电驱动两挡机械式自动变速器控制系统及控制方法技术方案

一种电驱动两挡机械式自动变速器控制系统及控制方法，包括：变速器控制单元(TCU)以及分别与之相连的整车控制器(VCU)、电机控制单器(MCU)、换挡执行机构、换挡电机驱动器以及2AMT，其中：TCU和VCU分别采集来自驾驶室的电子加速踏板信号、操纵杆挡位信号和2AMT输出轴的转速信号；TCU还需采集来自换挡执行机构的换挡拨叉空挡位置信号、光电编码器差动接收信号和换挡电机内置霍尔元件信号；VCU、TCU和MCU之间通过CAN通讯线相连并进行实时数据交换，即正常行驶时MCU根据VCU的指令控制电机输出转矩，换挡时与TCU进行指令交互，在适当时刻完成e2AMT系统的自动换挡过程。本发明专利技术具有低成本、高可靠、通用性强、实时性好的特点。

【技术实现步骤摘要】
电驱动两挡机械式自动变速器控制系统及控制方法
本专利技术涉及的是一种汽车传动控制领域的技术，具体涉及一种电驱动两挡机械式自动变速器控制系统及控制方法。
技术介绍
电驱动变速装置e2AMT是针对电动车的动力性与经济性难以同时兼顾的情况下发展而来的一种新型变速系统部件。根据电动车的驱动电机特性，把传统内燃机汽车上用的AMT技术经全新开发，形成全电动式双速机械式自动变速器e2AMT。e2AMT不仅能够改善电动车的动力性，同时能够提高其经济性。在相同的工况条件下，应用e2AMT可以大幅度降低电动车对驱动电机的性能要求，降低电驱动系统和电动车的制造成本。目前，使用变速器的电动车极少，而传统内燃机汽车较普遍采用手动或自动变速器。自动变速器的换挡执行机构为液压和电动式两种。电控液压式执行机构具有控制精度高、驱动力大优点，但同时具有系统结构复杂，成本较高缺点；电动执行机构采用无刷直流电机作为换挡电机，具有响应快，成本低、易维护优点。目前，绝大多数电动车采用驱动电机+单级减速器的动力传动方式，导致驱动电机的运行无法同时兼顾整车的动力性与经济性。为了达到规定的加速性能和续驶里程，整车不得不配置大功率的驱动电机及大容量的动力电池，这无疑增加了电动车重量及生产成本。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种电驱动两挡机械式自动变速器控制系统及控制方法，该系统具有低成本、高可靠、通用性强、实时性好等优点。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术涉及一种电驱动两挡机械式自动变速器控制系统，包括：变速器控制单元(TCU)以及分别与之相连的整车控制器(VCU)、电机控制单器(MCU)、换挡执行机构、换挡电机驱动器以及两挡自动变速器(2AMT)，其中：TCU和VCU分别采集来自驾驶室的电子加速踏板信号、操纵杆挡位信号和2AMT输出轴的转速信号；TCU还需采集来自换挡执行机构的换挡拨叉空挡位置信号、光电编码器差动接收信号和换挡电机内置霍尔元件信号；VCU、TCU和MCU之间通过CAN通讯线相连并进行实时数据交换，即正常行驶时MCU根据VCU的指令控制电机输出转矩，换挡时与TCU进行指令交互，在适当时刻完成e2AMT系统的自动换挡过程。所述的变速器控制单元包括：数字信号处理器(DSP)以及分别与之相连的最小系统模块、脉冲信号调理模块、开关信号调理模块、模拟信号调理模块、编码器调理模块、霍尔信号调理模块、串行D/A转换模块、电机方向控制模块、单路SCI通讯模块和双路CAN通讯模块，其中：最小系统模块用于数字信号处理器的供电、复位及时钟信号；用于对车速信号整形滤波的脉冲信号调理模块与外部的车速传感器输入模块相连并传输经过滤波和电平转换后的车速信息；用于对车辆的一些开关状态量比如挡杆位置、钥匙开关进行采集和电平转换的开关信号调理模块与外部的挡杆位置以及钥匙开关信号相连并传输经过电平转换后的状态信息；用于对车辆的加速踏板信号进行低通滤波和电平转换的模拟信号调理模块与外部的加速踏板的输入信号相连并向数字信号处理器传输经过滤波和钳位后的加速踏板信号；编码器调理模块用于将编码器的六路输入信号转化为三路并进行差动接收；霍尔信号调理模块用于对换挡电机输入的三相霍尔信号进行一阶滤波、整形和电平转换然后输出至数字信号处理器，编码器调理模块和霍尔信号调理模块分别与换挡电机的光电编码器以及电机内置的三路霍尔相连并传输经过滤波和电平转换后的电机转速和位置信息；串行D/A转换模块用于将数字信号处理器输出的数字信号转化成相应的模拟信号来控制换挡电机的转速；电机方向控制模块用于把数字信号处理器输出的开关信号进行隔离和电平转换后输出到换挡电机的控制器端；用于数字信号处理器与上位机之间的串口通信的单路SCI通讯模块中设有光耦隔离器并与上位机进行通讯以进行调试；用于车载的CAN通信模块之间信号的隔离以及电平转换的双路CAN通讯模块中一路与VCU通讯以实时检测TCU的工作，另一路具有光电隔离并与MCU通讯以实现集成控制。所述的变速器控制单元中进一步设有防止输入信号超过引脚耐压值的钳位模块，以保护DSP引脚不被损坏。所述的脉冲信号调理模块对输出轴转速信号(霍尔传感器产生的0V、12V的高低电平信号)首先进行电阻分压，经过低通滤波(RC滤波)输出至高速电压比较器，获得规则的0/5V的方波信号。然后通过数字隔离器隔离进一步得到0和3.3V的规则方波信号，输出至数字信号处理器。所述的开关信号调理模块包括：光耦隔离器、反相处理器和电平转换单元，其中：开关信号首先由光耦隔离器进行隔离，获得0V/5V高低电平信号，然后经反相处理器整形反相，保证信号同相，最后由电平转换单元输出至数字信号处理器的I/O口，实现将操纵杆的挡位信号及换挡电机转向信号通过LED显示以方便调试。根据控制精度的要求，所述的编码器调理模块中设有两路换挡电机转速信号采集单元，其中：一路是采用数字隔离芯片实现电平转换和隔离，获得规则的0/3.3V的电平信号；另一路是采用光电编码器采集换挡电机转速信号，差动收发器接收，增强传输距离，提高抗干扰性。所述的串行D/A转换模块对换挡电机输出模拟电压信号进行调速，该电压信号通过SPI主动输出，经数字隔离器隔离后，输出至12位的串行DA转换芯片，经精密放大芯片放大后得到0-5V的模拟电压，实现换挡电机调速。所述的电机方向控制模块对换挡电机输出电平信号实现转向控制，即首先通过电平转换模块提高驱动能力，通过光耦隔离器件将转向控制信号输出至换挡电机驱动器，实现换挡电机转向控制。所述的电子控制单元中进一步优选设有电源模块，该电源模块包括：数字电源模块和模拟电源模块，其中：模拟电源模块向传感器提供5V电源；数字电源模块包括：3.3V供电模块、1.9V供电模块以及5V供电模块，其中：5V供电模块由开关电源实现，3.3V供电模块和1.9V供电模块分别由电源模块芯片实现。所述的供电模块均通过隔离器件加以隔离以防止不同信号之间的串扰。本专利技术涉及上述电驱动两挡机械式自动变速器电子控制单元的控制方法，包括：位于上层的车辆状态监测操作、位于中层的目标决策操作以及位于下层的电机伺服控制操作，其中：车辆状态监测操作对车辆行驶中各个工作状态进行实时监测，为电动车换挡提供决策数据，目标决策操作协同TCU与MCU根据指定的换挡策略及集成控制策略进行换挡，电机伺服控制操作驱动电机控制器(MCU)，根据集成控制策略，对驱动电机进行调速。所述的车辆状态检测操作包括：上电自检、静止等待、倒车、前进行驶、换挡及断电复位，其中：上电自检是指：在通电后根据TCU中保存的挡位状态信息以及传感器的输入信号信息进行判断车辆是否处于正常的状态；静止等待是指：车辆是否处于停车怠速状态；倒车是指：车辆在倒挡状态下行驶；前进行驶是指：车辆在前进挡状态下正常行驶；换挡是指：车辆在进行换挡操作，升挡或者降挡；断电复位是指：车辆出现故障后，电源切断，恢复到初始状态。所述的目标决策操作包括：指定的换挡策略及集成控制策略，其中的换挡策略是指：TCU根据车辆的车速、加速踏板开度状态信息来判断车辆何时能执行换挡操作；集成控制策略是指：车辆在换挡过程中，TCU与MCU实时进行通讯，来控制驱动电机和换挡电机进而完成升挡或者降挡操作，是指驱动电机和换挡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电驱动两挡机械式自动变速器控制系统，包括：变速器控制单元以及分别与之相连的整车控制器、电机控制单器、换挡执行机构、换挡电机驱动器以及2AMT，其中：TCU和VCU分别采集来自驾驶室的电子加速踏板信号、操纵杆挡位信号和2AMT输出轴的转速信号；TCU还需采集来自换挡执行机构的换挡拨叉空挡位置信号、光电编码器差动接收信号和换挡电机内置霍尔元件信号；VCU、TCU和MCU之间通过CAN通讯线相连并进行实时数据交换，即正常行驶时MCU根据VCU的指令控制电机输出转矩，换挡时与TCU进行指令交互，在适当时刻完成e2AMT系统的自动换挡过程。

【技术特征摘要】
1.一种电驱动两挡机械式自动变速器控制系统，包括：变速器控制单元以及分别与之相连的整车控制器、电机控制单器、换挡执行机构、换挡电机驱动器以及2AMT，其中：TCU和VCU分别采集来自驾驶室的电子加速踏板信号、操纵杆挡位信号和2AMT输出轴的转速信号；TCU还需采集来自换挡执行机构的换挡拨叉空挡位置信号、光电编码器差动接收信号和换挡电机内置霍尔元件信号；VCU、TCU和MCU之间通过CAN通讯线相连并进行实时数据交换，即正常行驶时MCU根据VCU的指令控制电机输出转矩，换挡时与TCU进行指令交互，在适当时刻完成e2AMT系统的自动换挡过程。2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征是，所述的变速器控制单元包括：数字信号处理器以及分别与之相连的最小系统模块、脉冲信号调理模块、开关信号调理模块、模拟信号调理模块、编码器调理模块、霍尔信号调理模块、串行D/A转换模块、电机方向控制模块、转速信号分频模块、单路SCI通讯模块和双路CAN通讯模块，其中：最小系统模块用于数字信号处理器的供电、复位及时钟信号；用于对车速信号整形滤波的脉冲信号调理模块与外部的车速传感器输入模块相连并传输经过滤波和电平转换后的车速信息；用于对车辆的一些开关状态量比如挡杆位置、钥匙开关进行采集和电平转换的开关信号调理模块与外部的挡杆位置以及钥匙开关信号相连并传输经过电平转换后的状态信息；用于对车辆的加速踏板信号进行低通滤波和电平转换的模拟信号调理模块与外部的加速踏板的输入信号相连并向数字信号处理器传输经过滤波和钳位后的加速踏板信号；编码器调理模块用于将编码器的六路输入信号转化为三路并进行差动接收；霍尔信号调理模块用于对换挡电机输入的三相霍尔信号进行一阶滤波、整形和电平转换然后输出至数字信号处理器，编码器调理模块和霍尔信号调理模块分别与换挡电机的光电编码器以及电机内置的三路霍尔相连并传输经过滤波和电平转换后的电机转速和位置信息；串行D/A转换模块用于将数字信号处理器输出的数字信号转化成相应的模拟信号来控制换挡电机的转速；电机方向控制模块用于把数字信号处理器输出的开关信号进行隔离和电平转换后输出到换挡电机的控制器端；转速信号分频模块用于把车速传感器的脉冲信号进行分频处理，降低到车速表能够接受的频率范围；用于数字信号处理器与上位机之间的串口通信的单路SCI通讯模块中设有光耦隔离器并与上位机进行通讯以进行调试；用于车载的CAN通信模块之间信号的隔离以及电平转换的双路CAN通讯模块中一路与VCU通讯以实时检测TCU的工作，另一路具有光电隔离并与MCU通讯以实现集成控制。3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征是，所述的变速器控制单元中进一步设有防止输入信号超过引脚耐压值的钳位模块，以保护DSP引脚不被损坏。4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征是，所述的脉冲信号调理模块对输出轴转速信号首先进行电阻分压，经过低通滤波输出至高速电压比较器，获得规则的0/5V的方波信号，然后通过数字隔离器隔离进一步得到0和3.3V的规则方波信号，输出至数字信号处理器。5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征是，所述的开关信号调理模块包括：光耦隔离器、反相处理器和电平转换单元，其中：开关信号首先由光耦隔离器进行隔离，获得0V/5V高低电平信号，然后经反相处理器整形反相，保证信号同相，最后由电平转换单元输出至数字信号处理器的I/O口，实现将操纵杆的挡位信号及换挡电机转向信号通过LED显示以方便调试。6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征是，所述的编码器调理模块中设有两路换挡电机转速信号采集单元，其中：一路是采用数字隔离芯片实现电平转换和隔离，获得规则的0/3.3V的电平信号；另一路是采用光电编码器采集换挡电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建武，巫少方，王盘，鲁统利，柴本本，陈怀山，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31