一种车辆换挡模拟系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种车辆换挡模拟系统及方法，包括换挡电机(1)、变速控制单元(2)、系统板卡(3)、第一模拟器(4)、第二模拟器(5)、第一状态显示上位机(6)、第二状态显示上位机(7)、及选挡控制单元(8)；针对整个系统的运行，来仿真整个新能源汽车动力系统在整车车辆行驶环境下的工作过程，且能够针对采用犬牙式离合器的新能源汽车的滑档过程及对应参数进行全程监测及显示，仿真模拟过程趋近真实过程，显示直观、结果准确、能够为后期新能源汽车中采用犬牙式离合器的换挡过程的进一步优化提供有效的理论及参数依据。

A vehicle shift simulation system and method

【技术实现步骤摘要】
一种车辆换挡模拟系统及方法
本专利技术属于新能源汽车驾驶控制的
，具体涉及一种车辆换挡模拟系统及方法。
技术介绍
随着新能源汽车行业的快速发展，纯电动控制系统在汽车工业领域具有越来越广泛的应用前景，而目前商用车中电动控制系统在换挡时往往还沿用汽油驱动车辆的换挡模式。现有技术中常见的离合器换挡系统多选择滑片式离合器，因此离合器结合和分离过程系统中所传递的扭矩和转速变化为连续性的；而犬牙式离合器传递过程为刚性传递，且犬牙式离合器在结合控制过程中还存在一定的概率特性；由于犬牙式离合器的刚性连接特性，因此要针对其换挡过程中存在的一定的扭矩冲击特性进行模拟，而这种刚性冲击过程的模拟过程复杂、参数较多，因此模拟难度较大；同时该系统存在的换挡电机的轴向运行与换挡单机的耦合，且离合器的结合过程存在的概率性增加了模拟的难度。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的缺陷与不足，本专利技术提供了一种车辆换挡模拟系统及方法。本专利技术所采用的技术方案如下：一种车辆换挡模拟系统，其特征在于：包括换挡电机(1)、变速控制单元(2)、系统板卡(3)、第一模拟器(4)、第二模拟器(5)、选挡控制单元(8)；其中，驾驶员在第二模拟器(5)中输入驾驶需求；第二模拟器(5)与选挡控制单元(8)连接以向选挡控制单元(8)发送驾驶需求，选挡控制单元(8)根据驾驶需求生成对应的扭矩需求指令和换挡需求指令；选挡控制单元(8)与变速控制单元(2)通过CAN总线连接以向变速控制单元(2)发送扭矩需求指令和换挡需求指令；变速控制单元(2)与换挡电机(1)连接以按照扭矩需求指令控制换挡电机(1)提供换挡扭矩；系统板卡(3)与变速控制单元(2)连接以对应接收换挡需求指令并生成换挡需求信号；系统板卡(3)与第一模拟器(4)连接以将换挡需求信号发送至第一模拟器(4)，第一模拟器(4)按照换挡需求信号执行对应换挡动作；第一模拟器(4)与第二模拟器(5)通过信号同步线连接。进一步地，所述第一模拟器(4)内部包括换挡毂控制模块(4-1)、离合器控制模块(4-2)、传动控制模块(4-3)、及电机控制模块(4-4)；换挡毂控制模块(4-1)根据接收到的换挡需求信号控制换挡机构对离合器的轴向驱动力；离合器控制模块(4-2)确定离合器的轴向位移；传动控制模块(4-3)根据离合器的轴向位移选择驱动扭矩的传输路径；电机控制模块(4-4)根据驱动扭矩的传输路径将对应电机的输出扭矩传递到第二模拟器(5)以驱动车辆运行。进一步地，所述第二模拟器(5)包括驾驶员控制模块(5-1)和车辆控制模块(5-2)；驾驶员控制模块(5-1)接收驾驶员施加的钥匙开关、档位信息、加速踏板和制动踏板的驾驶需求操作；车辆控制模块(5-2)根据第一模拟器(4)发送的输出扭矩实现车辆运行。进一步地，所述离合器控制模块(4-2)包括啮合判断单元、轴向控制单元、及离合器结合单元；在啮合判断单元中，根据以下条件判断啮合是否成立：其中，θ1为离合器中啮合套的对齿角度；θ2为啮合齿轮的对齿角度；α为离合器中啮合套的每个齿轮中齿面所占的角度；z为离合器中啮合套的齿数；当上式成立时，k＝1，啮合判断单元判定啮合套与啮合齿轮啮合成立；当上式不成立时，k＝0，啮合判断单元判定啮合套与啮合齿轮啮合不成立；在轴向控制单元中，轴向运动过程满足：其中，m为离合器移动端的总质量；s为离合器移动端的轴向位移；Fact为执行器向离合器移动端提供的轴向驱动力；Fr为离合器移动端轴向运行中的阻力；同时离合器移动端轴向运行中的阻力Fr为：其中，Ff1为啮合套轴向位移产生的摩擦力；Ff2为齿面接触产生的摩擦力；kax为啮合齿轮的轴向刚度；dax为啮合套的轴向阻尼；s为离合器中啮合套实际的轴向位移；s0为啮合套与啮合齿轮接触时对应的啮合套的轴向位移；在离合器结合单元中，离合器的传递扭矩为：其中，μd为啮合套与啮合齿轮接触位置的齿端面摩擦系数；A为啮合套与啮合齿轮接触位置的平均面积；Fp为啮合套与啮合齿轮接触位置的齿端面存在的压力；krx为啮合套齿面的转动刚度；drx为啮合套齿面的转动阻尼；θ3为啮合套转动接触面对应的角度位移，θ4为啮合齿轮转动接触面对应的角度位移；其中，啮合套与啮合齿轮接触位置的齿端面存在的压力Fp为：进一步地，所述传动控制模块(4-3)中，1)第一电机的动态离合器驱动端的运行状态为：2)第二电机的动态离合器驱动端的运行状态为：3)车辆端的运行状态为：其中，JEM1为从第一电机到第一啮合套的传动轴的转动惯量；θEM1为第一啮合套的角度位置；JEM2为从第二电机到第二啮合套的传动轴的转动惯量；θEM2为第二啮合套的角度位置；Jveh为车辆等效到输出轴的转动惯量；θveh为变速箱输出轴端的角度位移；Tff，AL、Tff，AR分别表示第一啮合套A在其左端、右端对应传输的扭矩；Tff，CUL、Tff，CUR分别表示第二啮合套CU在其左端、右端对应传输的扭矩；i1为从第一啮合套A的左端啮合齿到输出轴的速比；i2为从第一啮合套A的右端啮合齿到输出轴的速比；i3为从第二啮合套CU的右端啮合齿到输出轴的速比；TA为从第一电机传递到啮合套的扭矩；TCU为从第二电机传递到啮合套的扭矩；Tload为车辆阻力折算到驱动端的摩擦力矩，摩擦力矩表示为：其中，m为车辆的载重；g为重力加速度；β为车辆坡道角度；μ为滚阻系数；A为迎风面积，Cw为风阻系数，v为车速；r为车轮半径；ifd为动力总成传动比。进一步地，所述电机控制模块(4-4)中每个电机的输出扭矩满足：TEM1＝min(TEM1，dmnd，TEM1，min)(9)，TEM2＝min(TEM2，dmnd，TEM2，min)(10)，其中，TEM1为第一电机实际输出的扭矩；TEM1，min为第一电机当前最小输出扭矩；TEM1，dmnd为驾驶需求指令要求第一电机输出的扭矩；TEM2为第二电机实际输出的扭矩；TEM2，min为第二电机当前最小输出扭矩；TEM2，dmnd为驾驶需求指令要求第二电机输出的扭矩。进一步地，所述车辆换挡模拟系统还包括第一状态显示上位机(6)和第二状态显示上位机(7)，其中，第一状态显示上位机(6)与第一模拟器(4)连接以实时显示并监控第一模拟器(4)内部各模块的工作过程；第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车辆换挡模拟系统，其特征在于：包括换挡电机(1)、变速控制单元(2)、系统板卡(3)、第一模拟器(4)、第二模拟器(5)、选挡控制单元(8)；其中，/n驾驶员在第二模拟器(5)中输入驾驶需求；/n第二模拟器(5)与选挡控制单元(8)连接以向选挡控制单元(8)发送驾驶需求，选挡控制单元(8)根据驾驶需求生成对应的扭矩需求指令和换挡需求指令；/n选挡控制单元(8)与变速控制单元(2)通过CAN总线连接以向变速控制单元(2)发送扭矩需求指令和换挡需求指令；/n变速控制单元(2)与换挡电机(1)连接以按照扭矩需求指令控制换挡电机(1)提供换挡扭矩；/n系统板卡(3)与变速控制单元(2)连接以对应接收换挡需求指令并生成换挡需求信号；/n系统板卡(3)与第一模拟器(4)连接以将换挡需求信号发送至第一模拟器(4)，第一模拟器(4)按照换挡需求信号执行对应换挡动作；/n第一模拟器(4)与第二模拟器(5)通过信号同步线连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种车辆换挡模拟系统，其特征在于：包括换挡电机(1)、变速控制单元(2)、系统板卡(3)、第一模拟器(4)、第二模拟器(5)、选挡控制单元(8)；其中，
驾驶员在第二模拟器(5)中输入驾驶需求；
第二模拟器(5)与选挡控制单元(8)连接以向选挡控制单元(8)发送驾驶需求，选挡控制单元(8)根据驾驶需求生成对应的扭矩需求指令和换挡需求指令；
选挡控制单元(8)与变速控制单元(2)通过CAN总线连接以向变速控制单元(2)发送扭矩需求指令和换挡需求指令；
变速控制单元(2)与换挡电机(1)连接以按照扭矩需求指令控制换挡电机(1)提供换挡扭矩；
系统板卡(3)与变速控制单元(2)连接以对应接收换挡需求指令并生成换挡需求信号；
系统板卡(3)与第一模拟器(4)连接以将换挡需求信号发送至第一模拟器(4)，第一模拟器(4)按照换挡需求信号执行对应换挡动作；
第一模拟器(4)与第二模拟器(5)通过信号同步线连接。


2.根据权利要求1所述的一种车辆换挡模拟系统，其特征在于：所述第一模拟器(4)内部包括换挡毂控制模块(4-1)、离合器控制模块(4-2)、传动控制模块(4-3)、及电机控制模块(4-4)；换挡毂控制模块(4-1)根据接收到的换挡需求信号控制换挡机构对离合器的轴向驱动力；离合器控制模块(4-2)确定离合器的轴向位移；传动控制模块(4-3)根据离合器的轴向位移选择驱动扭矩的传输路径；电机控制模块(4-4)根据驱动扭矩的传输路径将对应电机的输出扭矩传递到第二模拟器(5)以驱动车辆运行。


3.根据权利要求1或2所述的一种车辆换挡模拟系统，其特征在于：所述第二模拟器(5)包括驾驶员控制模块(5-1)和车辆控制模块(5-2)；驾驶员控制模块(5-1)接收驾驶员施加的钥匙开关、档位信息、加速踏板和制动踏板的驾驶需求操作；车辆控制模块(5-2)根据第一模拟器(4)发送的输出扭矩实现车辆运行。


4.根据权利要求2所述的一种车辆换挡模拟系统，其特征在于：所述离合器控制模块(4-2)包括啮合判断单元、轴向控制单元、及离合器结合单元；
在啮合判断单元中，根据以下条件判断啮合是否成立：



其中，
θ1为离合器中啮合套的对齿角度；
θ2为啮合齿轮的对齿角度；
α为离合器中啮合套的每个齿轮中齿面所占的角度；
z为离合器中啮合套的齿数；
当上式成立时，k＝1，啮合判断单元判定啮合套与啮合齿轮啮合成立；
当上式不成立时，k＝0，啮合判断单元判定啮合套与啮合齿轮啮合不成立；
在轴向控制单元中，轴向运动过程满足：



其中，
m为离合器移动端的总质量；
s为离合器移动端的轴向位移；
Fact为执行器向离合器移动端提供的轴向驱动力；
Fr为离合器移动端轴向运行中的阻力；
同时离合器移动端轴向运行中的阻力Fr为：



其中，
Ff1为啮合套轴向位移产生的摩擦力；
Ff2为齿面接触产生的摩擦力；
kax为啮合齿轮的轴向刚度；
dax为啮合套的轴向阻尼；
s为离合器中啮合套实际的轴向位移；
s0为啮合套与啮合齿轮接触时对应的啮合套的轴向位移；
在离合器结合单元中，离合器的传递扭矩为：



其中，
μd为啮合套与啮合齿轮接触位置的齿端面摩擦系数；
A为啮合套与啮合齿轮接触位置的平均面积；
Fp为啮合套与啮合齿轮接触位置的齿端面存在的压力；
krx为啮合套齿面的转动刚度；
drx为啮合套齿面的转动阻尼；
θ3为啮合套转动接触面对应的角度位移，
θ4为啮合齿轮转动接触面对应的角度位移；
其中，啮合套与啮合齿轮接触位置的齿端面存在的压力Fp为：



...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝庆军，陆中华，闫斌，
申请(专利权)人：凯博易控车辆科技苏州股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32