专利名称：一种用于纯电动车两档自动变速器控制系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种纯电动车的两档自动变速器控制系统及控制方法，属于电动汽车领域。
背景技术：
传统的自动变速器是带有离合器的，整个换档过程都有离合器参与。本发明所涉及的纯电动车两档自动变速器为不带离合器的两档自动变速器，驱动电机与变速箱通过花键相连，取消了离合器，与传统机械自动变速器相比结构上有很大的简化，换档过程也省去了离合器的分离与结合等动作，缩减了换档时间，即减少了动力中断的时间。取消离合器后，在换档过程中控制系统变得相对复杂，需要对驱动电机的转速进行精确控制。另外，在换档过程中为了减小换档冲击，除了对驱动电机的转速进行精确控制外，还要与整车控制器和驱动电机控制器进行一体化控制。
发明内容
本发明提出了一种用于纯电动车两档自动变速器控制系统及控制方法，解决在此系统中采用传统的带离合器的控制方法，在换档过程中会存在无法换挡或换档冲击很大的问题。针对纯电动车的特点，
本发明提供一种两档自动变速器控制系统，所针对的自动变速器为不带离合器的两档自动变速器。该系统包括整车控制器，用于整车的控制，在此主要用于换档决策，将油门开度信息通过CAN总线发送给变速器控制模块。驱动电机控制器，在本系统中主要作用是通过CAN总线将驱动电机转速、工作状态等信息发送给变速器控制模块和整车控制器，在换档过程中接收变速器控制模块的指令，对驱动电机的工作状态和转速进行精确控制。变速器控制模块，用于换档控制，发送换档请求给整车控制器和驱动电机控制器， 通过传感器监测档位信息，发送控制指令给选换档执行机构；选换档执行机构，其主要作用是执行变速器控制模块发出的指令，进行摘空档、选档和挂档动作。所述变速器控制模块通过CAN总线组成的总线型拓扑结构，与整车控制器、驱动电机控制器实现通讯和数据传输。所述选换档执行机构与变速器控制模块通过控制线与信号线连接，执行变速器控制模块所发出的控制指令。所述选换档执行机构包括选档电机、换档电机、档位传感器、角位移传感器和机械传动部分；所述选档电机和换档电机通过控制线与变速器控制模块相连，档位传感器、角位移传感器通过信号线与变速器控制模块相连；所述档位传感器用于监测选档位置，角位移传感器用于监测档位状态。其中选档电机和换档电机为直流电机，用车载12V电源驱动。
本发明进一步还提供一种全新的纯电动车两档自动变速器无离合器换档控制方法，该方法包括
a.变速器控制模块监测从CAN总线上读取的驱动电机转速和油门开度；
b.当驱动电机转速和油门开度达到换档点时，变速器控制模块通过CAN总线发送换档请求给整车控制器；
c.通过变速器控制模块与驱动电机控制器的一体化控制将驱动电机工作模式变为自由模式，选换档执行机构进行摘空档动作；
d.通过变速器控制模块与驱动电机控制器的一体化控制将驱动电机工作模式变为工作模式，对驱动电机进行调速，并在调速的同时选换档执行机构进行选档动作；
e.通过变速器控制模块与驱动电机控制器的一体化控制将驱动电机工作模式变为自由模式，选换档执行机构进行挂档动作；
f.通过变速器控制模块与驱动电机控制器的一体化控制将驱动电机工作模式变为工作模式，变速器控制模块通过CAN总线发送换档结束请求给整车控制器。进一步，步骤b包括
bl.当驱动电机转速和油门开度达到换档点时，变速器控制模块通过CAN总线发送换档请求给整车控制器；
b2.当整车控制器允许变速器控制模块进行换档时，通过CAN总线发送允许换档指令给变速器控制模块。进一步，步骤c包括
cl.当变速器控制模块接收到整车控制器通过CAN总线发送的允许换档指令后，变速器控制模块通过CAN总线发送将驱动电机工作状态变为自由模式请求给驱动电机控制器； c2.当变速器控制模块接收到驱动电机控制器通过CAN总线发送的驱动电机工作状态为自由模式的指令后，控制选换档执行机构进行摘空档动作。进一步，步骤d包括
dl.当变速器控制模块通过角位移传感器监测到选换档执行机构已经完成摘空档时， 变速器控制模块通过CAN总线发送将驱动电机工作状态变为工作模式请求给驱动电机控制器；
d2.当变速器控制模块接收到驱动电机控制器通过CAN总线发送的驱动电机工作状态为工作模式的指令后，变速器控制模块通过CAN总线发送驱动电机目标转速给驱动电机控制器，对驱动电机进行调速，在调速的同时变速器控制模块控制选换档执行机构进行选档动作。进一步，步骤e包括
el.当变速器控制模块通过档位传感器监测到选换档执行机构已经完成选档动作，并且变速器控制模块接收到驱动电机控制器通过CAN总线发送的驱动电机调速完成指令后， 变速器控制模块通过CAN总线发送将驱动电机工作状态变为自由模式请求给驱动电机控制器；
e2.当变速器控制模块接到驱动电机控制器通过CAN总线发送的驱动电机工作状态为自由模式的指令后，控制选换档执行机构进行挂档动作。更进一步，步骤f包括fl.当变速器控制模块通过角位移传感器监测到选换档执行机构已经完成挂档动作时，变速器控制模块通过CAN总线发送将驱动电机工作状态变为工作模式请求给驱动电机控制器；
f2.当变速器控制模块接收到驱动电机控制器通过CAN总线发送的驱动电机工作状态为工作模式的指令后，变速器控制模块通过CAN总线发送换档结束请求给整车控制器，整个换档过程结束。相对于现有技术，本发明具有以下显著优势通过该纯电动车两档自动变速器控制系统和控制方法，实现两档自动变速器自动换档，大大提高了车辆的操作性；通过档位的自动变换，可以使驱动电机更多的工作在高效率区，这样可以延长纯电动车的续驶里程，更节能环保；在换档过程中，通过变速器控制单元、整车控制器和驱动电机控制器的一体化控制，对驱动电机的工作状态和驱动电机转速进行精确控制，换档冲击小，更好的提高了整车换档平顺性及乘坐舒适性，另外采用该控制系统和控制方法后换档时间明显缩短。
图1是本发明的换档控制系统的结构示意图； 图2是本发明的换档控制方法的流程图3是本发明的换档控制过程的流程图。
具体实施例方式在本发明中，由于在纯电动车上没有离合器，所以在纯电动车正常行驶时，驱动电机的动力输出不经过离合器直接通过两档自动变速器连接到驱动桥，驾驶员通过控制油门踏板的开度来控制驱动电机的转速，进而控制车速。当驱动电机的转速与当前档位不匹配时，两档自动变速器控制系统通过所设定的控制方法进行换档，使驱动电机更多的工作在高效率区，延长纯电动车的续驶里程。图1是纯电动车两档自动变速器控制系统的结构示意图。如图1所示，该控制系统包括整车控制器1、驱动电机控制器2、变速器控制模块3和选换档执行机构4。整车控制器1、驱动电机控制器2、变速器控制模块3之间通过CAN总线相连和传输数据，变速器控制模块3和选换档执行机构4通过信号线和控制线相连。整车控制器1主要作用是用于整车的控制，在本系统中主要用于换档决策，将油门开度信息通过CAN总线发送给变速器控制模块，另外在变速器控制模块换档的过程中与驱动电机控制器一起对换档过程进行一体化控制。驱动电机控制器2在本控制系统的主要作用是执行整车控制器和变速器控制模块所发送的控制指令，在换档过程中对驱动电机的工作状态和驱动电机转速进行精确控制。变速器控制模块3在本控制系统的主要作用是在纯电动车正常行驶时，实时监测驱动电机的转速、油门开度和当前的档位信息，在驱动电机的转速和油门开度等信息达到换档点时，如果当前挡位和目标档位不一致则与整车控制器、驱动电机控制器进行一体化控制，对驱动电机的工作状态和转速进行精确控制，控制选换档执行机构执行选换档动作。选换档执行机构4在本系统的主要作用是执行变速器控制模块所发出的控制指令。选换档执行机构包括选档电机、换档电机、档位传感器、角位移传感器和机械传动部分。选档电机和换档电机通过控制线与变速器控制模块相连，档位传感器、角位移传感器通过信号线与变速器控制模块相连，档位传感器用于监测选档位置，角位移传感器用于监测档位状态。选档电机和换档电机为直流电机，用车载12V电源驱动。图2是本发明的换档控制方法的流程图。如图2所示，在步骤201，整车控制器和驱动电机控制器将实时的驱动电机转速、工作状态和油门开度等信息发送至CAN总线。在步骤202，变速器控制模块通过读取CAN总线上的信息对驱动电机实时转速、工作状态和油门开度等信息进行监测。在步骤203，变速器控制模块对监测到的当前驱动电机转速和油门开度进行判断， 看是否到达一档的换档点，如果达到换档点则执行步骤204，如果没有达到换档点则执行步骤 207。在步骤204，变速器控制模块根据档位传感器和角位移传感器的值对当前档位进行判断，如果当前档位为一档，则跳至步骤202进行下次循环，如果当前档位为二档，则执行步骤205，调用换一档的子程序。在步骤207，变速器控制模块对监测到的当前驱动电机转速和油门开度进行判断， 看是否到达二档的换档点，如果达到换档点则执行步骤208，如果没有达到换档点则跳至步骤202进行下次循环。在步骤208，变速器控制模块根据档位传感器和角位移传感器的值对当前档位进行判断，如果当前档位为一档，则执行步骤209，调用换二档的子程序，如果当前档位为二档，则跳至步骤202进行下次循环。图3是本发明的换档控制过程的流程图。下面就一档换二档的过程说明换档控制过程以及变速器控制模块、整车控制器和驱动电机控制器进行一体化控制的流程。如图3所示，在步骤301，当有换二档需求并且当前档位为一档时，变速器控制模块通过CAN总线向整车控制器发出换档请求。在步骤302，当接收到整车控制器通过CAN总线发来的允许换档信号后，变速器控制模块通过CAN总线向驱动电机控制器发出将驱动电机工作状态变为自由模式请求。在步骤303，当接收到驱动电机控制器通过CAN总线发来的驱动电机工作状态已变为自由模式指令后，变速器控制模块控制选换档执行机构进行摘空档动作。在步骤304，当接收到摘空档完成信号后，变速器控制模块通过CAN总线向驱动电机控制器发出将驱动电机工作状态变为工作模式请求。在步骤305，当接收到驱动电机控制器通过CAN总线发来的驱动电机工作状态已变为工作模式指令后，变速器控制模块通过CAN总线向驱动电机控制器发出驱动电机目标转速，对驱动电机进行调速，同时控制选换档执行机构执行选档动作。在步骤306，当接收到选档完成信号和驱动电机控制器通过CAN总线发来的驱动电机调速完成信号后，变速器控制模块通过CAN总线向驱动电机控制器发出将驱动电机工作状态变为自由模式请求。在步骤307，当接收到驱动电机控制器通过CAN总线发来的驱动电机工作状态已变为自由模式指令后，变速器控制模块控制选换档执行机构执行挂档动作。
在步骤308，当接收到挂档完成信号后，变速器控制模块通过CAN总线向驱动电机控制器发出将驱动电机工作状态变为工作模式请求。在步骤309，当接收到驱动电机控制器通过CAN总线发来的驱动电机工作状态已变为工作模式指令后，变速器控制模向整车控制器发出换档结束指令，整个换档过程结束。最后说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，应该认识到在不脱离本发明主旨的情况下，本发明的技术人员可以对本发明做出不同程度的修改。
权利要求
1.一种用于纯电动车的两档自动变速器控制系统，所述系统针对不带离合器的两档自动变速器；其特征在于，所述系统包括整车控制器(1)、驱动电机控制器(2)、变速器控制模块(3)和选换档执行机构(4)；所述变速器控制模块(3)通过CAN总线组成的总线型拓扑结构，与整车控制器(1)、驱动电机控制器(2)实现通讯和数据传输；所述选换档执行机构(4)与变速器控制模块(3)通过控制线和信号线相连，执行变速器控制模块所发出的控制指令。
2.根据权利要求1所述的用于纯电动车的两档自动变速器控制系统，其特征在于所述选换档执行机构(4)包括选档电机、换档电机、档位传感器、角位移传感器和机械传动部分；所述选档电机和换档电机通过控制线与变速器控制模块(3)相连，档位传感器、角位移传感器通过信号线与变速器控制模块(3)相连；所述档位传感器用于监测选档位置，角位移传感器用于监测档位状态。
3.根据权利要求2所述的用于纯电动车的两档自动变速器控制系统，其特征在于所述选档电机和换档电机为直流电机，用车载12V直流电源驱动。
4.利用权利要求1、2或3所述的两档自动变速器控制系统进行控制的方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤a.变速器控制模块(3)监测从CAN总线上读取的驱动电机转速、工作状态和油门开度信号；b.当驱动电机转速和油门开度达到换档点时，变速器控制模块(3)通过CAN总线发送换档请求给整车控制器(1);c.通过驱动电机控制器(2)和变速器控制模块(3)的一体化控制将驱动电机工作模式变为自由模式，选换档执行机构(4)进行摘空档动作；d.通过驱动电机控制器(2)和变速器控制模块(3)的一体化控制将驱动电机工作模式变为工作模式，对驱动电机进行调速，并在调速的同时选换档执行机构(4)进行选档动作；e.通过驱动电机控制器(2)和变速器控制模块(3)的一体化控制将驱动电机工作模式变为自由模式，选换档执行机构(4)进行挂档动作；f.通过驱动电机控制器(2)和变速器控制模块(3)的一体化控制将驱动电机工作模式变为工作模式，变速器控制模块(3)通过CAN总线发送换档结束请求给整车控制器(1)。
5.根据权利要求4所述的的两档自动变速器的控制方法，其特征在于，步骤b包括bl.当驱动电机转速和油门开度达到换档点时，变速器控制模块(3)通过CAN总线发送换档请求给整车控制器(1);b2.当整车控制器(1)允许变速器控制模块(3)进行换档时，通过CAN总线发送换档允许指令给变速器控制模块(3 )。
6.根据权利要求4所述的两档自动变速器的控制方法，其特征在于，步骤c包括cl.当变速器控制模块(3)接收到整车控制器(1)通过CAN总线发送的允许换档指令后，变速器控制模块(3)通过CAN总线发送将驱动电机工作状态变为自由模式请求给驱动电机控制器(2);c2.当变速器控制模块(3)接收到驱动电机控制器(2)通过CAN总线发送的驱动电机工作状态为自由模式的指令后，控制选换档执行机构(4)进行摘空档动作。
7.根据权利要求4所述的一种用于纯电动车的两档自动变速器的控制方法，其特征在于，步骤d包括dl.当变速器控制模块(3)通过角位移传感器监测到选换档执行机构(4)已经完成摘空档动作时，变速器控制模块(3)通过CAN总线发送将驱动电机工作状态变为工作模式请求给驱动电机控制器(2)；d2.当变速器控制模块(3)接收到驱动电机控制器(2)通过CAN总线发送的驱动电机工作状态为工作模式的指令后，变速器控制模块(3)通过CAN总线发送驱动电机目标转速给驱动电机控制器(2)，对驱动电机进行调速，在调速的同时变速器控制模块(3)控制选换档执行机构(4)进行选档动作。
8.根据权利要求4所述的两档自动变速器的控制方法，其特征在于，步骤e包括el.当变速器控制模块(3)通过档位传感器监测到选换档执行机构(4)已经完成选档动作，并且接收到驱动电机控制器(2)通过CAN总线发送的驱动电机调速完成指令后，变速器控制模块(3)通过CAN总线发送将驱动电机工作状态变为自由模式请求给驱动电机控制器⑵；e2.当变速器控制模块(3)接收到驱动电机控制器(2)通过CAN总线发送的驱动电机工作状态为自由模式的指令后，控制选换档执行机构(4)进行挂档动作。
9.根据权利要求4所述的一种用于纯电动车的两档自动变速器的控制方法，其特征在于，步骤f包括Π.当变速器控制模块(3)通过角位移传感器监测到选换档执行机构(4)已经完成挂档动作时，变速器控制模块(3)通过CAN总线发送将驱动电机工作状态变为工作模式请求给驱动电机控制器(2);f2.当变速器控制模块(3)接收到驱动电机控制器(2)通过CAN总线发送的驱动电机工作状态为工作模式的指令后，变速器控制模块(3)通过CAN总线发送换档结束请求给整车控制器(1)，整个换档过程结束。
全文摘要
本发明公开一种用于纯电动车的两档自动变速器控制系统及控制方法，该控制系统包括整车控制器、驱动电机控制器、变速器控制模块和选换档执行机构，选换档执行机构包括一个选档电机、一个换档电机、档位传感器、一个角位移传感器和机械传动部分。本发明对传统纯电动车传动系统进行改进，变速器采用两档结构，可以提高电动车性能，降低对电机性能的要求，使电机更多的工作在高效率区，延长其续驶里程。在换档过程中，变速器控制模块对选换档执行机构进行自动控制，实现自动换档，降低了操作人员的劳动强度；在换档过程中变速器控制模块、整车控制器和驱动电机控制器通过所设定的控制方法对驱动电机的工作状态进行一体化控制，对驱动电机转速进行精确控制，换档冲击小，提高了整车换档平顺性及乘坐舒适性。
文档编号B60W10/10GK102295000SQ20111016417
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月18日 优先权日2011年6月18日
发明者何铮斌, 李康力, 杜昌松, 殷杰, 胡建军, 胡明辉, 高龙 申请人:重庆大学, 重庆长安汽车股份有限公司