本发明涉及同步器摘挡方法，尤其涉及一种基于单边压力控制系统的同步器摘挡过程控制方法。
背景技术：
：锁环式同步器根据机械结构和工作原理对其进行分阶段控制，具体的自动控制方法包括：同步器预充油阶段、预同步阶段、同步阶段、二次啮合阶段、泄压阶段及完全在挡阶段；同步器摘挡阶段、同步器结合空行程阶段、同步器滑磨结合阶段、同步器结合后空行程阶段、同步器压紧阶段及同步器在挡阶段；消除空行程阶段、第一次同步阶段、自由行程阶段及第二次同步至同步器挂挡结束阶段；第一次自由行程阶段；克服定位销阻力阶段；同步阶段；拨环阶段；第二次自由行程阶段及同步完成阶段；挂挡阶段及啮合阶段；现有的同步器自动控制方法主要对进挡过程进行详细分阶段控制，对同步器摘挡过程的控制过程过于简单直接，忽视摘挡过程对整个换挡过程的重要性。而在实际控制过程中，要求摘挡动作迅速，摘挡时间快，并且对摘挡力有较高要求，对于单边压力控制系统的同步器，较大的摘挡力会导致冲击大，摘过挡，甚至是摘挡失败；较小的摘挡力会导致摘挡时间长，摘挡动作慢，甚至是动作超时导致摘挡失败。因此，一方面，需要对摘挡过程的摘挡力进行精确控制以保证摘挡动作顺利完成，另一方面，现有的控制策略无法处理由同步器部件磨损导致的控制性能下降的问题，同时，也无法对摘挡失败的情况进行高效处理，确保再摘挡动作的准确性和及时性。本发明提供一种于单边压力控制系统的同步器摘挡过程控制方法，本控制策略可以在满足驾驶员动力需求的前提下，就同步器压力控制逻辑的匹配精度要求高。本发明设还有一个目的是提出一种摘挡失败后的基础压力修正过程，可减少同步器摘挡失败次数，改善同步器的工作效率。本发明提供的技术方案为：一种基于单边压力控制系统的同步器摘挡过程控制方法，包括：步骤一：采用第一恒定压力对同步器进行充油，消除油腔间隙，当检测到拨叉位置出现变化或超过充油保护时间时，进入步骤二；步骤二：完成摘档动作，根据拨叉位置和拨叉运动速度，分段计算相应的前馈压力，并采用速度pid闭环控制对每段压力值进行修正，输入为实际转速变化率与目标转速变化率之间的差值，输出为控制压力；摘挡动作结束条件为拨叉到达稳态点、步骤二超时或摘挡总时间超时。优选的是，所述步骤二中的前馈压力计算公式为：其中，pfork为前馈压力；pre1为克服拨叉自锁阻力需要的力；pre2是拨叉自由行程需要克服的阻力；pre3为拨叉摘过e点时的反向回复力；xc，fork为拨叉和c点之间的距离；xc,b为b点和c点之间的距离；xe，fork为拨叉和e点之间的距离；xe,d为d点和e点之间的距离，xe,d′为d′和e点之间的距离；a点为同步器稳态在挡点；b点为待结合齿圈与结合套的接触点；c点为待结合齿圈与结合套的完全分离点；d点为同步环与结合套的接触点；e点位稳态空挡位置，d′点为为以e点为对称中心的对侧点。优选的是，所述克服拨叉自锁阻力需要的力为恒定力，由标定给出，标定方法为：采用不同恒定摘挡力，计算拨叉的平均速度vab为拨叉的平均速度，t1为拨叉由a点到b点的时间；当vab在预设平均范围内，对应的摘挡力即为克服拨叉自锁阻力需要的力。优选的是，所述拨叉自由行程需要克服的阻力为恒定力，由标定给出，标定方法为：vcd为拨叉的平均速度，t2为拨叉由c点到d点的时间；当vcd在预设平均范围内，对应的摘挡力即为拨叉自由行程需要克服的阻力。优选的是，拨叉摘过e点时的反向回复力为拨叉刚好克服自由行程阻力需要的力。优选的是，所述速度pid闭环控制，包括：确定前馈压力允许最大调节压力范围，并计算实际转速变化率与目标转速变化率之间的最大差值，计算控制系数，kp，ki和kd，进而确定第一pid控制公式；根据pid控制公式，计算输出转速变化率，并根据输出控制变化率对变速箱输出轴转速变化率进行相应的控制，并依据变速箱输出轴转速变化率对第一前馈压力进行控制；其中，kp为比例系数，其为最大允许调节值和对应的最大转速差的比值；ki为积分时间常数，其为最大允许调节值与调节时间和最大转速差乘积的比值，调节时间为积分环节调节到最大值的期望时间；kd微分时间常数，直接设置为0，不进行微分调节。优选的是，所述前馈压力允许最大调节压力范围为±30％。优选的是，还包括压力修正过程，包括：当同步器开始执行摘挡操作，记录每次摘挡操作时间；判断同步器摘挡动作是否失败，若摘挡动作失败且同步器摘挡动作超时，对第一恒定压力进行修复：pf′＝pf-baseαp′f为修正后第一恒定压力，pf-base为充油基础压力值，α为第一修正系数；判断拨叉所在位置：当拨叉未到达e点，且拨叉位置在a点和b点之间，修正目标档位基础摘挡力：pre1'＝pre1baseβpre1′为修正后的目标档位基础摘挡力，pre1base为a点和b点之间的基础摘挡力，β为第二修正系数；当拨叉未到达e点，且拨叉位置在b点和e点之间，修正目标档位基础摘挡力：pre2′＝pre2baseγpre2′为修正后的目标档位基础摘挡力，pre2base为b点和e点之间的基础摘挡力，γ为第二修正系数；当拨叉越过e点，对基础摘挡力进行修复，计算公式为：pre1″＝pre1baseβ′pre2″＝pre2baseγ′其中，pre″为修正后压力，pre1base为a点和b点之间的基础摘挡力；pre2base为b点和e点之间的基础摘挡力；β′为第三修复系数，是小于1的数，γ′为第四修复系数，是小于1的数。本发明所述的有益效果本发明提供了一种基于单边压力控制系统的同步器摘挡控制策略对摘挡过程，首先，对同步器的摘挡过程进行详细分析，为提出同步器摘挡控制策略奠定基础；其次，同步器摘挡失败的基础压力修正是当同步器摘挡失败后，在下次动作开始时修正当前基础压力，可以有效解决压力过大摘过挡和压力过小摘不回空挡两种失败情况，以确保同步器摘挡动作顺利进行，极大的减少了同步器重复摘挡失败的情况本控制策略可以在满足驾驶员动力需求的前提下，就同步器压力控制逻辑的匹配精度要求高，同一匹配参数控制不同箱体的差异性以及实际工况的复杂性等情况，可减少同步器摘挡失败次数，改善同步器的工作效率，并且挂档冲击小、无明显噪声，提高同步器的工作寿命，有很好的工程实用性。附图说明图1为本发明所述的锁环式同步器的稳态在挡点结构示意图。图2为本发明所述的待接合内齿圈和接合套的接触点结构示意图。图3为本发明所述的待接合内齿圈和接合套的完全分离点结构示意图。图4为本发明所述的同步环与接合套的接触点结构示意图。图5为本发明所述的稳态空挡位置结构示意图图6为本发明所述的同步器摘挡控制策略流程图。图7为本发明所述的同步器摘挡控制过程图。图8为本发明所述的同步器摘挡过程受力变化趋势图。图9为本发明所述的pid控制器原理图。图10为本发明所述的同步器摘挡失败压力修正逻辑图。图11为本发明所述的同步器摘2挡失败压力修正控制结果。具体实施方式下面接合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。如图1-5所示，对锁环式同步器摘挡过程进行分析，可分为5个特殊位置点，4个阶段，如图1：stage1：接合套第一次自由行程，图中a点到b点阶段。接合套在换挡拨叉摘挡力的带动下，向空挡位置轴向移动，当接合套齿端将要与待接合齿圈齿端接触时，该过程结束；stage2：阻力矩驱动阶段，图中b点到c点阶段。此阶段从接合套齿端与待接合齿圈齿端开始接触，到彼此分离为止；stage3：接合套第二次自由行程，图中c点到d点阶段。在摘挡力的作用下接合套继续轴向自由移动，至接合套齿端与同步环齿端接触为止；stage4：摘挡完成阶段，图中d点到e点阶段。接合套从与同步环接触到轴向移动回到稳态空挡位置。针对上述同步器摘挡过程，提出控制策略，由于同步器动作迅速，动作时间短，将stage1至stage4作为压力控制阶段，而单边压力系统的同步器摘挡控制过程中，需要添加同步器预充油控制过程，因此，采用2阶段控制策略。如图6所示，本发明提供的基于单边压力控制系统的同步器摘挡过程控制方法，包括：phase1：充油相此阶段为摘挡预充油阶段，消除油腔间隙，以稳定压力pf进行充油，充油时间为tf。首先设定充油期望时间tf，采用不同的恒定压力进行预充，并检测实际预充油时间t1，当t1在期望时间范围内(0.09s)时，此时的充油压力即为pf。pf＝pf-base式中：pf-base为充油基础压力值与变速箱油温相关，查一维map，如表1所示。表1同步器摘一挡充油基础压力(单位：bar)与变速器油温(℃)的关系。油温-30-20-10010153045607590100110120130pf-base8.508.007.006.003.753.503.003.003.003.003.003.003.003.003.00此阶段的结束条件：拨叉无速度时，当检测到拨叉开始动作(拨叉位置出现变化)，结束充油相；或当phase1时间超过充油保护时间时，结束冲油相，进入phase2。此阶段控制过程可以有效避免由充油压力过小或过大，造成充油时间过长或充油结束时刻拨叉速度过快的现象，减少拨叉造成的冲击，改善换挡品质。phase2：压力控制phase2从拨叉开始动作至拨叉回到稳态空挡位置结束，此阶段的受力分析如图7-8所示。stage1：此阶段受拨叉自锁阻力和由带排扭矩引起的摩擦阻力，摩擦阻力很小，可忽略不计；stage2：此阶段受拨叉自锁阻力和带排扭矩阻力；stage3、stage4：此阶段拨叉做自由行程，不受带排扭矩和自锁机构的影响，理想情况下所受阻力是0，但经实验得，此阶段仍需要一个稳定阻力推动拨叉移动。根据各阶段所受阻力的特点以及拨叉运动情况采用前馈压力+速度pid闭环控制。前馈压力pfork，即基础摘挡力，根据拨叉实际位置xfork计算，以左侧同步器摘挡过程为例：1.当拨叉位置在(a,b)范围时：pfork＝pre12.当拨叉位置在(b,c)范围时：3.当拨叉位置在(c,d)范围时：pfork＝pre24.当拨叉位置在(d,e)范围时：5.当拨叉位置在(e,d')范围时：6.当拨叉位置越过d'点，即xfork＞d'时:pfork＝-pre3pre1的计算：pre1是克服拨叉自锁阻力需要的力。预设拨叉由a点至b点的平均速度，给出不同的恒定摘挡力，完成充油阶段，记录从拨叉开始动作到拨叉越过b点所需时间t1，计算拨叉a点到b点实际平均速度：当vab在预设平均速度范围内(1.5％/10ms)时，此时的恒定摘挡力即为pre1，计算为：pre1＝pre1base式中：pre1base为pre1基础压力值，与变速箱油温有关，查一维map表，如表2所示。表2同步器摘一挡基础压力值pre1base(单位：bar)与变速箱油温(单位：℃)的关系。油温-30-20-10010204060708090100110120130pre1base10.5010.508.506.005.635.254.503.753.383.002.632.502.502.502.50pre2的计算：pre2是拨叉自由行程需要克服的阻力，方法同pre1的计算。预设拨叉由c点至d点的平均速度，给出不同的恒定摘挡力，记录拨叉从c点移动至d点所需时间t2，计算c点到d点实际平均速度：当vcd在预设平均速度范围内(1.0％/10ms)时，此时的恒定摘挡力即为pre2，计算为：pre2＝pre2base式中：pre2base为pre2基础压力值，与变速箱油温有关，查一维map表，如表3所示。表3同步器摘一挡基础压力值pre2base(单位：bar)与变速箱油温(单位：℃)的关系。油温-30-20-10010204060708090100110120130pre2base17.0011.505.503.002.882.752.502.252.252.001.751.501.501.501.50pre3的计算：pre3为拨叉摘过e点时的反向回复力，此时拨叉收到的阻力均有利于拨叉退回e点，但回复速度较慢，为提高拨叉反向回复速度，并防止在e点出现来回震荡的情况，所以pre3不易过大，取拨叉刚好克服自由行程阻力需要的力。为提高控制精度，克服不同箱体间基础摘挡力的差异性，在基础摘挡力的基础上添加拨叉速度闭环控制策略，采用变参数pid控制，输入为实际与目标拨叉速度差值，输出为控制压力。图5为摘挡ph2阶段控制器原理。pid控制参数计算步骤：step1：确定pid允许最大调节压力范围pmax,pmin,其值与基础摘挡力pfork值的大小相关,允许修正的最大最小百分比为±30％，调节过小，会导致拨叉速度较小，造成摘挡超时失败，调节过大，拨叉速度过快，冲过稳态空挡位置，造成摘挡摘过失败；step2:确定p/i/d各环节分别允许调节的压力范围，同step1；step3:确定p/i/d调节到允许最大压力时，实际与目标拨叉速度之间的最大差值，该最大值与目标拨叉速度相关，目标值越大，相对最大阀值也应该提高；step4:p环节系数kp：通过最大允许调节值/对应最大拨叉速度差得到；step5:i环节系数ki：通过最大允许调节值/调节时间/最大拨叉速度差得到，调节时间为积分环节调节到最大值的期望时间；step6:d环节系数kd：直接置0，不进行微分调节。此外，为防止phase2阶段基础摘挡力过低或过高，pid调节范围不够时，导致拨叉摘挡慢或者摘过挡的情况，在phase2阶段增加压力补偿逻辑，当超出pid的调节能力后，进行额外压力补偿，以确保顺利摘档。当pid调节到最大压力时，并且拨叉实际速度远小于目标速度，增加phase2压力，压力调节步长与当前摘挡力及拨叉实际速度相关，查map得到；同样，当pid调节到最小压力时，并且拨叉实际速度远大于目标速度，减小phase2压力，压力调节步长与当前摘挡力及拨叉实际速度相关，查map得到。phase2结束条件：拨叉到达稳态e点范围内，并保持一定时间，结束phase2；phase2超过定时，结束phase2或摘挡总时间超过定时，结束phase2。针对同步器压力控制逻辑的匹配精度要求高，同一匹配参数控制不同箱体的差异性以及实际工况的复杂性等情况，出现同步器动作失败的现象，提出一种同步器摘挡失败的压力修正方法。由于现有的压力补偿逻辑的压力补偿范围有限，仍会出现摘挡失败的情况，引入换挡失败次数，修正当前基础压力，在重复摘挡尝试过程中进行补救。摘挡失败压力修正逻辑如图11所示，以摘1挡为例。当同步器开始摘1挡操作时，识别上次摘1挡动作是否失败，若不失败，则输出同步器摘挡正常计算参数；若失败，则开始识别摘挡失败具体的超时phase及拨叉状态；判断具体超时phase及拨叉状态，若phase1超时，则修正目标挡位充油压力，若不成立，则判断拨叉是否到达e点；若拨叉未到达e点且超时，则是压力过小，增加目标挡位摘挡力，若不成立，则判断拨叉是否越过e点；若拨叉越过e点，则是压力过大，减小目标挡位摘挡力，若不成立，则进入下一步骤。修正对应的基础压力后，输出同步器摘挡修正参数。摘挡失败phase1基础压力修正：同步器动作开始；目标档位为一档；同步器上次摘一档动作失败；同步器上次摘一挡ph1超时。同时满足上述条件，修正摘1挡ph1充油压力pf。修正力度与摘挡失败次数相关，失败次数越多，修正力度越大，以确保同步器能顺利摘挡。根据摘档失败次数，查一维map得到修正系数α，如表4所示。表4同步器摘一挡充油压力修正系数α与变速器输入轴转速(单位：r/min)的关系。转速700100015002000250030003500400045005000550060006500070007500α1.201.151.101.051.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.00修正目标挡位ph1充油压力计算：pf′＝pf-baseα摘挡失败phase2基础压力修正：摘挡力较小，拨叉未到达e点同步器动作开始；目标档位为一档；同步器上次摘一档动作失败；同步器上次摘一挡ph2超时；拨叉未到达e点。同时满足上述条件，根据拨叉停留位置选择修正基础摘挡力pre1和pre2。修正力度与摘挡失败次数，ph2拨叉平均速度相关，失败次数越多，修正力度越大，以确保同步器能顺利摘挡。当拨叉位置在(a，b)范围时，修正pre1，查一维map得到修正系数β，如表5所示。表5同步器摘一挡基础摘挡力pre1修正系数β与变速器输入轴转速(单位：r/min)的关系。转速70010001500200025003000350040004500500055006000650070007500β1.271.271.000.911.131.131.131.131.131.131.131.131.131.131.13修正目标挡位基础摘挡力计算：pre1'＝pre1baseβ当拨叉位置在(b，e)范围时，修正pre2，查一维map得到修正系数γ，如表6所示。表6同步器摘一挡基础摘挡力pre2修正系数γ与变速器输入轴转速(单位：r/min)的关系。转速70010001500200025003000350040004500500055006000650070007500γ1.301.301.000.871.081.081.081.081.081.081.081.081.081.081.08修正目标挡位基础摘挡力计算：pre2′＝pre2baseγ摘挡力较大，拨叉越过e点同步器动作开始；目标档位为一档；同步器上次摘一档动作失败；拨叉越过e点。同时满足上述条件，减小基础摘挡力pre1和pre2。修正力度与摘挡失败次数，ph2拨叉平均速度相关，失败次数越多，修正力度越大，以确保同步器能顺利摘挡。基于单边压力控制系统的同步器摘挡控制策略对摘挡过程进行详细分析，并提出一种摘挡失败后的基础压力修正方法。首先，对同步器的摘挡过程进行详细分析，为提出同步器摘挡控制策略奠定基础；其次，同步器摘挡失败的基础压力修正是当同步器摘挡失败后，在下次动作开始时修正当前基础压力，可以有效解决压力过大摘过挡和压力过小摘不回空挡两种失败情况，以确保同步器摘挡动作顺利进行，极大的减少了同步器重复摘挡失败的情况，具体改善效果如图11所示，当出现摘2挡失败情况时，在重复摘2挡尝试过程中，对摘挡基础压力进行了修正，包括充油压力，基础摘挡力等，确保同步器动作能成功，修正力度与摘挡失败次数相关，失败次数越多，修正力度越大；最后，本控制策略可以在满足驾驶员动力需求的前提下，就同步器压力控制逻辑的匹配精度要求高，同一匹配参数控制不同箱体的差异性以及实际工况的复杂性等情况，可减少同步器摘挡失败次数，改善同步器的工作效率。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。当前第1页12