机的效率，因此，在纯电动汽车上加装自动变速器就成为该领域未来发展的方向。目前，纯电动汽车用自动变速器主要为两档或三档机械式自动变速器，其中三档机械式自动变速器主要用于纯电动客车。

由于纯电动汽车与传统内燃机汽车的结构不同，其换档过程也有所区别，因此如何使得纯电动汽车平顺可靠的完成换档，就是其自动变速器性能研究的重点内容。目前，纯电动汽车两档自动变速器的换档过程主要为：车辆正常行驶时，驱动电机处于力矩模式；换档开始后，为使整个过程平顺进行，摘档前驱动电机将从力矩模式切换为自由模式，对外输出转矩为零；摘档完成后，即进入空挡位置时，驱动电机从自由模式切换至调速模式，通过调速减小同步器主动部分和从动部分转速差；调速完成后，为进行挂挡，驱动电机由调速模式切换回自由模式；挂挡完成后，驱动电机由自由模式切换至力矩模式，并按照驾驶员意图输出驱动转矩。

以上换档过程中，对同步器接合套运动位置的判断是通过位移传感器来完成的，因此，位移传感器的输出信号就成精确可靠的完成换档的关键。但是，由于环境温度等客观因素，以及汽车可能长期不使用等主观因素的影响，不可避免的会导致传感器产生信号漂移的现象，从而影响其输出信号的准确性，这样就会降低换档过程的精确性和可靠性，甚至导致换档操作无法顺利完成。

对于纯电动汽车来说，应该寻求一种简单有效的方法，来减小传感器信号漂移的影响，提高整个换档过程的精确性和可靠性。

发明内容

本发明的目的就是提供一种纯电动汽车用两档机械式自动变速器换档控制方法，它能够及时修正控制程序中相应档位是否在档的判断范围，减小传感器信号漂移对换档过程产生的影响，提高换档的可靠性和精确性。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有变速器控制单元TCU、用于驱动换档执行机构的换档电机和监测换档过程中同步器接合套位置的位移传感器，换档具体方法包括：

1）等待换档信号，接收到换档信号后转为步骤2）；

2）进入摘档控制，TCU控制换档电机运转，摘档完成后进入步骤3）；

3）换档电机停止工作，整车控制器ECU控制驱动电机进行调速，调速完成后转入步骤4）；

4）进入挂档控制，TCU控制换档电机开始运转，TCU通过位移传感器判断是否已经挂档完毕，若位移传感器输出信号达到目标档位挂上所对应的值，则换档电机停止工作，若位移传感器输出信号未达到目标档位挂上所对应的值，则继续挂档，直到位移传感器输出信号达到目标档位挂上所对应的判断值；

其特征在于，汽车启动后，TCU记录当前档位状态下，位移传感器的输出值α1；TCU接收到换档信号后，判断是否为第一次换档，若不是，则步骤4）进入正常挂档行程；若是，则步骤4）中所述挂档行程还包括以下步骤：

4-1）TCU通过位移传感器的输出值判断挂档是否到位，若到位，则延迟                                               后，进入步骤4-2）；若没有到位，则进入步骤4-3）；

4-2）TCU根据换档电机实时电流信号判断换档电机是否堵转，若产生堵转信号，则进入步骤4-4）；若没有产生堵转信号，则TCU将传感器故障码设置为1，换档电机继续运转挂档，直到产生堵转信号，进入步骤4-4）；

4-3）TCU根据换档电机实时电流信号判断换档电机是否堵转，若产生堵转信号，则TCU将传感器故障码设置为1，进入步骤4-4）；若没有产生堵转信号，则继续挂档，进入步骤4-1）；

4-4）换档电机停止工作,TCU记录当前档位下位移传感器的输出值α2，若传感器故障码为1，进入修正步骤4-5）；

4-5）利用α1和α2对位移传感器进行标定，修正控制程序中相应档位是否在档判的断范围，修正完成后，TCU将传感器故障码置0。

进一步，所述步骤2）中摘档行程包括有：

2-1）驱动电机从力矩模式切换为自由模式，力矩模式下驱动电机输出动力，自由模式下驱动电机停止输出动力；

2-2）换档电机开始运转，通过位移传感器的输出信号判断摘档是否完成。

进一步，步骤2）中判断摘档是否完成的判断方法为：位移传感器的输出值用于记录同步器接合套的当前位置状态，通过位移传感器的输出值可以判断目标档位同步器接合套是接合状态或脱离状态，处于脱离状态下时，即到达空挡位置，摘档完成。

进一步，步骤3）中驱动电机调速的方法为：根据汽车当前运行速度与目标档位对应的传动比计算出目标档位对应的结合齿轮的转速，并以此为目标转速对驱动电机进行调速控制。

进一步，正常挂档行程包括有：驱动电机切换为自由模式，力矩模式下驱动电机输出动力，自由模式下驱动电机停止输出动力；换档电机开始运转，进行挂档，通过位移传感器判断挂档是否结束。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

1、本发明提出的策略步骤简单，控制方便，实现容易；

2、通过在换档过程中加入换档电机堵转信号，可判断出位移传感器是否发生信号漂移现象；

3、可实现对位移传感器的标定，及时修正控制程序中对相应档位是否在档的判断范围，有效的减小位移传感器漂移对换档过程的影响，使电控单元能准确判断出当前同步器接合套的位置，从而达到精确换档的目的；

4、可避免传统控制策略中，由于传感器信号漂移使得TCU对换档过程中的位置产生误判，从而导致不能顺利换档的现象，提高换档过程的可靠性。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为本发明诊断换档流程示意图；

图2为正常换档流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

一种纯电动汽车用两档机械式自动变速器换档控制方法，包括有变速器控制单元TCU、用于驱动换档执行机构的换档电机和监测换档过程中同步器接合套位置的位移传感器，换档具体方法包括：

1）等待换档信号，接收到换档信号后转为步骤2）；

2）进入摘档控制，TCU控制换档电机运转，摘档完成后进入步骤3）；

3）换档电机停止工作，整车控制器ECU控制驱动电机进行调速，调速完成后转入步骤4）；

4）进入挂档控制，TCU控制换档电机开始运转，TCU通过位移传感器判断是否已经挂档完毕，若位移传感器输出信号达到目标档位挂上所对应的值，则换档电机停止工作，若位移传感器输出信号未达到目标档位挂上所对应的值，则继续挂档，直到位移传感器输出信号达到目标档位挂上所对应的判断值；

其特征在于，汽车启动后，TCU记录当前档位状态下，位移传感器的输出值α1；TCU接收到换档信号后，判断是否为第一次换档，若不是，则步骤4）进入正常挂档行程；若是，则步骤4）中所述挂档行程还包括以下步骤：

4-1）TCU通过位移传感器的输出值判断挂档是否到位，若到位，则延迟后，进入步骤4-2）；若没有到位，则进入步骤4-3）；

4-2）TCU根据换档电机实时电流信号判断换档电机是否堵转，若产生堵转信号，则进入步骤4-4）；若没有产生堵转信号，则TCU将传感器故障码设置为1，换档电机继续运转挂档，直到产生堵转信号，进入步骤4-4）；

4-3）TCU根据换档电机实时电流信号判断换档电机是否堵转，若产生堵转信号，则TCU将传感器故障码设置为1，进入步骤4-4）；若没有产生堵转信号，则继续挂档，进入步骤4-1）；

4-4）换档电机停止工作,TCU记录当前档位下位移传感器的输出值α2，若传感器故障码为1，进入修正步骤4-5）；

4-5）利用α1和α2对位移传感器进行标定，修正控制程序中相应档位是否在档判的断范围，修正完成后，TCU将传感器故障码置0。

本发明所述的位移传感器作用于同步器接合套，可以判断出同步器接合套当前位置，在汽车领域中，驱动电机的动力输出经过变速器输入轴、同步器接合套、目标档位齿轮副、变速器输出轴、传动轴的路线传递至汽车车轮，带动汽车前进。位移传感器通过输出电压值告知TCU当前同步器接合套的位置，TCU从而判断出汽车摘档和挂档过程是否完成。

例如：同步器接合套位于档位1时，位移传感器输出-5V电压，同步器接合套位于档位2时，位移传感器输出5V电压，同步器接合套在摘档和挂档过程中，位移传感器输出电压在-5V至5V之间。TCU控制换档电机挂档，换档电机保持运转，带动同步器接合套移动，TCU监控位移传感器的输出值，在位移传感器输出值达到-5V或5V值时，TCU根据程序判断挂档过程已经完成，即同步器接合套已经运转到挂档的极限位置，TCU命令换档电机停止工作。

当同步器接合套运转到极限位置后，若换档电机继续转动，同步器接合套已经无法继续运动，此时换档电机就会产生堵转信号，即换档电机的实时电流会在极短的时间内显著升高。

在诊断换档过程中，根据位移传感器的输出信号和电机堵转信号来判断目标档位是否挂上时，可能出现四种情况：

情况一，由位移传感器输出的信号判断出目标档位未挂上，换档电机也没有堵转；

情况二，由位移传感器输出的信号判断出目标档位未挂上，但换档电机发生堵转；

情况三，由位移传感器输出的信号判断出目标档位已经挂上，并且经过时间后，换档电机没有堵转；

情况四，由位移传感器输出的信号判断出目标档位已挂上，并且经过时间后，换档电机发生堵转。

其中，考虑到实际换档过程中，对目标档位是否到位的判断是一个小的值域范围，即在正常情况下，TCU通过位移传感器的输出信号判断出目标档位已挂上，但此时换档电机实际上还可以带动同步器接合套前进一小段距离才会发生者堵转。以升档为例，目标档位2档的判断范围假设为+4.9V至+5V，即位移传感器输出信号为+5V时，表示同步器接合套已经运动到底，无法继续前进，换档电机若继续工作则会发生堵转；而在实际判断过程中，当位移传感器输出信号大于+4.9V后TCU就认为2档已经挂上，此时换档电机实际上还可以带动同步器接合套向前运动相当于位移传感器输出信号增加0.1V的距离，即换档电机不会立刻发生堵转。因此，为避免TCU出现对位移传感器信号是否漂移的误判，在情况三和情况四中，当TCU判断完位移传感器输出信号后，应经过时间后，再进行判断换档电机是否堵转。是根据换档电机带动的同步器接合套的移动速度和目标档位是否到位的值域判断范围所代表的同步器接合套实际前进距离所决定的，它取决于具体的变速器和换档电机的参数。

在四种情况中，若发生情况二，即传感器输出信号小于+4.9V，但换档电机已经堵转，或发生情况三，即传感器输出信号大于+4.9V并经过时间，换档电机还没有堵转，则说明传感器信号产生漂移，需要进行修正；若发生情况一，即传感器输出信号小于+4.9V并且换档电机还未堵转，则说明挂档过程还未结束，继续挂档；若发生情况四，即传感器输出信号大于+4.9V并经过时间，换档电机堵转，则说明传感器信号正常，无需修正。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种纯电动汽车用两档机械式自动变速器换档控制方法，所述自动变速器包括有变速器控制单元TCU、用于驱动换档执行机构的换档电机和监测换档过程中同步器接合套位置的位移传感器，换档具体方法包括：

1)等待换档信号，接收到换档信号后转为步骤2)；

2)进入摘档控制，TCU控制换档电机运转，摘档完成后进入步骤3)；

3)换档电机停止工作，整车控制器ECU控制驱动电机进行调速，调速完成后转入步骤4)；

4)进入挂档控制，TCU控制换档电机开始运转，TCU通过位移传感器判断是否已经挂档完毕，若位移传感器输出信号达到目标档位挂上所对应的值，则换档电机停止工作，若位移传感器输出信号未达到目标档位挂上所对应的值，则继续挂档，直到位移传感器输出信号达到目标档位挂上所对应的判断值；

其特征在于，汽车启动后，TCU记录当前档位状态下，位移传感器的输出值α1；TCU接收到换档信号后，判断是否为第一次换档，若不是，则步骤4)进入正常挂档行程；若是，则步骤4)中所述挂档行程还包括以下步骤：

4-1)TCU通过位移传感器的输出值判断挂档是否到位，若到位，则延迟Δt后，进入步骤4-2)；若没有到位，则进入步骤4-3)；

4-2)TCU根据换档电机实时电流信号判断换档电机是否堵转，若产生堵转信号，则进入步骤4-4)；若没有产生堵转信号，则TCU将传感器故障码设置为1，换档电机继续运转挂档，直到产生堵转信号，进入步骤4-4)；

4-3)TCU根据换档电机实时电流信号判断换档电机是否堵转，若产生堵转信号，则TCU将传感器故障码设置为1，进入步骤4-4)；若没有产生堵转信号，则继续挂档，进入步骤4-1)；

4-4)换档电机停止工作,TCU记录当前档位下位移传感器的输出值α2，若传感器故障码为1，进入修正步骤4-5)；

4-5)利用α1和α2对位移传感器进行标定，修正控制程序中相应档位是否在档的判断范围，修正完成后，TCU将传感器故障码置0。

2.如权利要求1所述的一种纯电动汽车用两档机械式自动变速器换档控制方法，其特征在于，所述步骤2)中摘档行程包括有：

2-1)驱动电机从力矩模式切换为自由模式，力矩模式下驱动电机输出动力，自由模式下驱动电机停止输出动力；

2-2)换档电机开始运转，通过位移传感器判断摘档是否完成。

3.如权利要求2所述的一种纯电动汽车用两档机械式自动变速器换档控制方法，其特征在于，步骤2)中判断摘档是否完成的判断方法为：位移传感器的输出值用于记录同步器接合套的当前位置状态，通过位移传感器的输出值可以判断同步器接合套是接合状态或脱离状态，同步器接合套处于脱离状态下时，即档位到达空位，摘档完成。

4.如权利要求1所述的一种纯电动汽车用两档机械式自动变速器换档控制方法，其特征在于，步骤3)中驱动电机调速的方法为：根据汽车当前运行速度和目标档位传动比计算出目标档位对应结合齿轮的转速，并以此为目标转速对驱动电机进行调速控制。

5.如权利要求1所述的一种纯电动汽车用两档机械式自动变速器换档控制方法，其特征在于，正常挂档行程包括有：驱动电机切换为自由模式，力矩模式下驱动电机输出动力，自由模式下驱动电机停止输出动力；换档电机开始运转，进行挂档，通过位移传感器判断挂档是否结束。