车辆及其双离合自动变速箱的换挡控制方法、装置和系统与流程

1.本技术涉及车辆技术领域，尤其涉及一种车辆及其双离合自动变速箱的换挡控制方法、装置和系统。


背景技术：

2.双离合变速箱具有传动效率高，无动力中断特性驾驶舒适性好等特点，因此目前得到了广泛的应用。双离合器的换挡控制需要具有快速和精准。目前市面上主流换挡系统是液压控制单元驱动同步器换挡，变速箱设有档位传感器判断挂档是否成功。带有档位传感器的换挡系统结构比较复杂，存在成本较高，液压系统故障率较高的问题。基于此，申请人在发明cn112145677a中提供了一种换挡鼓，通过省略基于卡爪和棘轮的复杂机械结构和操作过程，大幅降低了变速箱的结构复杂程度。但在实际应用过程中发现，具有这种换挡鼓结构的换挡系统存在换挡失败，以及换挡成功后脱档的可能性。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种车辆及其双离合自动变速箱的换挡控制方法、装置和系统，以解决或者部分解决目前具有换挡鼓结构的换挡系统存在的换挡失败和换挡成功后脱档可能性的技术问题。
4.为解决上述技术问题，根据本发明一个可选的实施例，提供了一种双离合自动变速箱的换挡控制方法，应用于变速箱自动控制单元；所述双离合自动变速箱包括换挡组件，所述换挡组件包括换挡电机，换挡鼓，换挡拨叉和同步器，所述换挡电机通过转动带动所述换挡鼓，所述换挡拨叉和所述同步器进行换挡；所述换挡控制方法包括：
5.响应驾驶员意图，获得目标档位；
6.控制所述换挡电机转动至所述目标档位对应的目标位置；
7.根据所述双离合自动变速箱的当前速比，确定是否换挡成功；
8.若换挡成功，则对所述换挡电机执行档位保持控制；
9.若换挡失败，则对所述换挡电机执行再次换挡控制。
10.可选的，所述根据所述双离合自动变速箱的当前速比，确定是否换挡成功，包括：
11.获得所述双离合自动变速箱的当前速比；
12.根据所述目标档位，获得理论速比；
13.根据所述当前速比与所述理论速比，确定是否换挡成功。
14.进一步的，所述获得所述双离合自动变速箱的当前速比，包括：
15.获得双离合自动变速箱的输入轴转速；
16.获得驱动轮转速作为所述双离合自动变速箱的输出轴转速；
17.根据所述输入轴转速和所述输出轴转速，确定所述当前速比。
18.进一步的，所述根据所述当前速比与所述理论速比，确定是否换挡成功，包括：
19.获得所述当前速比与所述理论速比之间的差值；
20.若所述差值的绝对值大于阈值，则确定换挡失败；
21.若所述差值的绝对值小于或等于所述阈值，则确定换挡成功。
22.可选的，所述对所述换挡电机执行档位保持控制，包括：
23.获取换挡电机的实时位置；
24.在所述实时位置与所述目标位置的偏差超过设定范围时，控制所述换挡电机转动至所述目标位置。
25.可选的，所述对所述换挡电机执行再次换挡控制，包括：
26.将所述换挡电机转动至换挡前的位置；
27.控制所述换挡电机转动至所述目标位置；
28.根据所述双离合自动变速箱的当前速比，确定是否换挡成功。
29.可选的，在对所述换挡电机执行所述再次换挡控制的次数达到预设次数之后，所述换挡控制方法还包括：
30.若换挡失败，生成换挡失败故障信息。
31.根据本发明又一个可选的实施例，提供了一种双离合自动变速箱的换挡控制装置，应用于变速箱自动控制单元；所述双离合自动变速箱包括换挡组件，所述换挡组件包括换挡电机，换挡鼓，换挡拨叉和同步器，所述换挡电机通过转动带动所述换挡鼓，所述换挡拨叉和所述同步器进行换挡；所述换挡控制装置包括：
32.换挡模块，用于控制所述换挡电机转动至所述目标档位对应的目标位置；以及若换挡失败，则对所述换挡电机执行再次换挡控制；
33.换挡校验模块，用于根据所述双离合自动变速箱的当前速比，确定是否换挡成功；
34.档位保持模块，用于若换挡成功，则对所述换挡电机执行档位保持控制。
35.根据本发明又一个可选的实施例，提供了一种双离合自动变速箱的换挡系统，所述换挡系统包括变速箱自动控制单元和换挡组件，所述换挡组件包括换挡电机，换挡鼓，换挡拨叉和同步器，所述换挡电机通过转动带动所述换挡鼓，所述换挡拨叉和所述同步器进行换挡；所述变速箱自动控制单元的处理器被编程用于：
36.响应驾驶员意图，获得目标档位；
37.控制所述换挡电机转动至所述目标档位对应的目标位置；
38.根据所述双离合自动变速箱的当前速比，确定是否换挡成功；
39.若换挡成功，则对所述换挡电机执行档位保持控制；
40.若换挡失败，则对所述换挡电机执行再次换挡控制。
41.根据本发明又一个可选的实施例，提供了一种车辆，所述车辆包括前述技术方案中的换挡系统。
42.通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：
43.本发明提供了一种双离合自动变速箱的换挡控制方法，对于应对可能存在的换挡失败问题，引入换挡校验功能；通过在一次换挡动作后，根据双离合自动变速箱的当前速比进行档位校验，判断是否换挡成功；采用变速箱的当前速比验证当前实际档位，可以省略目前换挡系统常用的档位传感器，从而降低成本；若档位校验的结果是换挡成功，为了应对可能存在的脱档问题，引入换挡保持控制，使换挡鼓在振动冲击下能够固定在目标档位处不转动，保证换挡鼓位置正确，不会脱档；若档位校验结果是换挡失败，引入再次换挡控制，通
过重新换挡使换挡鼓转动至正确的目标档位；总的来说，上述方案通过换挡后的换挡校验，换挡成功后的换挡保持和换挡失败后的再次换挡，在保证了换挡鼓结构的换挡系统的精确换挡和高效换挡的同时，显著降低了换挡失败和换挡后脱档的可能性。
44.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
45.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
46.图1示出了根据本发明的换挡系统的结构示意图；
47.图2示出了根据本发明一个实施例的换挡控制方法的流程示意图；
48.图3示出了根据本发明一个实施例的换挡控制方法的详细逻辑判断示意图；
49.图4示出了根据本发明另一个实施例的换挡控制装置的示意图。
具体实施方式
50.为了使本技术所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本技术，下面结合附图，通过具体实施例对本技术技术方案作详细描述。在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。除非另有特别说明，本发明中用到的各种设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
51.如前序专利：cn112145677a以及图1所示，本发明方案基于的换挡系统，包括：换挡(驱动)电机1，减速机构2，换挡鼓3，换挡拨叉4和同步器5。换挡电机1为换挡系统的动力源，设计有位置角度传感器；减速机构2设置在换挡电机1与换挡鼓3之间，驱动电机1带动减速机构2转动，减速机构2的齿轮驱动换挡鼓3转动；在换挡鼓3的外圆周面上设计有预设形状的4个沟槽，与每一个沟槽配合的是一个换挡拨叉4，每一个换挡拨叉4对应一个同步器5；因此，换挡鼓3的转动驱动沟槽内的换挡拨叉4做轴向的移动，换挡拨叉4轴向移动带动同步器5进行相应的换挡动。通过对换挡鼓3的沟槽的形状进行相应的设计，可以实现不同档位同步器进行相应的动作。换挡鼓1的角度理论上与档位相对应。
52.通过对上述结构的换挡系统的研究表明，换挡系统出现换挡失败的原因为：换挡系统是采用换挡电机1驱动换挡鼓3转动，换挡鼓3转动驱动换挡拨叉4移动实现同步器5换挡，换挡电机1设计有角度传感器，通过固定速比传递，换挡鼓3的角度与换挡拨叉4位置相对应，换挡拨叉位置与档位对应。理论上换挡电机1角度与变速箱档位对应，但是从换挡电机1到同步器5齿套，总共经过4个传动机构。在传动机构间隙和刚性变形的极限情况下，换挡电机转到了目标角度位置，而同步器的齿套可能没有移动到目标位置，导致换挡失败。而与现有技术中通常设有档位传感器的换挡系统不同，本发明的换挡系统并没有设计档位传感器，无法判断换挡是否成功。如果换挡电机转到目标转角位置判断挂挡成功，实际上因为
系统间隙和刚性变形换挡没有成功。在这种误判的情况下，变速箱继续传递力矩，会造成同步环烧蚀或同步器打齿等变速箱损坏故障。而换挡系统出现换挡后脱档的原因为：在换挡成功后，整车振动，如传动系统振动、冲击，车辆转弯、车辆制动等工况会引起档位脱档，因为换挡鼓在振动冲击情况下可能会发生转动，从而导致同步器的齿套发生移动，脱离当前目标档位。
53.故而，为了解决具有换挡鼓结构的换挡系统的换挡失败和换挡成功之后的档位脱档问题，本发明提供了一种双离合自动变速箱的换挡控制方法，应用于变速箱自动控制单元；所述双离合自动变速箱包括换挡组件，所述换挡组件包括换挡电机，换挡鼓，换挡拨叉和同步器，所述换挡电机通过转动带动所述换挡鼓，所述换挡拨叉和所述同步器进行换挡；所述换挡控制方法包括：响应驾驶员意图，获得目标档位；控制所述换挡电机转动至所述目标档位对应的目标位置；根据所述双离合自动变速箱的当前速比，确定是否换挡成功；若换挡成功，则对所述换挡电机执行档位保持控制；若换挡失败，则对所述换挡电机执行再次换挡控制。
54.上述换挡控制方法解决问题的原理是：对于应对可能存在的换挡失败问题，引入换挡校验功能；通过在一次换挡动作后，根据双离合自动变速箱的当前速比进行档位校验，判断是否换挡成功；采用变速箱的当前速比验证当前实际档位，可以省略目前换挡系统常用的档位传感器，从而降低成本；若档位校验的结果是换挡成功，为了应对可能存在的脱档问题，引入换挡保持控制，使换挡鼓在振动冲击下能够固定在目标档位处不转动，保证换挡鼓位置正确，不会脱档；若档位校验结果是换挡失败，引入再次换挡控制，通过重新换挡使换挡鼓转动至正确的目标档位；总的来说，上述方案通过换挡后的换挡校验，换挡成功后的换挡保持和换挡失败后的再次换挡，在保证了换挡鼓结构的换挡系统的精确换挡和高效换挡的同时，显著降低了换挡失败和换挡后脱档的可能性。
55.在接下来的内容中，结合具体实施内容，对上述方案进一步说明：
56.在一个可选的实施例中，将上述方案应用于具有图1结构的换挡系统的自动变速箱控制单元，所述换挡控制方法包括：
57.s1：响应驾驶员意图，获得目标档位。
58.具体的，驾驶员意图是驾驶员行车意图，比如踩下油门踏板的程度，变速箱自动控制单元(transmission control unit，tcu)能够根据整车工况(如当前车速，节气门开度等)和驾驶员意图，确定接下来是否需要换挡，若需要换挡则计算出目标档位。
59.s2：控制所述换挡电机转动至所述目标档位对应的目标位置。
60.接着，tcu根据目标档位，确定换挡电机的目标角度位置，并将目标角度位置发送给换挡电机，使换挡电机向着目标角度位置转动；换挡电机转动带动减速机构转动；减速机构转动，驱动换挡鼓转动；换挡鼓转动驱动换挡拨叉轴向移动；换挡拨叉移动驱动同步器齿套移动换挡。
61.s3：根据所述双离合自动变速箱的当前速比，确定是否换挡成功。
62.在上述步骤中，由于换挡动作从换挡电机到同步器齿套，经过了4个传动机构，在传动机构系统间隙和刚性变形的极限情况下，可能出现换挡电机转到目标角度位置，而同步器的齿套可能没有移动到目标档位位置，因此此时开始校验换挡是否成功。由于本实施例的换挡系统省略了档位传感器，无法直接从档位传感器中获得当前的实际档位，因此无
法判断换挡是否成功。故而，本实施例采用一套档位校验计算方法，以精确判断当前是否挂挡到位，具体如下：
63.获得所述双离合自动变速箱的当前速比；根据所述目标档位，获得理论速比；根据所述当前速比与所述理论速比，确定是否换挡成功。
64.当前变速线的当前速比，可以根据输入轴转速和输出轴转速确定，也可以称之为计算速比，具体如下：
65.g
c
＝n
is
/n
os
；
66.上式中，g
c
为当前(计算)速比；
67.n
is
为变速箱输入轴转速；
68.n
os
为变速箱输出轴转速。
69.变速箱输入轴转速n
is
由变速箱输入轴转速传感器提供，而本实施例中的变速箱输出轴转速n
os
参考轮速，如驱动轮转速，通过使用轮速参与计算，可以省略输出轴转速传感器，从而进一步简化结构，降低成本。
70.理论速比是当前目标档位理论上对应的变速箱速比。理论速比的确定方法可以是：根据所述目标档位和预设的档位
‑
理论速比的映射关系，获得与所述目标档位对应的理论速比。档位
‑
理论速比的映射关系具有如表1所示的形式：
71.表1：档位与理论速比的映射关系示例
72.档位1234567
……
r理论速比g1g2g3g4g5g6g7 g
r
73.接下来，通过对比当前/计算速比与理论速比之间的差异，可以判断是否换挡成功：
74.例如，可以计算当前速比与理论速比之间的比值，若比值大于第一比例阈值或小于第二比例阈值，则确定换挡失败，否则确定换挡成功。可选的，第一比例阈值可以是1.03～1.1，优选1.05；第二比例阈值可以是理论速比的0.9～0.98，优选0.95。
75.又如，可以计算当前速比与理论速比之间的差值，若差值绝对值大于差异阈值，则确定换挡失败，否则确定换挡成功。可选的，差异阈值可以是理论速比的3％～10％，优选5％。
76.以5％为例，若当前速比g
c
与理论速比g之间的差值在
±
5％理论速比以内，则认为当前速比与理论速比一致，确认换挡成功；若差值超过
±
5％理论速比，则认为当前速比与理论速比不一致，确认换挡失败。
77.s41：若换挡成功，则对所述换挡电机执行档位保持控制。
78.换挡成功后，换挡电机转到目标档位对应的目标位置，当前需要保持在目标位置，以在外接干扰下，如传动系统振动，转弯和制动工况下保持档位不变，故而在换挡成功后需要进行档位保持控制，即将换挡电机的角度位置保持在当前目标档位所对应的目标位置。
79.常规的档位保持方案是在换挡完成后，对换挡电机持续施加一个预设电流，使换挡电机产生力矩，这个力矩用来对抗振动冲击，避免换挡鼓转动。但是，预设电流的值不容易准确确定，因为若电流太小起不到对抗振动的作用，而电流过大反而容易在外力作用下，带动换挡鼓转动导致脱档。
80.而进一步的研究表明，在换挡完成后，若不给换挡电机施加电流，即电流为0，换挡
电机为三相直流电机，存在摩擦力矩和齿槽力矩，这两个力矩综合成换挡电机的阻力矩约有0.2nm。而换挡减速机构的速比约为60，换挡电机的阻力矩作用在换挡鼓的阻力矩为12nm左右。12nm可以保证换挡鼓在多数冲击情况下保持位置不变，让换挡鼓固定在目标位置不转动。基于此，本实施例采用了另一种控制方案：
81.获取换挡电机的实时位置；在所述实时位置与所述目标位置的偏差超过设定范围时，控制所述换挡电机转动至所述目标位置。
82.上述方案的控制原理是：对于外界一些小的振动干扰，可以利用换挡电机自身存在的0.2nm的阻力矩，保证换挡鼓位置不变；若外界的振动干扰克服了换挡电机提供的阻力矩，造成换挡鼓位置移动，此时换挡鼓的转动会通过减速机构反作用到换挡电机，使换挡电机转动；而换挡电机配备有角度位置传感器，可以实时监控换挡电机的位置变化。因此通过获取换挡电机的实时角度位置，若检测到因为换挡鼓转动带动换挡电机转动超出设定范围，如设计的角度公差范围，或者换挡电机转动超出设计角度范围时，说明此时换挡鼓的转动幅度可能会导致脱档，tcu重新控制换挡电机转动至目标档位对应的目标角度位置，从而带动换挡鼓返回目标位置不脱档，从而达到档位保持的目的，消除了换挡成功后的脱档隐患。可选的，设定范围可以是
±
1.7
°
。
83.s42：若换挡失败，则对所述换挡电机执行再次换挡控制。
84.若换挡失败，执行再次换挡控制，可采用如下的方案：
85.将所述换挡电机转动至换挡前的位置；控制所述换挡电机转动至所述目标位置；根据所述双离合自动变速箱的当前速比，确定是否换挡成功。
86.具体的，若换挡失败，需要重新转动换挡电机，具体步骤为：打开双离合器，控制换挡电机转动到上一个位置，即换挡前的位置或上一个档位，然后再转到目标档位的目标位置。再次换挡控制的步骤可以连续重复一定次数，如3到5次，优选3次。若换挡电机连续转动3次，通过步骤s3的档位校验还是不一致，即换挡失败，则此时停止换挡，并报换挡失败故障。
87.一种结合了上述所有步骤的换挡控制方法的流程示意如图3所示。
88.综上，本实施例提供了一种换挡控制方法，其具有如下的优点：
89.(1)换挡电机带有位置角度传感器，理论档位参考换挡角度，换挡电机转动目标位置后进行档位校验，确认此次换挡是否成功。换挡控制采用闭环控制，控制精确性高；
90.(2)当前真实档位采用速比算法验证；速比计算的转速信号分别是变速箱输入轴转速和轮速，可以使变速箱省略输出轴转速传感器，具有结构简单的特点；
91.(3)换挡成功与否的判断是通过比对理论速比和当前真实速比，设定对比阈值
±
5％确认目标档位是否挂挡成功；通过速比验证档位，使换挡控制系统能够取消档位传感器，从而使换挡系统具备简单可靠，成本低的特点；
92.(4)在换挡校验判断出换挡失败后，重新换挡预设次数，如3次，如果3次连续换挡不成功，则报换挡失败故障，以避免换挡系统进入循环换挡引起系统故障；
93.(5)在换挡校验判断出换挡成功后，增加档位保持控制方法，在正常状况下换挡电机的阻力矩约为0.2nm，能够使换挡鼓固定在目标位置不转动；在极限情况下设计换挡电机的目标角度控制，保证换挡鼓位置正确，不发生脱档。
94.总的来说，换挡系统采用电机驱动换挡，具有结构简单，传动效率高，控制响应快
的特点。在换挡过程进行档位校验和档位保持控制，可以保证车辆在正确的档位进行行驶。
95.根据前述实施例相同的发明构思，在另一个可选的实施例中，提供了一种双离合自动变速箱的换挡控制装置，应用于变速箱自动控制单元；所述双离合自动变速箱包括换挡组件，所述换挡组件包括换挡电机，换挡鼓，换挡拨叉和同步器，所述换挡电机通过转动带动所述换挡鼓，所述换挡拨叉和所述同步器进行换挡；如图4所示，所述换挡控制装置包括：
96.换挡模块10，用于控制所述换挡电机转动至所述目标档位对应的目标位置；以及若换挡失败，则对所述换挡电机执行再次换挡控制；
97.换挡校验模块20，用于根据所述双离合自动变速箱的当前速比，确定是否换挡成功；
98.档位保持模块30，用于若换挡成功，则对所述换挡电机执行档位保持控制。
99.可选的，所述换挡校验模块20用于：
100.获得所述双离合自动变速箱的当前速比；
101.根据所述目标档位，获得理论速比；
102.根据所述当前速比与所述理论速比，确定是否换挡成功。
103.进一步的，所述换挡校验模块20用于：
104.获得双离合自动变速箱的输入轴转速；
105.获得驱动轮转速作为所述双离合自动变速箱的输出轴转速；
106.根据所述输入轴转速和所述输出轴转速，确定所述当前速比。
107.进一步的，所述换挡校验模块20用于：
108.获得所述当前速比与所述理论速比之间的差值；
109.若所述差值的绝对值大于阈值，则确定换挡失败；
110.若所述差值的绝对值小于或等于所述阈值，则确定换挡成功。
111.可选的，所述档位保持模块30用于：
112.获取换挡电机的实时位置；
113.在所述实时位置与所述目标位置的偏差超过设定范围时，控制所述换挡电机转动至所述目标位置。
114.可选的，所述换挡模块10用于：
115.将所述换挡电机转动至换挡前的位置；
116.控制所述换挡电机转动至所述目标位置；
117.根据所述双离合自动变速箱的当前速比，确定是否换挡成功。
118.可选的，所述换挡模块10用于：
119.在对所述换挡电机执行所述再次换挡控制的次数达到预设次数之后，若换挡失败，生成换挡失败故障信息。
120.基于前述实施例相同的发明构思，在又一个可选的实施例中，提供了一种双离合自动变速箱的换挡系统，所述换挡系统包括变速箱自动控制单元和换挡组件，所述换挡组件包括换挡电机，换挡鼓，换挡拨叉和同步器，所述换挡电机通过转动带动所述换挡鼓，所述换挡拨叉和所述同步器进行换挡；所述变速箱自动控制单元的处理器被编程用于：
121.响应驾驶员意图，获得目标档位；
122.控制所述换挡电机转动至所述目标档位对应的目标位置；
123.根据所述双离合自动变速箱的当前速比，确定是否换挡成功；
124.若换挡成功，则对所述换挡电机执行档位保持控制；
125.若换挡失败，则对所述换挡电机执行再次换挡控制。
126.基于前述实施例相同的发明构思，在又一个可选的实施例中，提供了一种车辆，所述车辆包括如前述实施例所述的换挡系统。
127.通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：
128.本发明提供了一种双离合自动变速箱的换挡控制方法、装置及换挡系统，对于应对可能存在的换挡失败问题，引入换挡校验功能；通过在一次换挡动作后，根据双离合自动变速箱的当前速比进行档位校验，判断是否换挡成功；采用变速箱的当前速比验证当前实际档位，可以省略目前换挡系统常用的档位传感器，从而降低成本；若档位校验的结果是换挡成功，为了应对可能存在的脱档问题，引入换挡保持控制，使换挡鼓在振动冲击下能够固定在目标档位处不转动，保证换挡鼓位置正确，不会脱档；若档位校验结果是换挡失败，引入再次换挡控制，通过重新换挡使换挡鼓转动至正确的目标档位；总的来说，上述方案通过换挡后的换挡校验，换挡成功后的换挡保持和换挡失败后的再次换挡，在保证了换挡鼓结构的换挡系统的精确换挡和高效换挡的同时，显著降低了换挡失败和换挡后脱档的可能性。
129.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
130.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。