CN101323302B - 一种纯电动车辆的无离合器换档控制方法和控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纯电动车辆换档控制方法，该方法包括：a.检测油门踏板位置和车速；b.当油门踏板位置和车速到达换档点时，将驱动电机转速调节至目标转速，并在调速的同时进行选位；c.在调节至目标转速后，进行换档操作。本发明还提供了一种纯电动车辆换档控制系统，该系统包括：踏板位置检测单元、中央控制单元、电机调速单元、选位装置和换档装置。本发明能够实现换档操作，大大提高了车辆的操纵性，充分发挥了电机的效率。
Description
技术领域
本发明涉及电动车辆控制领域，尤其涉及一种纯电动车辆的无离合器换档控制方法和控制系统。
背景技术
在现有技术中，纯电动车辆多采用二档机械变速器，在没有离合器的情况下，机械变速器的换档操纵需要在车辆车速较低的时候完成，即，在需要换档时，首先降低输出轴的转速，使车速降低，然后再进行摘档、变速等操作。
可以看出，现有技术不能实现电动车辆行进过程中不减速地换档，这会对车辆的操纵性能带来很大的影响。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提出一种换档控制方法和控制系统，能够在纯电动车辆行驶中实现换档操作。
本发明提供了一种纯电动车辆换档控制方法，该方法包括：a.检测油门踏板和车速位置；b.当油门踏板位置和车速到达换档点时，将驱动电机转速调节至目标转速，并在调速的同时进行选位；c.在调节至目标转速后，进行换档操作。
优选地，步骤b包括：b1.当油门踏板位置和车速到达换档点时，将驱动电机的输出扭矩降低至预定值；b2.进行摘空档操作；b3.将驱动电机转速调至目标转速，并在调速的同时进行选位。
更优选地，步骤b1包括：b11.向驱动电机控制器发出扭矩渐变请求；b12.当驱动电机控制器接收到请求信号后，将驱动电机的输出扭矩降低至预定值。
优选地，步骤c包括：c1.向驱动电机控制器发出扭矩渐变请求；c2.当驱动电机控制器接收到请求信号后，将驱动电机的输出扭矩降低至预定值；c3.进行换档操作。
优选地，该方法还包括：d.在完成换档操作后，驱动电机恢复扭矩输出。
本发明还提供了一种纯电动车辆换档控制系统，该系统包括：踏板位置检测单元，用于检测油门踏板位置；车速检测单元，用于检测车辆当前车速；中央控制单元，与踏板位置检测单元连接，根据油门踏板位置调节电机的转速判断是否需要进行换档操作；电机调速单元，根据中央控制单元发送的指令对驱动电机的输出转速进行调节；选位装置，在调速的同时根据中央控制单元发送的指令进行选位；换档装置，用于在调至目标转速后进行换档操作。
优选地，所述系统还包括扭矩控制单元，用于根据中央控制单元发送的指令调节驱动电机的输出扭矩。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：由于换档点可以设在电机运转的高效区，高效区转速通常比较高，因此本发明能够大大提高了车辆的操纵性，充分发挥了电机的效率。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的换档控制方法的流程图；
图2是本发明一种实施方式的换档过程的流程图；
图3是本发明的换档控制系统的结构示意图。
具体实施方式
在纯电动车辆的行驶过程中，驱动电机的动力输出后不经过离合器直接通过多档减速器连接到驱动桥，实现无离合器换档。驾驶员完全通过油门来控制车辆的行驶速度，而变速箱中的换档过程则完全在车辆的相关控制装置下自动完成。
在电动车辆的工作过程中，蓄电池的电能被转化为交流电流，根据车辆所需要的功率大小，电机控制器会产生相应的电流。电机的扭矩经过变速箱减速增扭，根据道路的需要，自动变速系统(AMT)控制器产生相应的控制指令，选择不同的档位，变速箱扭矩经过传动轴传递到车辆的后桥主减速器减速增扭后传递到车轮，使车辆运动。
在本发明中，如图1所示，在步骤101，通过传感器测量油门踏板的位置。所述传感器将踏板的唯一信号转换为电信号，该电信号被采集到AMT中进行处理，在AMT中存储有对应各换档点的数值；同时通过速度传感器测量车辆的当前输出轴转速。
在步骤102，判断踏板位置是否在当前速度的档位区间；将踏板信号与相应的换档点数值以及当前车速进行比较，确定之后是否需要执行换档操作。
如果踏板位置在当前档位区间中，则在步骤103，保持原有档位，不进行换档操作。
如果当前踏板位置不在当前档位区间，则在步骤104判断当前踏板位置与当前档位区间的关系。如果踏板位置位于高于目前车速的档位区间，则需要进行降档操作。因为踏板位置越高，表明驾驶人员踩踏的力度越小，即油门的开度越小，所需的行驶速度也就越低；反之，踏板位置越高表示所需的行驶速度越高。
因为需要将档位降低或升高，所以如果不调节驱动电机的转速，会导致换档后车速的变化，进而影响换档后的速度平稳性。
当踏板位置高于预定位置时，在步骤105，调高驱动电机的转速，随后在步骤106进行降档操作。类似地，当踏板位置低于设定位置时，在步骤107，调低驱动电机的转速，随后在步骤108进行升档操作。
图2是表示换档过程中控制流程的流程图。在步骤201，在确定需要换档后，在达到换档点后，机械自动变速系统(AMT)向驱动电机控制器发出扭矩渐变控制模式请求；驱动电机接收到该请求后，如果此时电机驱动器能够响应请求，则向AMT发出应答信号，并以预定的控制规律降低输出扭矩。电机驱动扭矩逐渐降低至预定值时，电机即处于自由模式，并且，电机驱动器将此状态反馈给AMT。根据换档规律决定何时进行换档，所述换档规律可以采取任何适合的控制律，例如单参数换档规律或双参数换档规律等。
在步骤202，AMT接收到电机处于自由模式的状态反馈后，控制变速器完成摘档动作。所述摘档动作可以由摘档电机完成，摘档电机与变速器的拨叉连接，AMT向摘档电机的控制器发出相应的电信号，摘档电机启动，带动拨叉完成摘档动作。
在步骤203，变速器处于空档后，则对驱动电机进行调速。由于需要保持输出轴转速的恒定，因此在换档过程中需要调整电机的转速，具体地，AMT向电机控制器发出调速模式请求，电机控制器根据AMT发出的目标转速进行调速。目标转速可以由AMT根据车速和目标档位计算而得。
在步骤204，在电机调速的同时，AMT控制变速器进行选位操作。选位操作可以由选位电机完成，选位电机与变速器的传动轴连接，通过轴向地移动传动轴上的传动齿轮，使不同的齿轮啮合，从而达到变速的目的。
在步骤205，在目标转速达到后，AMT向电机控制器发出电机自由模式请求。类似地，电机控制器向AMT发出应答信号，并以一定的控制规律降低输出扭矩。当电机驱动扭矩逐渐降低至预定值，电机驱动器控制电机即处于自由模式，电机驱动器将此状态反馈给AMT。
在步骤206，当AMT接到电机驱动器的状态反馈，确认电机处于自由模式后，AMT进行换档操作。换档操作由换档电机完成，换档电机通过与其连接的拨叉带动变速器的中间轴运动，在经过同步后，形成不同的齿轮啮合关系，从而改变传动比。
在步骤207，通常情况下，完成换档操纵后，AMT控制器向控制电机发出扭矩模式请求，电机恢复为扭矩输出模式，进入正常行驶状态。
在整个换档过程中，输出轴的转速没有变化，保持了换档过程的平顺性和车辆行驶速度的一致，因此保证了车辆的平稳和操作性能。
图3是本发明的换档控制系统的结构示意图。如图所示，本发明电动车辆的控制系统包括踏板位置检测单元3011、车速检测单元3012、中央控制单元302、扭矩控制单元303、电机调速单元304、选位装置305、换档装置306。
踏板位置检测单元3011用于检测油门踏板位置。所述踏板位置检测单元3011可以包括位置传感器和模数转换器等设备。通过对踏板位置的感测，获得驾驶员期望速度的数据。车速检测单元3012用于检测车辆当前车速，车速检测单元3012可以包括电磁式速度传感器、霍尔式速度传感器，以及模数转换器等设备。
中央控制单元302与踏板位置检测单元3011、车速检测单元3012连接，用于根据油门踏板位置调节电机的转速。踏板位置检测单元3011、车速检测单元3012采集的数据通过数据线传输到控制单元，控制单元302将踏板位置数据与预设于控制单元的存储器中的设定数据进行比较，从而确定是否进行换档操作。
扭矩控制单元303用于调节电机输出轴的扭矩。中央控制单元302通过控制线，在本实施方式中，当输出扭矩超过设定的扭矩值的时候，通过所述扭矩控制单元降低输出扭矩，直到输出扭矩降低到设定值(例如输出扭矩为零)。所述扭矩控制单元可以是通过调节电机电流来调节扭矩的装置。
电机调速单元304与踏板位置检测单元连接，用于调节驱动电机的转速。电机调速单元304可以利用现有的任何适合的调速器来实现，例如变频调速器等。
选位装置305用于在调速的同时进行选位，所述选位装置可以利用选位电机实现。
换档装置306用于在调至目标转速后进行换档操作。换档装置306可以包括齿轮箱和其他匹配的电子或机械机构。
下面对本发明中的升档和降档过程分别进行示例性说明。
在本发明实施例的升档换档过程中：
①AMT控制器向电机控制器发送请求，要求电机工作处于替换页
当AMT控制器接收到电机控制器的应答后，进行摘空挡操作；
②根据车速和目标档位，AMT控制器计算调速的目标值，即电机的转速降到换档时刻所需要的转速值，向电机控制器发送调速的目标值和电机处于调速模式的信号，在该过程中AMT控制器控制选位电机进行选位，当选位位置的百分比到达目标值时表示选位已完成，此时如果电机转速还未达到目标值，则AMT控制器等待；
③当电机到达目标值，AMT控制器向电机控制器发送要求电机工作处于自由模式，当AMT控制器接收到电机控制器的应答后，进行换档操作，当换档位置的百分比达到目标值后，换挡过程完成；
④AMT控制器向电机控制器发送扭矩模式，使电机对外输出扭矩。
而在本发明实施例的降档换档过程中：
①AMT控制器向电机控制器发送请求，要求电机工作处于自由模式，当AMT控制器接收到电机控制器的应答后，进行摘空挡操作；
②根据车速和目标档位，AMT控制器计算调速的目标值，即电机的转速升到换档时刻所需要的值，向电机控制器发送调速的目标值和电机处于调速模式的信号，在该过程中AMT控制器控制选位电机进行选位，当选位位置的百分比到达目标值时表示选位已完成，此时如果电机转速还未达到目标值，则AMT控制器等待；
③当电机到达目标值，AMT控制器向电机控制器发送要求电机工作处于自由模式，当AMT控制器接收到电机控制器的应答后，进行换档操作，当换档位置的百分比达到目标值后，换挡过程完成；
④AMT控制器向电机控制器发送扭矩模式，使电机对外输出扭矩。
本发明应用于电动车辆，其中“油门踏板”一词是指驱动电机的控制踏板，而并非指燃油车辆的油门踏板。尽管本发明是通过上述的优选实施方式进行描述的，但是其实现形式并不局限于上述的实施方式。应该认识到在不脱离本发明主旨的情况下，本领域技术人员可以对本发明做出不同的变化和修改。
Claims (1)
1.一种纯电动车辆的无离合器换档控制方法，其特征在于，
a.检测油门踏板位置和车速；
b11.向驱动电机控制器发出扭矩渐变请求；
b12.当驱动电机控制器接收到请求信号后，将驱动电机的输出扭矩降低至预定值；
b2.进行摘空档操作；
b3.将驱动电机转速调至目标转速，并在调速的同时进行选位；
c1.向驱动电机控制器发出扭矩渐变请求；
c2.当驱动电机控制器接收到请求信号后，将驱动电机的输出扭矩降低至预定值；
c3.在调节至目标转速后，电机工作处于自由模式，进行换档操作；
d.在完成换档操作后，驱动电机恢复扭矩输出。
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