CN117657109A - P2混动系统电机预测性调速换挡控制方法、装置及设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于混合动力系统控制技术领域，具体提供一种P2混动系统电机预测性调速换挡控制方法、装置及设备，所述方法包括如下步骤：变速箱输入轴转速达到换挡转速时，执行降扭过程；降扭完成后控制变速箱退挡；退挡完成后通过计算目标转速对电机输入轴转速进行调节；当电机输入轴转速调节到目标转速的第一百分比范围内时实现转速调节时间与换挡机构执行时间的部分拟合，发送换挡信号启动变速箱开始调节档位；换挡完成后恢复输入轴扭矩到油门响应值。提供的电机调速换挡策略不仅在调速阶段利用电机动态特性快，提高了换挡速度和车辆经济性。

Description

P2混动系统电机预测性调速换挡控制方法、装置及设备

技术领域

本发明涉及混合动力系统控制技术领域，具体涉及一种P2混动系统电机预测性调速换挡控制方法、装置及设备。

背景技术

随着行业技术进步和电池电机等产品的迭代提升，电动化已逐步成为卡车行业发展的重要趋势。受车辆载质量需求、电池能量密度和驱动电机功率等因素影响，混合动力路线是当前时期及未来相当长的时期内中载及重载卡车行业发展的主要技术路径之一。混合动力驱动系统可充分发挥电动机低速下的高效率、内燃机高负荷下的低油耗率，可利用电机进行驱动和制动，制动时还可通过电机反转产生电能为电池充电，达到回收能量、延长机械制动寿命、减少燃料油耗、增加续驶里程等效果。

按照电机与传统动力系统连接的位置，新能源商用车可分为P0、P1、P2、P3、P4四个构型，混合动力系统通过动能回收和动力系统电气化来提高燃油经济性的潜力，随着级别的增加而增加。P0和P1通常采用一体式起动机－发电机组合电动机装置，集成在动力传动系统种或通过皮带与曲轴相连，具有发动机和汽车启停功能，且具备启动运行顺畅平稳的优点。在发动机离合器后集成的P2系统，可实现制动能量回收和一定程度的驱动辅助功率增强，主要应用于低速和减速行驶工况，通过关闭发动机实现最大程度的节油，因此需要配备高压电池等储能器件。P3系统的潜力与P2系统相似，但P3和P4系统可提供更长时间的全电动驱动行驶，需要配备功率和能量密度足够高的电机和电池或超级电容器，其功率增强模式又有串联、并联和功率分流式混合动力驱动之分，可根据车辆类型和使用场合进行选型。驱动系统方案的选择应考虑车辆使用环境、整车布置硬点规划、造价成本、动力性、经济性等。对于当前重型卡车，P3和P4路线的电机电池尚未达到产业化应用技术水平，P0和P1路线无法实现能量回收和电气辅助功能，P2路线是可快速实现市场应用的量产混合动力卡车的必然选择。

行驶中可在纯发动机驱动、纯电动、混合动力驱动、制动能量回收等多种动力模式之间切换是基于P2混合动力路线卡车的重要优势。由于卡车载质量较大，挡位切换过程中离合器工作负荷高、结合效率低，冲击载荷难控制、换挡时间长，车辆平顺性以及总成可靠性受到较大挑战。整车公司和变速器制造企业都致力于缩短换挡时间、减小换挡波动。电机换挡时间的重要制约因素是换挡时机的选择，在下达指令后换挡执行机构的执行时间与变速器输入轴转速的调节时间是两个关键影响因素。如何设计基于P2架构的混合动力系统电机辅助换挡控制策略，更好的发挥电机调速性能优势，通过拟合执行机构时间与输入轴转速调节时间实现预测性换挡，提高换挡速度和动力经济性，减小变速器换挡冲击是本申请要解决的技术问题。

发明内容

为了充分发挥电机的动态特性较快的优点，利用电机调速提升换挡速度，本发明提供一种P2混动系统电机预测性调速换挡控制方法、装置及设备。

第一方面，本发明技术方案提供一种P2混动系统电机预测性调速换挡控制方法，包括如下步骤：

变速箱输入轴转速达到换挡转速时，执行降扭过程；

降扭完成后控制变速箱退挡；

退挡完成后通过计算目标转速对电机输入轴转速进行调节；

当电机输入轴转速调节到目标转速的第一百分比范围内时实现转速调节时间与换挡机构执行时间的部分拟合，发送换挡信号启动变速箱开始调节档位；

换挡完成后恢复输入轴扭矩到油门响应值。

作为本发明技术方案的优选，变速箱输入轴转速达到换挡转速时，执行降扭过程的步骤之前包括：获取车辆的车重、车速和电池电量信息。

作为本发明技术方案的优选，退挡完成后通过计算目标转速对电机输入轴转速进行调节的步骤包括：

车辆在混合动力模式下，退挡完成后发送指令使电机对输入轴转速进行调节；

接收到指令后，根据当前转速和车重结合当前挡位计算目标挡位，根据目标挡位与换挡前挡位的传动比计算换挡时电机的目标转速值；

采取PID控制方式，以目标转速与当前转速差值作为PID的输入值，以电机的扭矩值作为PID的输出值，根据电机的外特性以及电池电量对扭矩作限制，调节电机扭矩完成调速环节。

作为本发明技术方案的优选，退挡完成后通过计算目标转速对电机输入轴转速进行调节的步骤还包括：

车辆在纯电动模式下，退挡完成后，通过变速箱输出轴转速乘以目标挡位速比实时计算电机输入轴的目标转速；同时电机开始调节输入轴转速；

监控电机输入轴转速调节到目标转速设定允许范围内时，电机调速完成。

作为本发明技术方案的优选，换挡完成后恢复输入轴扭矩到油门响应值的步骤包括：

通过电机提供的正扭矩将输入轴扭矩恢复到油门响应值。

第二方面，本发明技术方案提供一种P2混动系统电机预测性调速换挡控制装置，包括降扭处理单元、退挡处理单元、控制转速调节单元、挡位调节单元和扭矩恢复单元；

降扭处理单元，用于变速箱输入轴转速达到换挡转速时，执行降扭过程；

退挡处理单元，用于降扭完成后控制变速箱退挡；

控制转速调节单元，用于退挡完成后通过计算目标转速对电机输入轴转速进行调节；

挡位调节单元，用于当电机输入轴转速调节到目标转速的第一百分比范围内时实现转速调节时间与换挡机构执行时间的部分拟合，发送换挡信号启动变速箱开始调节档位；

扭矩恢复单元，用于换挡完成后恢复输入轴扭矩到油门响应值。

作为本发明技术方案的优选，该装置还包括信息采集单元，用于获取车辆的车重、车速和电池电量信息。

作为本发明技术方案的优选，控制转速调节单元，具体用于车辆在纯电动模式下，退挡完成后，通过变速箱输出轴转速乘以目标挡位速比实时计算电机输入轴的目标转速；同时电机开始调节输入轴转速；监控电机输入轴转速调节到目标转速设定允许范围内时，电机调速完成。

作为本发明技术方案的优选，扭矩恢复单元，具体用于通过电机提供的正扭矩将输入轴扭矩恢复到油门响应值。

作为本发明技术方案的优选，输入轴换挡目标转速可以根据车重修正后的目标挡位按车重/30系数调节。

第三方面，本发明技术方案提供一种电子设备，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如第一方面所述的P2混动系统电机预测性调速换挡控制方法。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：本申请提供的电机调速换挡策略不仅在调速阶段利用电机动态特性快、不需要分离合器就能调速的特点提高了调速速度，节省了换挡时间，更是在撤扭、还扭阶段可利用电机提升撤扭、还扭速度，提升了整体的换挡速度。换挡速度的提高也使得换挡过程更加流畅，车辆平顺性和驾乘舒适性进一步提高。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例的方法的示意性流程图。

图2是本发明一个实施例的装置的示意性框图。

具体实施方式

电机调速换挡策略不仅在调速阶段利用电机动态特性快、不需要分离合器就能调速的特点提高了调速速度，节省了换挡时间，更是在撤扭、还扭阶段可利用电机提升撤扭、还扭速度，提升了整体的换挡速度。换挡速度的提高也使得换挡过程更加流畅，车辆平顺性和驾乘舒适性进一步提高。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种P2混动系统电机预测性调速换挡控制方法，包括如下步骤：

步骤1：变速箱输入轴转速达到换挡转速时，执行降扭过程；

步骤2：降扭完成后控制变速箱退挡；

步骤3：退挡完成后通过计算目标转速对电机输入轴转速进行调节；

步骤4：当电机输入轴转速调节到目标转速的第一百分比范围内时实现转速调节时间与换挡机构执行时间的部分拟合，发送换挡信号启动变速箱开始调节档位；在这里第一百分比范围是正负百分之三包百分之五。

步骤5：换挡完成后恢复输入轴扭矩到油门响应值。

变速箱输入轴转速达到换挡转速时，执行降扭过程的步骤之前包括：获取车辆的车重、驱动功率、车速和电池电量信息。

当车速低于或等于预设值且电池电量大于设定电量阈值时，车辆采用纯电动模式；

当车速大于预设值或所需驱动功率大于电机最大功率时，车辆转入混合动力模式。

需要说明的是，当车辆所需功率处于发动机最优运行功率区间时，转入发动机单独驱动和充电模式，车速进入平顺区间；制动时，有限地使用可回收能量的再生制动模式，当再生制动功率不足提供足够的制动力时机械制动介入，进入混合制动模式。

进一步需要说明的是，车辆在混合动力模式下，变速箱输入轴转速达到换挡转速时，执行降扭过程的步骤包括：

S21a：进行变速箱输入轴转速与换挡转速的对比分析；

S22a：若输入轴转速小于或等于换挡转速时，则禁止换挡；

S23a：若输入轴转速大于换挡转速时，判断是否出现合适挡位；

S24a：若出现合适挡位后，控制发动机切换为扭矩控制，请求将发动机降扭到摩擦扭矩同时对电机请求值不断增大的负扭矩，当电机负扭矩与发动机扭矩相抵消时完成降扭过程。

相应的，退挡完成后通过计算目标转速对电机输入轴转速进行调节的步骤包括：

S31a：退挡完成后发送指令使电机对输入轴转速进行调节；

S32a：接收到指令后，根据当前转速和车重结合当前挡位计算目标挡位，根据目标挡位与换挡前挡位的传动比计算换挡时电机的目标转速值；

S33a：采取PID控制方式，以目标转速与当前转速差值作为PID的输入值，以电机的扭矩值作为PID的输出值，根据电机的外特性以及电池电量对扭矩作限制，调节电机扭矩完成调速环节。

在换挡过程开始后，首先进行输入轴转速与换挡转速的对比分析，如果输入轴转速未达到换挡转速区间，则禁止换挡；如果输入轴转速大于换挡转速，进一步判断是否出现合适挡位。出现合适挡位后，发动机切换为扭矩控制，待发动机降扭到摩擦扭矩、电机扭矩同步降为0后，执行机构开始进行脱档操作。如脱档失败则不允许换挡，系统发送指令使电机对输入轴转速进行调节，待输入轴转速与输出轴转速只差±5％或者当电机调速转速差达到进档转速差值区间内提前0.5s启动变速箱进档动作，可节约换挡等待时间。进挡失败禁止换挡，进挡成功后发动机、电机扭矩恢复到油门响应值，换挡过程结束。

采取PID控制方式，以目标转速与当前转速差值作为PID的输入值，以电机的扭矩值作为PID的输出值，根据电机的外特性以及电池能力对扭矩作限制，调节电机扭矩完成调速环节。系统预判当电机调速转速差达到进档转速差值区间内提前0.5s，变速箱进档。

在有些实施例中，车辆在纯电动模式下，变速箱输入轴转速达到换挡转速时，执行降扭过程的步骤包括：

S21b：进行变速器输入轴转速与换挡转速的对比分析；

S22b：若输入轴转速小于或等于换挡转速值，则禁止换挡；

S23b：若输入轴转速大于换挡转速值，判断是否出现合适挡位；

S24b：若出现合适挡位后，将电机扭矩降为0使变速箱输入轴扭矩为0。

相应的，退挡完成后对电机输入轴转速进行调节的步骤包括：

S31b：车辆在纯电动模式下，退挡完成后，通过输出轴转速乘以目标挡位速比实时计算输入轴的目标转速；同时电机开始调节输入轴转速；

S32b：监控输入轴转速调节到目标转速设定允许范围内时，电机调速完成。

相应的，换挡完成后恢复输入轴扭矩到油门响应值的步骤包括：

通过电机提供的正扭矩将输入轴扭矩恢复到油门响应值。

电机调速换挡关键控制逻辑通过电机降扭、电机调速、电机复扭可有效缩短换挡时间和减小冲击。步骤如下：

1、系统采集信号出发换挡条件，换挡开始，混合动力系统由以油门响应为主要信号，改为换挡期间以转速、扭矩信号为主要参考信号；

2、电机降扭，使变速器输入轴扭矩降为0；

3、执行机构动作，变速器脱档；

4、电机开始调节输入轴转速；

5、系统监控输入轴转速调节到目标转速(输出轴转速×目标挡位速比)±5％范围内时，变速器开始调节档位；

6、约0.5s变速器完成目标挡位调整，电机与执行机构动作，恢复输入轴扭矩；

7、换挡过程结束，混合动力控制系统恢复以油门响应为主要参考信号。

系统预判当电机调速转速差达到进档转速差值区间内提前0.5s启动变速箱进档动作，可节约换挡等待时间。电机对输入轴转速进行调节控制，输入轴目标转速为输出轴转速乘以目标挡位速比，监控输入轴转速达到目标转速±3－5％时即可发送换挡信号。

如图2所示，本发明实施例提供一种P2混动系统电机预测性调速换挡控制装置，包括降扭处理单元、退挡处理单元、控制转速调节单元、挡位调节单元和扭矩恢复单元；

降扭处理单元，用于变速箱输入轴转速达到换挡转速时，执行降扭过程；

退挡处理单元，用于降扭完成后控制变速箱退挡；

控制转速调节单元，用于退挡完成后通过计算目标转速对电机输入轴转速进行调节；

挡位调节单元，用于当电机输入轴转速调节到目标转速的第一百分比范围内时实现转速调节时间与换挡机构执行时间的部分拟合，发送换挡信号启动变速箱开始调节档位；

扭矩恢复单元，用于换挡完成后恢复输入轴扭矩到油门响应值。

在有些实施例中，该装置还包括信息采集单元，用于获取车辆的车重、车速和电池电量信息。

相应的，控制转速调节单元，具体用于车辆在纯电动模式下，退挡完成后，通过变速箱输出轴转速乘以目标挡位速比实时计算电机输入轴的目标转速；同时电机开始调节输入轴转速；监控电机输入轴转速调节到目标转速设定允许范围内时，电机调速完成。

扭矩恢复单元，具体用于通过电机提供的正扭矩将输入轴扭矩恢复到油门响应值。

本发明实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括：处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信。通信总线可以用于电子设备与传感器之间的信息传输。处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以执行如下方法：步骤1：变速箱输入轴转速达到换挡转速时，执行降扭过程；步骤2：降扭完成后控制变速箱退挡；步骤3：退挡完成后通过计算目标转速对电机输入轴转速进行调节；步骤4：当电机输入轴转速调节到目标转速的第一百分比范围内时实现转速调节时间与换挡机构执行时间的部分拟合，发送换挡信号启动变速箱开始调节档位；步骤5：换挡完成后恢复输入轴扭矩到油门响应值。

此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read－Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/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 (10)

1.一种P2混动系统电机预测性调速换挡控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

变速箱输入轴转速达到换挡转速时，执行降扭过程；

降扭完成后控制变速箱退挡；

退挡完成后通过计算目标转速对电机输入轴转速进行调节；

当电机输入轴转速调节到目标转速的第一百分比范围内时实现转速调节时间与换挡机构执行时间的部分拟合，发送换挡信号启动变速箱开始调节档位；

换挡完成后恢复输入轴扭矩到油门响应值。

2.根据权利要求1所述的P2混动系统电机预测性调速换挡控制方法，其特征在于，变速箱输入轴转速达到换挡转速时，执行降扭过程的步骤之前包括：获取车辆的车重、车速和电池电量信息。

3.根据权利要求2所述的P2混动系统电机预测性调速换挡控制方法，其特征在于，退挡完成后通过计算目标转速对电机输入轴转速进行调节的步骤包括：

车辆在混合动力模式下，退挡完成后发送指令使电机对输入轴转速进行调节；

接收到指令后，根据当前转速和车重结合当前挡位计算目标挡位，根据目标挡位与换挡前挡位的传动比计算换挡时电机的目标转速值；

采取PID控制方式，以目标转速与当前转速差值作为PID的输入值，以电机的扭矩值作为PID的输出值，根据电机的外特性以及电池电量对扭矩作限制，调节电机扭矩完成调速环节。

4.根据权利要求2所述的P2混动系统电机预测性调速换挡控制方法，其特征在于，退挡完成后通过计算目标转速对电机输入轴转速进行调节的步骤还包括：

车辆在纯电动模式下，退挡完成后，通过变速箱输出轴转速乘以目标挡位速比实时计算电机输入轴的目标转速；同时电机开始调节输入轴转速；

监控电机输入轴转速调节到目标转速设定允许范围内时，电机调速完成。

5.根据权利要求1所述的P2混动系统电机预测性调速换挡控制方法，其特征在于，换挡完成后恢复输入轴扭矩到油门响应值的步骤包括：

通过电机提供的正扭矩将输入轴扭矩恢复到油门响应值。

6.一种P2混动系统电机预测性调速换挡控制装置，其特征在于，包括降扭处理单元、退挡处理单元、控制转速调节单元、挡位调节单元和扭矩恢复单元；

降扭处理单元，用于变速箱输入轴转速达到换挡转速时，执行降扭过程；

退挡处理单元，用于降扭完成后控制变速箱退挡；

控制转速调节单元，用于退挡完成后通过计算目标转速对电机输入轴转速进行调节；

挡位调节单元，用于当电机输入轴转速调节到目标转速的第一百分比范围内时实现转速调节时间与换挡机构执行时间的部分拟合，发送换挡信号启动变速箱开始调节档位；

扭矩恢复单元，用于换挡完成后恢复输入轴扭矩到油门响应值。

7.根据权利要求6所述的P2混动系统电机预测性调速换挡控制装置，其特征在于，该装置还包括信息采集单元，用于获取车辆的车重、车速和电池电量信息。

8.根据权利要求7所述的P2混动系统电机预测性调速换挡控制装置，其特征在于，控制转速调节单元，具体用于车辆在纯电动模式下，退挡完成后，通过变速箱输出轴转速乘以目标挡位速比实时计算电机输入轴的目标转速；同时电机开始调节输入轴转速；监控电机输入轴转速调节到目标转速设定允许范围内时，电机调速完成。

9.根据权利要求6所述的P2混动系统电机预测性调速换挡控制装置，其特征在于，扭矩恢复单元，具体用于通过电机提供的正扭矩将输入轴扭矩恢复到油门响应值。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至5中任一项所述的P2混动系统电机预测性调速换挡控制方法。