用于无同步器变速器的换挡力自学习方法与流程

本发明涉及车辆变速器换挡控制技术领域，具体涉及一种用于无同步器变速器的换挡力自学习方法。

背景技术：

随着汽车产业的蓬勃发展，人们对汽车性能的要求也越来越高。

变速器作为汽车整车中最重要的部件之一，其工作性能也成为了人们所关心的部件之一。目前汽车中使用的变速器中，由于无同步器自动变速器具有更优秀的燃油经济性和更低的生产成本，而且可靠性高、维护成本低，所以在商用车上得到了广泛的应用。

然而，无同步器自动变速器同样存在着其不足点，例如：变速器在进行换挡过程中会出现动力中断、换挡冲击大、顶齿现象等不足，使得无同步器自动变速器的工作会影响到车辆的运行平稳性，并影响车辆的乘坐舒适度。

并且，目前针对无同步器自动变速器的控制方法较为简单，其无法根据变速器实时工作情况进行相应的调整，使得其工作过程较为机械化，不够灵活。

因此，如何设计一种更加有效的调整无同步器变速器的工作过程，同时保证汽车行驶更加平稳的控制方法就成为了亟待解决的事情。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于无同步器变速器的换挡力自学习方法，其具有设计合理、应用方便的优点。

本发明的用于无同步器变速器的换挡力自学习方法，包括以下步骤：

s1、采集车辆运行的状态数据，其中，所述状态数据包括油温、变速器挡位、同步转速差、拨叉位置和发动机扭矩；

s2、获得换挡力限值、换挡时间阈值和换挡力；

s3、根据换挡力限值对换挡力进行限值，并进行换挡作业；

s4、换挡结束后，判断换挡时间是否超出换挡时间阈值，当换挡时间超过换挡时间阈值，则根据换挡力补偿值补偿换挡力，否则将换挡力补偿值设置为0。

可选的，所述s2中，根据状态数据通过查表法来得到具体的换挡力，并且根据车辆的标定获得换挡时间阈值。

可选的，s2中所述换挡力限值f通过以下方法计算：

其中，δω0为车辆变速器中齿轮和齿套在啮合前的转速差，u为齿轮和齿套间切面的相对摩擦系数，r为齿轮和齿套间接触面中间位置与轴心的距离，mg为齿套质量，v为齿轮和齿套在接触前齿套的轴向速度，α为齿套切面和轴向的夹角，js为齿套的转动惯量，jg为齿轮的转动惯量，n为齿轮齿数，φ为齿侧间隙。

可选的，其特征在于，s3中对所述换挡力限值具体为：

当所述换挡力超过所述换挡力限值时，以所述换挡力限值作为所述换挡力；

当所述换挡力未超过所述换挡力限值时，不需对所述换挡力处理。

可选的，所述s4具体为：

s41、计算换挡过程超出的时间；

s42、根据换挡过程超出的时间得到换挡力补偿值；

s43、将换挡力与换挡力补偿值求和，获得补偿后的换挡力，并采用补偿后的换挡力替换原来的换挡力。

本发明的用于无同步器变速器的换挡力自学习方法具有设计合理、应用方便的优点，通过计算变速器换挡过程中换挡力的大小，对换挡力进行有效的补偿处理，保证换挡过程运行的更加平稳，同时结合换挡时间的限制，进一步的提升换挡品质和换挡成功率。

附图说明

图1为本发明用于无同步器变速器的换挡力自学习方法的变速器齿轮和齿套空转状态示意图。

图2为本发明用于无同步器变速器的换挡力自学习方法的变速器齿轮和齿套同步状态示意图。

图3为本发明用于无同步器变速器的换挡力自学习方法的变速器齿轮和齿套啮合状态示意图。

图4为本发明用于无同步器变速器的换挡力自学习方法的逻辑流程图。

附图标记说明

1：齿轮2：齿套

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例的无同步器变速器中，其主要涉及无同步器变速器内部的齿轮和齿套部件，且针对变速器的具体控制也是基于齿轮和齿套来实现的。

具体的，车辆通过变速器在进行换挡操作时，需要部分齿轮与轴分离而解除连接，另一部分齿轮通过接合齿套以花键形式而与轴联接。

在齿轮靠近齿套的过程中，由于齿轮还未接合齿套，因此，其状态即为空转状态，而空转接触过程即为齿轮和齿套从空转状态到接触稳态的过程，即如图1中所示。

在齿轮与齿套相接触后，即进入同步过程，并且，同步过程在齿轮和齿套相互啮合前，两个接合部件间的转速差逐渐减小，最终达到阈值以内的滑磨过程。本实施例中的无同步器变速器换挡过程中的换挡力的计算，其实际上既是针对齿轮和齿套在啮合过程中进行分析，得到换挡力对换挡结果的影响，最终选取适当的换挡力。以上说明的滑磨过程如图2所示。

最终，在齿轮与齿套相互接触，并最终实现相互啮合的结果，即为齿轮与齿套接合的啮合状态，其状态如图3所示。在此状态下，其实际上即已完成了换挡过程。

因此，本实施例中主要涉及齿轮和齿套的滑磨的同步过程。因此，返回图2所示继续进行详细说明。

根据物理相关知识可知，在同步过程中影响齿轮和齿套相互啮合成功的主要因素是彼此沿接触面方向的摩擦力，在摩擦力作用下齿轮和齿套间转速差不断减小，如转速同步前未完成啮合，则会发生顶齿而导致换挡失败。并且，摩擦力的具体数值在一定程度上就取决于换挡力的选择，因此，通过对变速器齿轮和齿套的机械结构、特性的具体分析，则能够得到换挡力的变化与啮合成功概率的关系，其关系具体为呈递减关系。基于此，在保证换挡成功的前提下，可计算得到换挡力的最佳值。

但换挡力设置的数值过大易出现顶齿现象，也会产生较大的冲击；换挡力设置过小会导致变速器动力中断时间过长。为保证换挡品质，需要选择适宜的换挡力。

具体的，如图4所示，本实施例的用于无同步器变速器的换挡力自学习方法，包括以下步骤：

s1、采集车辆运行的状态数据。

具体的，对车辆当前的运行状态进行监测，并采集车辆运行状态的状态数据，其状态数据中可进一步具体的包括：油温、变速器挡位、同步转速差、拨叉位置和发动机扭矩等。以便后续根据该状态数据得到换挡力，从而方便对车辆换挡的具体控制，提高换挡的成功率和平稳性。

s2、获得换挡力限值、换挡时间阈值和换挡力。

本实施例中，可以根据状态数据通过查表法来得到具体的换挡力，并且根据车辆的标定获得换挡时间阈值(例如0.2-1s)，以及通过下式计算换挡力限值。

具体的，由于齿轮和齿套间的摩擦系数，和齿轮、齿套的转动惯量等参数为车辆变速器的固有属性，其可根据测量计算而获得，并且，其测量计算方法与现有技术相同，因此，在本文中不再赘述。

车辆变速器在换挡的过程中，在不考虑转速差控制的情况下，为保证换挡成功，需要动态调节换挡力限值。

本实施例中，换挡力限值通过以下方法计算：

首先，为了保证车辆变速器的换挡过程成功，需要控制齿轮和齿套在滑磨到完全同步前完成啮合，这就要求最大滑磨角度需要超过齿距与齿侧间隙之差，即需要满足以下条件：

公式1

其中，n为齿轮齿数，为齿侧间隙。

然而，在齿轮和齿套的滑磨过程中，齿轮和齿套受到的主要影响因素即是彼此沿接触面方向受到的摩擦力。

针对于此，根据牛顿第二定律，采用以下公式可求出齿轮和齿套间的最大滑磨角度：

公式2

其中，ωs为齿套转动的角速度，ωg为齿轮转动的角速度，δωt为齿轮和齿套在接触t时刻的转速差。

并且，公式2中的该转速差δωt可以通过跳出空转阶段时的转速差δω0进行计算，具体如下：

公式3

其中，δt为过程时间，为齿套转动的角速度平均值，为齿轮转动的角速度平均值，δω0为车辆变速器中齿轮和齿套在啮合前的转速差。

由于齿轮和齿套从接触到滑磨的中间过程是一种碰撞过程，由于其过程时间δt极短。因此，假设在碰撞后，齿轮无轴向位移，则根据动量守恒有：

公式4

mg·v＝∫(fc-f)dt

其中，mg为齿套质量，v为齿轮和齿套在接触前齿套的轴向速度，fc为碰撞反作用力，f为同步时刻换档力。

并且，由于摩擦力为影响滑磨效果的主要因素，则摩擦扭矩t可根据以下公式计算：

公式5

其中，u为齿轮和齿套间切面的相对摩擦系数，r为齿轮和齿套间接触面中间位置与轴心的距离，α为齿套切面和轴向的夹角。

基于上述说明，齿轮和齿套二者的角速度可以通过摩擦扭矩和转动惯量的比值计算，即：

公式6

并且，由于力的作用是相互的，因此还存在以下公式：

公式7

其中，js为齿套的转动惯量，jg为齿轮的转动惯量。

最终，根据以上公式1～公式7进行带入化简后可得换挡力限值的表达方程为：

公式8

s3、根据换挡力限值对换挡力进行限值，并进行换挡作业。

具体的，将换档力与换挡力限值进行比较，并根据比较结果对换挡力进行相应的限值，以便换挡力能够更加有效的控制车辆变速器的换挡控制。

进一步的，对换挡力的限值具体通过以下方法计算：

当换挡力超过换挡力限值时，以换挡力限值作为换挡力；当换挡力未超过换挡力限值时，不需对换挡力处理。

s4、换挡结束后，判断换挡时间是否超出换挡时间阈值，当换挡时间超过换挡时间阈值，则根据换挡力补偿值补偿换挡力，否则将换挡力补偿值设置为0。

具体的，在换挡结束后，得到整个换挡过程的时间，即换挡时间，如果换挡时间未超出换挡时间阈值的话，则说明该换挡力满足要求，且能够保证车辆变速器换挡工作的正常、稳定进行。

但是，如果换挡时间超出换挡时间阈值的话，则说明根据车辆变速器当前工作的情况下的换挡力不能够满足车辆变速器稳定、有效换挡工作的需求，则将需要针对换挡力进行补偿，以便使其满足要求。

进一步的，根据换挡力补偿值补偿换挡力通过以下方法计算：

s41、计算换挡过程超出的时间；

本实施例中，所述换挡过程超过的时间通过换挡时间减去换挡时间阈值而得到。

s42、根据换挡过程超出的时间得到换挡力补偿值。

具体的，本实施例中，可以根据换挡过程超出的时间通过查表法来得到换挡力补偿值，更进一步，根据换挡过程超出的时间，获得上次相同工况(即油温、变速器档位、转速差、拨叉位置以及发动机扭矩等相同的情况下)下的换挡力补偿值。

s43、将换挡力进行补偿并保存

具体的，将换挡力与换挡力补偿值求和，获得补偿后的换挡力，并采用补偿后的换挡力替换原来的换挡力，并且在替换之后，当车辆下一次处于相同工况时，通过查表法所得到的换挡力即补偿之后的换挡力。

并且，当下次相同工况下的换挡，可以再次采用上述方法来判断补偿后的换挡力是否满足车辆变速器换挡要求，并且可以通过上述方法进行再次补偿，在此不在一一赘述。

本发明的用于无同步器变速器的换挡力自学习方法具有设计合理、应用方便的优点，通过计算变速器换挡过程中换挡力限值的大小，对换挡力进行有效的补偿处理，保证换挡过程运行的更加平稳，同时结合换挡时间的限制，进一步的提升换挡品质和换挡成功率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以作出适当改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。