專利名稱：一種電動汽車變速箱快速換擋控制方法及控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動汽車的控制方法及裝置，具體涉及一種變速箱快速換擋的控制方法及控制系統，屬于電動汽車控制技術領域。
背景技術：
一般行車時用高速擋，低速擋作爬坡用，換擋通過氣壓作為輔助動力，換擋過程是通過一個換擋手柄(位置開關)來控制變速箱的電磁閥，電磁閥控制儲氣筒來行使換擋推桿的推拉操作。二擋變速箱與電機連接的稱作主齒輪，與傳動軸連接的稱作從齒輪。在高速擋和低速擋切換時，減速箱主從傳動齒輪的半徑發生了改變，但轉速不變，使得主從齒輪嚙合處的線速度出線速度差，主從齒輪只有在嚙合齒邊速度差很小時才能嚙合。通常為了消除速度差，變速箱內裝有同步器，同步器對主齒輪施加力矩來縮小主從齒輪嚙合齒邊速度差。 但是消除主從齒輪邊速度差時間較長，出現換擋速度較慢。因此，很有必要對現有電動汽車變速箱換控制擋方法及控制系統加以改進。
發明內容
發明所要解決的技術問題是針對現有電動汽車變速箱換擋時間長的不足，提出一種能使電動汽車變速箱主從齒輪快速同步，實現快速換擋，且更安全可靠的電動汽車變速箱快速換擋控制方法及控制系統。為實現上述目的，本發明采用如下技術方案一種電動汽車變速箱快速換擋控制方法，包括PID控制器模塊和數據采集模塊，數據采集模塊接收司機換擋的檔位信號、變速箱輸出端轉速數據和電機當前轉速數據，并且基于所述數據和信號通過PID控制器快速調節電機轉速，使變速箱主從齒輪快速同步完成換擋操作。本發明還提供一種電動汽車變速箱快速換擋控制系統，包括PID控制器模塊和數據采集模塊，數據采集模塊采集變速箱輸出端轉速、電機當前轉速和司機的換擋的檔位信號，數據采集模塊采集的數據傳遞至PID控制器模塊，并且基于所述數據對電機轉速進行調節，使主從齒輪快速同步完成換擋操作，大大縮短換擋時間。其中，所述數據采集模塊包括變速箱輸出端轉速傳感器，電機轉速傳感器，變速箱檔位識別傳感器，所述變速箱輸出端轉速傳感器，電機轉速傳感器，變速箱檔位識別傳感器將信號輸入到所述的PID控制器模塊，PID控制器模塊通過PID算法得出所需電機目標轉矩，當電機目標轉矩為正數時，則要求電機工作在驅動模式，提高電機轉速；而當電機目標轉矩為負數時，則要求電機工作在制動模式，降低電機轉速，通過此算法使電機迅速達到變速箱換擋所需要的電機目標轉速，此時電磁閥推動換擋桿迅速進入目標檔位，從而大大縮短了二檔變速箱換擋時間。通過上述控制方法克服了現有變速箱換擋時間長，實現變速箱主從齒輪快速同步，實現快速換擋且更安全可靠的變速箱快速換擋控制方法。本發明針對二檔氣動變速箱有二個減速比，即一個高速檔和一個低速擋，無倒擋，倒車通過電機反轉來實現，現有技術是通過同步器來加快變速箱主從齒輪的齒邊速度差逐漸減小。但同步器也容易出現故障，同步時間較長，如在車速20KM/h時，換擋時間需5S以上。為了這些缺點，本發明在換擋時，通過整車控制器給電機控制器發送一個小轉矩，調節主齒輪的轉速，使主從齒輪快速同步，大大縮短換擋時間。
圖1是本實施例的控制流程圖； 圖2是本實施例PID算法流程圖3是本實施例控制系統模塊示意圖。
具體實施例方式以下說明僅為示例，其并不意在對本發明、其應用或使用構成限制。應當理解，將在附圖中使用相應的附圖標記來表示類似的元件，下面結合附圖對本發明進一步說明。一種電動汽車變速箱快速換擋控制方法，包括PID控制器模塊和數據采集模塊， 數據采集模塊接收司機換擋的檔位信號、變速箱輸出端轉速數據和電機當前轉速數據，并且基于所述數據和信號通過PID控制器快速調節電機轉速，使變速箱主從齒輪快速同步完成換擋操作。作為本實施方式的進一步具體實施方式
，所述數據采集模塊包括變速箱輸出端轉速傳感器，電機轉速傳感器，變速箱檔位識別傳感器，如圖3所示變速箱輸出端轉速傳感器，電機轉速傳感器，變速箱檔位識別傳感器將信號輸入到所述的PID控制器模塊，PID控制器模塊通過PID算法得出所需電機目標轉矩，當電機目標轉矩為正數時，則要求電機工作在驅動模式，提高電機轉速；而當電機目標轉矩為負數時，則要求電機工作在制動模式， 降低電機轉速，通過此算法使電機迅速達到變速箱換擋所需要的電機目標轉速(此過程僅需0. 5S左右)，此時電磁閥推動換擋桿電磁閥迅速進入目標檔位，從而大大縮短了二檔變速箱換擋時間。其中，如圖1所示，本實施方式的具體控制步驟為
第一步變速箱檔位識別傳感器檢測到司機要求進行換擋操作(變速箱檔位發生變化)，變速箱檔位識別傳感器傳輸信號到PID控制器，PID控制器控制變速箱電磁閥控制換擋推桿，確保變速箱的高速檔和低速檔開關都處于關閉狀態，變速箱已脫離原檔位。第二步變速箱輸出端轉速傳感器和電機轉速傳感器采集變速箱輸出端轉速和電機當前轉速，傳輸給PID控制器。第三步PID控制器基于變速箱輸出端轉速和電機當前轉速，對電機實施PID控制算法進行調速控制，使電機轉速迅速達到換擋所需目標轉速，PID控制器控制變速箱電磁閥控制換擋推桿迅速進入變速箱目標檔位。第四步變速箱檔位識別傳感器檢測目標檔位開關信號是否開啟，如果已經開啟結束本次換擋控制發出變速命令，如果未開啟則回到步驟三。另外，如附圖所示，本實施例還提供一種電動汽車變速箱快速換擋控制系統，包括 PID控制器模塊和數據采集模塊，數據采集模塊采集變速箱輸出端轉速、電機當前轉速和司機的換擋信號，數據采集模塊采集的數據傳遞至PID控制器模塊，并且基于所述數據對電機轉速進行調節；所述數據采集模塊包括變速箱輸出端轉速傳感器，電機轉速傳感器，變速箱檔位識別傳感器，如圖1所示變速箱輸出端轉速傳感器，電機轉速傳感器，變速箱檔位識別傳感器將信號輸入到所述的PID控制器模塊，PID控制器模塊通過PID算法得出所需電機目標轉矩，當電機目標轉矩為正數時，則要求電機工作在驅動模式，提高電機轉速；而當電機目標轉矩為負數時，則要求電機工作在制動模式，降低電機轉速，通過此算法使電機迅速達到變速箱換擋所需要的電機目標轉速(此過程僅需0. 5S左右)，此時電磁閥推動換擋桿電磁閥迅速進入目標檔位，從而大大縮短了二檔變速箱換擋時間。 為進一步清楚的描述本實施例步驟三的調速控制如何使電機轉速迅速達到換擋所需目標轉速的，示例性的說明如下，假設二檔變速箱高速檔主從齒輪變速比為
，低速檔主從齒輪變速比力電機目標需求轉速We，從齒輪當前轉速為Wi，從后橋
測從齒輪采集的頻率為f，傳遞的信號為每轉傳遞η個脈沖，計算得出
通過以上公式，我們可以算出二檔變速箱更換到目標檔位所需要的電機目標轉速，PID 控制器以電機目標轉速為依據，結合采集到的變速箱高速檔、低速檔開關信號，通過PID算法對電機進行調速控制，并使電機當前轉速迅速達到所需目標轉速值，以加快變速箱換擋時間。為進一步清楚的描述本實施例步驟三的調速控制如何利用PID算法使電機轉速迅速達到換擋所需目標轉速的，示例性的說明如下，如附圖2所示，在變速箱換擋過程中， 要求PID控制器以轉矩控制模式對電機進行調速控制，如圖2所示，其算法流程通過MatIab Simulink仿真，整車控制電機調速PID算法得出所需電機目標轉矩，當電機目標轉矩為正數時，則要求電機工作在驅動模式，提高電機轉速；而當電機目標轉矩為負數時，則要求電機工作在制動模式，降低電機轉速，通過此算法使電機迅速達到變速箱換擋所需要的電機目標轉速(此過程僅需0. 5S左右)，此時電磁閥推動換擋桿迅速進入目標檔位，從而大大縮短了二檔變速箱換擋時間。作為本發明的進一步實施方式，所述PID控制算法是比例(P)、積分(I)、微分(D) 控制算法，本發明所使用的PID控制算法可以是PID、PD、PI或只有P的算法控制，在PID控制器得到反饋的轉速，將其與目標轉速相減，結果為正的就控制電機減速，為負的就控制電機加速，是電機迅速達到換擋所需目標轉速。本發明加快了二檔氣動變速箱的換擋時間，巧妙地通過整車控制器電機調速PID 算法對電機轉速調節，使變速箱主從傳動齒輪速度同步。有以下優點
(1)從原理上整車控制器對電機的一個間接閉環控制，換擋過程電機處于空載，易于實現最終的目標轉速。(2)電機在換擋過程中，司機加速踏板失效，只有換擋完畢后，整車控制器接收到變速箱檔位反饋信號，才能發出加速命令，杜絕了變速箱換擋未完成而電機加速現象。
權利要求
1.一種電動汽車變速箱快速換擋控制方法，其特征在于，包括PID控制器模塊和數據采集模塊，數據采集模塊接收司機換擋的檔位信號、變速箱輸出端轉速數據和電機當前轉速數據，并且基于所述數據和信號通過PID控制器快速調節電機轉速，使變速箱主從齒輪快速同步完成換擋操作。
2.如權利要求1所述的一種電動汽車變速箱快速換擋控制方法，其特征在于，所述數據采集模塊包括變速箱輸出端轉速傳感器，電機轉速傳感器和變速箱檔位識別傳感器，所述電機轉速傳感器和變速箱檔位識別傳感器將信號輸入到所述的PID控制器模塊，PID控制器模塊通過PID算法得出所需電機目標轉矩，當電機目標轉矩為正數時，則要求電機工作在驅動模式，提高電機轉速；而當電機目標轉矩為負數時，則要求電機工作在制動模式， 降低電機轉速，通過此算法使電機迅速達到變速箱換擋所需要的電機目標轉速。
3.如權利要求1或2所述的一種電動汽車變速箱快速換擋控制方法，其特征在于，其控制步驟為第一步變速箱檔位識別傳感器檢測到司機要求進行換擋操作(變速箱檔位發生變化)，變速箱檔位識別傳感器傳輸信號到PID控制器，PID控制器控制變速箱電磁閥控制換擋推桿，確保變速箱的高速檔和低速檔開關都處于關閉狀態，變速箱已脫離原檔位；第二步變速箱輸出端轉速傳感器和電機轉速傳感器采集變速箱輸出端轉速和電機當前轉速，傳輸給PID控制器；第三步PID控制器基于變速箱輸出端轉速和電機當前轉速，對電機實施PID控制算法進行調速控制，使電機轉速迅速達到換擋所需目標轉速，PID控制器控制變速箱電磁閥控制換擋推桿迅速進入變速箱目標檔位；第四步變速箱檔位識別傳感器檢測目標檔位開關信號是否開啟，如果已經開啟結束本次換擋控制發出變速命令，如果未開啟則回到步驟三。
4.一種電動汽車變速箱快速換擋控制系統，其特征在于，包括PID控制器模塊和數據采集模塊，數據采集模塊采集變速箱輸出端轉速、電機當前轉速和司機的換擋的檔位信號， 數據采集模塊采集的數據傳遞至PiD控制器模塊，并且基于所述數據對電機轉速進行調節。
5.如權利要求4所述的一種電動汽車變速箱快速換擋控制系統，其特征在于，所述數據采集模塊包括變速箱輸出端轉速傳感器，電機轉速傳感器和變速箱檔位識別傳感器，所述電機轉速傳感器和變速箱檔位識別傳感器將信號輸入到所述的PID控制器模塊，PID控制器模塊通過PID算法得出所需電機目標轉矩，當電機目標轉矩為正數時，則要求電機工作在驅動模式，提高電機轉速；而當電機目標轉矩為負數時，則要求電機工作在制動模式， 降低電機轉速，通過此算法使電機迅速達到變速箱換擋所需要的電機目標轉速。
6.一種如權利要求2或5所述的PID算法，所述PID控制算法為比例(P)、積分(I)、微分(D)控制算法，其特征在于，替代的，所述的PID控制算法為PD、PI或只有P的算法控制， 在PID控制器得到反饋的轉速，將其與目標轉速相減，結果為正的就控制電機減速，為負的就控制電機加速，是電機迅速達到換擋所需目標轉速。
全文摘要
本發明公開一種電動汽車變速箱快速換擋控制方法及控制系統，包括PID控制器模塊和數據采集模塊，數據采集模塊采集變速箱輸出端轉速、電機當前轉速和司機的換擋的檔位信號，數據采集模塊采集的數據傳遞至PID控制器模塊，并且基于所述數據對電機轉速進行調節，使主從齒輪快速同步完成換擋操作，大大縮短換擋時間。
文檔編號F16H61/32GK102506163SQ20111034922
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月8日 優先權日2011年11月8日
發明者張群政, 李紅朋, 毛懿坪, 王文明, 王海斌, 譚建林, 黃興 申請人:湖南南車時代電動汽車股份有限公司