电动车自动换挡策略的制作方法
【专利摘要】本发明涉及电动车自动换挡策略，其控制器的驾驶员驾驶意图判断模块用于检测外部输入信号分析驾驶员驾驶意图；电动机最佳起步运行模块根据驾驶意图信息及油门传感器信号、电动机转速信号、车速信号以最佳起步状态运行；最佳挡位运算切换模块根据车速信号、车辆的加速度、油门传感器信号，将驾驶员意图与当前车辆运行状态相结合，选择换挡算法和换挡策略，输出运算后的目标挡位信号，选择换挡的时机，控制一挡电磁阀、二挡电磁阀打开或关闭来切换挡位，实现挡位的平稳过渡；本发明能根据电动汽车行驶状况自动切换档位，使电动机工作在理想区域，换挡平顺，减少换挡频率，提高电动汽车的动力性和经济性。
【专利说明】电动车自动换挡策略【技术领域】
[0001]本发明专利涉及电动车自动换挡策略，特别涉及电动汽车的自动换挡控制策略。【背景技术】
[0002]随着燃油价格的上涨和人们环保意识的不断增强，电动汽车具有“零”排放特征，同时电动机的工作范围非常宽，其低速时恒扭矩，高速时恒功率，非常适合车辆运行的需要，对于高档电动汽车，一般采用离合器和传统手动变速器来变换挡位，操纵复杂，驾驶员劳动强度大，另外，离合器和变速器会大大增加电动汽车成本，不利于电动汽车的小型化；目前，自动换挡还没有实现很平稳的以高速挡直接起步的控制系统；自动换挡的控制策略仅仅是根据车速判断换挡时机点的，忽略了车辆运行的实际工况，这样就可能出现车速达到换挡要求后，执行换挡，但如果实际运行工况是爬坡，电动机功率限制了在该加速情况下的输出扭矩，就可 能出现运行故障:爬不上坡、导致整车断电、电动机堵转烧毁或者出现频繁换挡现象，严重影响换挡执行机构的寿命、整车的安全性和可靠性；因此，需要提供一种电动车自动换挡策略，能根据电动汽车行驶状况自动切换挡位来主动适应路面变化和驾驶需要，提高电动汽车的动力性和经济性。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种电动车自动换挡策略，使电动车能根据电动汽车行驶状况自动切换挡位来主动适应路面变化和驾驶需要,使驱动电动机的工作区域扩大，保证驱动电动机总是能够工作在理想的区域；当车辆行驶过程中，根据电动机的功率和现状路面坡度分析，使换挡时能同时满足车速要求和坡度所要求的扭矩；在换挡过程中，动力无需断开，通过对电动机的调速，迅速换挡；在路面坡度不是足够大的情况下，由效率与传动性能更佳的高速挡直接平稳起步，省却了低速挡到高速挡的换挡过程；提高电动汽车的动力性和经济性，降低驱动电动机的控制难度。
[0004]本发明是通过如下技术方案实现的:一种电动车自动换挡策略，其控制器23采集开关信号有换挡手柄信号1、制动信号2、手刹信号3、钥匙开关信号4，脉冲信号有车速信号
5、电动机转速信号8,模拟信号有油压传感器信号信号6、油门传感器信号7、变速器温度信号9、坡度传感器信号10 ;控制器23控制输出有一挡电磁阀22、二挡电磁阀21、倒挡灯20、高压接触器13、电动机高压控制模块12 ;CAN总线控制信号节点有EPS转向助力控制器19、仪表控制器18、ABS防抱死控制器17、BMS电池管理控制器16、DC-DC降压控制器15组成；控制器23由驾驶员驾驶意图判断模块231、电动机最佳起步运行模块232、最佳挡位运算切换模块233组成；驾驶员驾驶意图判断模块231用于检测车速信号5、油门传感器信号7、油压传感器信号6、坡度传感器信号10、换挡手柄信号1、制动信号2、手刹信号3来分析驾驶员驾驶意图；判断换挡手柄信号I是前进挡模式、倒挡模式、空挡模式，判断是否有制动信号2、手刹信号3 ;判断油门传感器信号7是否有信号，是否要起步；起步时的挡位选择:根据车辆满载性能参数、电动机性能参数、各挡速比定义出以高速挡起步时可爬坡的最大理论坡度，将理论值乘以安全系数得出参考值，然后根据坡度传感器信号10传来的实际值比较，如果小于参考值则以高速挡起步，如果大于参考值否则以低速挡起步；判断油压传感器信号6的压力是否在标准压力范围；电动机最佳起步运行模块232分析油门传感器信号7、电动机转速信号8、车速信号5，控制器23控制电动机高压控制模块12输出到电动机11的电流，测量来自变速器24的变速器温度信号9以最佳起步状态运行；最佳挡位运算切换模块233根据车速信号5、车辆的加速度、油门传感器信号7、换挡手柄信号1，将驾驶员意图与当前车辆运行状态相结合，选择换挡算法和换挡策略，按算法运算出目标挡位，输出运算后的目标挡位信号，计算当前挡位脱开和下一挡位啮合的时间，选择换挡的时机，控制一挡电磁阀22、二挡电磁阀21打开或关闭来切换挡位，实现挡位的平稳过渡。
[0005]所述的控制器23采集的油压传感器信号6、油门传感器信号7、变速器温度信号9、坡度传感器信号10、车速信号5、电动机转速信号8使用滤波算法提取有效信号，利用油门传感器信号7单位采样时间的变化值计算得到油门变化率；车速信号5、电动机转速信号8计算车辆的加速度及电动机11的加速度，然后进行输入量模糊化计算；如果车速信号5检测有故障，还可从ABS防抱死控制器17通过CAN总线采取车速信号。
[0006]所述的换挡算法是根据电动机11特性和变速器24特性，使用标准的最佳动力换挡点和最佳电动机效率换挡点计算方法，计算不同油门开度下的动力换挡点、效率换挡点；根据检测到的车速信号5计算固定时间内前后车速的差值，区分为加速、减速两种车速变化类型；所述的换挡策略是根据加速行驶、匀速行驶、空挡滑行，减速制动发电、减速停车工况分别制定控制策略；驾驶员意图为加速行驶:车速变化类型为加速，若当前车速高于动力换挡点，则目标挡位为下一高挡位，否则目标挡位为当前挡位；驾驶员意图为匀速行驶:车速变化类型为加速或减速，若当前车速低于动力换挡点，则目标挡位为下一低挡位；若当前车速高于效率换挡点，则目标挡位为下一高挡位；驾驶员意图为空挡滑行:则保持当前挡位，电动机无电流通过保持空转状态；驾驶员意图为减速制动发电状态:驾驶员轻踩制动踏板，电动机处于发电状态，发电量的大小制动信号的大小成正比；驾驶员意图为减速停车状态:驾驶员继续制动，若当前车速低于效率换挡点，则目标挡位为下一低挡位，否则目标挡位为当前挡位。
[0007]所述的倒挡模式在需要当电动车停稳即速度接近于零时才可以切换，若在车辆前进挡模式时车速大于零换到倒挡模式，控制器23不予以响应；倒挡模式下的车速应设置上限值，倒车过程中不能大于上限值。
[0008]所述的前进挡模式在电动车倒挡模式行进中需要电动车停稳即速度接近于零时才可以切换，若在车辆倒挡模式时车速大于零换到前进挡模式，控制器23不予以响应；如果车速大于十公里时把换挡手柄I拨成空挡模式，此时保持当前挡位不变，油门传感器信号7无效，电动车处于断电空转状态；由空挡模式转为前进挡模式时，根据当前车速信号5选择适合当前车速下的挡位。
[0009]所述的控制器23根据接收的各有关传感器信号进行相关传感器的开路、短路和其它异常诊断，并在出现异常时生成相应的故障代码通过CAN总线到仪表控制器18，显示给驾驶员，当出现严重故障时，控制器23断开高压接触器13的控制信号，切断高压电池14的电源输出；当一挡电磁阀22出现故障时，倒挡模式应急状态由二挡电磁阀21供电，倒挡模式由电动机11反转以二挡状态倒挡，同时点亮倒挡灯20。[0010]所述的目标挡位是依据车辆工况和驾驶员操作信号，根据当前的油门传感器信号7反应的油门开度、车速信号5、车辆的加速度分别进行输入量的模糊化加闕值分析，建立模糊控制规则，进行模糊推理，最后反模糊运算输出，确定目标挡位，由一挡电磁阀22或二挡电磁阀21来执行降挡或升挡动作；当升挡时，控制器23控制电动机11转矩为零，一挡电磁阀22断电，电动机11降速与二挡齿轮速度接近时，二挡电磁阀21通电，二挡换挡完成后，电动机11由驾驶员油门控制；当由二挡降为一挡时，控制器23控制电动机11转矩为零,二挡电磁阀21断电，电动机11增速和一挡齿轮接近时，一挡电磁阀22通电结合，换挡完成后电动机11由驾驶员油门控制。
[0011]本发明的有益效果在于，车辆起步时，选择合适的挡位起步，减少换频率；行驶过程中，换挡时机受电机性能、实际运行路面的坡度、车速的约束，在满足平稳、正常运行的前提下，才可实行从低速挡换到高速挡，降低了换挡频率，提高电机运行效率，增加整车行驶的平顺性和可靠性；本发明的换挡策略可以减少换挡频率，换挡响应速度快，电动机11热损耗小，提高电动机11的使用效率和传动机构的寿命，增加车辆整体的电池效率和性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明的控制逻辑原理图。
[0013]图2是本发明图1中控制器23的控制原理图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明:用在电动汽车的自动换挡控制策略，其控制器23由驾驶员驾驶意图判断模块231、电动机最佳起步运行模块232、最佳挡位运算切换模块233组成。
[0015]驾驶员驾驶意图判断模块231用于检测车速信号5、油门传感器信号7、油压传感器信号6、坡度传感器信号10、换挡手柄信号1、制动信号2、手刹信号3来分析驾驶员驾驶意图；判断换挡手柄信号I是前进挡模式、倒挡模式、空挡模式，判断是否有制动信号2、手刹信号3 ;当设为前进挡模式或倒挡模式时，根据油门传感器信号7的大小来进行起步的快慢控制；起步时的挡位选择:根据车辆满载性能参数、电动机11性能参数、各挡速比定义出以高速挡起步时可爬坡的最大理论坡度，将理论值乘以安全系数得出参考值，然后根据坡度传感器信号10传来的实际值比较，如果小于参考值则以高速挡起步，如果大于参考值否则以低速挡起步；判断油压传感器信号6的压力是否在标准压力范围如果压力低于最低要求值，控制器23输出低压故障，使变速器强制进入空挡状态；为保护变速器24内变速齿轮，控制器23设置的倒挡模式在需要当电动车停稳即速度接近于零时才可以切换，若在车辆前进挡模式时车速大于零换到倒挡模式，控制器23不予以响应；倒挡模式下的车速应设置上限值，倒车过程中不能大于上限值；设置的前进挡模式在电动车倒挡模式行进中需要电动车停稳即速度接近于零时才可以切换，若在车辆倒挡模式时车速大于零换到前进挡模式，控制器23不予以响应；如果车速大于十公里时把换挡手柄I拨成空挡模式，此时保持当前挡位不变，油门传感器信号7无效，电动车处于断电空转状态；由空挡模式转为前进挡模式时，根据当前车速信号5选择适合当前车速下的挡位。
[0016]电动机最佳起步运行模块232分析油门传感器信号7、电动机转速信号8、车速信号5，控制器23控制电动机高压控制模块12输出到电动机11的电流，测量来自变速器24的变速器温度信号9以最佳起步状态运行。
[0017]最佳挡位运算切换模块233根据车速信号5、车辆的加速度、油门传感器信号7、换挡手柄信号1，将驾驶员意图与当前车辆运行状态相结合，选择换挡算法和换挡策略，按算法运算出目标挡位，输出运算后的目标挡位信号，计算当前挡位脱开和下一挡位啮合的时间，选择换挡的时机，控制一挡电磁阀22、二挡电磁阀21打开或关闭来切换挡位，实现挡位的平稳过渡；其中的换挡算法是根据电动机11特性和变速器24特性，使用标准的最佳动力换挡点和最佳电动机效率换挡点计算方法，计算不同油门开度下的动力换挡点、效率换挡点；根据检测到的车速信号5计算固定时间内前后车速的差值，区分为加速、减速两种车速变化类型；换挡策略是根据加速行驶、匀速行驶、空挡滑行，减速制动发电、减速停车工况分别制定控制策略；所述的目标挡位是依据车辆工况和驾驶员操作信号，根据当前的油门传感器信号7反应的油门开度、车速信号5、车辆的加速度分别进行输入量的模糊化加闕值分析，建立模糊控制规则，进行模糊推理，最后反模糊运算输出，确定目标挡位，由一挡电磁阀22或二挡电磁阀21来执行降挡或升挡动作；当升挡时，控制器23控制电动机11转矩为零，一挡电磁阀22断电，电动机11降速与二挡齿轮速度接近时，二挡电磁阀21通电，二挡换挡完成后，电动机11由驾驶员油门控制；当由二挡降为一挡时，控制器23控制电动机11转矩为零,二挡电磁阀21断电，电动机11增速和一挡齿轮接近时，一挡电磁阀22通电结合，换挡完成后电动机11由驾驶员油门控制。
[0018]控制器23米集的油压传感器信号6、油门传感器信号7、变速器温度信号9、坡度传感器信号10、车速信号5、电动机转速信号8使用滤波算法提取有效信号，利用油门传感器信号7单位采样时间的变化值计算得到油门变化率；车速信号5、电动机转速信号8计算车辆的加速度及电动机11的加速度，然后进行输入量模糊化计算；如果车速信号5检测有故障，还可从ABS防抱死控制器17通过CAN总线采取车速信号；控制器23根据接收的各有关传感器信号进行相关传感器的开路、短路和其它异常诊断，并在出现异常时生成相应的故障代码通过CAN总线到仪表控制器18，显示给驾驶员，当出现严重故障时，控制器23断开高压接触器13的控制信号，切断高压电池14的电源输出；当一挡电磁阀22出现故障时，倒挡模式应急状态由二挡电磁阀21供电，倒挡模式由电动机11反转以二挡状态倒挡，同时点亮倒挡灯20。
[0019]本实施例安装在配备有两速变速器的时风电动轿车作为试验车辆，应用本发明的控制策略，安装倾角传感器作为坡度传感器，通过控制器23统一运算分析路况，通过半坡起步，升挡、降挡、滑行、制动等测试，通过多次试验结果对比，抑制高速情况下爬坡时频繁换挡现象，起步平稳，换挡平顺、迅速，电机运行高效、安全，提高了整车运行的平顺性和可靠性，至此达到本发明的目的，实施完成。
[0020]最后说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。参照较佳实施例对本发明进行详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种电动车自动换挡策略，其控制器采集开关信号有换挡手柄信号、制动信号、手刹信号、钥匙开关信号，脉冲信号有车速信号、电动机转速信号，模拟信号有油压传感器信号信号、油门传感器信号、变速器温度信号、坡度传感器信号；控制器控制输出有一挡电磁阀、二挡电磁阀、倒挡灯、高压接触器、电动机高压控制模块；CAN总线控制信号节点有EPS转向助力控制器、仪表控制器、ABS防抱死控制器、BMS电池管理控制器、DC-DC降压控制器组成；控制器由驾驶员驾驶意图判断模块、电动机最佳起步运行模块、最佳挡位运算切换模块组成；其特征是:驾驶员驾驶意图判断模块用于检测车速信号、油门传感器信号、油压传感器信号、坡度传感器信号、换挡手柄信号、制动信号、手刹信号，分析驾驶员驾驶意图；判断换挡手柄信号是前进挡模式、倒挡模式、空挡模式，判断是否有制动信号、手刹信号；判断油门传感器信号是否有信号，是否要起步；起步时的挡位选择:根据车辆满载性能参数、电动机性能参数、各挡速比定义出以高速挡起步时可爬坡的最大理论坡度，将理论值乘以安全系数得出参考值，然后根据坡度传感器信号传来的实际值比较，如果小于参考值则以高速挡起步，如果大于参考值否则以低速挡起步；判断油压传感器信号的压力是否在标准压力范围；电动机最佳起步运行模块分析油门传感器信号、电动机转速信号、车速信号，控制器控制电动机高压控制模块输出到电动机的电流，测量来自变速器的变速器温度信号以最佳起步状态运行；最佳挡位运算切换模块根据车速信号、车辆的加速度、油门传感器信号、换挡手柄信号，将驾驶员意图与当前车辆运行状态相结合，选择换挡算法和换挡策略，按算法运算出目标挡位，输出运算后的目标挡位信号，计算当前挡位脱开和下一挡位啮合的时间，选择换挡的时机，控制一挡电磁阀、二挡电磁阀打开或关闭来切换挡位，实现挡位平稳过渡。
2.根据权利要求1所述的电动车自动换挡策略，其特征在于:所述的控制器采集的油压传感器信号、油门传感器信号、变速器温度信号、坡度传感器信号、车速信号、电动机转速信号使用滤波算法提取有效信号，利用油门传感器信号单位采样时间的变化值计算得到油门变化率；车速信号、电动机转速信号计算车辆的加速度及电动机的加速度，然后进行输入量模糊化计算；如果车速信号检测有故障，还可从ABS防抱死控制器通过CAN总线采取车速信号。
3.根据权利要求1所 述的电动车自动换挡策略，其特征是:所述的换挡算法是 根据电动机特性和变速器特性，使用标准的最佳动力换挡点和最佳电动机效率换挡点计算方法，计算不同油门开度下的动力换挡点、效率换挡点；根据检测到的车速信号计算固定时间内前后车速的差值，区分为加速、减速两种车速变化类型；所述的换挡策略是根据加速行驶、匀速行驶、空挡滑行，减速制动发电、减速停车工况分别制定模糊控制规则；驾驶员意图为加速行驶，车速变化类型为加速，若当前车速高于动力换挡点，则目标挡位为下一高挡位，否则目标挡位为当前挡位；驾驶员意图为匀速行驶:车速变化类型为加速或减速，若当前车速低于动力换挡点，则目标挡位为下一低挡位；若当前车速高于效率换挡点，则目标挡位为下一高挡位；驾驶员意图为空挡滑行:则保持当前挡位，电动机无电流通过保持空转状态；驾驶员意图为减速制动发电状态:驾驶员轻踩制动踏板，电动机处于发电状态，发电量的大小制动信号的大小成正比；驾驶员意图为减速停车状态:驾驶员继续制动，若当前车速低于效率换挡点，则目标挡位为下一低挡位，否则目标挡位为当前挡位。
4.根据权利要求1所述的电动车自动换挡策略，其特征是:所述的倒挡模式在 需要当电动车停稳即速度接近于零时才可以切换，若在车辆前进挡模式时车速大于零换到倒挡模式，控制器不予以响应；倒挡模式下的车速应设置上限值，倒车过程中不能大于上限值。
5.根据权利要求1所述的电动车自动换挡策略，其特征是:所述的前进挡模式在电动车倒挡模式行进中需要电动车停稳即速度接近于零时才可以切换，若在车辆倒挡模式时车速大于零换到前进挡模式，控制器不予以响应；如果车速大于十公里时把换挡手柄拨成空挡模式，此时保持当前挡位不变，加速踏板无效，电动车处于断电空转状态；由空挡模式转为前进挡模式时，根据当前车速信号选择适合当前车速下的挡位。
6.根据权利要求1所述的电动车自动换挡策略，其特征是:所述的控制器根据接收的各有关传感器信号进行相关传感器的开路、短路和其它异常诊断，并在出现异常时生成相应的故障信号通过CAN总线到仪表控制器，再由仪表显示给驾驶员，当出现严重故障时，控制器断开高压接触器的控制信号，切断高压电池的电源输出；当一挡电磁阀出现故障时，倒挡模式应急状态由二挡电磁阀供电，倒挡模式由电动机反转以二挡状态倒挡，同时点亮倒挡灯。
7.根据权利要求1所述的电动车自动换挡策略，其特征是:所述的目标挡位运算是依据车辆工况信号和驾驶员操作信号，根据当前的油门传感器信号反应的油门开度、车速信号、车辆的加速度分别进行输入量的模糊化加闕值分析，建立模糊控制规则，进行模糊推理，最后反模糊运算输出，确定目标挡位，由一挡电磁阀或二挡电磁阀来执行降挡或升挡动作；当升挡时，控制器控制电动机转矩为零，一挡电磁阀断电，电动机降速与二挡齿轮速度接近时，二挡电磁阀通电，二挡换挡完成后，电动机由驾驶员油门控制；当由二挡降为一挡时，控制器控制电动机转矩为零，二挡电磁阀断电，电动机增速和一挡齿轮接近时，一挡电磁阀通电结合，换挡完成`后电动机由驾驶员油门控制。
【文档编号】F16H59/02GK103775623SQ201410044423
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月31日 优先权日:2014年1月31日
【发明者】胡如现, 胡金凤, 胡悦 申请人:北京阳铭诚科技有限责任公司