车辆的换档控制系统及其方法与流程
本发明属于车辆技术领域，具体而言，涉及一种车辆的换档控制系统及其方法。
背景技术：
随着汽车技术的发展，动力汽车的各方面的控制越来越完善，但是仍然存在一些问题。其中，在动力汽车的换档控制方面，相关现有技术中，由于换挡过程处于空档调速完成后，电机处于自由状态，即在阻力扭矩的作用下自由转动，同步器完成同步动作需要时间。如果此时整车处于坡道、或者制动工况下，同步目标转速一直处于变化中，而实际电机转速已退出调速无法跟随目标转速。例如，恶劣工况下每秒转速变化可以达到几十转，而同步器的同步能力有限，会导致同步时间变长甚至同步失败。如果退回空档重新调速，会重复以上过程。电机调速和同步时间越长，动力中断的时间也越长，在大坡上甚至可能出现溜坡现象，换档不够顺畅，驾驶感受差。
技术实现要素：
本发明提出一种车辆的换档控制系统及其方法，这样能够提高换档平顺性。
根据本发明第一实施例的车辆的换档控制方法，该方法包括：整车控制器向变速器控制单元发送换档请求；所述变速器控制单元根据所述换档请求通过所述整车控制器向电机控制器发送目标扭矩，以使所述电机控制器控制电机进行扭矩卸载；所述变速器控制单元在检测到电机控制器通过整车控制器发送的扭矩卸载完成的信息后，控制选换档执行机构将变速器的档位置为空档；当所述变速器控制单元检测到所述变速器的档位位于空档时，所述变速器控制单元计算对所述电机进行调速所需的目标转速，所述目标转速为根据当前车速和当前车辆加速度确定的；在所述电机的目标转速和实际转速满足预设条件时，所述变速器控制单元控制所述选换档执行机构进行换档。
根据本发明第二方面实施例的车辆的换档控制系统，包括：所述系统包括整车控制器、变速器控制单元、电机控制器和选换档执行机构，所述整车控制器用于向变速器控制单元发送换档请求；所述变速器控制单元用于根据所述换档请求通过所述整车控制器向电机控制器发送目标扭矩，以使所述电机控制器控制电机进行扭矩卸载；所述变速器控制单元还用于在检测到电机控制器通过整车控制器发送的扭矩卸载完成的信息后，控制选换档执行机构将变速器的档位摘为空档；当所述变速器控制单元检测到所述变速器的档位位于空档时，所述变速器控制单元还用于计算对所述电机进行调速所需的目标转速，所述目标转速为根据当前车速和当前车辆加速度确定的；在所述电机的目标转速和实际转速满足预设条件时，所述变速器控制单元还用于控制所述选换档执行机构进行换档。
本申请在变速器换档过程中通过加入当前车辆加速度对换档调速的目标速度进行补偿，这样得到的目标速度更接近于恶劣工况下换档同步时变化后的转速，这样可以减小换档时的同步差，从而能够缩短同步时间。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一个实施例的车辆的换档控制方法的示意性流程图。
图2是本发明另一实施例的车辆的换档控制方法的示意性流程图。
图3是本发明一个实施例的不同转速下电机阻力扭矩学习和自由状态转速掉落曲线。
图4是本发明一个实施例的电机的转动惯量的学习示意图。
图5是本发明一个实施例的车辆的换档控制系统的示意性框图。
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。
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。
在下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明一个实施例的车辆的换档控制方法的示意性流程图。
101，整车控制器向变速器控制单元发送换档请求。
102，变速器控制单元根据所述换档请求通过整车控制器向电机控制器发送目标扭矩，以使电机控制器控制电机进行扭矩卸载。
103，变速器控制单元在检测到电机控制器通过整车控制器发送的扭矩卸载完成的信息后，控制选换档执行机构将变速器的档位置为空档。
104，变速器控制单元计算对电机进行调速所需的目标转速，目标转速为根据当前车速和当前车辆加速度确定的。
105，在电机的目标转速和实际转速满足预设条件时，变速器控制单元控制选换档执行机构进行换档。
本申请在变速器换档过程中通过加入当前车辆加速度对换档调速的目标速度进行补偿，这样得到的目标速度更接近于恶劣工况下换档同步时变化后的转速，这样可以减小换档时的同步差，从而能够缩短同步时间。
可选地，作为本发明的一个实施例，在电机的目标转速和实际转速满足预设条件时，变速器控制单元控制选换档执行机构进行换档包括：在所述电机的目标转速和实际转速满足预设条件时，变速器控制单元控制选换档机构带动拨叉将同步器从空档移动至同步点，通过整车控制器向所述电机控制器发送停止调速指令和扭矩卸载指令，并在检测到电机的扭矩为0时，控制选换档机构带动拨叉将同步器从同步点继续移动拨叉至目标档位的位置，最后取消扭矩卸载请求，以完成换档。
本发明在调速过程即将结束时，提前控制拨叉进入同步，变速器控制单元控制选换档执行机构预先将拨叉移动至同步点附近等待调速完成，即在调速过程即将结束时，预先走完一端距离的空行程以到达同步点附近，这样可以大大减少恶劣工况下目标转速变化带来的同步差波动，进一步减小换档时的同步差，从而能够缩短同步时间。扭矩卸载后再控制拨叉完成同步挂档过程。
本申请实施例中移动到同步点附近一定距离范围内都视为移动到同步点，允许有一定的误差。
同步器同步实际上是通过摩擦力矩消除同步转速差的过程，移动到预同步的位置即正好锥面接触开始传递摩擦力矩的位置，该预同步的位置即为同步点。
可选地，作为本发明的一个实施例，目标转速为初始目标转速和补偿转速之和，所述补偿转速为根据当前车辆加速度和t确定的，t为选换档机构带动拨叉将同步器从空档移动至同步点需要的时间。
本发明实施例中电机的目标转速通过在初始目标转速基础上进行补偿，这样计算得到的目标转速更接近实际转速，可以避免目标转速一直处于变化中，导致根据当前转速进行调速导致同步时间长，甚至无法同步的问题。调速从空档开始，变速器处于空档才开始发送调速命令，这时叠加的补偿转速才开始有意义，且同步点之后不再需要补偿，所以，计算补偿转速使用的时间t是将同步器从空档开始，到同步点结束所计的时间。
可选地，作为本发明的一个实施例，初始目标转速根据下列公式确定：
可选地，作为本发明的一个实施例，补偿转速根据下列公式确定：
可选地，作为本发明的一个实施例，假设根据当前电机转速、电机的转动惯量、当前电机扭矩和当前转速下的阻力扭矩确定的目标转速为第一电机转速，根据当前的车速、目标档位的总速比、轮胎半径、当前车辆加速度得到的目标转速为第二电机转速，所述预设条件为所述第一电机转速和所述第二电机转速之差小于预设值。
可选地，作为本发明的一个实施例，第一电机转速根据下列公式确定：
可选地，作为本发明的一个实施例，第二电机转速根据下列公式确定：
可选地，作为本发明的一个实施例，预设值为经验值。
可选地，作为本发明的一个实施例，当前转速下的阻力扭矩和电机的转动惯量由电机的转动角加速度、电机匀加速转动时刻某转速时对应扭矩、电机匀减速转动时刻同一转速时对应扭矩确定。
可选地，作为本发明的一个实施例，当前转速下的阻力扭矩和电机的转动惯量根据下列公式确定：tr＝﹣(t1+t2)/2，i＝(t1-t2)/(2*β)，其中，i为电机的转动惯量，tr为当前转速下的阻力扭矩，β为电机的转动角加速度，t1为电机匀加速转动时刻某转速时对应扭矩，t2为电机匀减速转动时刻同一转速时对应扭矩。
本申请的换档控制方法可以适用于没有离合器，通过同步器和电机调速实现同步换档的所有车辆。
下面结合图2至图4详细说明本发明一个实施例的换档控制方法。
图2是本发明另一实施例的车辆的换档控制方法的示意性流程图。
201，整车控制器向变速器控制单元发送换档请求。
整车控制器判断车速，达到换档车速点时，向变速器控制单元发送换档请求。
202，变速器控制单元根据接收的换档请求，向整车控制器发送电机的目标扭矩为0的消息。
具体地，变速器控制单元可以向整车控制器发送电机的目标扭矩为0的消息，以通过整车控制器和电机控制器使电机进行扭矩卸载。
203，整车控制器向电机控制器发送电机的目标扭矩0的消息。
整车控制器接收变速器控制单元发送的目标扭矩0的消息，并将目标扭矩0的消息转发给电机控制器，以使电机控制器控制电机进行扭矩卸载。
204，电机控制器接收目标扭矩为0的消息，控制电机进行扭矩卸载，即，电机控制器控制电机使电机的实际扭矩输出为0。
具体地，电机指示扭矩输出为0，以进行扭矩卸载。
205，电机控制器控制电机进行扭矩卸载完成后，向整车控制器反馈实际扭矩为0的消息。
具体地，电机控制器检测电机的实际扭矩，当电机的实际扭矩为0时，电机控制器向整车控制器发送电机的实际扭矩为0的消息。
206，整车控制器接收电机控制器发送的实际扭矩为0的消息后，向变速器控制单元转发该电机的实际扭矩为0的消息。
207，变速器控制单元接收整车控制器发送的实际扭矩为0的消息后，控制换档执行机构的换档拨叉开始移动。
具体地，变速器控制单元控制选换档执行机构进行摘空档需要电机进行扭矩卸载完成后，即需要电机的实际扭矩为0，在收到步骤206整车控制器发送的电机的实际扭矩为0的消息后，变速器控制单元控制选换档执行机构的换档拨叉开始移动，以使选换档执行机构通过拨叉和同步器进行摘空档操作。
208，选换档执行机构执行摘空档操作，即拨叉移动，档位切换至空档。
209，变速器控制单元可以检测档位的位置，通过当前车速和目标档位计算电机的目标转速。该目标转速为对电机进行换档调速所需的目标转速。
当整车处于坡道或者制动等工况下时，目标转速一直处于变化中，实际电机转速已退出调速而导致无法跟随目标转速。恶劣工况下每秒转速变化可以达到几十转，而同步器的同步能力有限，可能会导致同步时间变长甚至同步失败。如果退回空档重新调速，会重复以上过程。电机调速和同步时间越长，动力中断的时间也越长，在大坡上甚至可能出现溜坡现象，驾驶感受很差。
本申请中的目标转速可以为增加变化趋势补偿后的目标转速。具体地，作为一个实施例，变速器控制单元可以根据当前车速、当前车辆加速度，计算得出加入变化趋势补偿的电机的目标转速。相比现有直接根据当前车速计算得到的电机转速，本申请加入根据车辆加速度计算的电机的转速加速度，以根据电机的转速加速度对电机的目标转速进行预测，这样得到的目标转速加入了转速的变化趋势补偿，能够更准确的预测到电机的目标转速，这样可以在目标转速处于变化中，能够更准确地对电机进行调速，提高同步器的同步能力，缩短同步时间。
例如，作为本申请的一个实施例，可以通过下列方式确定初始目标转速：
当电机进入换挡过程，当前处于空档准备电机调速时，根据当前车辆的加速度可以得到电机的转速加速度：
假设拨叉从空挡移动至同步点的时间为t秒，那么电机的补偿转速可以为t*am。例如，t＝80ms时，电机的补偿转速为0.08*am。
在本申请的一个实施例中，电机的目标转速可以为初始目标转速和补偿转速之和。即，电机的目标转速s为：
210，变速器控制单元检测当前档位的位置位于空档时，向整车控制器发送电机调速命令和电机的目标转速。
211，整车控制器接收变速器控制单元发送的电机调速命令和电机的目标转速后，计算调速过程中电机的目标扭矩。
具体地，整车控制器可以根据电机的目标转速和当前电机转速计算目标扭矩，并通过比例-积分-微分pid控制器闭环实时调节目标扭矩值，使实际电机转速快速接近目标电机转速而不超调。
212，整车控制器向电机控制器发送计算所得的目标扭矩。
213，电机控制器接收目标扭矩，并对目标扭矩进行响应。
具体地，电机控制器接收目标扭矩，调节电机的扭矩，使实际电机转速快速接近目标电机转速而不超调。
214，变速器控制单元监测电机的目标转速、实际转速和当前扭矩判断是否满足档位预挂条件。
当电机的目标转速和实际转速满足预设条件时，认为目标档位满足预挂条件。否则，认为不满足预挂条件。
在本申请的一个实施例中，可以根据当前电机转速、当前扭矩和电机惯量预估指定时长t秒后的电机转速，将这种方法预测得到的电机转速设为第一电机转速。例如，第一电机转速可以为当前电机的转速加上预估的转速变化量，预估的每秒转速变化可以为t*β/2π。角加速度β可以由下列公式得到：
下面具体给出本申请一个实施例的出厂电机特性自学习的步骤：
(1)检查是否满足如下学习条件：手刹拉起、当前空档、车速为0、变速器状态正常、整车can通讯正常。
(2)开始自学习过程，仪表显示相应文字提示。变速器控制单元向整车控制器发出调速请求，其转速为恒定值，待电机实际转速稳定在目标转速±10r/m时，记录当前电机扭矩值。改变目标转速值，重复以上过程，可以学习出电机不同转速区间的阻力扭矩值。如图3所示。
(3)向电机发出最高转速工作的命令，待其达到最高转速时，将其扭矩卸载为0，记录其自动状态掉落至转速0的曲线数据。
如图3所示的不同转速下电机阻力扭矩学习和自由状态转速掉落曲线。图3中横坐标为时间，纵坐标左边为电机转速，图3中用粗实线画出，右边为电机扭矩，图3中用细实线画出。
(4)目标转速为匀加速上升(角加速度设置为β)，到达最高转速后目标转速变为匀减速下降(角加速度设置为-β)。如图4所示的电机的转动惯量的学习示意图。图4中横坐标为时间，纵坐标左边为电机转速，图4中用粗实线画出，右边为电机扭矩，图4中用细实线画出。
(5)记录上升和下降曲线中同一转速对应下的扭矩值。并根据统一转速对应的扭矩值，可以计算出此转速下的阻力扭矩和电机惯量。
为提高计算准确性，可以重复计算多次后取其平均值作为电机的实际惯量。
计算公式为：(当前扭矩+阻力扭矩)/电机惯量＝角加速度。取同转速下的上升点和下降点扭矩建立两元一次方程：
t1+tr＝β*i；
t2+tr＝﹣β*i，其中t1为电机匀加速转动时刻某转速时对应扭矩，t2为电机匀减速转动时刻同一转速时对应扭矩，i为电机的转动惯量，β设定为电机的匀加速过程的转动角加速度，-β设定为电机的匀减速过程的转动角加速度，tr为当前转速下的阻力扭矩。
由上述计算公式可以得出tr＝﹣(t1+t2)/2，i＝(t1-t2)/(2*β)。
在本申请的一个实施例中，通过对电机的特性进行自学习，得到电机的转动惯量和不同转速下的阻力扭矩，这样，可以通过电机的学习对电机的转速趋势进行预估，可以提高预挂的准确性，从而能够更好的实现同步。
(6)重复寻找多个不同转速点，计算不同转速点对应的多个电机转动惯量，取其平均值作为最终的电机的转动惯量。
在本申请的一个实施例中，还可以根据当前车辆的速度和车辆的加速度预测电机在指定时长t秒后的转速，将该方法预测得到的电机转速设定为第二电机转速。即，第二电机转速为步骤209计算得到的目标转速s。
在本申请的一个实施例中，预设条件可以为第一电机转速和第二电机转速之差小于预设值，该预设值可以是根据经验得到。达到预设条件，即，可以使预挂后选换档机构带动拨叉将同步器从空档移动到同步点附近时，实际电机转速和目标电机转速差值在该预设值以内，满足同步的条件。
例如，预设时长t＝80ms，预设值为0.3r/s时，预设条件可以为：
215，变速器控制单元在步骤214判断得到满足预挂条件时，控制选换档机构带动拨叉开始移动。
具体地，当满足预挂档条件时，开始控制选换档机构的换档拨叉将同步器从空档移动至同步点附近。
本申请通过实时计算电机调速过程的转速差，并通过当前电机扭矩、阻力扭矩和学习的电机惯量预判电机转速的趋势得到电机的目标转速，并在电机调速过程即将结束时，提前进行预挂档操作，即提前控制拨叉进入同步，预先走完预设距离的空行程到达同步点附近，这样可以大大减少恶劣工况下目标转速变化带来的同步差波动。
预设距离由拨叉中位位置到同步位置的距离确定。本申请对预设距离可以由变速器的机械结构决定，例如，预设距离可以为3mm。
216，选换档执行机构的拨叉接受变速器控制单元的控制开始移动拨叉，开始换档。
具体地，选换档执行机构的拨叉接受变速器控制单元的控制开始移动，拨叉移动带动同步器从同步点移动至目标档的位置，开始换档。
217，当变速器控制单元经过步骤214判断得到目标档位满足预挂条件时，向整车控制器发送卸载扭矩指令。
具体地，变速器控制单元在目标档位满足预挂条件时，向整车控制器发送停止卸载扭矩指令，即通知整车控制器停止调速，保持扭矩为0。
218，整车控制器接收变速器控制单元发送的卸载扭矩指令，向电机控制器发送电机的目标扭矩0的消息。
219，电机控制器接收整车控制器发送的目标扭矩0的消息，控制电机停止调速，并进行扭矩卸载，将电机的扭矩降为0。
220，电机控制器在对电机的扭矩进行卸载完成后，向整车控制器反馈电机的实际扭矩为0的消息。
221，整车控制器接收电机控制器发送的电机的实际扭矩为0消息后，向变速器控制单元转发该电机的实际扭矩为0的消息。
222，变速器控制单元接收到整车控制器发送的电机的实际扭矩为0的消息后，控制选换档执行机构的拨叉继续移动。
223，选换档执行机构接受变速器控制单元的控制，控制拨叉继续移动，继续执行挂挡。
具体地，变速器控制单元控制选换档机构带动拨叉将同步器继续从同步点移动至目标档位的位置。
224，变速器控制单元对当前档位的位置进行检测。
225，当变速器控制单元检测到变速器的档位位置已在新的目标档位的位置时，变速器控制单元可以向整车控制器发送取消扭矩卸载请求，即取消请求电机扭矩输出0。
具体地，变速器控制单元退出换档控制，由整车控制器根据油门或制动信号来控制电机的扭矩输出，整个换档过程完成。
本申请说明书部分流程图的标号并不具有严格的先后顺序，例如，步骤214可以在步骤209之后进行，即根据目标转速判断是否满足预挂条件在变速器控制单元计算得到目标转速之后就可以进行，不必等到步骤213完成。步骤215和步骤216可以在步骤213调速即将结束时进行，这样可以提前进入换档，即提前控制拨叉进入同步，预先走完一段距离的空行程以到达同步点附近，进而可以减少恶劣工况下目标转速变化带来的同步差波动。
图5是本发明一个实施例的车辆的换档控制系统的示意性框图。图5的车辆的换档控制系统包括电机控制器11、整车控制器12、变速器控制单元13、选换档执行机构14。
整车控制器12用于向变速器控制单元13发送换档请求。
变速器控制单元13用于根据换档请求通过整车控制器12向电机控制器11发送目标扭矩，以使电机控制器11控制电机进行扭矩卸载。
变速器控制单元13还用于在检测到电机控制器11通过整车控制器12发送的扭矩卸载完成的信息后，控制选换档执行机构14将当前档位摘为空档。
当变速器控制单元13检测到档位位于空档时，变速器控制单元13还用于计算对电机进行调速所需的目标转速，目标转速为根据当前车速和当前车辆加速度确定的。
在电机的目标转速和实际转速满足预设条件时，变速器控制单元13还用于控制选换档执行机构14进行换档。
本申请在变速器换档过程中通过加入当前车辆加速度对换档调速的目标速度进行补偿，这样得到的目标速度更接近于恶劣工况下换档同步时变化后的转速，这样可以减小换档时的同步差，从而能够缩短同步时间。
可选地，作为本发明的一个实施例，换档控制系统还包括拨叉和同步器，变速器控制单元具体用于在电机的目标转速和实际转速满足预设条件时，控制选换档机构带动拨叉将同步器从空档移动至同步点，通过整车控制器向电机控制器发送停止调速指令和扭矩卸载指令，并在检测到电机的扭矩为0时，控制选换档机构带动拨叉将同步器从同步点继续移动至目标档位的位置，再取消扭矩卸载请求，以完成换档。
可选地，作为本发明的一个实施例，目标转速为初始目标转速和补偿转速之和，补偿转速为根据当前车辆加速度和t确定的，t为选换档机构带动拨叉将同步器从空档移动至同步点需要的时间。
可选地，作为本发明的一个实施例，初始目标转速根据下列公式确定：
可选地，作为本发明的一个实施例，补偿转速根据下列公式确定：
可选地，作为本发明的一个实施例，假设根据当前电机转速、电机的转动惯量、当前电机扭矩和当前转速下的阻力扭矩确定的目标转速为第一电机转速，根据当前的车速、目标档位的总速比、轮胎半径、当前车辆加速度得到的目标转速为第二电机转速，预设条件为第一电机转速和第二电机转速之差小于预设值。
可选地，作为本发明的一个实施例，第一电机转速根据下列公式确定：
可选地，作为本发明的一个实施例，第二电机转速根据下列公式确定：
可选地，作为本发明的一个实施例，预设值为经验值。
可选地，作为本发明的一个实施例，当前转速下的阻力扭矩和电机的转动惯量由电机的转动角加速度、电机匀加速转动时刻某转速时对应扭矩、电机匀减速转动时刻同一转速时对应扭矩确定。
可选地，作为本发明的一个实施例，当前转速下的阻力扭矩和电机的转动惯量根据下列公式确定：tr＝﹣(t1+t2)/2，i＝(t1-t2)/(2*β)，其中，i为电机的转动惯量，tr为当前转速下的阻力扭矩，β为电机的角加速度，t1为电机匀加速转动时刻某转速时对应扭矩，t2为电机匀减速转动时刻同一转速时对应扭矩。
图5的车辆的换档控制系统中各个组成部件可以执行图1至图4对应方法流程中的步骤，为避免赘述，再此不再详细叙述。
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。
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。
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