一種動(dòng)力電機(jī)輔助換擋控制系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于動(dòng)力電機(jī)換擋控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種動(dòng)力電機(jī)輔助換擋控制系 統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，混合動(dòng)力及純電動(dòng)汽車(chē)得到廣泛應(yīng)用，電機(jī)是主要?jiǎng)恿υ粗?，它與發(fā)動(dòng) 機(jī)、變速箱、減速器、差速器及車(chē)輪均可通過(guò)直接或間接的機(jī)械方式進(jìn)行耦合，實(shí)現(xiàn)混合動(dòng) 力或純電動(dòng)車(chē)所需各種功能，尤其是通過(guò)動(dòng)力電機(jī)與多檔變速箱的機(jī)械耦合，可以實(shí)現(xiàn)電 機(jī)與變速箱的協(xié)調(diào)控制，提高同步換擋時(shí)間，減小齒輪間沖擊，延長(zhǎng)使用壽命。
[0003] 【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201120032921.8專(zhuān)利披露了《一種電動(dòng)汽車(chē)換擋同步控制系統(tǒng)》，該發(fā) 明設(shè)計(jì)了直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)的離合器操縱機(jī)構(gòu)，同時(shí)在三擋變速箱輸入軸上裝配轉(zhuǎn)速傳感 器，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器與整車(chē)控制單元協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速同 步后的離合器自動(dòng)結(jié)合，形成一種電動(dòng)汽車(chē)換擋同步控制系統(tǒng)，保證動(dòng)力的連續(xù)平穩(wěn)傳遞， 實(shí)現(xiàn)車(chē)輛乘坐舒適性。其優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)對(duì)離合器操縱機(jī)構(gòu)的執(zhí)行電機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)換擋后離合 器自動(dòng)結(jié)合的平順性，從而提高換擋平順性;缺點(diǎn)是由于離合器分離與閉合的頻率較高，因 此，驅(qū)動(dòng)離合器的執(zhí)行電機(jī)工況惡劣，對(duì)于直流有刷電機(jī)結(jié)構(gòu)的執(zhí)行電機(jī)來(lái)說(shuō)會(huì)不但增加 電刷磨損而且電機(jī)熱負(fù)荷也較大，影響其壽命及可靠性。
[0004] 【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201010149350.6專(zhuān)利披露了《一種混合動(dòng)力車(chē)用電機(jī)零轉(zhuǎn)矩控制雙同 步換擋方法》，其特征是檢測(cè)車(chē)速和節(jié)氣門(mén)開(kāi)度確定換擋點(diǎn)，分開(kāi)離合器，摘舊檔，調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速至目標(biāo)轉(zhuǎn)速，給定電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速，電機(jī)調(diào)速到目標(biāo)轉(zhuǎn)速，掛新檔，電機(jī)輸出力矩，結(jié)合 離合器后完成換擋過(guò)程。其優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)動(dòng)力電機(jī)進(jìn)行換擋，實(shí)現(xiàn)換擋平順性，同時(shí)，在換擋 前后電機(jī)進(jìn)入零轉(zhuǎn)矩隨動(dòng)狀態(tài)可以有效減輕電機(jī)殘余力矩對(duì)變速箱軸齒的機(jī)械沖擊，因此 延長(zhǎng)了變速箱使用壽命。其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大的電機(jī)即使零轉(zhuǎn)矩隨動(dòng)也將對(duì)軸齒造成沖 擊。
[0005] 【申請(qǐng)?zhí)枴緾N200910191532.7專(zhuān)利披露了《一種電動(dòng)車(chē)多擋變速電機(jī)同步換擋系 統(tǒng)》，該發(fā)明公開(kāi)的電機(jī)同步換擋系統(tǒng)，包括控制器、與控制器連接的換擋開(kāi)關(guān)和擋位顯示 器;其特征在于：電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器設(shè)在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上并與控制器連接;主軸上的擋位齒輪與 副軸的擋位齒輪嚙合/對(duì)應(yīng);副軸轉(zhuǎn)速傳感器件設(shè)在副軸上并與控制器連接;位置傳感器件 設(shè)在變速鼓上并與控制器連接。其優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)自動(dòng)保持同步轉(zhuǎn)速，提高一次換擋成功率，避 免機(jī)械離合器人為操作不當(dāng)所帶來(lái)的換擋沖擊大、換擋過(guò)渡平穩(wěn)性能差，舒適度低的缺點(diǎn)； 同步線速度高，換擋無(wú)沖擊提高齒輪壽命;無(wú)機(jī)械離合器，減低制造成本;離合器故障率降 低，后期維護(hù)簡(jiǎn)單，提高整機(jī)使用壽命。
[0006] 以上專(zhuān)利只考慮了換擋機(jī)構(gòu)及換擋過(guò)程控制方法，但是沒(méi)有考慮在換擋過(guò)程中由 于電機(jī)快速調(diào)速導(dǎo)致的電壓沖擊問(wèn)題，受整個(gè)換檔同步時(shí)間的限制，耦合在變速箱輸入軸 的動(dòng)力電機(jī)需要在幾百毫秒內(nèi)完成約數(shù)百轉(zhuǎn)的調(diào)速，在電池端電壓較高的情況下，其瞬間 的能量回饋將導(dǎo)致很大的電壓沖擊，甚至導(dǎo)致逆變器過(guò)壓損壞，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)Q擋同步失敗、導(dǎo) 致變速箱打齒，不但影響換擋品質(zhì)而且影響變速箱和電池使用壽命，因此，對(duì)換擋調(diào)速過(guò)程 的電壓抑制是保證可靠換擋、延長(zhǎng)變速箱和電池壽命的有效措施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種利用動(dòng)力電機(jī)輔助換擋控制系統(tǒng)，用于解決換擋過(guò)程 中由于動(dòng)力電機(jī)快速調(diào)速產(chǎn)生的直流母線電壓沖擊，影響變速箱換擋品質(zhì)、動(dòng)力電池使用 壽命的問(wèn)題。
[0008] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0009]本發(fā)明所述的一種動(dòng)力電機(jī)輔助換擋控制系統(tǒng)包括變速箱控制單元1、整車(chē)控制 單元2、電機(jī)控制單元3、逆變器4、相電流傳感器9、位置傳感器10、動(dòng)力電池5、動(dòng)力電機(jī)6、機(jī) 械連接裝置7和變速箱8;
[0010] 變速箱控制單元1負(fù)責(zé)根據(jù)當(dāng)前檔位和目標(biāo)檔位計(jì)算同步轉(zhuǎn)速，并向整車(chē)控制單 元發(fā)出換擋請(qǐng)求和同步轉(zhuǎn)速指令；
[0011] 整車(chē)控制單元2負(fù)責(zé)接收變速箱控制單元1的換擋請(qǐng)求和同步轉(zhuǎn)速，并向電機(jī)控制 單元3轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)速指令《 *，
[0012] 電機(jī)控制單元3包括轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元33、PI控制單元31、升降速模式判斷單元32、直 交軸電流指令查表單元34和磁場(chǎng)定向矢量(Field Oriented Control，簡(jiǎn)寫(xiě)為F0C)矢量控 制單元35;轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元33負(fù)責(zé)根據(jù)電機(jī)位置傳感器10的信號(hào)進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè);PI控制 單元31根據(jù)轉(zhuǎn)速指令與電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速《的差A(yù) ?進(jìn)行轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)，其輸出為轉(zhuǎn)矩指令 T%升降速模式判斷單元32判斷是升速模式還是降速模式;直交軸電流指令查表單元34根 據(jù)升降速模式選擇直交軸電流指令選擇曲線，在升速模式下選擇使用最大轉(zhuǎn)矩電流比控制 曲線(Max. Torque Per.Ampere，簡(jiǎn)寫(xiě)為MTPA)進(jìn)行查表獲得直交軸電流指令，在降速模式下 選擇使用最大電流最小轉(zhuǎn)矩曲線(Max ? Ampere Per ? Torque，簡(jiǎn)寫(xiě)為MAPT)進(jìn)行查表獲得直 交軸電流指令，并將直交軸電流指令輸入到F0C矢量控制單元35;F0C矢量控制單元35負(fù)責(zé) 生成低壓脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation，簡(jiǎn)寫(xiě)為PWM)信號(hào)，輸入到逆變器；
[0013]逆變器4負(fù)責(zé)接收低壓PWM信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為高壓PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力電機(jī)；
[0014]相電流傳感器9負(fù)責(zé)檢測(cè)電機(jī)三相電流中的任意兩相；
[0015]位置傳感器10負(fù)責(zé)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的絕對(duì)位置；
[0016] 動(dòng)力電機(jī)6負(fù)責(zé)根據(jù)逆變器輸出的高壓PWM信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；
[0017]動(dòng)力電池5負(fù)責(zé)為逆變器提供電能或者接收回饋電能；
[0018]機(jī)械連接裝置7負(fù)責(zé)動(dòng)力電機(jī)與變速箱輸入軸之間的機(jī)械連接；
[0019]變速箱8負(fù)責(zé)根據(jù)變速箱控制單元的指令進(jìn)行換擋操作；
[0020] 其中，整車(chē)控制單元2與電機(jī)控制單元3、整車(chē)控制單元2與變速箱控制單元1之間 通過(guò)CAN總線進(jìn)行信息交互。
[0021] 本發(fā)明的控制過(guò)程包括如下步驟：
[0022] 第一步:變速箱控制單元1根據(jù)當(dāng)前變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速〇'、目標(biāo)檔位速比i*通過(guò) 式(1)計(jì)算電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速《*，
[0023] co*=co'xi* (1);
[0024] 然后將電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速〇*發(fā)給整車(chē)控制單元2;
[0025]第二步:整車(chē)控制單元2將電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速《 *指令發(fā)給電機(jī)控制單元3;
[0026]第三步：電機(jī)控制單元3根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速《是都相同來(lái)決定是否進(jìn)入 轉(zhuǎn)速模式，所述轉(zhuǎn)速模式根據(jù)轉(zhuǎn)速指令和電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速《的差A(yù) co進(jìn)行PI控制，通過(guò)PI 控制后實(shí)際轉(zhuǎn)速將逐步接近目標(biāo)轉(zhuǎn)速，如是轉(zhuǎn)至第四步;如否則退出程序；
[0027]第四步:轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元33檢測(cè)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速《 ;
[0028]第五步：電機(jī)控制單元3計(jì)算電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速與電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速《的差A(yù)?，并由 PI控制單元31進(jìn)行轉(zhuǎn)速PI控制，輸出電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令T%
[0029]第六步：電機(jī)控制單元3中的升降速模式判斷單元32根據(jù)A?的正負(fù)判斷是否升 速模式:如是轉(zhuǎn)至第七步;如否轉(zhuǎn)至第八步；
[0030] 第七步:直交軸電流指令查表單元34根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令f查最大轉(zhuǎn)矩電流比(MTPA)表 格，獲得交直軸電流指令；
[0031] 第八步:直交軸電流指令查表單元34根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令f查最大電流最小轉(zhuǎn)矩(MAPT) 表格，獲得交直軸電流指令；
[0032]第九步:將第七步或第八步中獲得的直交軸電流指令值輸入到F0C矢量控制單元 35;F0C矢量控制單元35根據(jù)相電流傳感器4和9傳輸?shù)碾娏飨辔籰a和Ib、位置傳感器10傳輸 的位置信號(hào)以及直交軸電流指令查表單元34傳輸?shù)闹苯惠S電流指令生成低壓脈寬調(diào)制 (Pulse Width Modulation，簡(jiǎn)寫(xiě)為PWM)信號(hào)，輸入到逆變器4;逆變器4將低壓PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換 為高壓PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)；
[0033]第十步:電機(jī)控制單元3判斷是否轉(zhuǎn)速模式:如是轉(zhuǎn)至第四步;如否則退出程序。[0034]本發(fā)明的有益效果：
[0035]本發(fā)明中的控制方法在換擋過(guò)程中，首先，根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)速和當(dāng)前轉(zhuǎn)速判斷工作在 升速還是降速模式，在升速模式下，選擇用最大電流最小轉(zhuǎn)矩工作曲線可以抑制直流母線 電壓尖峰;在降速模式下，選擇用最小電流最大轉(zhuǎn)矩工作曲線可以減緩直流母線電壓跌落， 其直接效果是減小直流母線的紋波電流提高電池使用壽命，同時(shí)也有效的保護(hù)了連接在直 流母線上的其他高壓附件，如高壓空調(diào)、DC/DC等部件。其次，本發(fā)明中使用了 PI調(diào)節(jié)器，不 但提高了轉(zhuǎn)速控制的響應(yīng)時(shí)間同時(shí)也抑制了超調(diào)，因此縮短了換擋時(shí)間改善了換擋品質(zhì)， 同時(shí)也由于較小的穩(wěn)態(tài)速度差也延長(zhǎng)了變速箱的使用壽命。最后，該控制方法是基于成熟 的F0C矢量控制系統(tǒng)框架，只改變其直交軸電流參考值的選取原則，因此，對(duì)原有系統(tǒng)改變 最小，可以保證該控制系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行。
【附圖說(shuō)明】
[0036]圖1是一種動(dòng)力電機(jī)輔助換擋控制原理框圖。
[0037]圖中標(biāo)記如下：1變速箱控制單元、2整車(chē)控制單元、3電機(jī)控制單元、4逆變器、5動(dòng) 力電池、6動(dòng)力電機(jī)、7機(jī)械連接裝置、8變速箱、9相電流傳感器、10位置傳感器;31PI控制單 元、32升降速模式判斷單元、33轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元、34直交軸電流指令查表單元和35磁場(chǎng)定向矢 量(Field Oriented Control，簡(jiǎn)寫(xiě)為F0C)矢量控制單元。
[0038]圖2是動(dòng)力電機(jī)輔助換擋控制方法流程圖。
[0039]圖3是電機(jī)力矩輸出曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面根據(jù)說(shuō)明書(shū)附圖以實(shí)施例的形式對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步解釋和說(shuō)明。[0041] 實(shí)施例1
[0042] 如圖1所示，一種動(dòng)力電機(jī)輔助換擋控制系統(tǒng)包括變速箱控制單元1、整車(chē)控制單 元2、電機(jī)控制單元3、逆變器4、相電流傳感器9、位置傳感器10、動(dòng)力電池5、動(dòng)力電機(jī)6、機(jī)械 連接裝置7和變速箱8;
[0043] 變速箱控制單元1負(fù)責(zé)根據(jù)當(dāng)前檔位和目標(biāo)檔位計(jì)算同步轉(zhuǎn)速，并向整車(chē)控制單 元發(fā)出換擋請(qǐng)求和同步轉(zhuǎn)速指令；
[0044] 整車(chē)控制單元2負(fù)責(zé)接收變速箱控制單元1的換擋請(qǐng)求和同步轉(zhuǎn)速，并向電機(jī)控制 單元3轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)速指令《 *，
[0045] 電機(jī)控制單元3包括轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元33、PI控制單元31、升降速模式判斷單元32、直 交軸電流指令查表單