一種混合動力汽車的離合器自標定方法及其應用
【專利摘要】本發明涉及一種混合動力汽車的離合器自標定方法及其應用，本離合器自標定方法的步驟包括：判斷混合動力汽車是否滿足自標定條件；完全分離離合器并將變速箱掛空擋；根據行駛工況選擇轉速適用的標定模式或轉矩適用的標定模式，觀測并記錄標定參數達到閾值時的離合器半接合點位置；電機卸載，離合器逐漸分離，整車斷電，標定結束。本發明可以根據行駛工況選擇轉速適用的標定模式或轉矩適用的標定模式，觀測并記錄標定參數達到閾值時的離合器半接合點位置，借助整車現有的設備實現離合器半接合點位置的自動標定，還可以規避實際工況中傳感器的干擾因素。
【專利說明】
一種混合動力汽車的離合器自標定方法及其應用
技術領域
[0001]本發明涉及混合動力汽車的離合器自標定技術領域，尤其涉及一種混合動力汽車 的離合器自標定方法及其應用。
【背景技術】
[0002]通常，我們把離合器傳遞的轉矩開始克服整車的阻力矩而起步時的離合器位置稱 為離合器的半接合點。離合器半接合點的位置參數常用于整車控制器HCU或變速箱控制器 TCU對變速執行機構的指令控制，也常用于變速換擋過程的動力學模型分析，因而具有重要 的研究意義。單軸并聯式混合動力汽車在長期使用過程中，離合器由于磨損、溫差等因素會 造成半接合點位置發生變化，從而導致離合器接合不充分或分離延遲，不能傳遞足夠的轉 矩，從而嚴重影響換擋質量和車輛起動性。因此，有關離合器自動標定技術的研究顯得很有 必要。
[0003] 電動機控制單元MCU(motor control unit)可實時調節電動機的轉矩或轉速，變 速箱控制單元TCU(transmission control unit)負責控制換擋過程中的離合器分離接合、 選擋、掛擋，發動機控制單元E⑶(engine control unit)調節輸出轉矩或轉速，而整車控制 器HCU(hybrid control unit)主要負責解釋駕駛員意圖（如加速、制動等），并生成相應的 控制指令傳遞給各個控制單元，同時協調各個控制器之間的信息交換。HCU與各控制器之間 通過CAN網絡協議通訊。
[0004] 對于多數的AT(液力變矩器自動變速箱)來說，大多數是通過人為調整離合器踏板 的自由行程來解決此技術問題，然而，這種機械式的調整方法過程比較繁瑣、精度不高、不 能適應離合器的關鍵位置變化，而且，若人為調整誤差過大，會加劇離合器的磨損。
[0005] 對于AMT(電控式機械自動變速箱)車輛，現有的技術主要有以下兩類:一種是采用 電控自學習，這種方法需要重復標定，浪費時間，其間還需要技術人員參與操作；而且由于 控制器的不同，重復標定后可能要重新下載文件，給客戶和工作人員帶來許多麻煩。另一種 是設置專門的自標定裝置來多次測量離合器的半接合點位置，再加權求平均值。這種方法 沒有嚴格界定離合器半接合點的概念，其最終測得的是主從動盤同步時的離合器位置，而 不是汽車克服行駛阻力開始起步時離合器位置（即半接合點位置），從而產生標定誤差，而 這種誤差相對于離合器磨損量，是不足以被忽視的；而且，該方法未充分利用整車現有的控 制設備（如HCU、TCU等），而是設置專門的標定裝置，從而不可避免地增加了整車重量和成 本;另外，值得一提的是，離合器位置傳感器易受車輛行駛振動、溫度變化、電磁干擾等不可 抗因素的影響，該方法也沒有提供規避措施以提高測量精度。
[0006] 因此，如何借助整車現有的設備實現離合器半接合點位置的自動標定，如何盡可 能規避實際工況中傳感器的干擾因素，是本領域技術人員亟待解決的課題。
【發明內容】
[0007] 鑒于上述的分析，本發明旨在提供一種混合動力汽車的離合器自標定方法及其應 用，用以利用現有整車設備實現離合器半接合點位置的自動標定，并盡可能規避實際工況 中傳感器的干擾因素的問題。
[0008] 本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：
[0009] -種混合動力汽車的離合器自標定方法其特征在于，該離合器自標定方法的步驟 包括：
[0010] SI、判斷混合動力汽車是否滿足自標定條件；
[0011] S2、完全分離離合器并將變速箱掛空擋；
[0012] S3、根據行駛工況選擇轉速適用的標定模式或轉矩適用的標定模式，觀測并記錄 標定參數達到閾值時的離合器半接合點位置；
[0013] S4、電機卸載，離合器逐漸分離，整車斷電，標定結束。
[0014] 步驟Sl中，自標定條件需同時滿足：
[0015] 位移傳感器測得的主動盤與從動盤同步轉動時離合器位置與TCU上一次標定時的 離合器位置的累積偏差超出允許范圍；
[0016] 鑰匙開關處于OFF位，即發動機停止，驅動輪停轉。
[0017] 跟已有的標定技術不同，本自動標定系統選擇在鑰匙開關處于OFF位后啟動，此時 汽車停止，駕駛員也可以不在駕駛室，避開了汽車行駛因素(如振動、噪聲等)對標定結果的 影響，也不占用汽車起步時間，完全自動化。當傳感器測得的離合器位置參數與TCU現在存 檔的離合器位置參數的偏差超過允許的范圍，可以認為現在TCU存檔的離合器位置不是有 效傳遞轉矩的最佳結合點，因而需要更新;但同時，又不能直接將此時傳感器所測得的離合 器位置點當作最佳接合點，因為那不是半接合點，而是主從動盤已同步了的點，不具有參考 價值。因此，在此預標定條件的基礎上，通過其他途徑測得半接合點。
[0018] 步驟S2的步驟包括：
[0019] S21、傳感器將離合器的位置信息、變速器的擋位信息反饋給TCU單元，通過與目標 狀態對比，根據偏差再次發送離合器分離指令給離合器執行機構，發送空擋指令給換擋執 行機構；
[0020] S22、當傳感器反饋的離合器位置信息和變速器的擋位信息與目標狀態的偏差處 在允許的范圍內，則認為離合器分離完全，變速器掛上空擋，否則重復步驟S21。
[0021] 如果自標定條件滿足，TCU會發送離合器分離指令給離合器執行機構，發送空擋指 令給變速器執行機構。在此過程中，相關傳感器會實時反饋離合器的位置信息和變速器的 擋位信息給TCU，以確保執行機構正確執行命令，直到離合器完全分離，變速箱掛上空擋。 [0022]步驟S3中，正常的行駛工況默認選擇所述轉速適用的標定模式;在某些大負載、急 加速的工況下，駕駛員可手動切換到轉矩適用的標定模式。TCU可以通過相應的開關信號來 判斷駕駛員選用了何種標定模式。兩種標定模式的設計更具針對性，能很好適用不同工況 下的離合器參數的自標定。經常工作在大負載、急加速工況下的車輛(如跑車、重卡等)對扭 矩響應的實時性和精確性都有很高要求，標定工作也更頻繁。轉矩標定模式由于具有穩定 的轉矩響應特性，在標定時更能使離合器和電機的傳動過程與實際工況一致，從而減小標 定誤差。
[0023]大負載工況為汽車負載達到汽車額定負載的50%，或汽車拖動拖車；急加速工況 為汽車啟動加速或制動減速時產生的加速度大于重力加速度的一半。
[0024]轉速適用的標定模式的步驟包括：
[0025] S311、混合動力汽車的電機以小轉矩加速到恒定轉速Wm;
[0026] S312、緩慢接合離合器，在此過程中控制電機轉速不變；
[0027] S313、觀測并記錄電機的轉矩T;
[0028] S314、當電機轉矩與目標轉矩Tg相同時，記錄此時的離合器位置作為半接合點。
[0029] 轉矩適用的標定模式的步驟包括：
[0030] S321、混合動力汽車的電機加速到目標轉速^和目標轉矩Tg;
[0031 ] S322、緩慢接合離合器，在此過程中控制電機轉矩不變；
[0032] S323、觀測并記錄電機轉速W;
[0033] S324、當電機轉速下降到目標轉速~的一半時，記錄此時的離合器位置作為半接 合點。
[0034] 恒定轉31wm滿足：
[0035]
[0036] Wg為目標轉速。
[0037] 目標轉速
[0038] Pn為電動機額定功率；
[0039] 目標轉失
[0040] G為整車重量，α為坡度角，f為滾動阻力系數，ig為變速箱傳動比，i。為主減速器傳 動比，γ τ為傳動系效率，r為車輪半徑。
[0041] 由汽車理論的相關知識可知，目標轉矩Tg即為汽車克服阻力矩并開始起步的驅動 力矩，將其作為電動機轉矩變化的閾值，可以準確測得半接合點位置。上述參數可以預先輸 入變速箱控制器TCU中，通過觀測并記錄電動機的輸出轉矩達到閾值時的離合器位置，即可 方便獲得半接合點位置。在轉速適用標定模式下，電動機總能在ECU的控制下實現恒轉速運 轉。這種通過電動機的轉矩變化情況來間接確定半接合點位置的方法，操作簡單，測試結果 較直接測量更準確。
[0042] 在轉矩使用模式中，轉速W較小時，轉矩T將趨近于摩擦力矩，即目標轉矩全部傳遞 出去用于驅動了，此時對應著離合器半結合點，然而，為了不讓電動機停止轉動，同時又預 留足夠轉速來避開誤差影響(轉速過低時靜態誤差的影響力增強），不應該采用轉速過低的 點，由實驗可知，當rf降到時，轉速的下降率顯著加快，可以認為此時離合器開始有效 傳遞較大的轉矩了，且預留的轉速空間足以避開靜態誤差影響，滿足半結合點的判斷要求。 在轉矩使用標定模式中，可認為電動機總能在ECU的控制下實現恒轉矩運轉。
[0043] 一種混合動力汽車的離合器自標定方法的應用，以上混合動力汽車的離合器自標 定方法，在單軸并聯的混合動力汽車的發動機和電動機之間離合器的應用。
[0044] 本發明有益效果如下：
[0045] 用上述方法測得的離合器半接合點位置參數替換TCU中現有的參數，實現半接合 點參數的自動標定和更新，下次換擋時，TCU能發出正確的位移指令給離合器執行機構，實 現快速、準確的分離或接合;本發明還僅僅借助整車現有的設備(ECU、HCU、TCU等）即可實現 離合器半接合點位置的自動標定，無需其他外加設備，保證整車重量和成本;本發明標定過 程完全自動化，無需其他技術人員參與，不會因人為因素產生標定誤差;此外，本發明的標 定過程是在汽車發動機停止的過程中完成的，盡可能地規避實際工況中傳感器受車輛行駛 振動、溫度變化、電磁干擾等不可抗因素的影響。
[0046] 本發明的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且部分的特征和優點從說 明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所 寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
【附圖說明】
[0047] 圖1為本混合動力汽車的離合器自標定方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0048] 下面結合附圖來具體描述本發明的優選實施例，其中，附圖構成本申請一部分，并 與本發明的實施例一起用于闡釋本發明的原理。
[0049] -種混合動力汽車的離合器自標定方法，該離合器自標定方法的具體步驟如下：
[0050] S1、判斷混合動力汽車是否滿足自標定條件。自學習條件包括:位移傳感器測得的 離合器位置與TCU上一次標定時的離合器位置的累積偏差超出允許范圍（在所述范圍內，可 認為發動機輸出的轉矩能全部傳遞到變速器中）；鑰匙開關處于OFF位。雖然鑰匙開關處于 OFF位，但整車依然通電，標定系統仍可正常工作，只是發動機停轉，驅動輪停止。這就避免 了行車或起步標定時的諸多影響因素(如起步震動，功能干涉等），也不用延長起步時間。在 初次啟用自標定方案時，標定系統預先執行一次標定，將獲得的離合器位置信息存入TCU 中，下一次的標定則以這個位置信息作參照，若二者的偏差超過允許范圍，則認為滿足自標 定條件，繼續下列步驟。若偏差可以接受，則自動終止標定程序，整車斷電，車輛完全停止。
[0051] S2、完全分離離合器并將變速箱掛空擋。在滿足自標定條件下，TCU控制離合器完 全分離，變速箱掛空擋。在此過程中，相關傳感器會實時反饋離合器的位置信息和變速器的 擋位信息給TCU，以確保執行機構正確執行命令，直到離合器完全分離，變速箱掛上空擋。 [0052] S21、傳感器將離合器的位置信息、變速器的擋位信息反饋給TCU單元，通過與目標 狀態對比，根據偏差再次發送離合器分離指令給離合器執行機構，發送空擋指令給換擋執 行機構。
[0053] S22、當傳感器反饋的離合器位置信息和變速器的擋位信息與目標狀態的偏差處 在允許的范圍內，則認為離合器分離完全，變速器掛上空擋，否則重復步驟S21。
[0054] S3、根據行駛工況選擇轉速適用的標定模式或轉矩適用的標定模式，觀測并記錄 標定參數達到閾值時的離合器半接合點位置。一般情況下，自標定系統默認選擇轉速標定 模式，但如果車輛經常運行在大負載或頻繁急加減速的工況下，駕駛員可以手動選擇轉矩 標定模式。TCU可以根據相應的開關信號來判斷駕駛員選用了何種標定方式。兩種標定模式 的設計更具針對性，能很好適用不同工況下的離合器參數的自標定。
[0055]轉速適用的標定模式的步驟包括：
[0056] S311、混合動力汽車的電機以小轉矩加速到恒定轉速Wm。對于單軸并聯混合動力 汽車來說，當離合器完全分離、變速器掛空擋時，離合器從動盤、電動機轉軸和變速箱輸入 軸就連為一體了。啟動電動機，通過ECU控制，總能使電動機克服自身阻力矩，以較小轉矩維 持穩定轉速I運行。
[0057] S312、緩慢接合離合器，在此過程中控制電機轉速不變。當離合器緩慢接合時，相 當于電動機反拖發動機，為了使發動機不被拖動反轉，需設置電動機轉矩閾值，也即目標轉 矩!^。由于在接合過程中加入了摩擦阻力矩，為了維持電動機恒速運轉，電動機輸出轉矩也 會隨之增加。觀測電動機輸出轉矩的變化情況。
[0058] S313、觀測并記錄電機的轉矩T。
[0059] S314、當電機轉矩與目標轉矩1^相同時，記錄此時的離合器位置作為半接合點。當 電動機輸出轉矩增加到閾值時，可認為發動機即將被反拖轉動，此時對應著離合器半接合 點位置。記錄下此時的離合器位置參數信息，并用其更新TCU中現有的離合器半接合點參 數。
[0060] 轉矩適用的標定模式的步驟包括：
[0061 ] S321、混合動力汽車的電機加速到目標轉速~和目標轉矩Tg。目標轉速％和目標轉 矩Tg的計算公式如前文所示。將電動機加速到目標轉矩Tg，記錄此時對應的目標轉速Wg。
[0062] S322、緩慢接合離合器，在此過程中控制電機轉矩不變。接合過程中加入了摩擦阻 力矩，由剛體轉動微分方程可知，在輸出轉矩不變的情況下，外加阻力矩會使得電動機的轉 速下降。在轉矩標定模式中，電動機總能在ECU的控制下實現恒轉矩運轉。觀測電機轉速的 變化情況。
[0063] S323、觀測并記錄電機轉速W。
[0064] S324、當電機轉速下降到目標轉速~的一半時，記錄此時的離合器位置作為半接 合點。選擇l/2Wg作為轉速變化閾值，是考慮到不讓電機停轉，同時又預留足夠轉速來避開 誤差影響。另外，雖然此時的恒轉矩T g對應著發動機即將被反拖時的力矩，但離合器接合過 程中，電動機輸出轉矩1^傳遞到發動機不是瞬間完成的，而是隨著主從動盤接合越緊密，轉 速下降，傳遞的轉矩逐漸增加的。有理論研究表明，當轉速下降到約一半時，可以認為從動 盤接受了主動盤的全部力矩T g，此時的轉速對應著離合器半接合點位置。記錄下此刻的離 合器位置參數信息，并用其更新現有的半接合點參數。
[0065] 選擇以上其中一種模式進行離合器半結合點標定后。
[0066] S4、電機卸載，離合器逐漸分離，整車斷電，標定結束。
[0067] 目標轉：
[0068] Pn為電動機額定功率。
[0069] 目標轉矩
[0070] G為整車重量，α為坡度角，f為滾動阻力系數，ig為變速箱傳動比，i。為主減速器傳 動比，γ τ為傳動系效率，r為車輪半徑。
[0071] 對單軸并聯的混合動力汽車進行臺架測試，并在測試中進行其離合器半結合點的 標定。測試汽車的參數如下表
[0072]表1汽車臺架基本參數表
[0074] 根據以上參數可以對被測汽車進行離合器半結合點標定，標定模式選用轉速適用 的標定模式。本發明方法標定過程中，被標定汽車并未啟動發動機，離合器半結合點位置準 確，標定并未使用其他附加設備，只使用了被標定汽車的自身設備。
[0075] 綜上所述，本發明實施例提供了一種混合動力汽車的離合器自標定方法及其應 用。用本發明方法測得的離合器半接合點位置參數替換TCU中現有的參數，實現半接合點參 數的自動標定和更新，下次換擋時，TCU能發出正確的位移指令給離合器執行機構，實現快 速、準確的分離或接合;本發明還僅僅借助整車現有的設備(ECU、HCU、TCU等）即可實現離合 器半接合點位置的自動標定，無需其他外加設備，保證整車重量和成本;本發明標定過程完 全自動化，無需其他技術人員參與，不會因人為因素產生標定誤差;此外，本發明的標定過 程是在汽車發動機停止的過程中完成的，盡可能地規避實際工況中傳感器因車輛行駛震 動、溫度變化、電磁干擾等不可抗因素的影響的干擾因素。相應的使用本發明的一種單軸并 聯的混合動力汽車，具備以上對所述優點，離合器反應迅速準確，避免了離合器的磨損，延 長了車輛的壽命。
[0076] 以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種混合動力汽車的離合器自標定方法，其特征在于，該離合器自標定方法的步驟 包括： 51、 判斷混合動力汽車是否滿足自標定條件； 52、 完全分離離合器并將變速箱掛空擋； 53、 根據行駛工況選擇轉速適用的標定模式或轉矩適用的標定模式，使用汽車自帶設 備觀測并記錄標定參數達到閾值時的離合器半接合點位置； 54、 電機卸載，離合器逐漸分離，整車斷電，標定結束。2. 根據權利要求1所述的混合動力汽車的離合器自標定方法，其特征在于，所述步驟S1 中，自標定條件需同時滿足： 位移傳感器測得的主動盤與從動盤同步轉動時離合器位置與TCU上一次標定時的離合 器位置的累積偏差超出允許范圍； 鑰匙開關處于OFF位，即發動機停止，驅動輪停轉。3. 根據權利要求1所述的混合動力汽車的離合器自標定方法，其特征在于，所述步驟S2 的步驟包括： 521、 傳感器將離合器的位置信息、變速器的擋位信息反饋給TCU單元，通過與目標狀態 對比，根據偏差再次發送離合器分離指令給離合器執行機構，發送空擋指令給換擋執行機 構； 522、 當傳感器反饋的離合器位置信息和變速器的擋位信息與目標狀態的偏差處在允 許的范圍內，則認為離合器分離完全，變速器掛上空擋，否則重復步驟S21。4. 根據權利要求1所述的混合動力汽車的離合器自標定方法，其特征在于：步驟S3中， 正常的行駛工況默認選擇所述轉速適用的標定模式;在某些大負載、急加速的工況下，駕駛 員可手動切換到轉矩適用的標定模式。5. 根據權利要求4所述的混合動力汽車的離合器自標定方法，其特征在于，所述大負載 工況為汽車負載達到汽車額定負載的50%，或汽車拖動拖車;所述急加速工況為汽車啟動 加速或制動減速時產生的加速度大于重力加速度的一半。6. 根據權利要求4所述的混合動力汽車的離合器自標定方法，其特征在于，所述轉速適 用的標定模式的步驟包括： 5311、 混合動力汽車的電機以小轉矩加速到恒定轉速Wm; 5312、 緩慢接合離合器，在此過程中控制電機轉速不變； 5313、 觀測并記錄電機的轉矩T; 5314、 當電機轉矩與目標轉矩!^相同時，記錄此時的離合器位置作為半接合點。7. 根據權利要求4所述的混合動力汽車的離合器自標定方法，其特征在于，所述轉矩適 用的標定模式的步驟包括： 5321、 混合動力汽車的電機加速到目標轉速^和目標轉矩Tg; 5322、 緩慢接合離合器，在此過程中控制電機轉矩不變； 5323、 觀測并記錄電機轉速W; 5324、 當電機轉速下降到目標轉速％的一半時，記錄此時的離合器位置作為半接合點。8. 根據權利要求6所述的混合動力汽車的離合器自標定方法，其特征在于，所述恒定轉 速Wm滿足： Wg為目標轉速。9. 根據權利要求7或8所述的混合動力汽車的離合器自標定方法，其特征在于：Pn為電動機額定功率；G為整車重量，a為坡度角，f?為滾動阻力系數，ig為變速箱傳動比，i。為主減速器傳動比， Y t為傳動系效率，r為車輪半徑。10. -種混合動力汽車的離合器自標定方法的應用，其特征在于，權利要求1-9任一所 述的混合動力汽車的離合器自標定方法，在單軸并聯的混合動力汽車的發動機和電動機之 間離合器的應用。
【文檔編號】B60W10/02GK106043273SQ201610375089
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】胡宇輝, 陳慧巖, 樂新宇, 席軍強
【申請人】北京理工大學