本技術涉及汽車自動變速器控制，具體為一種無同步器電機直驅式自動變速器換擋過程控制方法。

背景技術：

1、近年，隨著技術的不斷更新升級，汽車行業迎來蓬勃的生命力，新技術層出不窮。尤其對于商用車行業來說，得到進一步的發展。在商用車礦卡領域，由于其工作的特殊性，相比于傳統輕重型卡車，對變速器的要求存在較大的差異。礦卡經常處于低速重載顛簸等工況，因此對傳動系統的傳動效率及傳遞扭矩大小要求比較高。隨著電驅技術的革新，電動礦卡逐漸成為主流，無同步器電機直驅式自動變速箱慢慢進入人們的視野，由于其結構的特殊性，變速器的換擋控制過程，受到多方學者及機構研究。

2、目前而言，對于無同步器直驅式的自動變速器，其換擋控制過程基本上是先降扭，然后摘空擋，再調速，接著掛擋，最后增扭。對于其中具體的每個過程，控制方式也因人而異，無論哪種控制方式，其最終的控制目的是使得掛擋平順無沖擊，動力中斷時間短，掛擋成功率高。當前的許多控制方式，在縮短換擋時間、減少換擋沖擊以及提高掛擋成功率方面還有所欠缺。現有長短齒間布的齒輪齒套嚙合結構能在一定程度上減少直齒沖擊噪音，加上長齒起到的導向作用，駕駛員的感覺更加柔和、平順。

3、基于長短齒間布方式的齒輪齒套嚙合結構，本技術提出一種新的換擋過程控制策略，在一定程度上，能夠使得換擋更平順，沖擊得到改善，動力中斷時間縮短，提高掛擋的成功率，控制系統適應性更強，魯棒性更好。

技術實現思路

1、針對現有技術的不足，本技術提供了一種無同步器電機直驅式自動變速器換擋過程控制方法，旨在提供一種換擋更平順、改善換擋沖擊、縮短換擋時間的換擋過程控制方法。

2、為實現上述目的，本技術提供一種無同步器電機直驅式自動變速器換擋過程控制方法，應用于長短齒間布方式的齒輪齒套嚙合結構，所述方法包括：

3、將換擋過程分為四個階段：降扭至摘空擋階段、電機調速至消除掛擋空行程階段、入擋至變速對齒同步階段，以及完全入擋至增扭階段；

4、在換擋過程各階段通過采集當前整車和變速箱的狀態信息以及相關傳感器信息，狀態信息和傳感器信息包括：油門踏板位置、制動行程位置、驅動電機的實際扭矩、各擋位換擋傳感器換擋位置、坡度傳感器值、換擋電機電流、驅動電機轉速、當前擋位、目標擋位、輸出軸轉速和換擋過程狀態，以進行換擋過程控制；其中，

5、在所述降扭至摘空擋階段，根據實際扭矩變化情況結合預估時間前饋、開閉環聯控及分工況進行摘擋；

6、在所述電機調速至消除掛擋空行程階段，采用動態目標轉速速率和動態目標轉速，結合穿越目標轉速調速方式進行調速控制，使用帶轉速速率前饋增益的級聯轉速速率、以及轉速控制器調節轉速速率和轉速進行速率及轉速同步。

7、可選地，在所述降扭至摘空擋階段之前，所述方法還包括：

8、s10：監測換擋過程狀態，若換擋開始，則記錄換擋開始扭矩，并根據當前擋位、目標擋位以及輸出軸轉速獲取驅動電機基礎目標轉速；

9、s20：根據當前的驅動電機轉速、驅動電機實際扭矩、油門大小以及制動行程大小確定降扭速率；

10、s30：基于降扭速率計算預計降扭時間。

11、可選地，所述降扭至摘空擋階段，根據實際扭矩變化情況結合預估時間前饋、開閉環聯控及分工況進行摘擋包括：

12、s40：摘空擋第一階段，換擋開始至實際扭矩大于等于2/3換擋開始扭矩時，換擋電機采用開環占空比間歇進行摘擋，同時監測換擋電機的電流大小以及實際扭矩；

13、s50：摘空擋第二階段，實際扭矩在換擋開始扭矩的1/3至2/3范圍內時，采集換擋位置傳感器值及實際扭矩，計算獲取降扭速率，保持恒定換擋位置傳感器變化速率進行摘擋，以恒定的換擋位置傳感器變化速率為控制目標，采用閉環控制方式實時調整換擋電機的輸出占空比；

14、s60：摘空擋第三階段，實際扭矩小于1/3換擋開始扭矩時，采集換擋位置傳感器值和驅動電機實際扭矩值，采用以空擋位置為目標的位置閉環控制輸出換擋電機占空比。

15、可選地，在所述電機調速至消除掛擋空行程階段之前，所述方法還包括：

16、a1：判斷當前擋位與目標擋位是否共用一個換擋執行器；

17、a2：若共用一個換擋執行器，則判斷摘擋實際位置是否在下限頂齒位置與上限頂齒位置范圍內；若摘擋實際位置在下限頂齒位置與上限頂齒位置范圍內，則所述降扭至摘空擋階段結束；

18、a3：若未共用一個換擋執行器，則判斷換擋位置是否在空擋中心位置閾值內；若換擋位置在空擋中心位置閾值內，則所述降扭至摘空擋階段結束，進入所述電機調速至消除掛擋空行程階段；若換擋位置不在空擋中心位置閾值內，則繼續執行a1，a2，a3直至換擋位置在空擋中心位置閾值內。

19、可選地，所述在所述電機調速至消除掛擋空行程階段，采用動態目標轉速速率和動態目標轉速，結合穿越目標轉速調速方式進行調速控制，使用帶轉速速率前饋增益的級聯轉速速率、以及轉速控制器調節轉速速率和轉速進行速率及轉速同步，包括調速階段：

20、s71：速率及轉速同步前準備階段采用動態目標轉速，以及比例參數進行控制；

21、s72：速率及轉速同步階段，采用動態目標轉速速率和動態目標轉速，使用帶轉速速率前饋增益的級聯轉速速率、以及轉速控制器調節轉速速率及轉速進行轉速同步。

22、可選地，在所述電機調速至消除掛擋空行程階段，所述方法還包括消除掛擋軸向空行程階段：

23、s73：采用非線性單個類比例參數控制；

24、s74：采用周期性恒占空比、固定時間周期、間歇式移動保守控制方式，包含撥頭回退過程；其中，所述撥頭回退過程為：若調速階段的所述s71和所述s72先于本階段完成或同時完成，則直接進入所述入擋至變速對齒同步階段，否則在掛擋軸向位置到達設定點后，進行小幅度設定行程回退，以回退設定行程。

25、可選地，在所述入擋至變速對齒同步階段，所述方法包括：

26、s81：采用考慮隨坡度變化的重力加速度分量前饋的位置、速度及加速度三閉環控制方式跟隨設定入擋曲線，若頂齒則換擋位置往空擋方向回退設定行程后繼續跟隨設定入擋曲線掛擋；

27、s82：在換擋位置達到入擋至變速對齒同步階段終點位置區域后，調節驅動電機轉速使齒輪與齒套形成轉速速率差以完成對齒，消除齒間周向間隙；其中，所述調節驅動電機轉速的方式為包括：根據經典力學彈性碰撞理論以及齒輪齒套間間隙物理差值構建最優目標轉速速率函數。

28、可選地，在所述完全入擋至增扭階段之前，所述方法還包括：

29、若滿足變速對齒同步結束條件，則判定入擋至變速對齒同步階段結束，進入完全入擋至增扭階段，變速對齒同步結束條件為：

30、

31、其中，為齒輪齒套周向相對旋轉弧長，為驅動電機扭矩，為使驅動電機轉動的最小扭矩，nmot_act(t)為當前驅動電機轉速，ndm_b(t)為驅動電機調速值，δnset為轉速達到目標值判定閾值，δnmot_act(t)為當前驅動電機轉速速率，δnrate為驅動電機扭矩為、目標擋位為i擋、自動變速器輸出端無負載時的轉速速率，為標定調整系數。

32、可選地，在所述完全入擋至增扭階段，所述方法包括：

33、采用半閉環控制方式，以驅動扭矩調節方式入擋；

34、在入擋同時基于換擋位置曲線增扭以恢復扭矩，換擋位置達到設定位置范圍內，換擋撥頭往空擋方向回退設定距離，后將扭矩恢復至需求扭矩；其中，在所述將扭矩恢復至需求扭矩時，基于換擋執行機構的負載特性，調整恢復的扭矩值大小。

35、可選地，所述以驅動扭矩調節方式入擋包括：設定入擋及回退位置跟隨曲線；基于滾珠絲杠結構，構建換擋電機與換擋位置物理關系；換擋電機恒占空比輸出；

36、所述基于換擋位置曲線增扭以恢復扭矩還包括：構建滾珠絲杠結構的換擋電機負載特性與驅動扭矩間關系；根據換擋電機負載特性與驅動扭矩間關系，以及直流有刷電機的轉矩、電壓及運動特性，設定位置曲線，以令驅動電機扭矩隨換擋位置變化逐漸增加。

37、本技術提供的一種無同步器電機直驅式自動變速器換擋過程控制方法，應用于長短齒間布方式的齒輪齒套嚙合結構，該方法包括：將換擋過程分為四個階段：降扭至摘空擋階段、電機調速至消除掛擋空行程階段、入擋至變速對齒同步階段，以及完全入擋至增扭階段；在換擋過程各階段通過采集當前整車和變速箱的狀態信息以及相關傳感器信息，狀態信息和傳感器信息包括：油門踏板位置、制動行程位置、驅動電機的實際扭矩、各擋位換擋傳感器換擋位置、坡度傳感器值、換擋電機電流、驅動電機轉速、當前擋位、目標擋位、輸出軸轉速和換擋過程狀態，以進行換擋過程控制；其中，在所述降扭至摘空擋階段，根據實際扭矩變化情況結合預估時間前饋、開閉環聯控及分工況進行摘擋；在所述電機調速至消除掛擋空行程階段，采用動態目標轉速速率和動態目標轉速，結合穿越目標轉速調速方式進行調速控制，使用帶轉速速率前饋增益的級聯轉速速率、以及轉速控制器調節轉速速率和轉速進行速率及轉速同步。

38、本技術通過提供一種無同步器電機直驅式自動變速器換擋過程控制方法，基于無同步器電機直驅式自動變速器動力總成，基于電機直驅的特點和變速器換擋機械結構，基于理論計算及經驗，將整個換擋位置運動過程包含于驅動電機的降扭、調速及增扭過程，縮短了變速器換擋時間。本技術還采用長短齒間布方式的齒輪齒套嚙合結構，結合穿越目標轉速調速方式，同時采用動態目標轉速速率和動態目標轉速，使用帶轉速速率前饋增益的級聯轉速速率及轉速控制器調節轉速速率及轉速，改善了齒輪齒套嚙合瞬間因速差或速度變化率過大造成換擋沖擊問題，并且因為嚙合階段長短齒間布減少了頂齒概率，提高了掛擋成功率。