CN112096852A - 一种超多挡位自动变速器换挡规律设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超多挡位自动变速器换挡规律设计方法，涉及变速器控制技术领域。方法包括获取人‑车‑路***信息、由车速和油门开度根据动力性速比调节方法确定目标挡位、根据当前***信息确定当前坡度最高挡位，取当前坡度最高挡位和目标挡位中的较低挡位作为最终挡位四个步骤。以整车动力性最佳为设计目标，对超多挡位自动变速器的换挡规律进行设计，在保证车辆爬坡性能的前提下，在发动机最大功率点附近进行换挡，以保证车辆具有足够的加速性能，其中换挡类型包括顺序换挡、跳挡和挡位保持，三种换挡类型的自主切换可以减少换挡次数、降低换挡损失，保证变速器挡位能够实时跟随车速变化。

Description

一种超多挡位自动变速器换挡规律设计方法
技术领域
本发明属于变速器控制技术领域，更确切地说，本发明涉及一种超多挡位自动变速器换挡规律设计方法。
背景技术
军用车辆经常行驶在恶劣环境下，面对陡坡和连续坑洼路面，车辆传动***必须提供足够的牵引力，此时就需要车辆变速器根据路况实时切换挡位，变速器挡位越多，车辆适应路况的能力越强，发动机的工作点也能得到改善。无级变速器可以实时根据路况改变传动比，但无级变速器承载能力较弱，工作可靠性较低，无法用于载重量大、工作环境恶劣的军用车，因此部分研究人员提出一种多挡位的自动变速器，如专利号为CN 106195157B的发明专利公开了一种用于车辆的多挡位自动变速器，该变速器通过四个行星排实现了10个前进挡和1个倒挡，并且目前自动变速器向着更多挡位的趋势发展。
对于上述的多挡位自动变速器，其换挡过程相对复杂，有时候车辆需要在短时间内连续换挡，导致离合器长时间处于不完全接合的状态，由于离合器处于滑摩状态，变速器传动动力受阻，会造成车辆出现严重的动力不足、车速降低等问题，因此多挡位自动变速器的换挡规律较为复杂。当前对于多挡位自动变速器换挡规律的研究相对较少，大多数研究人员着力于乘用车或商用车换挡规律的研究，如专利号为CN 110550034A的发明专利公开了一种纯电动汽车两档AMT综合换挡方法，该方法以换挡点车速及换挡延迟量为优化变量，以整车能耗和换挡点加速度差值为目标函数，通过NSGA-II遗传算法求解得到综合性能的换挡规律，在整车经济性不变的前提下，动力性能有很大提升，但该方法得到的换挡规律仅根据油门开度和车速进行换挡，没有考虑道路实际情况，缺少对该换挡规律的修正，因此该换挡规律的实车适用性较差。
本发明提出的一种超多挡位自动变速器换挡规律设计方法，以一种超多挡位自动变速器为研究对象，在进行换挡规律设计时，考虑了代表人-车-路***信息的车速、油门开度、道路坡度和制动信号，并提出一种综合顺序换挡、跳挡、挡位保持等换挡类型的换挡规则，可显著提高该换挡规律的实车应用性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服超多挡位自动变速器换挡规律复杂、普通变速器换挡规律无法适用于超多挡位自动变速器等问题，在动力性速比调节方法的基础上，设计一种超多挡位自动变速器换挡规律，可根据路况实时改变变速器挡位，达到整车动力性最佳的目的。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的一种超多挡位自动变速器换挡规律设计方法，其特征在于，包括以下内容：
第一步，该超多挡位自动变速器从外界获取人-车-路***信息，具体包括车速、油门开度、道路坡度和制动信号，将上述四个参数作为超多挡位自动变速器换挡规律中的换挡参数；
第二步，由车速和油门开度根据动力性速比调节方法确定目标挡位，具体包括以下步骤：
①求出各个油门开度下最大发动机功率对应的发动机转速；
②根据如式(1)所示的发动机转速与车速的关系求出未加限制的变速器速比；
Figure BDA0002705155920000021
式中，油门开度与发动机转速的关系可以表示为ne＝f(β)，ne为发动机转速，β为油门开度，rw为车轮半径，i0为主减速器速比，ua为车速，iout为未加限制的变速器速比；
③根据超多挡位自动变速器速比变化范围对未加限制的变速器速比进行最大最小速比限制，如式(2)所示
Figure BDA0002705155920000022
式中，imax为超多挡位自动变速器最大速比，imin为超多挡位自动变速器最小速比，ilimit为限制后的变速器速比；
④确定车速变化范围，绘制车速-油门开度-限制后的变速器速比之间的二维表，根据当前的车速和油门开度通过查表即可确定变速器目标速比，再将该变速器目标速比与超多挡位自动变速器各挡位对应速比进行比较，选取与超多挡位自动变速器各速比最为接近的速比对应的挡位作为目标挡位；
第三步，根据当前***信息确定当前坡度最高挡位，具体包括以下步骤：
①由车速和当前挡位根据式(1)计算得到当前发动机转速，根据当前发动机转速和当前油门开度由发动机Map查表得到当前发动机转矩；
②如果当前人-车-路***信息中不存在制动信号，则根据输入的人-车-路***信息计算当前的坡度阻力、加速阻力、滚动阻力和空气阻力，进而计算得到整车驱动力，具体计算如式(3)所示，再根据整车驱动力和当前发动机转矩计算得到爬上当前坡度的最高挡位，具体计算如式(4)所示；
Figure BDA0002705155920000031
式中，icurrent为当前道路坡度，Ft为整车驱动力，Ff为滚动阻力，Fi为坡度阻力，Fw为空气阻力，Fj为加速阻力，G为整车重力，m为整车质量，f1为滚动阻力系数，CD为空气阻力系数，A为迎风面积，u为车速，δ为旋转质量换算系数，a为车辆加速度；
Figure BDA0002705155920000032
式中，ii为当前坡度最高挡位，T为当前发动机转矩；
③如果当前人-车-路***信息中存在制动信号，则根据输入的人-车-路***信息计算当前的坡度阻力、加速阻力、滚动阻力和空气阻力，进而计算得到发动机制动力，具体计算如式(5)所示，再根据发动机制动力和当前发动机制动转矩计算得到当前坡度的最高挡位，具体计算如式(6)所示，当前发动机制动转矩与当前发动机转速的关系如式(7)所示；
Figure BDA0002705155920000033
式中，Fb为发动机制动力，f2为考虑地面制动力的滚动阻力系数，且f2＞f1；
Figure BDA0002705155920000034
式中，Tb为当前发动机制动转矩；
Tb＝ne·k (7)
式中，k为发动机制动比例系数；
第四步，从当前坡度最高挡位和目标挡位中取较低挡位作为最终挡位，并将该最终挡位作为下次换挡时的当前挡位。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明所述的一种超多挡位自动变速器换挡规律设计方法将人-车-路***中各成分的代表信息作为换挡参数，通过道路坡度和制动信号对车速-油门开度的双参数换挡规律进行修正，更符合车辆的实际运行情况；
2.本发明所述的一种超多挡位自动变速器换挡规律设计方法综合顺序换挡、跳挡、挡位保持等换挡类型于一体，可减少换挡次数、降低换挡损失，保证变速器挡位能够实时跟随车速变化；
3.本发明所述的一种超多挡位自动变速器换挡规律设计方法在发动机最大功率点附近进行换挡，保证了整车动力性，在保证车辆爬坡能力的前提下，提升了车辆加速性能。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为本发明所述的一种超多挡位自动变速器换挡规律设计方法中的超多挡位自动变速器结构简图；
图2为本发明所述的一种超多挡位自动变速器换挡规律设计方法中的整体方法流程图；
图3为本发明所述的一种超多挡位自动变速器换挡规律设计方法中的车速-油门开度-限制后的变速器速比之间的二维表；
图4为本发明所述的一种超多挡位自动变速器换挡规律设计方法中的变速器目标速比变化图；
图5为本发明所述的一种超多挡位自动变速器换挡规律设计方法中的目标挡位、当前坡度最高挡位和最终挡位之间的关系图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
参阅图1，为解决现有技术问题，本发明提供一种超多挡位自动变速器换挡规律设计方法，其中所述的超多挡位自动变速器包括行星排X1、行星排X2、行星排X3、行星排X4、行星排X5和行星排X6，行星排X1、行星排X2、行星排X3、行星排X4和行星排X5均为前进挡行星排，行星排X6为倒挡行星排，行星排X1包括太阳轮S1、行星轮P1、齿圈R1、行星架CA1、制动器C1和离合器C2，行星排X2包括太阳轮S2、行星轮P2、齿圈R2、行星架CA2、制动器C3和离合器C4，行星排X3包括太阳轮S3、行星轮P3、齿圈R3、行星架CA3、制动器C5和离合器C6，行星排X4包括太阳轮S4、行星轮P4、齿圈R4、行星架CA4、制动器C7和离合器C8，行星排X5包括太阳轮S5、行星轮P5、齿圈R5、行星架CA5、制动器C9和离合器C10，行星排X6包括太阳轮S6、行星轮P6、齿圈R6、行星架CA6、制动器C11和离合器C12，各行星排均为双内啮合行星排，各行星排中的行星轮均以内啮合的方式与对应的太阳轮和齿圈进行啮合；变速器动力输入端与行星排X1的齿圈R1相连，行星排X1的太阳轮S1与行星排X2的太阳轮S2相连，行星排X2的齿圈R2与行星排X3的太阳轮S3相连，行星排X3的齿圈R3与行星排X4的太阳轮S4相连，行星排X4的齿圈R4与行星排X5的太阳轮S5相连，行星排X5的齿圈R5与行星排X6的行星架CA6相连，行星排X6的太阳轮S6与变速器动力输出端相连；通过制动器和离合器的相互配合，每个行星排可以形成两个速比，所以该超多挡位自动变速器具有32个前进挡和32个倒挡。
参阅图2，一种超多挡位自动变速器换挡规律设计方法具体流程如下：
第一步，该超多挡位自动变速器从外界获取人-车-路***信息，具体包括车速、油门开度、道路坡度和制动信号，将上述四个参数作为超多挡位自动变速器换挡规律中的换挡参数；
第二步，由车速和油门开度根据动力性速比调节方法确定目标挡位，具体包括以下步骤：
①求出各个油门开度下最大发动机功率对应的发动机转速；
②根据如式(1)所示的发动机转速与车速的关系求出未加限制的变速器速比；
Figure BDA0002705155920000051
式中，油门开度与发动机转速的关系可以表示为ne＝f(β)，ne为发动机转速，β为油门开度，rw为车轮半径，i0为主减速器速比，ua为车速，iout为未加限制的变速器速比；
③根据超多挡位自动变速器速比变化范围对未加限制的变速器速比进行最大最小速比限制，如式(2)所示
Figure BDA0002705155920000052
式中，imax为超多挡位自动变速器最大速比，imin为超多挡位自动变速器最小速比，ilimit为限制后的变速器速比；
④参阅图3，确定车速变化范围，绘制车速-油门开度-限制后的变速器速比之间的二维表；
参阅图4，根据每一时刻的车速和油门开度通过查上述二维表可以确定每一时刻的变速器目标速比，再将该变速器目标速比与超多挡位自动变速器各挡位对应速比进行比较，选取与超多挡位自动变速器各速比最为接近的速比对应的挡位作为目标挡位；
第三步，根据当前***信息确定当前坡度最高挡位，具体包括以下步骤：
①由车速和当前挡位根据式(1)计算得到当前发动机转速，根据当前发动机转速和当前油门开度由发动机Map查表得到当前发动机转矩；
②如果当前人-车-路***信息中不存在制动信号，则根据输入的人-车-路***信息计算当前的坡度阻力、加速阻力、滚动阻力和空气阻力，进而计算得到整车驱动力，具体计算如式(3)所示，再根据整车驱动力和当前发动机转矩计算得到爬上当前坡度的最高挡位，具体计算如式(4)所示；
Figure BDA0002705155920000061
式中，icurrent为当前道路坡度，Ft为整车驱动力，Ff为滚动阻力，Fi为坡度阻力，Fw为空气阻力，Fj为加速阻力，G为整车重力，m为整车质量，f1为滚动阻力系数，CD为空气阻力系数，A为迎风面积，u为车速，δ为旋转质量换算系数，a为车辆加速度；
Figure BDA0002705155920000062
式中，ii为当前坡度最高挡位，T为当前发动机转矩；
③如果当前人-车-路***信息中存在制动信号，则根据输入的人-车-路***信息计算当前的坡度阻力、加速阻力、滚动阻力和空气阻力，进而计算得到发动机制动力，具体计算如式(5)所示，再根据发动机制动力和当前发动机制动转矩计算得到当前坡度的最高挡位，具体计算如式(6)所示，当前发动机制动转矩与当前发动机转速的关系如式(7)所示；
Figure BDA0002705155920000063
式中，Fb为发动机制动力，f2为考虑地面制动力的滚动阻力系数，且f2＞f1；
Figure BDA0002705155920000064
式中，Tb为当前发动机制动转矩；
Tb＝ne·k (7)
式中，k为发动机制动比例系数；
参阅图5，第四步，从当前坡度最高挡位和目标挡位中取较低挡位作为最终挡位，并将该最终挡位作为下次换挡时的当前挡位；在图5中的1～9s，车辆的最终挡位一直为目标挡位，但在第10s车辆最终挡位受爬坡能力限制，不能再跟随目标挡位，此时车辆最终挡位变为当前坡度的最高挡位，即本发明提出的超多挡位自动变速器换挡规律实现了对目标挡位的修正，保证了车辆的爬坡能力；从车辆测试过程中最终挡位的变化情况来看，车辆初始挡位为12挡，测试过程中挡位变化顺序为12-14-15-15-15-15-17-18-18-18-18，该换挡过程包括顺序换挡、跳挡和挡位保持三种类型，其中跳挡主要为连跳2挡，该换挡规律统一了顺序换挡、跳挡、挡位保持等换挡类型，减少了换挡次数、降低了换挡损失，保证了变速器挡位能够实时跟随车速变化，可以作为该超多挡位自动变速器的换挡规律。
在上述说明的基础上可对该超多挡位自动变速器换挡规律中的换挡参数做出多种其他组合、变型，这里不再对所有实施例组合给予穷举，而由此引申出的明显变化或改动仍属于本发明创造的保护范围之内，本发明的范围由权力要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种超多挡位自动变速器换挡规律设计方法，其特征在于，包括以下内容：
第一步，该超多挡位自动变速器从外界获取人-车-路***信息，具体包括车速、油门开度、道路坡度和制动信号，将上述四个参数作为超多挡位自动变速器换挡规律中的换挡参数；
第二步，由车速和油门开度根据动力性速比调节方法确定目标挡位，具体包括以下步骤：
①求出各个油门开度下最大发动机功率对应的发动机转速；
②根据如式(1)所示的发动机转速与车速的关系求出未加限制的变速器速比；
Figure FDA0002705155910000011
式中，油门开度与发动机转速的关系可以表示为ne＝f(β)，ne为发动机转速，β为油门开度，rw为车轮半径，i0为主减速器速比，ua为车速，iout为未加限制的变速器速比；
③根据超多挡位自动变速器速比变化范围对未加限制的变速器速比进行最大最小速比限制，如式(2)所示
Figure FDA0002705155910000012
式中，imax为超多挡位自动变速器最大速比，imin为超多挡位自动变速器最小速比，ilimit为限制后的变速器速比；
④确定车速变化范围，绘制车速-油门开度-限制后的变速器速比之间的二维表，根据当前的车速和油门开度通过查表即可确定变速器目标速比，再将该变速器目标速比与超多挡位自动变速器各挡位对应速比进行比较，选取与超多挡位自动变速器各速比最为接近的速比对应的挡位作为目标挡位；
第三步，根据当前***信息确定当前坡度最高挡位，具体包括以下步骤：
①由车速和当前挡位根据式(1)计算得到当前发动机转速，根据当前发动机转速和当前油门开度由发动机Map查表得到当前发动机转矩；
②如果当前人-车-路***信息中不存在制动信号，则根据输入的人-车-路***信息计算当前的坡度阻力、加速阻力、滚动阻力和空气阻力，进而计算得到整车驱动力，具体计算如式(3)所示，再根据整车驱动力和当前发动机转矩计算得到爬上当前坡度的最高挡位，具体计算如式(4)所示；
Figure FDA0002705155910000021
式中，icurrent为当前道路坡度，Ft为整车驱动力，Ff为滚动阻力，Fi为坡度阻力，Fw为空气阻力，Fj为加速阻力，G为整车重力，m为整车质量，f1为滚动阻力系数，CD为空气阻力系数，A为迎风面积，u为车速，δ为旋转质量换算系数，a为车辆加速度；
Figure FDA0002705155910000022
式中，ii为当前坡度最高挡位，T为当前发动机转矩；
③如果当前人-车-路***信息中存在制动信号，则根据输入的人-车-路***信息计算当前的坡度阻力、加速阻力、滚动阻力和空气阻力，进而计算得到发动机制动力，具体计算如式(5)所示，再根据发动机制动力和当前发动机制动转矩计算得到当前坡度的最高挡位，具体计算如式(6)所示，当前发动机制动转矩与当前发动机转速的关系如式(7)所示；
Figure FDA0002705155910000023
式中，Fb为发动机制动力，f2为考虑地面制动力的滚动阻力系数，且f2＞f1；
Figure FDA0002705155910000024
式中，Tb为当前发动机制动转矩；
Tb＝ne·k (7)
式中，k为发动机制动比例系数；
第四步，从当前坡度最高挡位和目标挡位中取较低挡位作为最终挡位，并将该最终挡位作为下次换挡时的当前挡位。
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