CN103010214B - 一种并联混合动力汽车换挡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种并联混合动力汽车换挡控制方法，该方法包括：第一转矩控制步骤：达到换挡点后，将发动机和电机进行转矩的卸载，变速器输入轴转矩逐渐降低至同步齿轮与输出轴齿轮零转矩啮合，变速器进行摘挡动作；速度调整步骤：电机提供瞬时的转矩，调整变速器输入轴转速至目标转速范围；第二转矩控制步骤：变速器控制器向整车控制器发出转矩模式请求，发动机、电机恢复为正常转矩输出模式。本发明通过发动机、电机、自动变速器的协同控制，简化换挡步骤，减少换挡时间，减小换挡对传动***的冲击，保持车速的平稳，延长离合器使用寿命。

Description

一种并联混合动力汽车换挡控制方法

技术领域

本发明涉及汽车控制领域，尤其涉及一种并联混合动力汽车换挡控制方法。

背景技术

如今汽车越来越普及，走进更多人的家庭，而汽车的操控性越来越多地受到人们的重视。机械式自动变速器可以减少汽车换挡时间，减少换挡冲击，简化驾驶员操作步骤，延长离合器的使用寿命。而传统的机械式手动变速器要求驾驶员在换挡前，操作离合器，先将离合器分开，然后进行摘挡，变速器输入轴与输出轴通过同步环进行同步，然后驾驶员再结合离合器。整个过程人为操作，造成换挡时间长，易造成驾驶员疲劳，且易造成汽车换挡冲击，并且对离合器的损耗较大。因此，机械式自动变速器在并联混合动力***动力总成上的应用越来越广泛。

在自动变速器车辆中，换挡过程的离合器控制是非常重要的，但是控制过程很复杂，很容易导致离合器寿命缩短，车辆在换挡过程中动力中断时间较长，冲击较大。

发明内容

本发明提出一种并联混合动力汽车换挡控制方法，以解决现有技术存在的问题。

本发明提供一种并联混合动力汽车换挡控制方法，该方法包括：

第一转矩控制步骤：达到换挡点后，将发动机和电机进行转矩的卸载，变速器输入轴转矩逐渐降低至同步齿轮与输出轴齿轮零转矩啮合，变速器进行摘挡动作；速度调整步骤：电机提供瞬时的转矩，调整变速器输入轴转速至目标转速范围；第二转矩控制步骤：变速器控制器向整车控制器发出转矩模式请求，发动机、电机恢复为正常转矩输出模式。

第一转矩控制期具体包括：达到换挡点后，变速器控制器向整车控制器发出转矩控制模式请求，工作的发动机和电机按要求迅速调整输入轴转矩，发动机和电机转矩均按照标定的斜率进行转矩卸载，发动机输出转矩卸载为0，电机转矩也卸载为0，此时输入轴转矩逐渐降低至同步齿轮与输出轴齿轮零转矩啮合，并将状态反馈给变速器控制器；变速器控制器接受到状态反馈后控制变速器完成摘挡动作。

速度调整期具体包括：变速器处于空挡后，变速器控制器发出调速模式请求，电机根据变速器控制器发出的目标转速进行电机调速的同时，变速器控制器完成选位操纵；输入轴转速和目标转速的转速差满足挂挡条件后，变速器进行挂挡动作。所述目标转速是由变速器控制器根据输出轴转速和目标挡位速比计算得到。

第二转矩控制期具体包括：完成换挡操作后，变速器控制器向整车控制器发出转矩模式请求，发动机、电机恢复为正常转矩输出模式，输出的转矩逐渐恢复至需求转矩，直到接到换挡结束指令，换挡过程结束。

所述达到换挡点是指当输入轴转速和目标转速的转速差满足20r/min时，认为变速器输入轴转速达到目标转速范围，允许进行挂挡动作。

本发明实施例通过发动机、电机、自动变速器的协同控制，简化换挡步骤，减少换挡时间，减小换挡对传动***的冲击，保持车速的平稳，延长离合器使用寿命。

附图说明

本发明的发明构思将在下面通过结合附图详细说明和介绍，其中附图包括：

图1是本发明实施例并联混合动力汽车换挡控制方法的流程图；

图2是本发明实施例并联混合动力汽车机械式自动变速器无离合器换挡过程示意图；

图3是本发明实施例并联混合动力汽车***各部件结构连接图；

图4是本发明实施例并联混合动力汽车机械式自动变速器无离合器升挡过程示意图；

图5是本发明实施例并联混合动力汽车机械式自动变速器无离合器动力降挡过程示意图；

图6是本发明实施例并联混合动力汽车机械式自动变速器无离合器停车降挡过程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，本部分描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

本发明的特征在于，在换挡声明之后，首先将发动机和电机进行转矩的卸载，发动机卸载到发动机的摩擦转矩，即发动机输出转矩为0，电机输出转矩也卸载到0，此时变速器输入轴转矩逐渐降低至同步齿轮与输出轴齿轮零转矩啮合，变速器进行摘挡动作，然后电机提供瞬时的力矩，调整变速器输入轴转速至目标转速范围，变速器进行挂档动作，从而完成无离合器快速换挡，它包含了整车控制器、电机控制器以及自动变速器控制器的协调工作。

请参阅图1，图1是本发明实施例并联混合动力汽车换挡控制方法的流程图。

在变速器接到换挡指令后，实施换挡分三个阶段：

第一转矩控制期S110：达到换挡点后，将发动机和电机进行转矩的卸载，变速器输入轴转矩逐渐降低至同步齿轮与输出轴齿轮零转矩啮合，变速器进行摘挡动作。

在该步骤中，根据换挡规律，达到换挡点后，变速器控制器向整车控制器发出转矩控制模式请求，工作的发动机和电机按要求迅速调整输入轴转矩，发动机和电机转矩均按照标定的斜率进行转矩卸载，将发动机输出转矩卸载为0，电机转矩也卸载为0，此时转矩逐渐降低至同步齿轮与输出轴齿轮零转矩啮合，并将状态反馈给变速器控制器；变速器控制器接受到状态反馈后控制变速器完成摘挡动作；

速度调整期S120：电机提供瞬时的转矩，调整变速器输入轴转速至目标转速范围。

在该步骤中，变速器处于空挡后，变速器控制器发出调速模式请求，电机根据变速器控制器发出的目标转速进行调速，目标转速是由变速器控制器根据输出轴转速和目标挡位速比计算得到的；电机调速的同时，变速器控制器完成选位操纵；输入轴转速和目标转速的转速差满足20r/min范围内时，视为满足挂挡条件，变速器进行挂挡动作；

第二转矩控制期S130：变速器控制器向整车控制器发出转矩模式请求，发动机、电机恢复为正常转矩输出模式。

在该步骤中，完成换挡操作后，变速器控制器向整车控制器发出转矩模式请求，发动机、电机恢复为正常转矩输出模式，输出的转矩逐渐恢复至驾驶员需求转矩，直到接到换挡结束指令，换挡过程结束。

具体步骤再请参阅图2，图2是本发明实施例并联混合动力汽车机械式自动变速器无离合器换挡过程示意图。如图所示，变速器接到换挡指令后，实施换挡分三个阶段：第一转矩控制期，速度调整期，第二转矩控制期。在第一个转矩控制期，根据换挡规律，达到换挡点后，变速器控制器向整车控制器发出转矩控制模式请求，工作的发动机和电机按要求迅速调整输入轴转矩，发动机和电机转矩均按照标定的斜率进行转矩卸载，转矩逐渐降低至同步齿轮与输出轴齿轮零转矩啮合，并将状态反馈给变速器控制器；变速器控制器接受到状态反馈后控制变速器完成摘挡动作。在之后的速度调整期，变速器处于空挡后，变速器控制器发出调速模式请求，电机根据变速器控制器发出的目标转速进行调速，目标转速是由变速器控制器根据输出轴转速和目标挡位速比计算得到的；电机调速的同时，变速器控制器完成选位操纵；输入轴转速与目标转速的转速差满足挂挡条件后，变速器进行挂挡动作。在第二个转矩控制期，完成换挡操作后，变速器控制器向整车控制器发出转矩模式请求，发动机、电机恢复为正常转矩输出模式，输出的转矩逐渐恢复至驾驶员需求转矩，直到接到换挡结束指令，换挡过程结束。

同时请参阅图3，图3是本发明实施例并联混合动力汽车***各部件结构连接图。如图所示，该混合动力***为并联结构，电机安放在电控离合器和机械式自动变速器之间，即离合器输出轴、电机转轴和变速器输入轴在一个轴线上。电机转矩可与发动机转矩混合以驱动车辆。如果一个***发生故障，车辆也可只使用电机或发动机驱动。

在整车控制器进行换挡协调控制时，汽车CAN总线上与换挡相关的控制信号如下：

1.当前挡位：指示车辆当前的挡位，在换挡过程中，变速器摘挡后当前挡位值并不发生变化，直到挂上新的挡位后该数值才变为新的挡位值；

2.需求挡位：指示车辆需求的挡位；

3.Shift in Process：表示换挡声明，由变速器发出，当前挡位不等于需求挡位时，Shift in Process值变为1，表示进入了换挡状态；变速器挂上新挡位且发动机、电机转矩恢复到可以正常驱动车辆后，Shift in Process值变为0，换挡过程结束；

4.传动系已工作：指示传动系的工作状态，由变速器发出；变速器摘挡后，该值变为0；变速器挂上挡时，该值为1；“传动系已工作”控制信号显示了换挡过程中两个重要的时间节点，对并联混合动力机械式自动变速器无离合器控制方法意义重大。

再请参阅图4，图4是本发明实施例并联混合动力汽车机械式自动变速器无离合器升挡过程示意图，详细的变速器升挡控制过程如下：

第一步：判断

整车控制器发出的需求挡位大于当前挡位时，Shift in Process值立刻由0变为1，车辆进入升挡过程。

第二步：卸载

升挡前可能有三种情况：纯发动机驱动、纯电机驱动、发动机电机混合驱动(电机助力)，无论哪种情况，离合器是否结合，进入升挡过程后都需要首先对动力进行卸载。Shift in Process值变成1后，发动机或电机立刻开始卸载，发动机和电机设定转矩都按一定斜率下降。发动机卸载到发动机的摩擦转矩，即发动机输出转矩为0，电机输出转矩也卸载到0。

第三步：摘挡

当电机转矩或发动机转矩已卸载到一个很小的值时，变速器摘挡，“传动系已工作”值变为0。这个摘挡的时机判断与摘挡的过程是由变速器控制器完成的，不需要整车控制器参与。但是整车控制器需要提前卸载发动机电机转矩，否则变速器不会进行摘挡操作。如果摘挡后发动机转矩还不等于零，整车控制器需要将其立刻降为零。

第四步：同步

电机转矩按设定的规律提供一个瞬时的制动力矩，以降低变速器输入轴转速。

第五步：挂挡

当输入轴当前转速降至目标转速20r/min范围之内，变速器挂挡，“传动系已工作”值变为1。挂挡的时机判断与挂挡的过程同样是由变速器控制器完成的，不需要整车控制器参与。

第六步：动力恢复

发动机或电机转矩上升。发动机、电机转矩恢复到可以正常驱动车辆后，Shift in Process值变为0，升挡过程结束。

降挡与升挡过程类似，详细的降挡控制策略如下：

第一步：判断

整车控制器发出的需求挡位小于当前挡位时，Shift in Process值立刻由0变为1，车辆进入降挡过程。

第二步：卸载

Shift in Process值变成1后，发动机或电机立刻开始卸载，发动机和电机设定转矩都按一定斜率下降。发动机卸载到发动机的摩擦转矩，即发动机输出转矩为0，电机输出转矩也卸载到0。

第三步：摘挡

当电机转矩或发动机转矩已卸载到一个很小的值时，变速器摘挡，“传动系已工作”值变为0。如果摘挡后发动机转矩还不等于零，则立刻降为零。

第四步：同步

电机转矩按设定的规律提供一个瞬时的力矩，以升高变速器输入轴转速。

第五步：挂挡

当输入轴当前转速降至目标转速20r/min范围之内，变速器挂挡，“传动系已工作”值变为1。

第六步：停车或动力恢复

若是停车降挡，则无动力恢复的过程，挂上2挡后，Shift in Process值变为0，降挡过程结束。

若是动力降挡，则发动机或电机转矩上升。发动机、电机转矩恢复到可以正常驱动车辆后，Shift in Process值变为0，降挡过程结束。

车辆降挡行为的出现可能有两种情况：一种情况是在停车的过程当中，车辆从滑行或者制动状态的高挡位退出，直接降至2挡进行停车，可以称之为停车降挡；另一种情况是在行驶过程当中遇到坡道等原因需要降挡，可以称之为动力降挡；这两种情况略有不同：停车降挡一般离合器是分离状态，整个过程发动机都处在怠速；动力降挡时离合器一定是结合状态，发动机需要参加到换挡过程中；除此之外两种降挡的控制方法基本是相同的。图5和图6说明了这两种降挡过程。

请参阅图5，图5是本发明实施例并联混合动力汽车机械式自动变速器无离合器动力降挡过程示意图，动力降挡过程控制方法如下：

1.依据换挡选择策略，确定降挡，发出降挡声明。

2.将发动机和电机转矩进行卸载。发动机卸载到发动机的摩擦转矩，即发动机输出转矩为0，电机输出转矩也卸载到0。

3.当电机和发动机转矩卸载后，变速器摘挡。

4.电机转矩变为正进行驱动，提高变速器输入轴转速。

5.当变速器输入轴转速与依据新挡位计算出的目标转速之间的差值小于20r/min时，变速器挂挡。

6.结束换挡，进入常规工作模式。

电机降挡时的驱动转矩采用PID控制。通过实车实测数据分析及数学简化处理，电机驱动转矩表达式见下式。

T_mot_set＝P*Δn

其中比例项P可以通过参数拟合。

再请参阅图6，图6是本发明实施例并联混合动力汽车机械式自动变速器无离合器停车降挡过程示意图，其控制方法如下：

1.当车速低于具体限值时(如设定为5.3km/h)，变速器发出降挡声明，要求进入停车降挡模式。

2.发动机和电机进行卸载。发动机卸载到发动机的摩擦转矩，即发动机输出转矩为0，电机输出转矩也卸载到0。

3.当电机和发动机转矩卸载后，变速器摘挡。

4.电机按照一个固定的转矩变化率增大转矩输出以提高变速器输入轴转速，直到电机转矩达到一个固定值，如120N·m。

5.当变速器输入轴转速与依据新挡位计算出的目标转速之差在20r/min之间时，卸载电机转矩。

6.当电机卸载后，变速器挂挡。

7.结束停车换挡操作。

本发明针对手动变速器操作步骤多，换挡时间长，对离合器损耗大等缺点，提出了自动变速器无离合器控制方法，通过发动机、电机、自动变速器的协同控制，简化换挡步骤，减少换挡时间，减小换挡对传动***的冲击，保持车速的平稳。

Claims (5)

1.一种并联混合动力汽车换挡控制方法，其特征在于，该方法包括：

第一转矩控制步骤：达到换挡点后，将发动机和电机进行转矩的卸载，变速器输入轴转矩逐渐降低至同步齿轮与输出轴齿轮零转矩啮合，变速器进行摘挡动作；

速度调整步骤：电机提供瞬时的转矩，调整变速器输入轴转速至目标转速范围；

第二转矩控制步骤：变速器控制器向整车控制器发出转矩模式请求，发动机、电机恢复为正常转矩输出模式；

其中，第一转矩控制期具体包括：

达到换挡点后，变速器控制器向整车控制器发出转矩控制模式请求，工作的发动机和电机按要求迅速调整输入轴转矩，发动机和电机转矩均按照标定的斜率进行转矩卸载，将发动机输出转矩卸载为0，电机转矩也卸载为0，此时转矩逐渐降低至同步齿轮与输出轴齿轮零转矩啮合，并将状态反馈给变速器控制器；变速器控制器接受到状态反馈后控制变速器完成摘挡动作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，速度调整期具体包括：

变速器处于空挡后，变速器控制器发出调速模式请求，电机根据变速器控制器发出的目标转速进行电机调速的同时，变速器控制器完成选位操纵；输入轴转速和目标转速的转速差满足挂挡条件后，变速器进行挂挡动作。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述目标转速是由变速器控制器根据输出轴转速和目标挡位速比计算得到。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第二转矩控制期具体包括：

完成换挡操作后，变速器控制器向整车控制器发出转矩模式请求，发动机、电机恢复为正常转矩输出模式，输出的转矩逐渐恢复至需求转矩，直到接到换挡结束指令，换挡过程结束。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述达到换挡点是指当输入轴转速与目标转速的转速差满足小于或等于20r/min时，认为变速器输入轴转速达到目标转速范围，允许进行挂挡动作。