一种纯电动汽车机械式自动变速器的换挡控制方法技术

本发明专利技术公开了一种纯电动汽车机械式自动变速器控制模块及换挡控制方法，包括BDI层和ACS层，所述BDI层和ACS层通过API接口连接；所述BDI层用于硬件初始化、驱动TCU内部各个模块，对外界提供API调用函数；所述ACS层用于上层控制策略，完成档位决策、起步、换档功能，包括Sensor模块、Strategy模块、Actuator模块；本发明专利技术对纯电动汽车的最佳动力性和最佳经济性换档规律以及负载的计算，开发了一种基于负载修正的纯电动汽车综合换档规律，使得车辆始终处在最佳的档位和行驶状态，保证了车辆的最佳动力性和经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种纯电动汽车机械式自动变速器的换挡控制方法
本专利技术属于电动汽车控制
，具体涉及一种永磁驱动电机的纯电动汽车机械式自动变速器控制模块及换挡控制方法。
技术介绍
目前，在交通车辆的自动变速器换挡优化领域，机械式自动变速器是在机械式变速器基础上实现自动变速操作，它不但具有价格低廉、制造方便的特点，同时还具有自动操作、安全可靠性高等优点。现阶段，传统汽车自动变速理论及换挡规律的研究已经相当的成熟；然而，有关永磁驱动电机的纯电动汽车机械式自动变速器综合控制并不多见，且变速控制容易受到汽车行驶环境复杂多变性的影响，往往控制的效果并不如人意。为此，针对车辆正常运行功能的基础上，对纯电动汽车的换档规律进行重点研究。通过对纯电动汽车的最佳动力性和最佳经济性换档规律以及负载的计算，开发了一种基于负载修正的纯电动汽车综合换档规律，使得车辆始终处在最佳的档位和行驶状态，保证了车辆的动力性和经济性成为了当前亟需解决的技术问题。
技术实现思路
主要内容本专利技术的目的在于针对电动汽车的永磁驱动电机与发动机的不同，提供了一种安全可靠性高、能够适应不同行驶工况需求、保证了车辆的动力性和经济性的一种纯电动汽车机械式自动变速器控制模块及换挡控制方法。本专利技术的技术方案为：一种纯电动汽车机械式自动变速器控制模块，包括BDI层和ACS层，所述BDI层和ACS层通过API接口连接；所述BDI层用于硬件初始化、驱动TCU内部各个模块，对外界提供API调用函数；所述ACS层用于上层控制策略，完成档位决策、起步、换档功能，包括Sensor模块、Strategy模块、Actuator模块；所述API接口输入端连接Sensor模块，所述Sensor模块输出端连接Strategy模块，所述Strategy模块输出端连接Actuator模块，所述Actuator模块输出端连接API接口输入端；所述Sensor模块用于对从BDI层获得的整车、永磁驱动电机和变速器原始信息进行滤波处理，标度转换以及故障识别；所述Actuator模块处于ACS层的最下层，用于接受策略模块的控制指令，完成换挡电机、驱动电机的控制；所述Strategy模块用于完成各种控制策略。进一步，所述Strategy模块包括整车控制策略模块、系统初始化模块、自检模块、AMT调度模块、关电处理模块、故障处理模块；所述整车控制策略模块用于整车上电后初始化、自检、AMT调度模块、关电处理、故障模式的判断与调度；所述系统初始化模块用于初始化系统各模块状态；所述自检模块用于电机状态、选换档执行机构、传感器信号自检；所述AMT调度模块用于整车状态切换，时序控制；所述关电处理模块用于驾驶员关钥匙门后处理；所述故障处理模块用于故障状态下整车控制。进一步，所述AMT调度模块包括起步控制模块、停车控制模块、选换档控制模块、行驶模块、换档规律模块；所述起步控制模块用于爬行和起步控制；所述停车控制模块用于停车状态控制；所述选换档模块用于换档过程中，改变档位控制；所述行驶模块用于前进和倒车行驶状态控制；所述换档规律模块用于分析驾驶员意图和整车状态，计算最佳档位，并发出换档请求。进一步，所述BDI层和ACS层运行于变速箱控制单元TCU内，通过CAN总线和电机控制单元MCU、整车控制单元VCU通信。一种纯电动汽车机械式自动变速器换挡控制方法，包括如下步骤：步骤1，通过车载传感器和CAN总线获取输入变量，包括油门开度、车速、车辆加速度，并结合油门变化率、制动踏板信号、电机扭矩控制参数识别各行驶工况；步骤2，依据最佳动力性换档规律、最佳经济性换档规律选择换档时机和档位；步骤3，依照步骤2的换挡规律，车辆处在行驶工况下，分为如下综合换挡方法：a)在非制动情况下，当电池电量充足时，对坡道进行识别，分为上坡、下坡、平路三种阶段，其中将上坡和下坡阶段分为大坡、中坡、小坡三个级别：上坡阶段时：大坡和中坡级别采用不升档，按照降档曲线向动力性方向修正；小坡级别采用升、降档曲线向动力性方向修正；下坡阶段时：大坡和中坡级别采用不升档控制；小坡级别采用升档曲线向经济性方向修正；减速滑行不升档；平路阶段时：依照驾驶员的意图，分为急加速、缓加速、减速滑行三种级别，所述急加速采用升档曲线向动力性方向修正，所述缓加速采用基本换档规律，所述减速滑行采用不升档控制；b)在非制动情况下，当出现电池电量不足时，换档曲线向经济性方向修正；c)在制动情况下，分为强制动和缓制动两种：所述强制动情况下不换挡；所述缓制动情况下采用基本降档规律的控制。进一步，所述步骤2中，最佳动力性换档规律依照如下公式：根据汽车行驶方程式，在n档时有：式中，δn为汽车旋转质量换算系数；du/dt为汽车加速度；m为汽车的质量；f为轮胎滚动阻力系数；g为重力加速度；r为车轮半径；Tq为汽车发动机输出转矩；ig为变速器传动比；io主减速器传动比；ηr为汽车传动系机械效率；A为迎风面积；CD空气阻力系数；联立上述两个式子求得最佳动力性换档点ua。进一步，所述步骤2中，最佳经济性换档规律的制定是以电机的传动效率ηe为依据，则电机的传动效率ηe为：W·ηb·ηe·ηT＝∑F·L式中，W为电池储存的总的能量；∑F为汽车行驶过程中受到的所有外界阻力之和；L为电动汽车的续驶里程；ηb为动力电池组的效率；ηT为传动系统效率。进一步，骤3中，所述上坡、下坡、平路三种阶段是通过车辆负载值加以判断，所述负载识别的实现方法根据计算参数获取途径的不同可以分为两种方法：第一种是直接带入零负载状态下的车辆参数，则有：式中，Tu为当前车速下的电机扭矩；mZ为空载质量；第二种是由实验标定获取计算参数，车辆负载FL只与电机扭矩、车速以及加速度的变化有关，可以将其简化为下式的形式：若使汽车在零负载状态下维持某车速ua匀速行驶，可以得到下式：0＝aTua-b-cua2式中，Tua为电机转矩，ua为车速，a、b、c、d为待求参数。本专利技术有以下技术效果：1)本专利技术对纯电动汽车的最佳动力性和最佳经济性换档规律以及负载的计算，开发了一种基于负载修正的纯电动汽车综合换档规律，使得车辆始终处在最佳的档位和行驶状态，保证了车辆的最佳动力性和经济性；2)电动汽车的永磁驱动电机与发动机的巨大差异，使得在制定换档规律时也有明显的不同，本专利技术主要研究纯电动车的最佳动力性和经济性换档规律以及相关的负载识别技术，在此基础上制定出自动变速系统的综合换档规律；3)BDI层软件采用嵌入式C语言开发，需针对不同的TCU定制开发，但对外界保持统一的接口，供上层调用；ACS层使用MATLABSimulink/Stateflow开发，利用RTW(Real-TimeWorkshop)工具自动生成代码，可以在多种开发平台上编译，如FreescaleCodeWarrior、TASKING等，具有移植性强、模块化、易维护等特点；4)此外，针对汽车行驶环境复杂多变性，仅由符合单一路况的换档规律不能适应汽车各种工况下对档位的要求，这就需要识别行驶环境的变化，用以对换档规律进行动态的修正，达到满足车辆整体性能的目的。附图说明图1本专利技术的模块结构简图；图2本专利技术的ACS层Simulink模型；图3本专利技术的整车控制策略模块组成框图；图4本专利技术的AMT调度模块组成框图；图5本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纯电动汽车机械式自动变速器控制模块，其特征在于，包括BDI层和ACS层，所述BDI层和ACS层通过API接口连接；所述BDI层用于硬件初始化、驱动TCU内部各个模块，对外界提供API调用函数；所述ACS层用于上层控制策略，完成档位决策、起步、换档功能，包括Sensor模块、Strategy模块、Actuator模块；所述API接口输入端连接Sensor模块，所述Sensor模块输出端连接Strategy模块，所述Strategy模块输出端连接Actuator模块，所述Actuator模块输出端连接API接口输入端；所述Sensor模块用于对从BDI层获得的整车、永磁驱动电机和变速器原始信息进行滤波处理，标度转换以及故障识别；所述Actuator模块处于ACS层的最下层，用于接受策略模块的控制指令，完成换挡电机、驱动电机的控制；所述Strategy模块用于完成各种控制策略。

【技术特征摘要】
1.一种纯电动汽车机械式自动变速器换挡控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，通过车载传感器和CAN总线获取输入变量，包括油门开度、车速、车辆加速度，并结合油门变化率、制动踏板信号、电机扭矩控制参数识别各行驶工况；步骤2，依据最佳动力性换档规律、最佳经济性换档规律选择换档时机和档位；步骤3，依照步骤2的换挡规律，车辆处在行驶工况下，分为如下综合换挡方法：a)在非制动情况下，当电池电量充足时，对坡道进行识别，分为上坡、下坡、平路三种阶段，其中将上坡和下坡阶段分为大坡、中坡、小坡三个级别：上坡阶段时：大坡和中坡级别采用不升档，按照降档曲线向动力性方向修正；小坡级别采用升、降档曲线向动力性方向修正；下坡阶段时：大坡和中坡级别采用不升档控制；小坡级别采用升档曲线向经济性方向修正；减速滑行不升档；平路阶段时：依照驾驶员的意图，分为急加速、缓加速、减速滑行三种级别，所述急加速采用升档曲线向动力性方向修正，所述缓加速采用基本换档规律，所述减速滑行采用不升档控制；b)在非制动情况下，当出现电池电量不足时，换档曲线向经济性方向修正；c)在制动情况下，分为强制动和缓制动两种：所述强制动情况下不换挡；所述缓制动情况下采用基本降档规律的控制。2.根据权利要求1所述的纯电动汽车机械式自动变速器换挡控制方法，其特征在于，所述步骤2中，最佳动力性换档规律依照如下公式：根据汽车行驶方程式，在n档时有：式中，δn为汽车旋转质量换算系数；du/dt为汽车加速度；du/dtn为在n档时的汽车加速度；du/dtn+1为在n+1档时的汽车加速度；m为汽车的质量；f为轮胎滚动阻力系数；g...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐海滨，雷雨龙，王军，胡兴军，卢晓辉，顾欢乐，邱露琴，
申请(专利权)人：唐海滨，
类型：发明
国别省市：江苏;32