一种CVT速比优化控制方法和系统与流程

一种cvt速比优化控制方法和系统
技术领域
1.本发明涉及cvt速比控制技术领域，特别是指一种cvt速比优化控制方法和系统。


背景技术：

2.cvt(continuously variable transmission)也叫无级变速器，它与传统变速器相比有着诸多优点，其速比是一系列连续的值，可以使发动机一直在理想的工作曲线上运行，进而提升汽车的动力性、经济性和平顺性。
3.无级变速器(cvt)的传动效率并不是固定值，而是随着自身速比和外部输入转矩而变化。cvt效率随其工作状况的不同一般可在70％到95％之间变化。传统的cvt速比控制中，一般关注在当前车辆工况下，使发动机工作在其高效率区域。实际上，整车效率是由发动机效率和cvt变速器效率共同决定的，而发动机效率最高时，cvt效率不一定最高，因此传统的cvt控制存在进一步优化的空间，如何使发动机和cvt的综合效率最高。
4.现有的论文《基于cvt效率的动力性控制策略优化算法》(机械传动,2020年第6期)，提出利用矩阵优化，事先标定出所有工作状态矩阵，从而可以在控制时查询得到综合效率最优的cvt速比。但是这种方法需要标定的数量庞大，标定和计算工作复杂，而且是一种静态优化，只追求当前效率最大化，没有考虑到优化后的速比是否能够适应车辆的外部环境，有可能有优化后的速比在稳态行驶时虽然会提高效率，但会对车辆的加速性能造成影响,引起司机驾驶的不适。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于克服现有技术中优化算法是一种静态优化，且只追求当前效率最大化，没有考虑到优化后的速比是否能够适应车辆的外部环境的缺陷，提出一种cvt速比优化控制方法和系统，采用动态搜索更优cvt速比，提高车辆总体效率，在提升能耗经济性的同时，也保障了用户的驾驶体验。
6.本发明采用如下技术方案：
7.一种cvt速比优化控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.步骤1)以车辆当前速比为基准，根据不同搜索方向下的速比计算得到对应的综合效率，对不同搜索方向下的综合效率进行比较，确定最佳搜索方向；
9.步骤2)在最佳搜索方向上，继续按照不同的搜索步长调整当前速比，并分别计算对应的综合效率值，取综合效率值最大时，对应的速比即为目标优化速比；
10.步骤3)判断采用该目标优化速比时是否影响车辆的后备驱动力，若不影响，则控制cvt当前速比变为目标优化速比，若影响，则不对当前速比进行优化。
11.步骤1)中，所述搜索方向包括第一搜索方向和第二搜索方向，则第一搜索方向下的速比为当前速比以搜索步长为变化量增加，该第二搜索方向下的速比为当前速比以搜索步长为变化量减小；将不同搜索方向下，综合效率最大的搜索方向作为最佳搜索方向。搜索方向对应的综合效率η为cvt效率值η
cvt
和发动机效率ηe的乘积值。
12.将搜索方向下的速比作为目标速比，计算该目标速比对应的发动机的转速，根据该转速计算发动机的扭矩，根据目标速比和发动机的扭矩查询cvt效率表，即可得到cvt的效率值。
13.将搜索方向下的速比作为目标速比，计算该目标速比对应的发动机的转速，根据该发动机的转速计算发动机的扭矩，根据发动机的转速和扭矩查询发动机万有特性曲线数据得到燃油消耗率be，进一步计算得到发动机效率ηe＝3600000/(ber)，r为发动机所用燃料的热值常数。
14.步骤3)中，计算目标优化速比后的后备驱动力f2，并与当前状态下车辆的后备驱动力进行比较f1，若f2≥f1，则不影响，若否，则影响。所述当前状态下车辆的后备驱动力f1计算如下：
15.f1＝(t
max-t)ii0/r
16.其中：t
max
为发动机最大扭矩为，t为发动机当前扭矩，i为当前速比，i0为车辆的主减速比，r为车辆半径。所述目标优化速比后的后备驱动力f2计算如下：
17.f2＝(t
max-tf)ifi0/r mgsin(θ
2-θ1)
18.其中if为目标优化速比，θ1为车辆当前所在道路位置的坡度，θ2为车辆当前所在道路的前方距离vt处的坡度，t为cvt切换的时间，v为当前车辆速度，tf为目标优化速比下发动机输出扭矩，m为车辆质量，g为重力加速度。其中通过带坡度的电子地图或电子地平线系统以及卫星定位系统，获得车辆当前所在道路位置的坡度和辆当前所在道路的前方距离vt处的坡度。
19.一种cvt速比优化控制系统，其特征在于，包括：
20.采集模块，用于采集车辆信息，至少包括当前速比；
21.综合效率计算模块，根据搜索方向下的速比计算得到对应的综合效率；
22.比较模块，对不同搜索方向下的综合效率进行比较，确定最佳搜索方向，以及通过比较最佳搜索方向上不同搜索步长对应的综合效率值，确定目标优化速比；
23.控制模块，判断采用该目标优化速比时是否影响车辆的后备驱动力，若不影响，则控制cvt当前速比变为目标优化速比，若影响，则不对当前速比进行优化。
24.由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
25.1、本发明的方法和系统，通过不同搜索方向下的速比对应的综合效率确定最佳搜索方向；并在最佳搜索方向上，通过调整搜索步长搜索综合效率值最大时的目标优化速比，并结合地形判断是否进行速比优化，能提高车辆总体效率且无需复杂的离线标定，在提升能耗经济性的同时，还能保障用户的驾驶体验。
26.2、本发明的方法和系统，综合效率为cvt效率值和发动机效率的乘积值，通过该综合效率来确定最佳搜索方向和目标优化速比，在保证用户的驾驶体验基础上确保整车效率最高。
27.3、本发明的方法和系统，可通过带坡度的电子地图或电子地平线系统以及卫星定位系统，获得车辆的相关坡度信息，根据坡度等计算当前状态下车辆的后备驱动力和目标优化速比后的后备驱动力并进行比较，若f2≥f1，表明速比优化后车辆后备驱动力没有降低，即不影响可能需要加速操作等增加驱动力的动力性，因此可以控制cvt切换为目标优化速比if，若否，则表示优化后车辆后备驱动力会受影响，不进行速比优化。
附图说明
28.图1为本发明流程图
29.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。
具体实施方式
30.以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
31.本发明中，对于术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.参见图1，本发明提出一种cvt速比优化控制方法，包括如下步骤：
33.步骤1)以车辆当前速比为基准，根据不同搜索方向下的速比计算得到对应的综合效率，对不同搜索方向下的综合效率进行比较，确定最佳搜索方向。
34.该步骤中，以车辆当前cvt速比为基准，计算更优速比的搜索方向。其中，搜索方向可包括第一搜索方向和第二搜索方向，则第一搜索方向下的速比为当前速比以搜索步长为变化量增加，该第二搜索方向下的速比为当前速比以搜索步长为变化量减小。该变化量的具体数值可根据需求设定，在此不作限定。
35.具体的，搜索方向对应的综合效率η为cvt效率值η
cvt
和发动机效率ηe的乘积值，可将不同搜索方向下，综合效率最大的搜索方向作为最佳搜索方向。
36.对于其中一搜索方向下对应的效率值η
cvt
和发动机效率ηe，具体计算方法为：先将搜索方向下的速比作为目标速比，计算该目标速比对应的发动机的转速，根据该转速计算发动机的扭矩，根据目标速比和发动机的扭矩查询cvt效率表，即可得到cvt的效率值。根据发动机的转速和扭矩查询发动机万有特性曲线数据得到燃油消耗率be，进一步计算得到发动机效率，具体如下：
37.假设当前cvt速比为i，搜索步长可取一个小的速比变化量δi，得到速比增加方向即第一搜索方向上的速比ia＝i
△
i，以及速比降低方向上即第二搜索方向的速比ib＝i
‑△
i。
38.以速比增加方向为例，当前车速v，扭矩为t，计算目标速比为ia时，发动机的转速为：其中i0为车辆的主减速比，r为车辆半径。
39.因为速比变化后，要使车辆行驶状态与变化前一致，根据功率平衡原理，发动机输出功率p应保持不变，所以根据当前发动机功率p，计算cvt目标速比为ia时，转速变化为n的状态下发动机应输出的扭矩ta：
[0040][0041]
根据扭簧ta和ia，通过查询cvt效率表，即可得到cvt变速箱的效率值η
cvt
。
[0042]
进一步的，根据发动机的转速和扭矩查询发动机万有特性曲线数据得到燃油消耗率be，进一步计算得到发动机效率ηe＝3600000/(ber)，r为发动机所用燃料的热值常数，例如汽油的热值常数为46000kj/kg。
[0043]
于是得到速比增加方向下的综合效率ηa＝η
cvt
ηe，同理对于速比降低方向上，也可以得到综合效率ηb。判断ηa与ηb哪个数值大，选取数值大的方向为优化搜索方向。
[0044]
步骤2)在最佳搜索方向上，继续按照不同的搜索步长调整当前速比，并分别计算对应的综合效率值，取综合效率值最大时，对应的速比即为目标优化速比。
[0045]
该步骤中，若最佳搜索方向为第一搜索方向，则按搜索步长δi继续增加速比，若最佳搜索方向为第二搜索方向，则按搜索步长δi继续减小速比。该步骤中的调整后的速比对应的综合效率计算方法与步骤1)中的计算方法相同，即分别计算调整速比后对应cvt效率值及发动机效率的乘积值作为综合效率值。
[0046]
按照不同的搜索步长调整当前速比是指重复该步骤不断变化搜索步长来调整当前速比，不同搜索步长可以是变化量δi的倍数，假设经过重复k次，选取综合效率乘积值最大，则对应的速比if＝i k
△
i或if＝i-k
△
i即为目标优化速比，显然k不会是一个无限大的值，k的取值范围，在使if大于变速箱物理上能达到的最小速比，小于变速箱物理上能达到的最大速比之间,此时由(1)式也可得保持相同功率需求情况下，发动机输出扭矩为tf。
[0047]
步骤3)判断采用该目标优化速比时是否影响车辆的后备驱动力，若不影响，则控制cvt当前速比变为目标优化速比，若影响，则不对当前速比进行优化。
[0048]
该步骤中，计算目标优化速比后的后备驱动力f2，并与当前状态下车辆的后备驱动力进行比较f1，若f2≥f1，表明速比优化后车辆后备驱动力没有降低，即不影响可能需要加速操作等增加驱动力的动力性，因此可以控制cvt切换为目标优化速比if，若否，则表示优化后车辆后备驱动力会受影响，不进行速比优化。
[0049]
进一步的，可通过带坡度的电子地图或电子地平线系统，及卫星定位系统，获得车辆当前所在道路位置的的坡度，假设为θ1，cvt切换的时间假设为t秒，获取车辆当前道路前方距离vt处的坡度θ2，v为当前车辆速度。
[0050]
假设发动机最大扭矩为t
max
，当前扭矩为t，当前速比为i，车辆的主减速比为i0，车辆半径为r，则当前状态下的车辆后备驱动力f1为：
[0051]
f1＝(t
max-t)ii0/r
[0052]
假设车辆的当前速比要优化为目标优化速比if，则完成优化后的后备驱动力f2为：
[0053]
f2＝(t
max-tf)ifi0/r mgsin(θ
2-θ1)
[0054]
其中，m为车辆质量，g为重力加速度，tf为目标优化速比下发动机输出扭矩。
[0055]
基于此，本发明还提出一种cvt速比优化控制系统，包括采集模块、综合效率计算模块、比较模块、控制模块等。采集模块用于采集车辆信息，至少包括当前速比。该采集模块可通过can网络获取车辆信息，获取车辆信息还可包括有当前车速、当前扭矩、主减速比、车辆半径等。
[0056]
该综合效率计算模块根据搜索方向下的速比计算得到对应的综合效率，包括确定最佳搜索方向时的综合效率计算，以及确定了最佳搜索方向后的综合效率计算。比较模块用于对不同搜索方向下的综合效率进行比较，确定最佳搜索方向，以及通过比较最佳搜索方向上不同搜索步长对应的综合效率值，确定目标优化速比。该控制模块用于判断采用该目标优化速比时是否影响车辆的后备驱动力，若不影响，则控制cvt当前速比变为目标优化速比，若影响，则不对当前速比进行优化。
[0057]
本发明系统中，控制模块在判定目标优化速比是否影响车辆的后备驱动力时，需要用到车辆当前所在道路位置的的坡度θ1，以及车辆当前道路前方距离vt处的坡度θ2，因此，本发明系统还可设置电子地图或底子地平线系统以及卫星定位系统，可用于提供所需
坡度。
[0058]
本发明的系统采用上述的cvt速比优化控制方法实现对当前速比的优化，其工作原理如下：
[0059]
步骤1)通过采集模块采集车辆当前速比，综合效率计算模块以车辆当前速比为基准，根据不同搜索方向下的速比计算得到对应的综合效率，比较模块对不同搜索方向下的综合效率进行比较，确定最佳搜索方向。
[0060]
步骤2)综合效率计算模块在最佳搜索方向上，继续按照不同的搜索步长调整当前速比，并分别计算对应的综合效率值，比较模块取综合效率值最大时，对应的速比即为目标优化速比。
[0061]
步骤3)控制模块判断采用该目标优化速比时是否影响车辆的后备驱动力，若不影响，则控制cvt当前速比变为目标优化速比，若影响，则不对当前速比进行优化。
[0062]
本发明的方法和系统，不采用离线标定，而是使用实时搜索发动机及cvt综合效率最高的速比，并根据当前地形及预测车辆前方地形判断是否适合进行速比优化，在提高车辆总体效率，在提升能耗经济性的同时，也保障了用户的驾驶体验。
[0063]
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。