基于amt的hev/ev再生制动过程中降挡协调控制方法及机电系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于AMT的HEV/EV再生制动过程中降挡协调控制方法及机电系统，其中TCU的越权请求得到VCU允许后，TCU将机械制动系统的期望制动力设置为驾驶员的期望制动力发给BCU，获得BCU控制的机械制动系统实际提供的制动力，计算驱动电机的期望制动力，并根据驱动电机的期望制动力通知MCU调节驱动电机制动力；监测到驱动电机制动力低于设定阈值时控制AMT进行摘挡；获知摘挡后控制AMT选挡，并采集目标挡位齿轮的转速，通过MCU控制驱动电机的输出转速；获知到AMT选挡结束且驱动电机的输出转速与目标挡位齿轮的转速差值小于转速差值阈值后，控制AMT进挡换到目标档位。本发明可保证再生制动过程中的制动安全和制动效能。
【专利说明】
基于AMT的HEV/EV再生制动过程中降挡协调控制方法及机电 系统
技术领域
[0001] 本发明涉及汽车控制领域，尤其涉及基于AMT的HEV/EV再生制动过程中AMT的降挡 协调控制技术。
【背景技术】
[0002] 随着能源问题与环境污染的日益严重，汽车技术正不断朝着节能减排的方向发 展。混合动力汽车/纯电动汽车(HEV/EV)在减少燃油消耗和降低污染物排放等方面有巨大 的潜能，是当今汽车行业的焦点。其中，再生制动是HEV/EV实现节能的主要方式，因此如何 提高再生制动的能量、保证制动过程的安全性等问题格外受到关注。
[0003] 对于安装有自动变速箱的HEV/EV，在再生制动过程中进行降挡，不仅能强化汽车 的再加速能力，而且还能提高再生制动回收的能量。但是，对于基于自动机械式变速器 (AMT)的HEV/EV，由于换挡过程中存在动力中断，所以再生制动过程中降挡就会使电机制动 力中断，导致车辆制动过程中出现窜动现象，极大影响了制动的安全性。因此，需要设计一 种降挡协调控制的方法来保证再生制动过程中的制动安全和制动效能。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对目前存在的问题，基于AMT的HEV/EV为对象，提供了一种基于 AMT的HEV/EV再生制动过程中降挡协调控制方法及机电系统，其能够保证再生制动过程中 的制动安全和制动效能。
[0005] 本发明的目的通过如下技术方案实现：
[0006] 本发明提供一种基于AMT的HEV/EV再生制动过程中降挡协调控制方法，其包括：
[0007] 步骤S201，TCU收到VCU的降挡指令;该降挡指令是VCU根据驾驶员的制动意识和当 前车辆运行状况发出的；
[0008] 步骤S202，T⑶向V⑶提出越权请求，请求越权控制Μ⑶和B⑶；
[0009] 步骤S203，TCU越权请求得到VCU允许后，将机械制动系统的期望制动力设置为驾 驶员的期望制动力发送给BCU，获得BCU控制机械制动系统调节制动力的控制结果，其中包 含机械制动系统实际提供的制动力；
[0010] 步骤S204，TCU根据BCU实时反馈的机械制动系统实际提供的制动力，计算出驱动 电机的期望制动力，并将驱动电机的期望制动力发送给MCU;MCU根据驱动电机的期望制动 力控制驱动电机制动力；
[0011] 步骤S205，T⑶监测到驱动电机制动力低于设定驱动电机制动力阈值时，T⑶控制 ΑΜΤ进行摘挡；
[0012] 步骤S206，TCU获知ΑΜΤ摘挡后，TCU控制ΑΜΤ选挡，同时TCU采集到ΑΜΤ中的目标挡位 齿轮的转速，然后通过MCU控制驱动电机的输出转速；
[0013]步骤S207,获知到ΑΜΤ选挡结束并且驱动电机的输出转速与ΑΜΤ中的目标挡位齿轮 的转速差值小于转速差值阈值后，TCU控制AMT进挡，换到目标档位。
[0014]更优选地，所述的HEV/EV再生制动过程中的降挡协调控制方法还包括：
[0015]步骤S208,获知到目标档位换上之后，T⑶计算出驱动电机应恢复的制动力期望值 和机械制动系统需要减小到的制动力期望值，将机械制动系统需要减小到的制动力期望值 发送给BCU，获得BCU控制机械制动系统反馈的机械制动系统实际提供的制动力；
[0016] 步骤S209，TCU根据BCU实时反馈的机械制动系统实际提供的制动力，计算出驱动 电机的期望制动力，并将驱动电机的期望制动力发送给MCU，MCU根据驱动电机的期望制动 力控制驱动电机制动力；
[0017] 步骤S210，T⑶监控到实际的机械制动力接近需要减小到的制动力期望值，并且， 驱动电机制动力接近驱动电机应恢复的制动力期望值，则执行步骤S211，结束驱动电机和 机械制动系统制动力的调节，向VCU发送结束越权控制的信号。
[0018] 更优选地，所述步骤S204和所述步骤S209中，利用如下公式计算出驱动电机的期 望制动力：
[0019]
[0020] 其中7;表示驱动电机的期望制动力，表示驾驶员的期望制动力，TB表示机械制 动系统实际提供的制动力，i〇表示主减速器传动比，ig表示AMT传动比。
[0021] 更优选地，所述步骤S208中，
[0022] TCU采用如下公式计算出驱动电机应恢复的制动力期望值：
[0023]
[0024] 其中皂，表示驱动电机应恢复的制动力期望值，f表示驾驶员的期望制动力，io表 示主减速器传动比，ig表示AMT传动比，7:表示驱动电机能够提供的最大制动力。
[0025] TCU采用如下公式计算出机械制动系统需要减小到的制动力期望值：
[0026]
[0027]其中勾表示机械制动系统需要减小到的制动力期望值，f表示驾驶员的期望制动 力，io表示主减速器传动比，ig表示AMT传动比，表示驱动电机应恢复的制动力期望值。 [0028]本发明还提供一种HEV/EV的机电系统，其特征在于，所述的机电系统包括：
[0029]动力电池、逆变器、驱动电机、自动机械式变速器AMT、机械制动系统、电池管理系 统BMS、驱动电机控制器MCU、AMT控制器TCU、制动控制器BCU和整车控制器VCU;
[0030] 所述动力电池与驱动电机之间通过逆变器连接，动力电池由BMS管理控制，逆变器 由MCU控制;动力电池可以为驱动电机提供电力，驱动电机提供整车的动力，在制动过程中， 驱动电机提供制动力为动力电池充电；
[0031] 驱动电机连接AMT，AMT由TCU控制进行选换挡动作，通过AMT的换挡调节驱动电机 的工作点；
[0032]机械制动系统由B⑶控制；
[0033] V⑶作为整车控制的核心，按照所述权利要求1至4中任意一项权利要求所述的一 种HEV/EV再生制动过程中的降挡协调控制方法，给BMS、TCU、MCU和BCU发送指令，并应越权 控制请求决定是否允许BMS、TCU、MCU或BCU调用所述降挡协调控制方法进行越权控制；
[0034] 上述BMS、M⑶、T⑶、B⑶和V⑶各个控制器之间基于局域网通过CAN协议互相通讯。
[0035] 由上述本发明的技术方案可以看出，本发明通过在再生制动过程中，协调控制电 机的制动力矩和机械制动系统的制动力，在AMT降挡时控制电机制动力减小而机械制动力 补偿，保证总制动力满足驾驶员的期望，降挡结束后电机制动力恢复而机械制动力也相应 减小，因此本发明可以保证再生制动过程中的制动安全和制动效能。
【附图说明】
[0036] 图1为本发明的降挡协调控制方法基于的机电系统的结构示意图；
[0037] 图2为本发明的降挡协调控制方法的算法流程图。
【具体实施方式】
[0038] 为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下将结合附图对本发 明做进一步详细说明。
[0039] 本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而 建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范 围的限定。
[0040] 本发明提供的一种基于AMT的HEV/EV再生制动过程中降挡协调控制方法，应用于 如下HEV/EV的机电系统实现，该机电系统的结构如图1所示，包括：
[0041 ]动力电池、逆变器、驱动电机、自动机械式变速器(AMT )、机械制动系统、电池管理 系统(BMS)、电机控制器(MCU)、AMT控制器(T⑶)、制动控制器(B⑶)和整车控制器(V⑶)。 [0042] 上述动力电池与驱动电机之间通过逆变器连接，动力电池由BMS管理控制，逆变器 由MCU控制;动力电池可以为驱动电机提供电力，驱动电机提供整车的动力，在制动过程中， 驱动电机提供制动力，从而为动力电池充电。
[0043] 驱动电机连接AMT，AMT由TCU控制进行选换挡动作，通过AMT的换挡可以调节电机 的工作点。
[0044]机械制动系统为液压机械制动系统，其一方面作为车辆紧急制动的保证，另一方 面可以在电机无法提供足够大的制动力的时候补偿制动，机械制动系统由BCU控制。
[0045] V⑶作为整车控制的核心，运行上层策略，给BMS、TCU、MCU和B⑶发送指令。上述 BMS、MCU、TCU、BCU和VCN各个控制器之间基于局域网（CAN)通过CAN协议互相通讯。除VCU之 外的其它控制器要控制另外的控制器，必须向VCU发出越权控制请求，获得允许后才可以调 用所述降挡协调控制方法进行越权控制。
[0046]由于HEV在制动时可以通过离合器分离将发动机与传动系统的链接切断，所以制 动过程中HEV与EV的机电系统，以及机电系统中各个控制器之间的通讯是一致的。所以上述 机电系统同时适用于HEV与EV。
[0047]基于上述机电系统，本发明提供的一种HEV/EV再生制动过程中的降挡协调控制方 法，其可以集成在VCN中执行，也可以放置在其它位置由VCN实时调取。
[0048] 实施例一
[0049] 本发明提供一种基于AMT的HEV/EV再生制动过程中降挡协调控制方法，在再生制 动过程中决定AMT降挡之后，首先进行制动。根据驾驶员的制度意识获知到驾驶员的期望制 动力，控制驱动电机降低制动力矩，并通过机械制动系统补偿驱动电机所降低的制动力，使 驱动电机的制动力与机械制动系统的制动力二者之和始终保持与驾驶员制动意图一致，以 保证总制动力满足驾驶员的需求。然后在驱动电机制动力矩降到设定阈值以下后，控制AMT 摘挡;接着控制驱动电机调速使AMT输入轴转速与AMT中的目标挡位齿轮的转速一致，同时 AMT选档，完成后AMT进挡，从而结束整个选换挡动作。最后控制驱动电机恢复制动力。同样， 在驱动电机恢复制动力的同时，机械制动力逐渐减小，二者协调使制动力总和符合驾驶员 的制动意图。
[0050]考虑到机械制动系统对制动力的调节能力远低于驱动电机对制动力的调节能力， 如果驱动电机迅速降低力矩，机械制动系统无法立即补偿，就会导致制动力瞬间失控，因此 本发明在制动过程中，先在控制驱动电机降低制动力矩后计算出机械制动系统的期望制动 力，然后让BCU控制机械制动系统达到期望制动力，同时实时反馈控制结果(机械制动系统 实际提供的制动力），并根据该机械制动系统实际提供的制动力计算出此时驱动电机应降 低的制动力，让MCU控制驱动电机降低相应的力矩，最后当机械制动系统的制动力达到期望 值的时候，驱动电机制动力基本降为零。整个过程中，保证二者制动力之和符合驾驶员制动 意图。
[0051 ]本发明的详细实施流程如图2所示，包括如下步骤：
[0052]步骤S201，TCU收到降挡指令，该降挡指令是VCU根据驾驶员的制动意识和当前车 辆运行状况给TCU发出的；
[0053] 步骤S202，T⑶向V⑶提出越权请求，请求越权控制Μ⑶和B⑶。
[0054] 为了防止各个控制器之间通讯混乱，Τ⑶必须获得VCU的允许后才能越权控制Μ⑶ 和 BCU〇
[0055] 步骤S203，TCU的请求得到VCU允许后，根据当前驱动电机提供的制动力匕和机械 制动系统提供的制动力I?以及驾驶员的期望制动力Τ'将机械制动系统的期望制动力设置 为f发送给BCU，获得BCU控制机械制动系统调节制动力的控制结果，其中包含机械制动系 统实际提供的制动力T B。
[0056] 当前驱动电机提供的制动力7:和机械制动系统提供的制动力^以及驾驶员的期 望制动力三者之间满足如下关系：
[0057]
[0058] 其中，f表示驾驶员的期望制动力，iQ表示主减速器传动比，ig表示AMT传动比，7: 表示当前驱动电机提供的制动力，g表示机械制动系统提供的制动力。
[0059]要进行降挡动作，必须要驱动电机先降低输出转矩，所以为了保证总制动力符合 驾驶员要求，要使机械制动力达到总制动力，才能使驱动电机制动力降为零。
[0060]步骤S204，TCU根据BCU实时反馈的控制结果（机械制动系统实际提供的制动力 TB)，计算出驱动电机的期望制动力（记为仏），并将驱动电机的期望制动力发送给MCUJCU 根据驱动电机的期望制动力控制驱动电机制动力使其尽量达到期望制动力。
[0061 ]其中的驱动电机的期望制动力采用如下公式计算出：
[0062] 一 ' 一 …
[0063]其中τ?,表示驱动电机的期望制动力，表示驾驶员的期望制动力，TB表示机械制 动系统实际提供的制动力，io表示主减速器传动比，ig表示AMT传动比。
[0064] Μ⑶控制驱动电机达到期望制动力后，可以反馈实际的驱动电机制动力给TCU，也 可以不反馈此结果，此情况下TCU会直接默认MCU已经完成控制驱动电机达到期望制动力。 [0065]由于驱动电机对转矩指令的响应非常快，可以在极短的时间达到期望值，所以通 过实时调节驱动电机的转矩来保证驱动电机与机械制动系统的总制动力符合驾驶员制动 意图。
[0066]当机械制动系统实际提供的制动力ΤΒ基本达到期望制动力时，驱动电机制动力 (记为ΤΕΜ)应基本趋于零，这时候进行摘挡操作才更安全。于是执行如下步骤。
[0067] 步骤S205，TCU监测到驱动电机制动力低于设定驱动电机制动力阈值时，即 4 C (其中ΤΕΜ表示驱动电机制动力，巧,表示设定驱动电机制动力阈值），TCU控制ΑΜΤ进 行摘挡。
[0068] 步骤S206，TCU获知AMT摘挡后，TCU控制AMT选挡，同时TCU采集到AMT中的目标挡位 齿轮的转速，然后通过MCU控制驱动电机调速，使驱动电机的输出转速（即AMT输入轴转速） 尽量与AMT中的目标挡位齿轮的转速一致，并获得相应的反馈结果。
[0069] 驱动电机调速的目的是为了下一步的进挡顺利，如果AMT输入轴转速与目标挡位 齿轮的转速有很大的转速差，进挡时要靠同步器的滑摩力消除转速差，会导致进挡时间长， 易造成换挡冲击。
[0070] 步骤S207，获知到AMT选挡结束并且AMT输入轴转速与目标挡位齿轮的转速差值小 于转速差值阈值后，T⑶控制AMT进挡，换到目标档位。
[0071] 为了保证汽车能量的回收，在换挡过程结束后，应尽快恢复驱动电机的制动力。根 据当前驾驶员的期望制动力，如果驱动电机能独自提供制动力，则全部由驱动电机提供而 机械制动力降为零，如果不能则驱动电机提供最大制动力，剩下的由机械制动力补偿。 [0072]步骤S208,获知到目标档位换上之后，T⑶计算出驱动电机应恢复的制动力期望值 (用表示)和机械制动系统需要减小到的制动力期望值（用打表示），将机械制动系统需 要减小到的制动力期望值发送给BCU，获得BCU控制机械制动系统反馈的机械制动系统实际 提供的制动力Tb。
[0073] 其中驱动电机应恢复的制动力期望倌采用如下公式计筧出：
[0074] ,EM ……. .0,.g,JEU ..............
....................................
[0075] 其中匕表示驱动电机应恢复的制动力期望值，表示驾驶员的期望制动力，i〇表 示主减速器传动比，ig表示AMT传动比，2:表示驱动电机能够提供的最大制动力。
[0076] 其中的机械制动系统需要减小到的制动力期望值采用如下公式计算出：
[0077]
[0078] 其中g表示机械制动系统需要减小到的制动力期望值，f表示驾驶员的期望制动 力，io表示主减速器传动比，ig表示AMT传动比，表示驱动电机应恢复的制动力期望值。 [0079]步骤S209，TCU根据BCU实时反馈的机械制动系统实际提供的制动力T B，再次利用 式2计算出驱动电机的期望制动力？：M，并将驱动电机的期望制动力仏发送给Μ⑶，MCU控制 驱动电机使其制动力尽量达到驱动电机的期望制动力、.?? :。
[0080] Μ⑶控制驱动电机制动力达到期望值后，可以将控制结果反馈给T⑶。
[0081]步骤S210，TCU是否监控到实际的机械制动力接近需要减小到的制动力期望值和 驱动电机制动力接近驱动电机应恢复的制动力期望值，若监控到，则执行步骤S211，T⑶结 束驱动电机和机械制动系统制动力的调节，向VCU发送结束越权控制的信号，降挡过程结 束;否则，继续此步骤S210。
[0082]其中实际的机械制动力接近需要减小到的制动力期望值和驱动电机制动力接近 驱动电机应恢复的制动力期望倌的判断标准满足如下公式：
[0083]
[0084] 其中，^为驱动电机应恢复的制动力期望值，TEM为实际的机械制动力，eEM为机械 制动力差值阈值;匕 1为机械制动系统制动力需要减小到的期望值，TB为实际的驱动电机制 动力，eB为驱动电机制动力差值阈值。
[0085] 实施例二
[0086]本发明提供另一种基于AMT的HEV/EV再生制动过程中降挡协调控制方法，其与实 施例一的区别是仅仅包括步骤S201-步骤S207的执行过程，其能够完成HEV/EV再生制动过 程中的选换挡。
[0087]虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不限定本发明。在不脱离本发 明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明 的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
【主权项】
1. 一种HEV/EV再生制动过程中的降挡协调控制方法，其特征在于，所述降挡协调控制 方法包括： 步骤S201，TCU收到VCU的降挡指令;该降挡指令是VCU根据驾驶员的制动意识和当前车 辆运行状况发出的； 步骤S202，TCU向VCU提出越权请求，请求越权控制MCU和BCU; 步骤S203，TCU越权请求得到VCU允许后，将机械制动系统的期望制动力设置为驾驶员 的期望制动力发送给BCU，获得BCU控制机械制动系统调节制动力的控制结果，其中包含机 械制动系统实际提供的制动力； 步骤S204，TCU根据BCU实时反馈的机械制动系统实际提供的制动力，计算出驱动电机 的期望制动力，并将驱动电机的期望制动力发送给MCU;MCU根据驱动电机的期望制动力控 制驱动电机制动力； 步骤S205，TCU监测到驱动电机制动力低于设定驱动电机制动力阈值时，TCU控制AMT进 行摘挡； 步骤S206，TCU获知AMT摘挡后，TCU控制AMT选挡，同时TCU采集到AMT中的目标挡位齿轮 的转速，然后通过MCU控制驱动电机的输出转速； 步骤S207,获知到AMT选挡结束并且驱动电机的输出转速与AMT中的目标挡位齿轮的转 速差值小于转速差值阈值后，TCU控制AMT进挡，换到目标档位。2. 根据权利要求1所述的降挡协调控制方法，其特征在于，所述的降挡协调控制方法还 包括： 步骤S208,获知到目标档位换上之后，TCU计算出驱动电机应恢复的制动力期望值和机 械制动系统需要减小到的制动力期望值，将机械制动系统需要减小到的制动力期望值发送 给BCU，获得BCU控制机械制动系统反馈的机械制动系统实际提供的制动力； 步骤S209，TCU根据BCU实时反馈的机械制动系统实际提供的制动力，计算出驱动电机 的期望制动力，并将驱动电机的期望制动力发送给MCU，MCU根据驱动电机的期望制动力控 制驱动电机制动力； 步骤S210，T⑶监控到实际的机械制动力接近需要减小到的制动力期望值，并且，驱动 电机制动力接近驱动电机应恢复的制动力期望值，则执行步骤S211，结束驱动电机和机械 制动系统制动力的调节，向VCU发送结束越权控制的信号。3. 根据权利要求2所述的降挡协调控制方法，其特征在于，所述步骤S204和所述步骤 S209中，利用如下公式计算出驱动电机的期望制动力：其中『；表示驱动电机的期望制动力，表示驾驶员的期望制动力，TB表示机械制动系 统实际提供的制动力，i〇表示主减速器传动比，ig表示AMT传动比。4. 根据权利要求2或3任意一项所述的降挡协调控制方法，其特征在于，所述步骤S208 中， TCU采用如下公式计算出驱动电机应恢复的制动力期望值：其中表示驱动电机应恢复的制动力期望值，f表示驾驶员的期望制动力，io表示主 减速器传动比，ig表示AMT传动比表示驱动电机能够提供的最大制动力。 TCU采用如下公式计算出机械制动系统需要减小到的制动力期望值：其中打表示机械制动系统需要减小到的制动力期望值，f表示驾驶员的期望制动力，i〇 表示主减速器传动比，ig表示AMT传动比，ri，表示驱动电机应恢复的制动力期望值。5. -种HEV/EV的机电系统，其特征在于，所述的机电系统包括： 动力电池、逆变器、驱动电机、自动机械式变速器AMT、机械制动系统、电池管理系统 BMS、驱动电机控制器MCU、AMT控制器T⑶、制动控制器B⑶和整车控制器V⑶； 所述动力电池与驱动电机之间通过逆变器连接，动力电池由BMS管理控制，逆变器由 MCU控制;动力电池可以为驱动电机提供电力，驱动电机提供整车的动力，在制动过程中，驱 动电机提供制动力为动力电池充电； 驱动电机连接AMT，AMT由TCU控制进行选换挡动作，通过AMT的换挡调节驱动电机的工 作点； 机械制动系统由BCU控制； VCU作为整车控制的核心，按照所述权利要求1至4中任意一项权利要求所述的一种 HEV/EV再生制动过程中的降挡协调控制方法，给BMS、TCU、MCU和BCU发送指令，并应越权控 制请求决定是否允许BMS、TCU、MCU或BCU调用所述降挡协调控制方法进行越权控制； 上述BMS、MCU、T⑶、B⑶和V⑶各个控制器之间基于局域网通过CAN协议互相通讯。
【文档编号】B60L15/20GK105857087SQ201610390473
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】李亮, 王翔宇, 李旭健, 何凯, 张晓宏
【申请人】清华大学