短途纯电动汽车无离合器无同步器AMT换挡控制方法技术

一种短途纯电动汽车无离合器无同步器AMT换挡控制方法，涉及电动汽车无离合器无同步器AMT换挡过程控制方法，在车辆行进过程中需要换挡时，对直流无刷驱动电机采用了电制动与PI控制两种形式相互配合制动，缩短了驱动电机降速所需时间，在此基础上，对换挡电机同样采用电制动，可以使换挡执行机构的运动和驱动电机调速同时进行，拨叉位置的控制误差小于0.04mm，同时能够保证拨叉运动的速度最快，所需的时间最短，缩短换挡时间。换挡时间和静止时的换挡时间几乎相同，同时保证平顺的换挡效果，挂挡时的转速差均小于50r/min，换挡过程中基本感觉不到换挡冲击。本发明专利技术换挡速度快、换挡冲击度小，提高电动车动力性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及短途纯电动汽车无离合器无同步器AMT换挡过程控制方法，详细讲是一种换挡速度快、换挡冲击度小，能够提高电动车动力性能的短途纯电动汽车无离合器无同步器AMT换挡控制方法。
技术介绍
面对日渐严峻的能源和环境问题，越来越多的国家把发展新能源汽车作为新世纪的国家发展战略。AMT(机械式自动变速箱)结构简单、传动效率高，成本低，有助于提升短途纯电动汽车的动力性和经济性，具有良好的应用前景。现有AMT控制方法的不足之处主要有：(1)传统的有同步器AMT换挡执行机构的控制通常采用位置PD(比例微分)控制，精确控制拨叉的位置和轴向运动速度(轴向运动速度过大会导致在同步器未完成同步时挂入目标挡位)，传统的PD控制不仅较复杂，而且无法保证换挡执行机构的控制在时间上是最优的,导致换挡时间较长；(2)换挡过程中转速匹配阶段直流无刷驱动电机降速所需时间过长，这主要是因为直流无刷驱动电机的转速控制通常采用PI控制，电机转速下降较慢，导致转速匹配时间比较长，换挡时间也比较长，影响短途纯电动汽车的动力性。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种换挡速度快、换挡冲击度小，能够提高电动车动力性能的短途纯电动车无离合器无同步器AMT换挡控制方法。本专利技术解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：一种短途纯电动汽车无离合器无同步器AMT换挡控制方法，其特征在于包括如下步骤：(1)控制器控制驱动电机工作在转矩模式，根据加速踏板位置输出对应的转矩；(2)控制器采集车速、加速踏板、制动踏板信号判断是否需要换挡和换挡的目标挡位；如果不需要换挡，驱动电机继续工作在转矩模式，如果需要换挡，控制器控制驱动电机转矩降为零，将驱动电机由转矩模式切换成自由模式；(3)当控制器判断需要换挡、目标挡位为高速挡时，控制器的换挡电机H桥中左上和右下两个MOSFET(Q1和Q4)导通，直接给换挡电机额定电压，换挡电机以最高转速正转；当控制器判断需要换挡、目标挡位为低速挡时，控制器的换挡电机H桥中左下和右上两个MOSFET(Q3和Q2)导通，直接给换挡电机额定电压，换挡电机以最高转速反转；(4)当接合套脱离当前挡位进入空挡时，控制器采集AMT输出轴的转速和目标挡位的传动比，依此计算驱动电机的目标转速，驱动电机由自由模式切换成转速模式；(5)使用速度传感器采集驱动电机的实际转速反馈给控制器，控制器用实际转速减去目标转速计算出转速差；(6)高速挡换低速挡时，PI模块单独控制驱动电机升速，然后执行第10步。(7)低速挡换高速挡时，当转速差小于阈值Y1时，PI模块单独控制驱动电机降速；当转速差大于阈值时，将控制器的驱动电机逆变桥的上桥三个MOSFET关闭，下桥的三个MOSFET导通，进行驱动电机电制动；驱动电机逆变桥的上桥三个MOSFET关闭，下桥的三个MOSFET导通，即为本专利技术所定义的驱动电机电制动。(8)第7步进行电制动的同时，PI模块继续计算目标电压，PI模块的积分系数放大，放大倍数为电制动时转速下降斜率除以PI单独作用时转速下降斜率；(9)控制器采集驱动电机转速，当电机转速与目标转速的差值小于阈值Y2时，终止电制动、PI模块单独控制驱动电机降速；(10)在换挡过程中，当拨叉到达空挡分界点时，控制器判断接合套和目标挡位齿轮之间的转速差是否小于阈值Y3；如果转速差小于阈值Y3，换挡电机不停转，驱动电机由转速模式切换成自由模式，如果转速差大于阈值Y3，换挡电机电制动，驱动电机继续进行转速匹配(驱动电机继续电制动或PI模块单独控制驱动电机调速)，转速匹配完成之后(接合套和目标挡位齿轮之间的转速差小于阈值Y3)，驱动电机切换成自由模式，换挡电机重新启动；(11)控制器采集拨叉的位置信息，当到达换挡电机电制动目标位置时，控制器的换挡电机H桥中上桥导通的MOSFET关断，下桥的两个MOSFET导通，换挡电机电制动，拨叉迅速停止；此时，接合套与目标挡位齿轮啮合，完成换挡操作。(12)换挡完成后，驱动电机由自由模式切换成转矩模式，控制器控制驱动电机转矩恢复，直到转矩达到加速踏板对应的转矩值。第7步所述的阈值Y1为拨叉在空挡行程运动的时间内，PI单独控制下的驱动电机转速下降的最大值。阈值Y1和AMT空挡行程的距离和驱动电机的转动惯量有关，本专利技术中取500r/min。第9步所述的阈值Y2的选取应满足在保证转速不超调的前提下尽可能小，本专利技术中取200r/min。第10步所述的阈值Y3的选取应满足挂入目标挡位时驾驶员基本感觉不到冲击，本专利技术中取50r/min。第10步中所述的空挡分界点为：在拨叉轴上、距接合套与目标挡位齿轮初始接合点的距离为换挡电机电制动持续的时间内拨叉运动的距离与拨叉位置控制误差的和时、拨叉在拨叉轴上的位置。本专利技术在车辆行进过程中需要换挡时，对直流无刷驱动电机采用了电制动与PI控制两种形式相互配合的制动方法，缩短了驱动电机降速所需时间，在此种制动方法的基础上，对换挡电机同样采用电制动，可以使换挡执行机构的运动(拨叉、接合套)和驱动电机调速同时进行，换挡执行机构控制方法可以使拨叉位置的控制误差小于0.04mm(拨叉位置控制误差为控制器所能检测到的拨叉的最小位移)，同时能够保证拨叉运动的速度最快，到达目标位置所需的时间最短。极大程度的缩短换挡时间。换挡时间和静止时的换挡时间几乎相同，同时能保证平顺的换挡效果，挂挡时的转速差均小于50r/min，换挡过程中基本感觉不到换挡冲击。同时本专利技术中增加了空挡分界点概念及控制方法，避免个别驱动电机和换挡电机配合时或特殊工况下，驱动电机带动的接合套与目标挡位齿轮的转速差过大时挂入目标挡位。本专利技术换挡速度快、换挡冲击度小，能够提高电动车动力性能。附图说明图1为短途纯电动汽车动力传动系统简图。图2为摘挡阶段啮合齿的受力分析。图3为挂挡时啮合齿的受力分析。图4中的图a、b为换挡执行机构示意图。图5为换挡电机电制动原理。图6为驱动电机转速PI控制原理。图7为驱动电机电制动时电流流向判断。图8为驱动电机电制动期间下桥MOSFET开通和关断时电流流向。图9为升速过程中转速、目标电压、实际电压的变化。图10为PI单独控制降速时转速、目标电压、实际电压的变化。图11为电制动和PI配合控制降速时转速、目标电压、实际电压的变化。图12为目标转速阶跃上升时实际转速上升曲线。图13为PI单独作用时实际转速的下降曲线。图14为电制动和PI共同作用时转速的下降曲线。图15为空挡行程分段控制示意图。图16为换挡过程控制流程图。图17为静止时低速挡换高速挡换挡电机端电压波形。图18为静止时高速挡换低速挡换挡电机端电压波形。图19为低速时低速挡换高速挡AMT各部分转速变化图。图20为低速时高速挡换低速挡AMT各部分转速变化图。图21为中速时低速挡换高速挡AMT各部分转速变化图。图22为中速时高速挡换低速挡AMT各部分转速变化图。图23为高速时低速挡换高速挡AMT各部分转速变化图。图24为高速时高速挡换低速挡AMT各部分转速变化图。具体实施方式一种短途纯电动汽车无离合器无同步器AMT换挡控制方法，其特征在于包括如下步骤：(1)控制器控制驱动电机工作在转矩模式，根据加速踏板位置输出对应的转矩；(2)控制器采集车速、加速踏板、制动踏板信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种短途纯电动汽车无离合器无同步器AMT换挡控制方法，其特征在于包括如下步骤：(1)控制器控制驱动电机工作在转矩模式，根据加速踏板位置输出对应的转矩；(2)控制器采集车速、加速踏板、制动踏板信号判断是否需要换挡和换挡的目标挡位；如果不需要换挡，驱动电机继续工作在转矩模式，如果需要换挡，控制器控制驱动电机转矩降为零，将驱动电机由转矩模式切换成自由模式；(3)当控制器判断需要换挡、目标挡位为高速挡时，控制器的换挡电机H桥中左上和右下两个MOSFET(Q1和Q4)导通，直接给换挡电机额定电压，换挡电机以最高转速正转；当控制器判断需要换挡、目标挡位为低速挡时，控制器的换挡电机H桥中左下和右上两个MOSFET(Q3和Q2)导通，直接给换挡电机额定电压，换挡电机以最高转速反转；(4)当接合套脱离当前挡位进入空挡时，控制器采集AMT输出轴的转速和目标挡位的传动比，依此计算驱动电机的目标转速，驱动电机由自由模式切换成转速模式；(5)使用速度传感器采集驱动电机的实际转速反馈给控制器，控制器用实际转速减去目标转速计算出转速差；(6)高速挡换低速挡时，PI模块单独控制驱动电机升速，然后执行第10步。(7)低速挡换高速挡时，当转速差小于阈值Y1时，PI模块单独控制驱动电机降速；当转速差大于阈值时，将控制器的驱动电机逆变桥的上桥三个MOSFET关闭，下桥的三个MOSFET导通，进行驱动电机电制动；驱动电机逆变桥的上桥三个MOSFET关闭，下桥的三个MOSFET导通，即为本专利技术所定义的驱动电机电制动。(8)第7步进行电制动的同时，PI模块继续计算目标电压，PI模块的积分系数放大，放大倍数为电制动时转速下降斜率除以PI单独作用时转速下降斜率；(9)控制器采集驱动电机转速，当电机转速与目标转速的差值小于阈值Y2时，终止电制动、PI模块单独控制驱动电机降速；(10)在换挡过程中，当拨叉到达空挡分界点时，控制器判断接合套和目标挡位齿轮之间的转速差是否小于阈值Y3；如果转速差小于阈值Y3，换挡电机不停转，驱动电机由转速模式切换成自由模式，如果转速差大于阈值Y3，换挡电机电制动，驱动电机继续进行转速匹配，转速匹配完成之后，驱动电机切换成自由模式，换挡电机重新启动；(11)控制器采集拨叉的位置信息，当到达换挡电机电制动目标位置时，控制器的换挡电机H桥中上桥导通的MOSFET关断，下桥的两个MOSFET导通，换挡电机电制动，拨叉迅速停止；此时，接合套与目标挡位齿轮啮合，完成换挡操作。(12)换挡完成后，驱动电机由自由模式切换成转矩模式，控制器控制驱动电机转矩恢复，直到转矩达到加速踏板对应的转矩值。...

【技术特征摘要】
1.一种短途纯电动汽车无离合器无同步器AMT换挡控制方法，其特征在于包括如下步骤：(1)控制器控制驱动电机工作在转矩模式，根据加速踏板位置输出对应的转矩；(2)控制器采集车速、加速踏板、制动踏板信号判断是否需要换挡和换挡的目标挡位；如果不需要换挡，驱动电机继续工作在转矩模式，如果需要换挡，控制器控制驱动电机转矩降为零，将驱动电机由转矩模式切换成自由模式；(3)当控制器判断需要换挡、目标挡位为高速挡时，控制器的换挡电机H桥中左上和右下两个MOSFET(Q1和Q4)导通，直接给换挡电机额定电压，换挡电机以最高转速正转；当控制器判断需要换挡、目标挡位为低速挡时，控制器的换挡电机H桥中左下和右上两个MOSFET(Q3和Q2)导通，直接给换挡电机额定电压，换挡电机以最高转速反转；(4)当接合套脱离当前挡位进入空挡时，控制器采集AMT输出轴的转速和目标挡位的传动比，依此计算驱动电机的目标转速，驱动电机由自由模式切换成转速模式；(5)使用速度传感器采集驱动电机的实际转速反馈给控制器，控制器用实际转速减去目标转速计算出转速差；(6)高速挡换低速挡时，PI模块单独控制驱动电机升速，然后执行第10步。(7)低速挡换高速挡时，当转速差小于阈值Y1时，PI模块单独控制驱动电机降速；当转速差大于阈值时，将控...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚，王大方，王明玉，朱洪彪，王苗然，常浩，王天洋，
申请(专利权)人：王大方，
类型：发明
国别省市：山东;37