CN107972659A - 用于电动汽车的手动变速控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于车辆动力系统控制技术领域，具体涉及一种用于电动汽车的手动变速控制系统及控制方法。该系统包括信号采集装置、动力装置和整车控制器，所述信号采集装置包括电子离合器踏板，所述电子离合器踏板用于获取驾驶员的换挡需求和踩下深度，所述动力装置包括驱动电机、电控离合器和手动变速箱，所述电控离合器用于调整所述驱动电机和所述手动变速箱的分离和结合状态。通过使用本发明所述的用于电动汽车的手动变速控制系统及控制方法，将驱动电机、电控离合器和手动变速箱相结合，通过控制电子离合器踏板完成对驱动电机和手动变速箱的连接和断开，大幅度地减小了驾驶员踩传统机械离合器的作用力，降低了驾驶员的劳动强度。
Description
技术领域
本发明属于车辆动力系统控制技术领域，具体涉及一种用于电动汽车的手动变速控制系统及控制方法。
背景技术
传统的机械离合器用于动力源(发动机或者电机等)与变速箱的连接，通过分离机械离合器可以切断传动系的输入扭矩。驾驶员在进行变速箱档位选择前，需要踩下离合器踏板，分离机械离合器，再摘挡、选档，松离合器，踩加速踏板。踩离合器踏板的过程耗力较大，增大了驾驶员劳动强度。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述存在的至少一个问题，该目的是通过以下技术方案实现的。
本发明提出了一种用于电动汽车的手动变速控制系统，其中包括信号采集装置、动力装置和整车控制器，所述信号采集装置包括电子离合器踏板，所述电子离合器踏板用于获取驾驶员的换挡需求和踩下深度，所述动力装置包括驱动电机、电控离合器和手动变速箱，所述电控离合器用于调整所述驱动电机和所述手动变速箱的分离和结合状态，当所述电子离合器踏板获取驾驶员有换挡需求时，能够向所述整车控制器发出换挡指令信号，所述整车控制器能够根据接收到的换挡指令信号控制所述电控离合器进行吸合和/或断开，从而完成对所述电动汽车的手动变速。
进一步地，所述电子离合器踏板为开关量式电子离合器踏板或模拟量式电子离合器踏板中的一种。
进一步地，还包括离合器位置传感器，所述离合器位置传感器用于检测所述电控离合器的分离位置，用于定量判断所述电控离合器的分离或结合状态。
进一步地，所述信号采集装置还包括加速踏板和制动踏板。
本发明还提出了一种用于电动汽车的手动变速控制方法，根据上述所述的手动变速控制系统对电动汽车进行手动变速，其中包括以下步骤：
判断所述电子离合器踏板是否被踩下；
若所述电子离合器踏板被踩下，则所述电子离合器踏板获取驾驶员的换挡需求后向所述整车控制器发送换挡指令信号；
所述整车控制器根据接收到的换挡指令信号控制所述电控离合器进行断开；
在所述手动变速箱手动换挡至需求档位后，所述整车控制器根据当前整车的运行状况控制所述驱动电机达到需求扭矩和需求转速；
在所述电子离合器踏板松开后，所述整车控制器控制所述电控离合器进行吸合，完成手动变速。
进一步地，所述整车控制器控制所述驱动电机达到需求转速的确定方法包括以下步骤：
采集所述手动变速箱输入轴和输出轴的转速，计算所述手动变速箱输入轴和输出轴的转速比；
若转速比的数值等于所述手动变速箱的档位级中的一个，则判断所述手动变速箱已经完成手动挂挡，所述整车控制器通过所述电机控制器控制调节所述驱动电机的转速，使得所述驱动电机的转速等于当前所述手动变速箱的输入轴转速；
若转速比的数值不等于所述手动变速箱的档位级中的任一个，则判断所述手动变速箱未完成手动挂挡，所述驱动电机的转速调节时刻不合适，还需继续进行等待。
进一步地，在使所述驱动电机达到需求转速的过程中，将所述驱动电机的实际转速与所述手动变速箱的输入轴转速的差值的绝对值保持在一定范围内。
进一步地，当驾驶员踩下制动踏板时，所述整车控制器能够控制所述动力装置进入制动能量回收模式。
进一步地，所述整车控制器能够根据接收到的坡度传感器信号判断所述电动汽车是否爬坡，并调整所述驱动电机的输出扭矩。
通过使用本发明所述的用于电动汽车的手动变速控制系统及控制方法，将驱动电机、电控离合器和手动变速箱相结合，通过控制电子离合器踏板完成对驱动电机和手动变速箱的连接和断开，大幅度地减小了驾驶员踩传统机械离合器的作用力，降低了驾驶员的劳动强度，同时，整车控制器通过采集多种输入信号，与电机控制器进行实时交互，精确控制驱动电机的转速和扭矩输出。
附图说明
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：
图1为本发明实施例中手动变速控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中手动变速控制系统的控制原理图；
图3为利用本发明实施例进行手动变速的控制方法的流程图。
附图中各标记表示如下：
100：整车控制器；
11：驱动电机、12：电机控制器、13：动力电池、14：电池管理系统；
21：离合器、22：离合器执行机构；
31：手动变速箱；
41：电子离合器踏板、42：加速踏板、43：制动踏板。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1为本发明实施例中手动变速控制系统的结构示意图。如图1所示，该控制系统包括信号采集装置、动力装置和整车控制器100，信号采集装置包括电子离合器踏板41，电子离合器踏板用41于获取驾驶员的换挡需求和踩下深度，动力装置包括驱动电机11、电控离合器21和手动变速箱31，电控离合器21用于调整驱动电机11和手动变速箱31的分离和结合状态，当电子离合器踏板41获取驾驶员有换挡需求时，能够向整车控制器100发出换挡指令信号，整车控制器100能够根据接收到的换挡指令信号控制电控离合器21进行吸合和/或断开，从而完成对电动汽车的手动变速。
在本实施例中，驱动电机11通过电控离合器21与手动变速箱31相连接，整车控制器100接收到换挡指令信号后，通过离合器执行机构22控制电控离合器21进行分离，从而完成对驱动电机11和手动变速箱31的断开，达到车辆换挡的需求。手动变速箱31通过切换不同的档位和驱动电机配合，在变速箱输出轴上产生不同的扭矩输出，满足整车动力性的需求。
动力装置还包括电池管理系统14、动力电池13和电机控制器12，动力电池13为电动汽车提供驱动动力和其他辅机的能量来源，动力电池13的充、放电过程由电池管理系统14(BMS)进行控制。驱动电机11为整车提供动力来源，通过提供不同的转速和扭矩，满足整车的车速和动力需求。电机控制器12通过调节输出三相电流的大小和频率，控制驱动电机11的输出扭矩和转速。
信号采集装置还包括加速踏板42和制动踏板43，其中，电子离合器踏板41用于获取驾驶员的换挡需求和踩下深度，有两种模式可以进行选择，分别为开关量式电子离合器踏板和模拟量式电子离合器踏板。开关量式电子离合器踏板含2路互锁式开关，一路为常开式，另外一路为常闭式，通过踩踏电子离合器踏板完成对电控离合器21的吸合和分离控制。模拟量式电子离合器踏板用于采集驾驶员踩下电子离合器踏板21的深度信息。加速踏板42用于获取驾驶员加速需求和踩下深度信号。制动踏板43用于获取驾驶员制动减速需求和踩下深度信号。
为了更好的完成对电控离合器21的状态采集，还设有离合器位置传感器。离合器位置传感器用于检测电控离合器21的分离位置，用于定量判断电控离合器21的分离、结合状态，并将检测结果输入到整车控制器100中，用于反馈电控离合器21的状态，形成电控离合器21的闭环控制。同时获取电控离合器21的位置数据还有利于电控离合器21的自学习过程，有效地补偿了离合器摩擦片磨损的距离。
图2为本发明实施例中手动变速控制系统的控制原理图。如图2所示，整车控制器100能够获取电子离合器踏板开度、加速踏板开度、制动踏板开度、手刹状态、变速箱输入轴转速、变速箱输出轴转速、离合器位置和坡度等信号，同时还能够与电池管理系统14、电机控制器12进行交互，控制驱动电机11的转速和扭矩输出，满足整车动力性需求。
图3为利用本发明实施例进行手动变速的控制方法的流程图。如图3所示，该控制方法包括以下步骤：
判断电子离合器踏板41是否被踩下。
若电子离合器踏板41被踩下，则电子离合器踏板41获取驾驶员的换挡需求后向整车控制器100发送换挡指令信号。
整车控制器100根据接收到的换挡指令信号控制电控离合器21进行断开。
整车控制器100接收换挡指令信号后，通过离合器执行机构22控制电控离合器21进行分离，从而完成对驱动电机11和手动变速箱31的断开，达到车辆换挡的需求。
在手动变速箱31手动换挡至需求档位后，整车控制器100根据当前整车的运行状况控制驱动电机11达到需求扭矩和需求转速。
根据驾驶需要，通过手动变速箱31将档位调节至需求档位，从而满足车辆行驶的转速和扭矩需求。整车控制器100根据当前车辆行驶的转速和扭矩需求调节驱动电机11达到相应的需求扭矩和需求转速，通过调节电机控制器12输出的三相电流的大小和频率，以用来控制驱动电机11的输出扭矩和转速。
在电子离合器踏板41松开后，整车控制器100控制电控离合器21进行吸合，完成手动变速。
当手动变速箱31达到预定档位，且驱动电机11达到相应的输出扭矩和转速时，松开电子离合器踏板41的开关，整车控制器100控制电控离合器21进行吸合，此时驱动电机11通过电控离合器21与手动变速箱31相连接，驱动电机11能够向手动变速箱31输出动力，完成手动变速。
其中，整车控制器100控制驱动电机11达到需求转速的确定方法包括以下步骤：
采集手动变速箱输入轴和输出轴的转速，计算手动变速箱输入轴和输出轴的转速比。
若转速比的数值等于手动变速箱31的档位级中的一个，则判断手动变速箱31已经完成手动挂挡，整车控制器100通过电机控制器12控制调节驱动电机11的转速，使得驱动电机11的转速等于当前手动变速箱31的输入轴转速。
若转速比的数值不等于手动变速箱31的档位级中的任一个，则判断手动变速箱31未完成手动挂挡，驱动电机11转速调节时刻不合适，还需继续进行等待。
进一步地，为保证离合器执行机构22控制电控离合器21进行吸合时换挡平顺并减小电控离合器21的磨损，整车控制器100控制驱动电机11达到需求转速过程中，驱动电机11的实际转速与手动变速箱31的输入轴转速的差值的绝对值应保持一定范围内。
进一步地，当驾驶员踩下制动踏板43时，整车控制器100能够控制动力装置进入制动能量回收模式。在此过程中，为最大程度上回收制动能量和提升制动力，驾驶员不要进行换挡操作。
进一步地，整车控制器100能够根据接收到的坡度传感器信号判断电动汽车是否爬坡，并调整驱动电机11的输出扭矩。整车控制器100能够接收坡度传感器发出的信号，并根据该信号判断车辆是否处于爬坡状态程，以及爬坡的坡度。对于不同范围的坡度，设置驱动电机11不同的扭矩对应加速踏板42的深度和电机转速，以用于整车控制器100控制驱动电机11的扭矩输出。
同时，当手刹拉起时，手刹信号输入到整车控制器100，整车控制器100结合制动踏板43、加速踏板42、变速箱输出轴转速信号、电机转速等，判断整车是否进入驻车状态。
本实施例所述的控制系统还具有防溜坡功能。当整车半坡向上起步时，驾驶员拉手刹，踩制动踏板43、电子离合器踏板42，整车控制器100控制离合器执行机构22分离电控离合器21，手动变速箱31切换到爬坡档位，驾驶员松开电子离合器踏板41、踩加速踏板42，整车控制器100通过电机控制器12控制驱动电机11的扭矩和转速，整车处于爬坡过程。在驾驶员挂上爬坡档到踩加速踏板42进行爬坡的过程中，驱动电机11的旋转变压器会检测到电机转子转动的方向和角度，电机控制器12通过判断电机转子转动方向与前进转子方向相反，判断整车处于溜坡状态，从而电机控制器12控制驱动电机11施加前进扭矩，防止车辆发生溜坡。
通过使用本发明所述的用于电动汽车的手动变速控制系统及控制方法，将驱动电机、电控离合器和手动变速箱相结合，通过控制电子离合器踏板完成对驱动电机和手动变速箱的连接和断开，大幅度地减小了驾驶员踩传统机械离合器的作用力，降低了驾驶员的劳动强度，同时，整车控制器通过采集多种输入信号，与电机控制器进行实时交互，精确控制驱动电机的转速和扭矩输出。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.用于电动汽车的手动变速控制系统，其特征在于，包括信号采集装置、动力装置和整车控制器，所述信号采集装置包括电子离合器踏板，所述电子离合器踏板用于获取驾驶员的换挡需求和踩下深度，所述动力装置包括驱动电机、电控离合器和手动变速箱，所述电控离合器用于调整所述驱动电机和所述手动变速箱的分离和结合状态，当所述电子离合器踏板获取驾驶员有换挡需求时，能够向所述整车控制器发出换挡指令信号，所述整车控制器能够根据接收到的换挡指令信号控制所述电控离合器进行吸合和/或断开，从而完成对所述电动汽车的手动变速。
2.根据权利要求1所述的用于电动汽车的手动变速控制系统，其特征在于，所述电子离合器踏板为开关量式电子离合器踏板或模拟量式电子离合器踏板中的一种。
3.根据权利要求1所述的用于电动汽车的手动变速控制系统，其特征在于，还包括离合器位置传感器，所述离合器位置传感器用于检测所述电控离合器的分离位置，用于定量判断所述电控离合器的分离或结合状态。
4.根据权利要求1所述的用于电动汽车的手动变速控制系统，其特征在于，所述信号采集装置还包括加速踏板和制动踏板。
5.用于电动汽车的手动变速控制方法，根据权利要求1-4中任一项所述的手动变速控制系统对电动汽车进行手动变速，其特征在于，包括以下步骤：
判断所述电子离合器踏板是否被踩下；
若所述电子离合器踏板被踩下，则所述电子离合器踏板获取驾驶员的换挡需求后向所述整车控制器发送换挡指令信号；
所述整车控制器根据接收到的换挡指令信号控制所述电控离合器进行断开；
在所述手动变速箱手动换挡至需求档位后，所述整车控制器根据当前整车的运行状况控制所述驱动电机达到需求扭矩和需求转速；
在所述电子离合器踏板松开后，所述整车控制器控制所述电控离合器进行吸合，完成手动变速。
6.根据权利要求5所述的用于电动汽车的手动变速控制方法，其特征在于，所述整车控制器控制所述驱动电机达到需求转速的确定方法包括以下步骤：
采集所述手动变速箱输入轴和输出轴的转速，计算所述手动变速箱输入轴和输出轴的转速比；
若转速比的数值等于所述手动变速箱的档位级中的一个，则判断所述手动变速箱已经完成手动挂挡，所述整车控制器通过所述电机控制器控制调节所述驱动电机的转速，使得所述驱动电机的转速等于当前所述手动变速箱的输入轴转速；
若转速比的数值不等于所述手动变速箱的档位级中的任一个，则判断所述手动变速箱未完成手动挂挡，所述驱动电机的转速调节时刻不合适，还需继续进行等待。
7.根据权利要求5所述的用于电动汽车的手动变速控制方法，其特征在于，在使所述驱动电机达到需求转速的过程中，将所述驱动电机的实际转速与所述手动变速箱的输入轴转速的差值的绝对值保持在一定范围内。
8.根据权利要求5所述的用于电动汽车的手动变速控制方法，其特征在于，当驾驶员踩下制动踏板时，所述整车控制器能够控制所述动力装置进入制动能量回收模式。
9.根据权利要求5所述的用于电动汽车的手动变速控制方法，其特征在于，所述整车控制器能够根据接收到的坡度传感器信号判断所述电动汽车是否爬坡，并调整所述驱动电机的输出扭矩。
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