一种基于转速控制减小换挡冲击的协调控制方法与流程

1.本发明涉及离合器式自动变速箱的挡位切换控制方法技术领域，特别涉及一种基于转速控制减小换挡冲击的协调控制方法。


背景技术：

2.对于使用离合器式自动变速箱的履带车辆，挡位的切换主要通过控制离合器的结合和分离实现，由于动力传动系统是由发动机、液力变矩器、变速箱等组成的多转动惯量系统，而且换挡过程不可能瞬间完成，因此，换挡过程就不可避免存在“动力中断”和“动力突增”等不同程度冲击现象。
3.当换挡冲击严重时，不但使驾驶员和乘员感觉难以忍受，而且传动系统的动载荷也将极大增加，影响动力传动系统的使用寿命。
4.在换挡过程中，离合器同步时间和传递扭矩的大小与离合器油压建立的过程有关，所以一般通过设计离合器油压的升降曲线来降低换挡过程产生的冲击。此外，离合器同步时间还与换挡过程发动机的输出特性有关，因此，要减小换挡产生的冲击，提高换挡品质，还应考虑发动机的输出特性。对于已经设计好的油压曲线，若在不改变油压曲线的前提下，通过协调发动机的输出特性减小换挡冲击，对提高换挡品质具有重要的意义，在工程领域中也能够有效的应用。
5.现有的技术中，对于柴油机而言，换挡过程协调控制主要是通过控制发动机循环供油量实现。换挡控制命令发出后，在换挡过程的惯性相时刻，采用延迟点火，或切断某一缸燃油等办法，控制发动机输出轴转矩瞬时下降，减小发动机的转矩和换挡过程中的变速器输出轴上的转矩扰动，从而减小冲击和动载，提高换挡品质。
6.目前，换挡过程的惯性相减油甚至是断油的方式并没有实现循环供油量准确的控制，而且对于减油或者是断油的持续时间不能够有效的把控，对换挡冲击减小的效果不明显。


技术实现要素：

7.为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种基于转速控制减小换挡冲击的协调控制方法及装置，其基于发动机转速实现减小换挡冲击协调控制，通过设计理想的发动机目标转速，利用全程调速的调速特性，改变换挡过程惯性相的循环供油量，间接的实现了惯性相减油，从而改变惯性相发动机的输出特性，能够有效的降低换挡惯性相变速箱输出轴产生的负向冲击，对于其他挡位均可采用此方法进行协调控制。
8.本发明所采用的技术方案如下：
9.一种基于转速控制减小换挡冲击的协调控制方法，包括以下步骤：
10.a、车辆某挡位运行，当检测到升挡信息后，即检测到下一挡位信号，转矩相开始，则根据下一挡位传动比、传动机构传动比和换挡规律中下一挡位的升挡车速，计算处于下一挡位时的理想涡轮转速；
11.b、当转矩相结束，惯性相开始时，首先采集此时发动机的目标转速作为初始值，然后采集此时液力变矩器的泵轮转速和液力变矩器涡轮转速，计算出此时液力变矩器的速比，与此同时，根据计算出来的速比和下一挡位时的理想涡轮转速，经过前传动比，可以计算出惯性相结束时发动机理想的目标转速终值；
12.c、根据惯性相发动机目标转速的初始值和终值，惯性相发动机目标转速随时间变化的曲线便可以通过不同的斜率表征，通过标定不同的斜率值，改变发动机在惯性相的喷油特性。
13.步骤c中，还通过约束动力性损失确定最优的斜率。
14.步骤b中，目标转速终值的计算方法具体为：
15.发动机理想的目标转速的终值n
e2
，计算公式是：
[0016][0017]
上式中：v为车速；r
z
为车轮半径；i2为下一挡传动比；i0为减速机构传动比；i
q
为前传动；i
w
为计算出来的液力变矩器速比；
[0018]
i
w
液力变矩器速比的计算公式如下：
[0019][0020]
上式中：n
w
为惯性相开始时液力变矩器的涡轮转速；n
p
为惯性相开始时液力变矩器的泵轮转速。
[0021]
步骤c中，斜率值的计算方法具体为：
[0022]
当转矩相结束惯性相开始时，记录下此时的发动机目标转速数值n
e1
,根据以下公式得到所述的发动机目标转速随时间变化的曲线，
[0023]
n
e
(t)＝n
e1
‑
k
c
·
t
[0024]
上式中：k
c
为斜率，即发动机目标转速变化的速率；t为时间，在惯性相开始时，开始计时，随着时间的增加，n
e
(t)即为随时间变化的曲线。
[0025]
步骤c中，通过标定不同的斜率值，改变发动机在惯性相的喷油特性的具体方法是：
[0026]
c1、根据油门踏板位置和发动机上一时刻实际循环供油量，计算出全程调速的目标转速；
[0027]
c2、根据采集的涡轮、泵轮转速和挡位信号，判定惯性相开始的时刻；
[0028]
c3、改变原有全程调速特性的发动机目标转速，给出目标的发动机转速，然后供油特性模型根据发动机目标转速和实际转速调节供给发动机的油量。
[0029]
一种基于转速控制减小换挡冲击的协调控制装置，包括涡轮转速计算单元、发动机目标转速初始值采集单元、液力变矩器信息采集单元、发动机理想目标转速终值计算单元和发动机目标转速随时间变化的曲线计算单元，其中，
[0030]
所述的涡轮转速计算单元，用于根据下一挡位传动比、传动机构传动比和换挡规律中的下一挡定义车速，计算处于下一挡位时的涡轮转速；
[0031]
所述的发动机目标转速初始值采集单元，用于采集此时发动机的目标转速作为初
始值；
[0032]
所述的液力变矩器信息采集单元，用于采集惯性相开始时液力变矩器的泵轮转速和液力变矩器的涡轮转速，并计算出液力变矩器的速比；
[0033]
所述的发动机理想目标转速终值计算单元，用于根据所述的速比和涡轮转速以及前传动比，计算出惯性相结束时发动机理想的目标转速终值；
[0034]
所述的发动机目标转速随时间变化的曲线计算单元，用于根据所述的发动机转速计算公式，计算出在惯性相开始时发动机目标转速随时间变化的曲线。
[0035]
一种基于转速控制减小换挡冲击的协调控制系统，包括发动机控制器和发动机，所述的发动机控制器通过协调控制装置控制发动机，发动机控制器把全程调速发出的目标转速发送给协调控制装置，同时协调控制装置接收涡轮、泵轮转速信号和挡位信号，由协调控制装置决策向发动机发送全程调速的目标转速，或是协调控制计算出来的目标转速。
[0036]
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
[0037]
本发明针对现有技术下换挡过程惯性相减油的控制方法中，不能够对循环供油量准确的控制，而且对于减油或者是断油的持续时间不能够有效的把控，不能够有效的减小换挡冲击等问题，提出了一种基于转速控制减小换挡冲击的协调控制方法及装置，间接的控制了换挡过程惯性相减油，通过标定转速下降的斜率，能够准确而有效的减小换挡冲击，提高换挡品质。
附图说明
[0038]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]
图1为本发明的一种基于转速控制减小换挡冲击的协调控制方法的控制架构图；
[0040]
图2为本发明的一种基于转速控制减小换挡冲击的协调控制方法的目标转速建立过程图；
[0041]
图3为本发明的一种基于转速控制减小换挡冲击的协调控制方法的协调控制系统整体硬件架构图；
[0042]
图4为本发明的一种基于转速控制减小换挡冲击的协调控制方法的协调控制系统的具体控制流程图。
具体实施方式
[0043]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0044]
实施例一
[0045]
如附图1所示，本实施例的一种基于转速控制减小换挡冲击的协调控制方法，包括以下技术手段：
[0046]
以1升2挡为例，由于换挡过程时间很短，假设换挡前后车速保持不变，当检测到升挡信息，转矩相开始，则根据2挡的传动比、传动机构传动比和换挡规律中的升2挡车速，计
算处于2挡时的涡轮转速，此涡轮转速是假设换挡车速不变的理想涡轮转速；当转矩相结束惯性相开始时，首先采集此时发动机的目标转速n
e1
作为初始值，然后采集此时液力变矩器的泵轮、涡轮转速，计算出此时液力变矩器的速比i
w
，与此同时，根据计算出来的速比i
w
和理想涡轮转速，经过前传动比i
q
，可以计算出惯性相结束时发动机理想的目标转速终值n
e2
，有了惯性相发动机目标转速的初始值和终值，惯性相发动机目标转速随时间变化的曲线便可以通过不同的斜率表征，通过标定不同的斜率值，改变发动机在惯性相的喷油特性，可使换挡的冲击度不同程度的降低，同时，通过约束动力性损失确定最优的斜率。
[0047]
基于转速控制的发动机目标转速的建立过程如附图2所示，图中的线段ha表示无协调控制时发动机的目标转速变化，a点表示换挡过程惯性相的始点，惯性相开始的时刻通过判断涡轮转速获取，当转矩相结束惯性相开始时，涡轮转速会减小，涡轮角加速度为负，当则记录下此时的发动机目标转速数值n
e1
，虚线i表示计算出来的理想发动机目标转速的终值n
e2
，以1升2挡为例，计算公式是：
[0048][0049]
上式中：v为车速；r
z
为车轮半径；i2为二挡传动比；i0为减速机构传动比；i
q
为前传动；i
w
为计算出来的液力变矩器速比。
[0050]
协调控制时发动机的目标转速可能是图中的ab、ac、ad、ae、af、ag中的任意一条，目标转速下降的速率越快，惯性相减油速率就越快，所以可通过标定斜率值确定惯性相减油的速率，目标转速可用以下公式表示：
[0051]
n
e
(t)＝n
e1
‑
k
c
·
t
[0052]
上式中：k
c
为斜率，即发动机目标转速变化的速率；t为时间，在惯性相开始时，开始计时，随着时间的增加，n
e
(t)即为随时间变化的曲线。
[0053]
实施例二
[0054]
本实施例提供一种基于转速控制减小换挡冲击的协调控制装置，包括涡轮转速计算单元、发动机目标转速初始值采集单元、液力变矩器信息采集单元、和发动机目标转速随时间变化的曲线计算单元，其中，
[0055]
所述的涡轮转速计算单元，用于根据下一挡位传动比、传动机构传动比和换挡规律中的下一挡定义车速，计算处于下一挡位时的涡轮转速；
[0056]
所述的发动机目标转速初始值采集单元，用于采集此时发动机的目标转速作为初始值；
[0057]
所述的液力变矩器信息采集单元，用于采集惯性相开始时液力变矩器的泵轮转速和液力变矩器的涡轮转速，并计算出液力变矩器的速比；
[0058]
所述的发动机理想目标转速终值计算单元，用于根据所述的速比和涡轮转速以及前传动比，计算出惯性相结束时发动机理想的目标转速终值；
[0059]
所述的发动机目标转速随时间变化的曲线计算单元，用于根据所述的发动机转速计算公式，计算出在惯性相开始时发动机目标转速随时间变化的曲线。
[0060]
本实施例的协调控制装置应用于动力传动系统的工作原理如下：
[0061]
本实施例采用柴油发动机全程调速控制，首先根据油门踏板位置和发动机上一时刻实际循环供油量计算出全程调速的目标转速，调速特性表征了柴油机克服外界阻力矩波
动时保持稳定工作的能力。全程调速特性能够对柴油怠速至最高转速范围内的所有转速起作用，自动调节循环供油量的大小，从而保证转速变化在一定范围内。
[0062]
对于设计全程调速特性，假设在发动机各个工况下调速率计算公式与标定工况时的调速率计算公式相同，若已知怠速全负荷转速n
idle
，最大全负荷转速n
vo
(100％加速踏板)，加速踏板位置p，和调速率δ，若将加速踏板位置区间(0％，100％)与发动机转速区间(n
idle
，n
vo
)一一对应，则可用下式计算某一加速踏板位置p对应的全负荷转速n
vp
：
[0063][0064]
得到n
vp
：
[0065]
n
vp
＝(n
vo
‑
v
idle
)
·
p n
idle
[0066]
于是，根据调速率的定义，可以计算出各个加速踏板位置p时的0负荷速度n
np
，如下式所示：
[0067][0068]
因此，有：
[0069]
n
np
＝δ
·
n
vp
n
vp
[0070]
同理，将加速踏板位置p下，其对应的外特性油量区间(0，q
max
)与对应的发动机转速区间(n
vp
，n
np
)一一对应。根据当前循环供油量q
current
，计算该加速踏板位置p下的目标转速n
aim
，如下所示：
[0071][0072][0073]
即为图2的ha所示，接着协调控制装置根据采集的涡轮、泵轮转速和挡位信号，判定惯性相开始的时刻，
[0074]
判定原则是：以1升2挡为例，当检测到2挡信号，标志着升挡的开始，因为升挡过程分为转矩相和惯性相两个相位，所以也标志着转矩相的开始，由于转矩相的特点是1挡离合器迅速分离，2挡离合还未完全结合，所以涡轮端的负载减小，涡轮转速会继续增加，当1挡离合器完全分离，2挡离合器的油压逐渐升高，2挡离合器逐渐同步，涡轮端的负载逐渐增加，涡轮转速会减小，所以判断此时涡轮的角加速度的变化，若为负数，则表示1挡离合器分离完毕，2挡离合器逐渐结合，则标志着惯性相的开始，所以通过判定2挡时的涡轮转速观察惯性相的开始时刻。
[0075]
改变原有全程调速特性的发动机目标转速，给出目标的发动机转速，然后供油特性模型根据发动机目标转速和实际转速调节供给发动机的油量。
[0076]
此处的供油特性模型可以理解为pid控制器，将计算出的目标转速与实际转速的速差转化为循环供油量的目标值。
[0077]
公式表示为：
[0078][0079]
e(t)为发动机目标转速与实际转速之差。
[0080]
实施例三
[0081]
如附图3所示，本实施例提供一种基于转速控制减小换挡冲击的协调控制系统，包括发动机控制器和发动机，发动机控制器通过协调控制装置控制发动机，发动机控制器把全程调速发出的目标转速n
q
发送给协调控制装置，同时协调控制装置接收涡轮、泵轮转速信号和挡位信号，由协调控制装置决策向发动机发送全程调速的目标转速n
q
，还是协调控制计算出来的目标转速n
e
(t)，协调控制装置具体的控制流程如附图2所示。
[0082]
首先协调控制装置会采用全程调速模式，向发动机发出全程调速的目标转速，同时会定义一个标志位flag，初始化为0；然后协调控制装置会通过接收的信号判断是否处于升挡状态，若是则程序继续，若否则标志位flag赋值为0，然后判断惯性相是否开始，若没开始则标志位flag赋值为0，继续全程调速控制，若开始则标志位赋值为1，这时发动机不再由全程调速控制，而是由协调控制发出实时的发动机目标转速n
e
(t)进行控制，当惯性相结束，则标志位flag赋值为0，协调控制装置结束控制，恢复到全程调速控制。
[0083]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。