一种电驱动两挡机械式自动变速器控制系统及控制方法与流程

本发明实施方式涉及汽车技术领域，特别涉及一种电驱动两挡机械式自动变速器控制系统及控制方法。

背景技术：

国家最新标准《汽车和挂车类型的术语和定义》(gb/t3730.1-2001)中对汽车有如下定义：由动力驱动，具有4个或4个以上车轮的非轨道承载的车辆，主要用于：载运人员和(或)货物；牵引载运人员和(或)货物的车辆；特殊用途。能源短缺、石油危机和环境污染愈演愈烈，给人们的生活带来巨大影响，直接关系到国家经济和社会的可持续发展。世界各国都在积极开发新能源技术。

纯电动汽车已成为当今汽车发展的趋势之一。目前纯电动汽车考虑到成本和结构布局因素，驱动系统主要采用固定速比的减速器，单一挡位不能较好地满足汽车加速、爬坡和超车等多种驾驶需求。因此，多传动比是纯电动汽车的一种发展趋势。采用两挡或者多挡的变速器机构，不仅能满足纯电动汽车的基本性能要求，提高起动转矩和低速时的后备功率，使电机工作在高效区域，对驱动电机性能要求也有所降低，既节约能量又能使各部件在较低的速度运行，同时可以选择功率相对较小的电机，使得电机的体积减小，成本降低。

与发动机配合自动机械式变速器(amt)的动力传动系统相比，电机控制更容易、响应更快。电机与amt匹配，在换挡时，可以不需要离合器断开动力源，通过直接控制电机工作在零转矩而达到目的，因此离合器分离轴承、飞轮和压板等硬件机构，以及进行离合器控制的相关软硬件等可以省略。

目前，两挡自动机械式变速器自动换挡控制系统的各控制单元独立控制各部件，各控制器之间通过控制器局域网(can)通讯进行信息交互。由于信息发送接收具有时间周期，这种方式会增加换挡时间，影响换挡品质。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种电驱动两挡机械式自动变速器控制系统及控制方法。

本发明实施方式的技术方案如下：

一种电驱动两挡机械式自动变速器控制系统，包括：

动力系统控制单元；整车控制器；换挡执行机构；车身稳定系统；以及两挡自动机械式变速器；

其中所述动力系统控制单元经由控制器局域网通讯线与所述整车控制器、所述车身稳定系统和所述换挡执行机构分别连接；

所述动力系统控制单元，用于当正常行驶时，根据所述整车控制器的指令控制驱动电机输出扭矩；当换挡时，根据加速踏板信号、挡位信号和车身稳定系统提供的车速信号进行换挡决策，并控制驱动电机与换挡执行机构配合完成所述两挡自动机械式变速器的自动换挡过程。

在一个实施方式中，所述动力系统控制单元，用于在换挡开始时，经由与所述整车控制器之间的控制器局域网通讯线，向所述整车控制器发送换挡开始指令，在换挡结束时，经由与整车控制器之间的控制器局域网通讯线，向整车控制器发送换挡完成指令。

在一个实施方式中，所述整车控制器，用于经由与所述动力系统控制单元之间的控制器局域网通讯线，向所述动力系统控制单元发送所述挡位信号。

在一个实施方式中，所述动力系统控制单元经由电气信号通讯线与所述驱动电机连接；所述两挡自动机械式变速器与所述驱动电机之间具有机械连接。

在一个实施方式中，所述动力系统控制单元，用于控制所述驱动电机将输出扭矩降为零，控制所述换挡执行机构执行摘挡动作，同步所述驱动电机的输出轴转速与所述两挡自动机械式变速器的输出轴转速，控制所述换挡执行机构执行挂挡操作。

一种电驱动两挡机械式自动变速器控制方法，包括：

经由控制器局域网通讯线，将动力系统控制单元分别连接整车控制器、车身稳定系统和换挡执行机构；

当正常行驶时，使能动力系统控制单元基于整车控制器的指令控制驱动电机输出扭矩，当换挡时，使能动力系统控制单元根据加速踏板信号、挡位信号和车身稳定系统提供的车速信号进行换挡决策，控制驱动电机与换挡执行机构配合完成两挡自动机械式变速器的自动换挡过程。

在一个实施方式中，所述控制驱动电机与换挡执行机构配合完成两挡自动机械式变速器的自动换挡过程包括：

动力系统控制单元控制所述驱动电机将输出扭矩降为零；

动力系统控制单元控制所述换挡执行机构执行摘挡动作；

动力系统控制单元同步所述驱动电机的输出轴转速与所述两挡自动机械式变速器的输出轴转速；

动力系统控制单元控制所述换挡执行机构执行挂挡操作。

在一个实施方式中，在完成两挡自动机械式变速器的自动换挡过程之后，该方法还包括：

动力系统控制单元经由与整车控制器之间的控制器局域网通讯线，从所述整车控制器接收包含驱动电机输出扭矩的控制指令；

动力系统控制单元经由与驱动电机之间的电气信号通讯线，控制驱动电机输出所述驱动电机输出扭矩。

一种电动汽车，包括如上所述的电驱动两挡机械式自动变速器控制系统。

一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机可读指令，该计算机可读指令用于执行如上任一项所述的电驱动两挡机械式自动变速器控制方法。

从上述技术方案可以看出，本发明实施方式的控制系统包括：动力系统控制单元；整车控制器；换挡执行机构；车身稳定系统；以及两挡自动机械式变速器；其中所述动力系统控制单元经由控制器局域网通讯线与所述整车控制器、所述车身稳定系统和所述换挡执行机构分别连接；所述动力系统控制单元，用于当正常行驶时，根据所述整车控制器的指令控制驱动电机输出扭矩；当换挡时，根据加速踏板信号、挡位信号和车身稳定系统提供的车速信号进行换挡决策，并控制驱动电机与换挡执行机构配合完成所述两挡自动机械式变速器的自动换挡过程。可见，本发明实施方式将分离的电机控制单元(mcu)和变速器电控单元(tcu)集成为动力系统控制单元，可以减少控制器间的通讯时间，并缩短换挡时间。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为根据本发明电驱动两挡机械式自动变速器控制系统的结构图。

图2为根据本发明电驱动两挡机械式自动变速器控制系统的示范性结构图。

图3为根据本发明两挡机械式自动变速器控制系统的控制逻辑流程图。

图4为根据本发明电驱动两挡机械式自动变速器控制方法的流程图。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。

现有技术中，电机控制单元(motorcontrolunit，mcu)根据vcu的指令，控制电机的旋转状态；变速器电控单元(transmissioncontrolunit，tcu)是自动变速器控制系统的核心部件，用于实现自动变速控制。tcu的主要功能包括：目标档位(速比)决策：执行机构控制；故障诊断；故障处理等。

申请人发现：在现有技术中，mcu与tcu之间通过can通讯进行信息交互，控制指令的发送和接收至少两个周期，大概时间为20毫秒(ms)。尤其是，在换档过程中，由于mcu与tcu之间的信息发送和接收均有时间周期，会增加换挡时间，影响换挡品质。

本发明实施方式将分离的mcu和tcu集成为动力系统控制单元(pcu)，从而将mcu与tcu之间的can通讯信息交互更改为pcu的内部通讯，信号整体均在pcu中完成相关处理，可以节省时间，调高换挡品质。

在本发明实施方式中，pcu与vcu同时采集加速踏板信息，而vcu根据加速踏板信号确定相应扭矩，而pcu根据加速踏板信号和车速信号进行换挡决策，并基于vcu的指令控制电机和变速器输出转矩。

图1为根据本发明电驱动两挡机械式自动变速器控制系统的结构图。

如图1所示，该系统包括：

动力系统控制单元；

整车控制器(vcu)；

换挡执行机构；

车身稳定系统(electronicstabilityprogram，esp)；以及

两挡自动机械式变速器(2amt)；

其中动力系统控制单元经由can通讯线与整车控制器、车身稳定系统和换挡执行机构分别连接；

动力系统控制单元，用于当正常行驶时，根据整车控制器的指令控制驱动电机输出扭矩；当换挡时，根据加速踏板信号、挡位信号和车身稳定系统提供的车速信号进行换挡决策，并控制驱动电机与换挡执行机构配合完成两挡自动机械式变速器的自动换挡过程。

在一个实施方式中，动力系统控制单元经由电气信号通讯线与所述驱动电机连接，而且两挡自动机械式变速器与所述驱动电机之间具有机械连接。

在一个实施方式中，整车控制器，用于经由与动力系统控制单元之间的控制器局域网通讯线，向动力系统控制单元发送所述挡位信号。

优选的，动力系统控制单元，用于在换挡开始时，经由与所述整车控制器之间的控制器局域网通讯线，向所述整车控制器发送换挡开始指令，在换挡结束时，经由与整车控制器之间的控制器局域网通讯线，向整车控制器发送换挡完成指令。

可见，本发明实施方式将分离的mcu和tcu集成为一个整体的动力系统控制单元。因此，mcu和tcu的can通讯信息交互，变更为tcu的内部通讯。内部通讯可以节省发送和接收的时间周期。将分离的mcu和tcu集成为一个整体的动力系统控制单元后，信号整体均在pcu中完成相关处理，因此可以节省时间，少控制器之间的通讯时间，缩短换挡时间，提高换挡品质，提高换档实时性。

基于图1所示架构，图2为根据本发明电驱动两挡机械式自动变速器控制系统的示范性结构图。

如图2所示，电动汽车两档自动变速器的换挡控制系统包括：动力系统控制单元(pcu)、整车控制器、换挡执行机构、esp、以及两挡自动变速器(2amt)。

其中：vcu、pcu、esp和换挡执行机构之间，分别通过can通讯线相连并进行实时数据交换。pcu与驱动电机之间经由电气信号通讯线连接。pcu与两挡自动机械式变速器之间经由电气信号通讯线连接。两挡自动机械式变速器与换档执行机构之间经由电气信号通讯线连接。两挡自动机械式变速器与驱动电机之间具有机械连接。两挡自动机械式变速器与驱动桥之间具有机械连接。

vcu具有加速踏板信号输入端、换挡器挡位信号输入端、制动开关信号输入端和连接到esp的车速信号输入端。pcu具有加速踏板信号输入端和连接到esp的车速信号输入端。

在正常行驶时，pcu根据vcu的指令控制电机输出转矩。

在换挡时，pcu根据加速踏板信号和车速信号进行换挡决策，与vcu和智能执行机构进行指令交互，控制驱动电机与换挡执行机构配合完成两挡自动机械式变速器的自动换挡过程。

图3为根据本发明两挡机械式自动变速器控制系统的控制逻辑流程图。

具体的，换挡控制逻辑流程如下：

(1)、pcu根据采集的加速踏板和车速信息进行换挡map查询，以进行换挡决策，其中如果允许换挡进入下一阶段，如果不允许保持当前状态实时检测。

(2)、pcu经由与驱动电机之间的电气信号通讯线，控制驱动电机降扭矩为0，换挡执行机构摘挡，其中如果摘挡完成进入下一阶段，如果没完成摘挡，则再次执行摘挡操作；

(3)、pcu根据输出轴转速控制驱动电机调速进行同步控制，使得驱动电机的输出轴转速与两挡自动机械式变速器的输出轴转速保持同步，如果同步进入下一阶段，如果不同步，继续同步调整；

(4)、换挡执行机构进行挂挡操作，如果挂挡完成进行下一阶段，如果不完成，再次挂挡操作；

(5)、pcu控制驱动电机响应vcu指令进入正常驱动。包括：pcu经由与vcu之间的控制器局域网通讯线，从vcu接收包含驱动电机输出扭矩的控制指令，pcu经由与驱动电机之间的电气信号通讯线，控制驱动电机输出驱动电机输出扭矩。

其中，在换挡开始时，pcu经由与vcu之间的can通讯线，向vcu发送换挡开始指令；在换挡结束时，经由与vcu之间的控制器局域网通讯线，向vcu发送换挡完成指令。

基于上述描述，本发明实施方式还提出了一种两挡机械式自动变速器控制系统的控制方法。

图4为根据本发明电驱动两挡机械式自动变速器控制方法的流程图。

如图4所示，该方法包括：

步骤401：经由控制器局域网通讯线，将pcu与vcu、esp和换挡执行机构分别连接；

步骤402：当正常行驶时，使能pcu基于vcu的指令控制驱动电机输出扭矩，当换挡时，使能pcu根据加速踏板信号、挡位信号和车身稳定系统提供的车速信号进行换挡决策，控制驱动电机与换挡执行机构配合完成两挡自动机械式变速器的自动换挡过程。

在一个实施方式中，控制驱动电机与换挡执行机构配合完成两挡自动机械式变速器的自动换挡过程包括：

pcu控制所述驱动电机将输出扭矩降为零；

pcu控制所述换挡执行机构执行摘挡动作；

pcu同步所述驱动电机的输出轴转速与所述两挡自动机械式变速器的输出轴转速；

动力系统控制单元控制所述换挡执行机构执行挂挡操作。

在一个实施方式中，在完成两挡自动机械式变速器的自动换挡过程之后，该方法还包括：

pcu经由与vcu之间的控制器局域网通讯线，从vcu接收包含驱动电机输出扭矩的控制指令；

pcu经由与驱动电机之间的电气信号通讯线，控制驱动电机输出驱动电机输出扭矩。

综上所述，本发明实施方式的控制系统包括：pcu；vcu；换挡执行机构；车身稳定系统；以及两挡自动机械式变速器；其中pcu经由can通讯线与vcu、esp和所换挡执行机构分别连接；pcu，用于当正常行驶时，根据vcu的指令控制驱动电机输出扭矩；当换挡时，根据加速踏板信号、挡位信号和esp提供的车速信号进行换挡决策，并控制驱动电机与换挡执行机构配合完成所述两挡自动机械式变速器的自动换挡过程。可见，本发明实施方式将分离的mcu和tcu集成为动力系统控制单元，可以减少控制器间的通讯时间，并缩短换挡时间。

需要说明的是，上述各流程和各结构图中不是所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。各模块的划分仅仅是为了便于描述采用的功能上的划分，实际实现时，一个模块可以分由多个模块实现，多个模块的功能也可以由同一个模块实现，这些模块可以位于同一个设备中，也可以位于不同的设备中。

各实施方式中的硬件模块可以以机械方式或电子方式实现。例如，一个硬件模块可以包括专门设计的永久性电路或逻辑器件(如专用处理器，如fpga或asic)用于完成特定的操作。硬件模块也可以包括由软件临时配置的可编程逻辑器件或电路(如包括通用处理器或其它可编程处理器)用于执行特定操作。至于具体采用机械方式，或是采用专用的永久性电路，或是采用临时配置的电路(如由软件进行配置)来实现硬件模块，可以根据成本和时间上的考虑来决定。

本发明还提供了一种机器可读的存储介质，存储用于使一机器执行如本文所述方法的指令。具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施方式的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或cpu或mpu)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。此外，还可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作。还可以将从存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展单元中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展单元上的cpu等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施方式中任一实施方式的功能。

用于提供程序代码的存储介质实施方式包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如cd-rom、cd-r、cd-rw、dvd-rom、dvd-ram、dvd-rw、dvd+rw)、磁带、非易失性存储卡和rom。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机或云上下载程序代码。

需要说明的是，上述各流程和各系统结构图中不是所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。上述各实施例中描述的系统结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些模块可能由同一物理实体实现，或者，有些模块可能分由多个物理实体实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。

以上各实施例中，硬件单元可以通过机械方式或电气方式实现。例如，一个硬件单元可以包括永久性专用的电路或逻辑(如专门的处理器，fpga或asic)来完成相应操作。硬件单元还可以包括可编程逻辑或电路(如通用处理器或其它可编程处理器)，可以由软件进行临时的设置以完成相应操作。具体的实现方式(机械方式、或专用的永久性电路、或者临时设置的电路)可以基于成本和时间上的考虑来确定。

上文通过附图和优选实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，基与上述多个实施例本领域技术人员可以知晓，可以组合上述不同实施例中的代码审核手段得到本发明更多的实施例，这些实施例也在本发明的保护范围之内。