一种车辆及其动力输出控制方法与流程

本发明属于车辆技术领域，尤其涉及一种车辆及其动力输出控制方法。

背景技术

为了保证齿轮啮合的顺畅，齿轮啮合必须有齿隙，而齿隙的存在导致齿轮在啮合的瞬间，主动齿轮和从动齿轮存在碰撞，尤其是燃油车，其发动机先天存在转矩脉动，导致齿轮啮合存在碰撞，导致噪音异响等问题，在新能源车/电机驱动的传动系统中，由于电机的初始扭矩大，且扭矩响应速度比燃油发动机快很多，所以齿轮、花键的啮合的碰撞噪音和异响相应也严重。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明的第一个目的在于提供一种车辆的动力输出控制方法，通过控制车辆的动力系统输出的扭矩，来控制主动齿轮和从动齿轮之间的齿隙变化的速度，从而减缓主动齿轮和从动齿轮之间的碰撞异响。

本发明的第二个目的在于提出一种牵引控制单元。

本发明的第三个目的在于提出一种车辆的动力系统。

本发明的第四个目的在于提出一种车辆。

为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种车辆的动力输出控制方法，所述车辆包括动力系统、传动系统和车轮系统，所述动力系统通过所述传动系统与所述车轮系统传动连接，所述传动系统包括至少一级传动齿轮组，其中每一级所述传动齿轮组包括主动齿轮和从动齿轮；所述车辆处于驱动状态时，所述主动齿轮与所述从动齿轮的啮合面分别为第一驱动啮合面和第二驱动啮合面；所述动力输出控制方法包括：

当车辆从静止状态进入驱动状态时，获取所述动力系统所需输出的目标驱动扭矩T1；若所述第一驱动啮合面和所述第二驱动啮合面处于分离状态，则依次执行以下步骤：

控制所述动力系统以第一加载速率增加输出的驱动扭矩；

控制所述动力系统以第二加载速率增加输出的驱动扭矩；其中，所述第一加载速率小于所述第二加载速率；

控制所述动力系统输出所述目标驱动扭矩T1。

在车辆从静止状态进入驱动状态的过程中，通过控制所述动力系统先以较小的第一加载速率增加输出的驱动扭矩，从而相对缓慢地减小所述第一驱动啮合面与所述第二驱动啮合面之间的距离，从而避免所述第一驱动啮合面与所述第二驱动啮合面发生较严重的碰撞，提高了传动系统的使用寿命；然后，控制所述动力系统以较大的第二加载速率增加输出的驱动扭矩，以快速增加驱动扭矩以接近目标驱动扭矩T1，以满足所述车辆的驱动状态需求。

另外，根据本发明的车辆的动力输出控制方法，还可以具有以下附加技术特征。

在本发明的一些示例中，在车辆从静止状态进入驱动状态的过程中，所述第一加载速率的大小随时间线性增加，所述第二加载速率的大小随时间线性增加。

在本发明的一些示例中，在车辆从静止状态进入驱动状态的过程中，控制所述动力系统输出的驱动扭矩为T2，且，其中t1为所述动力系统开始增加输出驱动扭矩后经过的时间，a为所述第一加载速率和所述第二加载速率的的大小随时间线性增加的速率。

在本发明的一些示例中，在所述动力系统以第一加载速率增加输出的驱动扭矩的过程中，所述第一驱动啮合面和所述第二驱动啮合面从分离状态变为接触状态。

在本发明的一些示例中，根据所述第一驱动啮合面和所述第二驱动啮合面之间的距离，确定所述第一加载速率，使得在所述动力系统以第一加载速率增加输出的驱动扭矩的过程中，所述第一驱动啮合面和所述第二驱动啮合面从分离状态变为接触状态。

在本发明的一些示例中，控制所述动力系统以所述第二加载速率增加输出的驱动扭矩后，再以第三加载速率增加输出的驱动扭矩，直至所述动力系统输出所述目标驱动扭矩T1；其中，所述第二加载速率大于所述第三加载速率。

在本发明的一些示例中，在车辆从静止状态进入驱动状态的过程中，所述第三加载速率的大小随时间减小。

在本发明的一些示例中，在所述动力系统以所述第二加载速率增加输出的驱动扭矩的过程中，当所述动力系统的输出的驱动扭矩大于b·T1时，开始以所述第三加载速率增加输出的驱动扭矩；其中，b的值小于1，T1为所述目标驱动扭矩。

在本发明的一些示例中，当车辆从静止状态进入驱动状态时，获取所述动力系统所需输出的目标驱动扭矩T1，若所述第一驱动啮合面和所述第二驱动啮合面处于接触状态，则依次执行以下步骤：控制所述动力系统以第四加载速率增加输出的驱动扭矩；其中，所述第四加载速率为常值；控制所述动力系统输出所述目标驱动扭矩T1。

为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种牵引控制单元，用于实现根据上述实施例所述的车辆的动力输出控制方法。

本发明实施例的牵引控制单元，在车辆从静止状态进入驱动状态的过程中，通过控制所述动力系统先以较小的第一加载速率增加输出的驱动扭矩，从而相对缓慢地减小所述第一驱动啮合面与所述第二驱动啮合面之间的距离，从而避免所述第一驱动啮合面与所述第二驱动啮合面发生较严重的碰撞，提高了传动系统的使用寿命；然后，控制所述动力系统以较大的第二加载速率增加输出的驱动扭矩，以快速增加驱动扭矩以接近目标驱动扭矩T1，以满足所述车辆的驱动状态需求。

为达上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种动力系统，包括电机和根据上述实施例所述的牵引控制单元；所述牵引控制单元用于控制所述电机的输出扭矩，从而实现如上述实施例所述的车辆的动力输出控制方法。

为达上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种车辆，包括根据上述实施例所述的动力系统、传动系统和车轮系统，所述动力系统通过所述传动系统与所述车轮系统传动连接，所述传动系统包括至少一级传动齿轮组，其中每一级传动齿轮组包括主动齿轮和从动齿轮；车辆加速时，所述主动齿轮与所述从动齿轮的啮合面分别为第一驱动啮合面和第二驱动啮合面。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明实施例提供的车辆的示意图。

图2是本发明实施例提供的车辆在驱动状态下的传动系统的局部示意图。

图3是本发明实施例提供的车辆在制动状态下的传动系统的局部示意图。

图4是本发明实施例提供的车辆在静止状态下的传动系统的局部示意图。

图5是本发明实施例提供的动力系统的输出扭矩变化图。

图6是本发明实施例提供的动力输出控制方法的流程示意图。

图7是本发明实施例提供的动力输出控制方法的流程示意图。

图8是本发明实施例提供的动力输出控制方法的流程示意图。

图9是本发明实施例提供的动力系统的输出扭矩变化图。

图10是本发明实施例提供的动力输出控制方法的流程示意图。

附图标记：

100、车辆；

10、动力系统；11、电机；12、牵引控制单元；

20、传动系统；21、一轴齿轮；22、二轴齿轮；23、三轴齿轮；24、差速器齿轮；201、主动齿轮；201a、第一驱动啮合面；201b、第一制动啮合面；202、从动齿轮；202a、第二驱动啮合面；202b、第二制动啮合面；

30、车轮系统；31、车轮；32、车轴。

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。

本发明的发明人通过研究和分析发现，为了保证齿轮啮合的顺畅，齿轮啮合必须有齿隙，且齿隙需要根据标准、依据试验数据进行调整和匹配，使得齿轮啮合的平顺性、温升、NVH达到最佳状态。而齿隙的存在导致齿轮在啮合的瞬间，主动齿轮和从动齿轮存在碰撞，尤其是燃油车，其发动机先天存在转矩脉动，导致齿轮啮合存在碰撞，导致噪音异响等问题，在新能源车/电机驱动的传动系统中，由于电机的初始扭矩大，且扭矩响应速度比燃油发动机快很多，所以齿轮、花键的啮合的碰撞噪音和异响相应也严重。而现有技术中为了解决上述问题，一般有两种方式：其一，提高传动齿轮的精度，减小齿轮的齿隙，然而此技术对齿轮和齿轮箱的制造工艺要求严格，生产良品率较低，成本较高；其二，在齿隙间填充润滑脂，从而缓解齿轮碰撞，然而这种方式缓解程度有限，且当润滑脂消耗掉后需要重新补充润滑脂，对于售后处理较为复杂。针对上述原因，发明人对车辆的动力输出控制方法进行了改进，得出本发明的技术方案。

下面参考附图1-10描述本发明实施例的车辆100及其动力输出控制方法、计算机可读存储介质、计算机程序产品、牵引控制单元12和动力系统10。

如图1和图2所示，在一些实施例中，车辆100包括动力系统10、传动系统20和车轮系统30，动力系统10通过传动系统20与车轮系统30传动连接，传动系统20包括至少一级传动齿轮组，其中每一级所述传动齿轮组包括主动齿轮201和从动齿轮202。在一些实施例中，动力系统10包括电机11和牵引控制单元12，传动系统20包括依次啮合的一轴齿轮21、二轴齿轮22、三轴齿轮23、差速器齿轮24，车轮系统30包括车轮31和车轴32，其中电机11的输出轴通过花键与一轴齿轮21传动连接，车轴32通过花键与差速器齿轮24传动连接。其中，一轴齿轮21与二轴齿轮22通过啮合组成一级传动齿轮组，一轴齿轮21为主动齿轮，二轴齿轮为从动齿轮；其他级的传动齿轮组依次类推，在此不再阐述。需要说明的是，轴花键与齿轮花键之间的配合与齿轮的啮合类似，也需要间隙、也存在碰撞异响的问题，因此电机轴12与一轴齿轮21的花键配合、车轴32与差速器齿轮24的花键配合也可看作传动齿轮组的配合，也可通过本发明实施例提供的车辆的动力输出控制方法解决碰撞异响的问题。

如图2所示，在一些实施例中，当车辆100处于驱动状态时，动力系统20输出驱动扭矩，且由各级传动齿轮组20的主动齿轮21通过与从动齿轮201啮合向从动齿轮202传递驱动扭矩，最终将驱动扭矩传递到车轮31，实现对车辆100的驱动，此时主动齿轮201与从动齿轮202的啮合面分别为第一驱动啮合面201a和第二驱动啮合面202a，主动齿轮201与从动齿轮202的非啮合面分别为第一制动啮合面201b和第二制动啮合面202b。

如图3所示，在一些实施例中，车辆100可通过动力系统10实现制动。当车辆100处于制动状态时，动力系统20输出制动扭矩，其中制动扭矩的方向与驱动扭矩的方向相反，且由各级传动齿轮组20的主动齿轮21通过与从动齿轮201啮合向从动齿轮202传递制动扭矩，最终将制动扭矩传递到车轮31，实现对车辆100的制动，此时主动齿轮201与从动齿轮202的啮合面分别为第一制动啮合面201b和第二制动啮合面202b，主动齿轮201与从动齿轮202的非啮合面分别为第一驱动啮合面201a和第二驱动啮合面202a。

需要说明的是，驱动啮合面和制动啮合面根据车辆100的行驶方向进行定义，即车辆100正向行驶时的驱动啮合面对应反向行驶时的制动啮合面，车辆100正向行驶时的制动啮合面对应反向行驶时的驱动啮合面。

在一些实施例中，当车辆100处于静止状态时，主动齿轮201和从动齿轮202之间的相对位置关系除了如图2或图3所示外，还可能如图4所示，即主动齿轮201和从动齿轮202的驱动啮合面与制动啮合面均没有处于接触状态。

车辆100（例如高铁、地铁、轻轨、跨座式单轨等轨道车辆）在行驶过程中常常在驱动状态、制动状态、静止状态之间往复切换，因此主动齿轮201与从动齿轮202的驱动啮合面和制动啮合面也常常在接触状态和分离状态往复切换，当主动齿轮201与从动齿轮202的驱动啮合面或制动啮合面以较大的速度进入接触状态时，则会导致较严重的碰撞并发出异响。

如图5和图6所示，在一些实施例中，本发明提供的动力输出控制方法还包括：

S1. 当车辆100从静止状态进入驱动状态时，获取动力系统10所需输出的目标驱动扭矩T1；

S2. 若第一驱动啮合面201a与第二驱动啮合面202a处于分离状态，则控制动力系统10先以第一加载速率增加输出的驱动扭矩、后以第二加载速率增加输出的驱动扭矩；其中，第一加载速率小于第二加载速率；

S3. 控制动力系统10输出目标驱动扭矩T1。

当车辆100从静止状态进入驱动状态时，动力系统10将加载驱动扭矩驱动主动齿轮201加速转动，第一驱动啮合面201a与第二驱动啮合面202a最终将进入接触状态。因此，若初始时第一驱动啮合面201a与第二驱动啮合面202a处于分离状态，在主动齿轮201的加速过程中将可能使得第一驱动啮合面201a与第二驱动啮合面202a发生较严重的碰撞并发出异响。

本发明实施例提供的车辆100的动力输出控制方法，通过控制动力系统10先以较小的第一加载速率增加输出的驱动扭矩，从而相对缓慢地减小第一驱动啮合面201a与第二驱动啮合面202a之间的距离，避免主动齿轮201获得较大的加速行程而加大主动齿轮201和从动齿轮202的相对转速差，从而避免第一驱动啮合面201a与第二驱动啮合面202a发生较严重的碰撞；然后，控制动力系统以较大的第二加载速率增加输出的驱动扭矩，以快速增加驱动扭矩以接近目标驱动扭矩T1，满足车辆100的驱动状态需求。

在一些实施例中，在车辆100从静止状态进入驱动状态的过程中，第一加载速率的大小随时间线性增加，第二加载速率的大小随时间线性增加。也就是说，控制动力系统10以从慢到快逐渐增加的加载速率增加输出的驱动扭矩，在避免第一驱动啮合面201a与第二驱动啮合面202a发生较严重的碰撞的同时，进一步提高扭矩加载的效率和平顺性。

如图5所示，在一些实施例中，在车辆100从静止状态进入驱动状态的过程中，控制动力系统10输出的驱动扭矩为T2，且，其中t1为动力系统10开始增加输出驱动扭矩后经过的时间，a为第一加载速率和第二加载速率的的大小随时间线性增加的速率。也就是说，控制动力系统10输出的驱动扭矩T2以关于时间t1的二次幂特性进行加载，具有先慢速加载、后快速加载、且加载速率以线性增加的特性，在避免第一驱动啮合面201a与第二驱动啮合面202a发生较严重的碰撞的同时，进一步提高扭矩加载的效率和平顺性。

在一些实施例中，在动力系统10以第一加载速率增加输出的驱动扭矩的过程中，第一驱动啮合面201a与第二驱动啮合面202a从分离状态变为接触状态。通过控制第一加载速率，在动力系统10相对缓慢地加载驱动扭矩的过程中，便使得第一驱动啮合面201a与第二驱动啮合面202a进入接触状态，避免第一驱动啮合面201a与第二驱动啮合面202a发生较严重的碰撞。

在一些实施例中，根据第一驱动啮合面201a与第二驱动啮合面202a的距离，确定第一加载速率，使得在动力系统10以第一加载速率增加输出的驱动扭矩的过程中，第一驱动啮合面201a与第二驱动啮合面202a从分离状态变为接触状态。

如图5和7所示，在一些实施例中，本发明提供的动力输出控制方法还包括：

S4. 控制动力系统10以第二加载速率增加输出的驱动扭矩后，再以第三加载速率增加输出的驱动扭矩，直至动力系统10输出目标驱动扭矩T1；其中，第二加载速率大于第三加载速率。

在以较大的第二加载速率快速加载驱动扭矩、并接近目标驱动扭矩T1时，再以较小的第三加载速率缓慢加载驱动扭矩，以平缓地达到目标驱动扭矩T1，即在满足车辆100的驱动状态需求的同时，进一步提高扭矩加载的平顺性。

如图5所示，在一些实施例中，在车辆从静止状态进入驱动状态的过程中，第三加载速率的大小随时间减小。也就是说，控制动力系统10以从快到慢逐渐增加的加载速率来增加输出的驱动扭矩，以平缓地达到目标驱动扭矩T1，进一步提高扭矩加载的平顺性。

如图8所示，在一些实施例中，本发明提供的动力输出控制方法还包括：

S5. 在动力系统10以第二加载速率增加输出的驱动扭矩的过程中，当动力系统10输出的驱动扭矩T2大于b·T1时，开始以第三加载速率增加输出的驱动扭矩；其中，b的值小于1，T1为目标驱动扭矩。具体地，b的取值落入85%~97%的范围；具体地，b可以为95%。

如图5所示，在一些实施例中，在动力系统10以第三加载速率增加输出的驱动扭矩的过程中，动力系统10输出的驱动扭矩T3为，其中T1为目标驱动扭矩，t2为动力系统10开始以第三加载速率增加输出驱动扭矩后经过的时间，c为扭矩加载系数（单位为N·m/s），即T3和t2满足 的关系，即动力系统10输出的驱动扭矩T3以关于时间t2的圆特性或椭圆特性进行加载，具有先快速加载、后慢速加载的特性，且当t2等于(1-b)T1/c时，T3等于目标驱动扭矩T1，且加载速率为0，实现平缓地达到目标驱动扭矩T1、进一步提高扭矩加载平顺性的目的。

如图9和图10所示，在一些实施例中，本发明提供的动力输出控制方法还包括：

S6. 当车辆100从静止状态进入驱动状态时，获取动力系统10所需输出的目标驱动扭矩T1；

S7. 若第一驱动啮合面201a与第二驱动啮合面202a处于接触状态，则控制动力系统10以第四加载速率增加输出的驱动扭矩；其中，第四加载速率为常值；

S8. 控制动力系统10输出目标驱动扭矩T1。

当车辆100从静止状态进入驱动状态时，若初始时第一驱动啮合面201a与第二驱动啮合面202a处于接触状态，则在主动齿轮201的加速过程中第一驱动啮合面201a与第二驱动啮合面202a发生较严重的碰撞可能性较低，因此控制动力系统10以常值的第四加载速率（即线性地）加载输出的驱动扭矩，以平稳、快速地达到目标驱动扭矩T1，满足车辆100的驱动状态需求。

为了实现上述实施例，本发明还提出一种牵引控制单元12，用于实现如上述实施例所述的车辆100的动力输出控制方法。本发明实施例的牵引控制单元12，通过获取信息、计算数据、执行一系列判断等程序后，对车辆100进行动力输出控制，从而避免齿轮的啮合过程中发生严重碰撞的问题。

为了实现上述实施例，本发明还提出一种动力系统10，包括电机11和根据上述实施例所述的牵引控制单元12。牵引控制单元12用于控制电机11的输出扭矩，从而实现如上述实施例所述的车辆100的动力分配方法。包括电机11和根据上述实施例所述的牵引控制单元12；牵引控制单元12用于控制电机11的输出扭矩，从而实现如上述实施例所述的车辆100的动力输出控制方法。

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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，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以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，\"计算机可读介质\"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。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。