动力电机辅助换挡控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及动力电机换挡控制技术领域，具体而言，特别涉及动力电机辅助换挡控制系统及其控制方法。

背景技术：

在现代交通的技术领域中，传统车型的发动机通过离合器与变速箱进行机械耦合，换挡过程中有预离合器主、从盘转速不一致，变速箱输入轴和输出轴存在转速差，导致离合器和变速箱同步器磨损过快，严重影响了换挡品质和离合器、变速箱的使用寿命。近年来，对于混合动力或者纯电动车型，电机成了除发动机之外的另一个动力源，但由于电机增加了变速器输入端的转动惯量，发动机、离合器、电机与多挡变速箱若协调控制不当，会造成换挡动力中断时间较长、换挡冲击、变速箱和离合器磨损严重等问题，严重影响了换挡品质。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。

有鉴于此，本发明一方面提供了一种动力电机辅助换挡控制系统，能够减小换挡冲击、缩短动力中断时间和改善换挡品质。进一步的，本发明提供了一种动力电机辅助换挡控制系统的控制方法，能够减小换挡冲击、缩短动力中断时间和改善换挡品质。

根据本发明提供的一种动力电机辅助换挡控制系统，包括，

整车控制单元；

油门开度传感器，所述油门开度传感器与所述整车控制单元连接，以将油门开度信息发送给所述整车控制单元；

电机，所述电机与所述整车控制单元连接，以在所述整车控制单元接收到所述油门开度传感器的信息后，根据所述整车控制单元的指令动作，以使所述电机达到电机目标转速；

变速器，所述变速器的输入轴与所述电机的输出轴刚性连接；

选换挡执行装置，所述选换挡执行装置与所述整车控制单元和所述变速器分别连接，以根据整车控制单元的指令指示所述变速器进行选换挡动作；

输出轴转速传感器，所述输出轴转速传感器与所述整车控制单元连接，以将采集到的变速器输出轴转速信息反馈给所述整车控制单元，

其中所述整车控制单元根据以下公式对电机目标转速进行计算：

n_m＝n₀×i_t (1)

公式(1)中，n_m为电机目标转速，n₀为变速器输出轴转速，i_t为变速器目标挡位速比。

根据本发明的一个实施例，所述整车控制单元经过计算得到车速，并根据以下公式对车速进行计算：

u_a＝0.3768×r×n₀/i₀ (2)

公式(2)中，u_a为车速；r为车轮半径，单位为m；n_o为变速器输出轴转速，单位为r/min；i₀为主减速比。

根据本发明的实施例的动力电机辅助换挡控制系统，在变速器换挡过程中，细化换挡各个阶段(摘挡、选挡、挂挡)对电机采用的扭矩和转速控制策略，电机、选挡电机、换挡电机的动作时序与控制方法，各个控制单元(整车控制单元、电机控制单元、变速器控制单元)的指令接受与发送的流程，可显著的减小换挡冲击、缩短动力中断时间、提高换挡舒适性、改善换挡品质、延长变速器的使用寿命。

根据本发明的一个实施例，所述整车控制单元包括电机控制单元和变速器控制单元，所述电机控制单元用于控制所述电机动作，所述变速器控制单元用于控制所述变速器动作。

根据本发明的一个实施例，所述换挡执行装置包括：

换挡位置传感器，所述换挡位置传感器与所述整车控制单元相连接，以将换挡位置信息发送给所述整车控制单元；

选挡位置传感器，所述选挡位置传感器与所述整车控制单元相连接，以将选挡位置信息发送给所述整车控制单元；

选换挡执行器，所述选换挡执行器与所述变速器相连接，用于将所述变速器执行选换挡动作；换挡电机，所述换挡电机与所述选换挡执行器相连接，以驱动所述选换挡执行器进行换挡动作；

选挡电机，所述选挡电机与所述选换挡执行器相连接，以驱动所述选换挡执行器进行选挡动作。

根据本发明的一个实施例，所述换挡电机和所述选档电机分别与所述变速器控制单元连接。

根据本发明提供的一种动力电机辅助换挡控制系统的控制方法，包括以下步骤：

根据油门开度和车速计算出变速器的目标挡位；

判断所述变速器的目标挡位和所述变速器的当前挡位是否相同，当所述变速器的目标挡位和所述变速器的当前挡位相同时，重新判断；当所述变速器的目标挡位和所述变速器的当前挡位不同，通过所述整车控制单元执行换挡控制程序，所述整车控制单元将目标挡位指令发送给所述变速器控制单元，同时根据以下公式对电机目标转速进行计算：

n_m＝n₀×i_t

其中，n_m为电机目标转速，n₀为变速器输出轴转速，i_t为变速器目标挡位速比；

根据所述目标挡位指令得到选挡目标位置和换挡目标位置；

所述整车控制单元发送电机扭矩为零的控制指令，完成摘挡动作；

完成选挡动作，同时，通过判断所述变速器的目标挡位和所述变速器的当前位置的高低决定所述电机进入降速模式还是升速模式；

比较所述电机的实际转速和所述电机的目标转速的偏差，当所述偏差小于给定阈值时，同时，所述变速器选挡当前位置到达所述变速器选挡目标位置时，所述整车控制单元向所述电机控制单元发送零扭矩控制指令；

所述整车控制单元发送挂挡指令，完成挂挡动作；

所述整车控制单元发送扭矩恢复指令给所述电机控制单元。

根据本发明的实施例的动力电机辅助换挡控制系统的控制方法，在变速器换挡过程中，细化换挡各个阶段(摘挡、选挡、挂挡)对电机采用的扭矩和转速控制策略，电机、选挡电机、换挡电机的动作时序与控制方法，各个控制单元(整车控制单元、电机控制单元、变速器控制单元)的指令接受与发送的流程，可显著的减小换挡冲击、缩短动力中断时间、提高换挡舒适性、改善换挡品质、延长变速器的使用寿命。

根据本发明的一个实施例，所述判断所述变速器的目标挡位和所述变速器的当前挡位是否相同的步骤包括：

当所述变速器的目标挡位和所述变速器的当前挡位相同时，重新判断；

当所述变速器的目标挡位和所述变速器的当前挡位不同，通过所述整车控制单元执行换挡控制程序，所述整车控制单元将目标挡位指令发送给所述变速器控制单元。

根据本发明的一个实施例，所述通过判断所述变速器的目标挡位和所述变速器的当前位置的高低决定所述电机进入降速模式还是升速模式的步骤包括：

当所述变速器目标挡位高于所述变速器当前挡位时，所述电机进入所述降速模式，所述电机的目标转速低于所述电机的当前转速，所述整车控制单元发送负扭矩指令给所述电机控制单元，所述电机控制单元控制所述电机的实际转速快速接近所述电机的目标转速；

当所述变速器目标挡位低于所述变速器当前挡位时，所述电机进入所述升速模式，所述电机电机的目标转速高于所电机的当前转速，所述整车控制单元发送正扭矩指令给所述电机控制单元，所述电机控制单元控制所述电机的实际转速快速接近所述电机的目标转速。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的动力电机辅助换挡控制系统的示意图。

图2是根据本发明的一个实施例的动力电机辅助换挡控制系统的控制方法的示意图。

其中：

100-动力电机辅助换挡控制系统

10-整车控制单元

11-电机控制单元

12-变速器控制单元

20-油门开度传感器

30-电机

40-变速器

50-选换挡执行装置

60-输出轴转速传感器

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

图1是根据本发明实施例的动力电机辅助换挡控制系统100的示意图，如图1所示，动力电机辅助换挡控制系统100，包括整车控制单元10、油门开度传感器20、电机30、变速器40、选换挡执行装置50和输出轴转速传感器60。

整车控制单元10，用于对混合动力或者纯电动车型进行控制。

油门开度传感器20与整车控制单元10电连接，以将油门开度信息发送给整车控制单元10，整车控制单元10根据油门开度信息查询存储在整车控制单元10内的双参数换挡MAP图得到变速器40的目标挡位。

电机30的型号不限，只要能够实现机械能与电能的互相转化即可，电机30与整车控制单元10连接，以在整车控制单元10接收到油门开度传感器20的信息后，根据整车控制单元10的指令动作，以使电机30达到电机目标转速。

变速器40的输入轴与电机30的输出轴刚性连接，也就是说，变速器40的输入轴和电机30的输出轴在同一轴线上，且变速箱40的输入轴和电机30的转子刚性连接。

选换挡执行装置50与整车控制单元10电连接，选换挡执行装置50与变速器40相连接，以根据整车控制单元10的指令指示变速器40进行选换挡动作。

输出轴转速传感器60与整车控制单元10连接，以将采集到的变速器输出轴转速信息发送给整车控制单元10，

其中整车控制单元10根据以下公式对电机目标转速进行计算：

n_m＝n₀×i_t (1)

公式(1)中，n_m为电机目标转速，n₀为变速器输出轴转速，i_t为变速器目标挡位速比。

根据本发明的实施例的动力电机辅助换挡控制系统100，在变速器40换挡过程中，细化换挡各个阶段(摘挡、选挡、挂挡)对电机采用的扭矩和转速控制策略，电机30、选挡电机55、换挡电机54的动作时序与控制方法，各个控制单元(整车控制单元10、电机控制单元11、变速器控制单元12)的指令接受与发送的流程，可显著的减小换挡冲击、缩短动力中断时间、提高换挡舒适性、改善换挡品质、延长变速器40的使用寿命。

在其中一个实施例中，整车控制单元10经过计算得到车速，并根据以下公式对车速进行计算：

u_a＝0.3768×r×n₀/i₀ (2)

公式(2)中，u_a为车速；r为车轮半径，单位为m；n_o为变速器输出轴转速，单位为r/min；i₀为主减速比。

如图1所示，根据本发明的实施例的整车控制单元10包括电机控制单元11和变速器控制单元12。

电机控制单元11用于控制电机30进入降速、升速或者自由模式。

变速器控制单元12用于控制变速器40进行选换挡动作。

如图1所示，根据本发明的实施例的换挡执行装置50包括：换挡位置传感器51、选挡位置传感器52、选换挡执行器53、换挡电机54和选挡电机55。

换挡位置传感器51与整车控制单元10相连接，以将换挡位置信息发送给整车控制单元10。

选挡位置传感器52与整车控制单元10相连接，以将选挡位置信息发送给整车控制单元10。

选换挡执行器53与变速器40相连接，用于将变速器40执行选换挡动作。

换挡电机54与选换挡执行器53相连接，以驱动选换挡执行器53进行换挡动作。

选挡电机55与选换挡执行器53相连接，以驱动选换挡执行器53进行选挡动作。进一步，换挡电机54和选档电机55分别与变速器控制单元12相连接。

具体而言，整车控制单元10根据换挡位置信息控制换挡电机54，换挡电机54操纵选换挡执行器53进行摘挡或者挂挡的动作，当变速器40的换挡的当前位置处于空挡位置时，完成摘挡动作；当变速器40的换挡当前位置到达换挡的目标位置时，完成挂挡动作。

图2是根据本发明实施例的动力电机辅助换挡控制系统的控制方法的示意图，如图2所示，动力电机辅助换挡控制系统的控制方法，包括以下步骤：

S200，根据油门开度和车速计算出变速器的目标挡位，其中的计算公式为：

u_a＝0.3768×r×n₀/i₀

其中，r为车轮半径，单位为m；n_o为变速器输出轴转速，单位为r/min；i₀为主减速比。

S210，判断变速器的目标挡位和变速器的当前挡位是否相同，同时根据以下公式对电机目标转速进行计算：

n_m＝n₀×i_t

其中，n_m为电机目标转速，n₀为变速器输出轴转速，i_t为变速器目标挡位速比。

S220，根据目标挡位指令得到选挡目标位置和换挡目标位置。

S230，整车控制单元发送电机扭矩为零的控制指令，完成摘挡动作。

S240，完成选挡动作，同时，通过判断变速器的目标挡位和变速器的当前位置的高低决定电机进入降速模式还是升速模式。

S250，比较电机的实际转速和电机的目标转速的偏差，当偏差小于给定阈值时，同时，变速器选挡当前位置到达变速器选挡目标位置时，整车控制单元向电机控制单元发送零扭矩控制指令。

S260，整车控制单元发送挂挡指令，完成挂挡动作。

S270，整车控制单元发送扭矩恢复指令给电机控制单元。

具体而言，根据本发明的一个实施例，在步骤S200中，油门开度传感器采集油门开度信息，输出轴转速传感器采集输出轴转速信息，整车控制单元根据油门开度信息和由输出轴转速信息，计算得到的车速信息，由油门开度信息和车速信息通过查询存储在整车控制单元内的双参数换挡MAP图，得到变速器的目标挡位，其中的计算公式为：

u_a＝0.3768×r×n₀/i₀

式中，r为车轮半径，单位为m；n_o为变速器输出轴转速，单位为r/min；i₀为主减速比。

在步骤S210中，判断变速器的目标挡位和变速器的当前挡位是否相同，同时根据以下公式对电机目标转速进行计算：

n_m＝n₀×i_t

其中，n_m为电机目标转速，n₀为变速器输出轴转速，i_t为变速器目标挡位速比。

具体而言，当变速器的目标挡位和变速器的当前挡位相同时，重新判断；当变速器的目标挡位和变速器的当前挡位不同时，整车控制单元执行换挡控制程序，整车控制单元将目标挡位指令发送给变速器控制单元。

在步骤S220中，变速器控制单元根据目标挡位指令，查询变速器选换挡位置MAP图，得到选挡目标位置和换挡目标位置，同时，整车控制单元根据选挡位置传感器采集的选挡位置信息，得到选挡当前位置；整车控制单元根据换挡位置传感器采集的换挡位置信息，得到换挡当前位置。

在步骤S230中，整车控制单元将电机扭矩为零的控制指令发送给电机控制单元，电机控制单元控制电机处于自由状态后，整车控制单元发送摘挡指令给变速器控制单元，变速器控制单元控制换挡电机，换挡电机操纵选换挡执行器进行摘挡动作，当变速器换挡的当前位置处于空挡位置时，完成摘挡动作。

在步骤S240中，整车控制单元控制选挡电机，选挡电机操纵选换挡执行器进行选挡动作。

在步骤S250中，变速器的选挡当前位置到达变速器的选挡目标位置时。

在步骤S260中，当整车控制单元发送挂挡指令给变速器控制单元，变速器控制单元控制换挡电机，换挡电机操纵选换挡执行器进行挂挡动作，当变速器换挡的当前位置到达换挡的目标位置时，完成挂挡动作。

在步骤S270中，整车控制单元发送扭矩恢复指令给电机控制单元。

根据本发明的另一个实施例，在步骤S200中，油门开度传感器采集油门开度信息，输出轴转速传感器采集输出轴转速信息，整车控制单元根据油门开度信息和输出轴转速信息，计算得到的车速信息，由油门开度信息和车速信息通过查询存储在整车控制单元内的双参数换挡MAP图，得到变速器的目标挡位，其中的计算公式为：

u_a＝0.3768×r×n₀/i₀

式中，r为车轮半径，单位为m；n_o为变速器输出轴转速，单位为r/min；i₀为主减速比。

在步骤S210中，判断变速器的目标挡位和变速器的当前挡位是否相同，同时根据以下公式对电机目标转速进行计算：

n_m＝n₀×i_t

其中，n_m为电机目标转速，n₀为变速器输出轴转速，i_t为变速器目标挡位速比。

具体而言，当变速器的目标挡位和变速器的当前挡位相同时，重新判断；当变速器的目标挡位和变速器的当前挡位不同时，整车控制单元执行换挡控制程序，整车控制单元将目标挡位指令发送给变速器控制单元。

在步骤S220中，变速器控制单元根据目标挡位指令，查询变速器选换挡位置MAP图，得到选挡目标位置和换挡目标位置，同时，整车控制单元根据选挡位置传感器采集的选挡位置信息，得到选挡当前位置；整车控制单元根据换挡位置传感器采集的换挡位置信息，得到换挡当前位置。

在步骤S230中，整车控制单元将电机扭矩为零的控制指令发送给电机控制单元，电机控制单元控制电机处于自由状态后，整车控制单元发送摘挡指令给变速器控制单元，变速器控制单元控制换挡电机，换挡电机操纵选换挡执行器进行摘挡动作，当变速器换挡的当前位置处于空挡位置时，完成摘挡动作。

在步骤S240中，整车控制单元通过判断变速器的目标挡位和变速器的当前挡位的高低，来决定点击进入降速模式还是升速模式。

具体而言，当变速器的目标挡位高于变速器的当前挡位时，电机进入降速模式，电机的目标转速低于电机的当前转速，整车控制单元发送负扭矩指令给电机控制单元，电机控制单元控制电机的实际转速快速接近电机的目标转速。

进一步的，当变速器的目标挡位低于变速器的当前挡位时，电机进入升速模式，电机的目标转速高于电机的当前转速，整车控制单元发送正扭矩指令给电机控制单元，电机控制单元控制电机的实际转速快速接近电机的目标转速。

在步骤S250中，整车控制单元比较电机的实际转速和电机的目标转速的偏差，当偏差小于给定阈值时，整车控制单元发送零扭矩控制指令给电机控制单元，用以控制电机的扭矩。

在步骤S260中，当整车控制单元发送挂挡指令给变速器控制单元，变速器控制单元控制换挡电机，换挡电机操纵选换挡执行器进行挂挡动作，当变速器换挡的当前位置到达换挡的目标位置时，完成挂挡动作。

在步骤S270中，整车控制单元发送扭矩恢复指令给电机控制单元。

根据本发明的实施例的动力电机辅助换挡控制系统的控制方法，在变速器换挡过程中，细化换挡各个阶段(摘挡、选挡、挂挡)对电机采用的扭矩和转速控制策略，电机、选挡电机、换挡电机的动作时序与控制方法，各个控制单元(整车控制单元、电机控制单元、变速器控制单元)的指令接受与发送的流程，可显著的减小换挡冲击、缩短动力中断时间、提高换挡舒适性、改善换挡品质、延长变速器的使用寿命。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。