基于amt的hev/ev再生制動過程中降擋協調控制方法及機電系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于AMT的HEV/EV再生制動過程中降擋協調控制方法及機電系統，其中TCU的越權請求得到VCU允許后，TCU將機械制動系統的期望制動力設置為駕駛員的期望制動力發給BCU，獲得BCU控制的機械制動系統實際提供的制動力，計算驅動電機的期望制動力，并根據驅動電機的期望制動力通知MCU調節驅動電機制動力；監測到驅動電機制動力低于設定閾值時控制AMT進行摘擋；獲知摘擋后控制AMT選擋，并采集目標擋位齒輪的轉速，通過MCU控制驅動電機的輸出轉速；獲知到AMT選擋結束且驅動電機的輸出轉速與目標擋位齒輪的轉速差值小于轉速差值閾值后，控制AMT進擋換到目標檔位。本發明可保證再生制動過程中的制動安全和制動效能。
【專利說明】
基于AMT的HEV/EV再生制動過程中降擋協調控制方法及機電 系統
技術領域
[0001] 本發明涉及汽車控制領域，尤其涉及基于AMT的HEV/EV再生制動過程中AMT的降擋 協調控制技術。
【背景技術】
[0002] 隨著能源問題與環境污染的日益嚴重，汽車技術正不斷朝著節能減排的方向發 展。混合動力汽車/純電動汽車(HEV/EV)在減少燃油消耗和降低污染物排放等方面有巨大 的潛能，是當今汽車行業的焦點。其中，再生制動是HEV/EV實現節能的主要方式，因此如何 提高再生制動的能量、保證制動過程的安全性等問題格外受到關注。
[0003] 對于安裝有自動變速箱的HEV/EV，在再生制動過程中進行降擋，不僅能強化汽車 的再加速能力，而且還能提高再生制動回收的能量。但是，對于基于自動機械式變速器 (AMT)的HEV/EV，由于換擋過程中存在動力中斷，所以再生制動過程中降擋就會使電機制動 力中斷，導致車輛制動過程中出現竄動現象，極大影響了制動的安全性。因此，需要設計一 種降擋協調控制的方法來保證再生制動過程中的制動安全和制動效能。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的是針對目前存在的問題，基于AMT的HEV/EV為對象，提供了一種基于 AMT的HEV/EV再生制動過程中降擋協調控制方法及機電系統，其能夠保證再生制動過程中 的制動安全和制動效能。
[0005] 本發明的目的通過如下技術方案實現：
[0006] 本發明提供一種基于AMT的HEV/EV再生制動過程中降擋協調控制方法，其包括：
[0007] 步驟S201，TCU收到VCU的降擋指令;該降擋指令是VCU根據駕駛員的制動意識和當 前車輛運行狀況發出的；
[0008] 步驟S202，T⑶向V⑶提出越權請求，請求越權控制Μ⑶和B⑶；
[0009] 步驟S203，TCU越權請求得到VCU允許后，將機械制動系統的期望制動力設置為駕 駛員的期望制動力發送給BCU，獲得BCU控制機械制動系統調節制動力的控制結果，其中包 含機械制動系統實際提供的制動力；
[0010] 步驟S204，TCU根據BCU實時反饋的機械制動系統實際提供的制動力，計算出驅動 電機的期望制動力，并將驅動電機的期望制動力發送給MCU;MCU根據驅動電機的期望制動 力控制驅動電機制動力；
[0011] 步驟S205，T⑶監測到驅動電機制動力低于設定驅動電機制動力閾值時，T⑶控制 ΑΜΤ進行摘擋；
[0012] 步驟S206，TCU獲知ΑΜΤ摘擋后，TCU控制ΑΜΤ選擋，同時TCU采集到ΑΜΤ中的目標擋位 齒輪的轉速，然后通過MCU控制驅動電機的輸出轉速；
[0013]步驟S207,獲知到ΑΜΤ選擋結束并且驅動電機的輸出轉速與ΑΜΤ中的目標擋位齒輪 的轉速差值小于轉速差值閾值后，TCU控制AMT進擋，換到目標檔位。
[0014]更優選地，所述的HEV/EV再生制動過程中的降擋協調控制方法還包括：
[0015]步驟S208,獲知到目標檔位換上之后，T⑶計算出驅動電機應恢復的制動力期望值 和機械制動系統需要減小到的制動力期望值，將機械制動系統需要減小到的制動力期望值 發送給BCU，獲得BCU控制機械制動系統反饋的機械制動系統實際提供的制動力；
[0016] 步驟S209，TCU根據BCU實時反饋的機械制動系統實際提供的制動力，計算出驅動 電機的期望制動力，并將驅動電機的期望制動力發送給MCU，MCU根據驅動電機的期望制動 力控制驅動電機制動力；
[0017] 步驟S210，T⑶監控到實際的機械制動力接近需要減小到的制動力期望值，并且， 驅動電機制動力接近驅動電機應恢復的制動力期望值，則執行步驟S211，結束驅動電機和 機械制動系統制動力的調節，向VCU發送結束越權控制的信號。
[0018] 更優選地，所述步驟S204和所述步驟S209中，利用如下公式計算出驅動電機的期 望制動力：
[0019]
[0020] 其中7;表示驅動電機的期望制動力，表示駕駛員的期望制動力，TB表示機械制 動系統實際提供的制動力，i〇表示主減速器傳動比，ig表示AMT傳動比。
[0021] 更優選地，所述步驟S208中，
[0022] TCU采用如下公式計算出驅動電機應恢復的制動力期望值：
[0023]
[0024] 其中皂，表示驅動電機應恢復的制動力期望值，f表示駕駛員的期望制動力，io表 示主減速器傳動比，ig表示AMT傳動比，7:表示驅動電機能夠提供的最大制動力。
[0025] TCU采用如下公式計算出機械制動系統需要減小到的制動力期望值：
[0026]
[0027]其中勾表示機械制動系統需要減小到的制動力期望值，f表示駕駛員的期望制動 力，io表示主減速器傳動比，ig表示AMT傳動比，表示驅動電機應恢復的制動力期望值。 [0028]本發明還提供一種HEV/EV的機電系統，其特征在于，所述的機電系統包括：
[0029]動力電池、逆變器、驅動電機、自動機械式變速器AMT、機械制動系統、電池管理系 統BMS、驅動電機控制器MCU、AMT控制器TCU、制動控制器BCU和整車控制器VCU;
[0030] 所述動力電池與驅動電機之間通過逆變器連接，動力電池由BMS管理控制，逆變器 由MCU控制;動力電池可以為驅動電機提供電力，驅動電機提供整車的動力，在制動過程中， 驅動電機提供制動力為動力電池充電；
[0031] 驅動電機連接AMT，AMT由TCU控制進行選換擋動作，通過AMT的換擋調節驅動電機 的工作點；
[0032]機械制動系統由B⑶控制；
[0033] V⑶作為整車控制的核心，按照所述權利要求1至4中任意一項權利要求所述的一 種HEV/EV再生制動過程中的降擋協調控制方法，給BMS、TCU、MCU和BCU發送指令，并應越權 控制請求決定是否允許BMS、TCU、MCU或BCU調用所述降擋協調控制方法進行越權控制；
[0034] 上述BMS、M⑶、T⑶、B⑶和V⑶各個控制器之間基于局域網通過CAN協議互相通訊。
[0035] 由上述本發明的技術方案可以看出，本發明通過在再生制動過程中，協調控制電 機的制動力矩和機械制動系統的制動力，在AMT降擋時控制電機制動力減小而機械制動力 補償，保證總制動力滿足駕駛員的期望，降擋結束后電機制動力恢復而機械制動力也相應 減小，因此本發明可以保證再生制動過程中的制動安全和制動效能。
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發明的降擋協調控制方法基于的機電系統的結構示意圖；
[0037] 圖2為本發明的降擋協調控制方法的算法流程圖。
【具體實施方式】
[0038] 為了使本領域的技術人員更好地理解本申請的技術方案，以下將結合附圖對本發 明做進一步詳細說明。
[0039] 本申請文件中的上、下、左、右、前和后等方位用語是基于附圖所示的位置關系而 建立的。附圖不同，則相應的位置關系也有可能隨之發生變化，故不能以此理解為對保護范 圍的限定。
[0040] 本發明提供的一種基于AMT的HEV/EV再生制動過程中降擋協調控制方法，應用于 如下HEV/EV的機電系統實現，該機電系統的結構如圖1所示，包括：
[0041 ]動力電池、逆變器、驅動電機、自動機械式變速器(AMT )、機械制動系統、電池管理 系統(BMS)、電機控制器(MCU)、AMT控制器(T⑶)、制動控制器(B⑶)和整車控制器(V⑶)。 [0042] 上述動力電池與驅動電機之間通過逆變器連接，動力電池由BMS管理控制，逆變器 由MCU控制;動力電池可以為驅動電機提供電力，驅動電機提供整車的動力，在制動過程中， 驅動電機提供制動力，從而為動力電池充電。
[0043] 驅動電機連接AMT，AMT由TCU控制進行選換擋動作，通過AMT的換擋可以調節電機 的工作點。
[0044]機械制動系統為液壓機械制動系統，其一方面作為車輛緊急制動的保證，另一方 面可以在電機無法提供足夠大的制動力的時候補償制動，機械制動系統由BCU控制。
[0045] V⑶作為整車控制的核心，運行上層策略，給BMS、TCU、MCU和B⑶發送指令。上述 BMS、MCU、TCU、BCU和VCN各個控制器之間基于局域網（CAN)通過CAN協議互相通訊。除VCU之 外的其它控制器要控制另外的控制器，必須向VCU發出越權控制請求，獲得允許后才可以調 用所述降擋協調控制方法進行越權控制。
[0046]由于HEV在制動時可以通過離合器分離將發動機與傳動系統的鏈接切斷，所以制 動過程中HEV與EV的機電系統，以及機電系統中各個控制器之間的通訊是一致的。所以上述 機電系統同時適用于HEV與EV。
[0047]基于上述機電系統，本發明提供的一種HEV/EV再生制動過程中的降擋協調控制方 法，其可以集成在VCN中執行，也可以放置在其它位置由VCN實時調取。
[0048] 實施例一
[0049] 本發明提供一種基于AMT的HEV/EV再生制動過程中降擋協調控制方法，在再生制 動過程中決定AMT降擋之后，首先進行制動。根據駕駛員的制度意識獲知到駕駛員的期望制 動力，控制驅動電機降低制動力矩，并通過機械制動系統補償驅動電機所降低的制動力，使 驅動電機的制動力與機械制動系統的制動力二者之和始終保持與駕駛員制動意圖一致，以 保證總制動力滿足駕駛員的需求。然后在驅動電機制動力矩降到設定閾值以下后，控制AMT 摘擋;接著控制驅動電機調速使AMT輸入軸轉速與AMT中的目標擋位齒輪的轉速一致，同時 AMT選檔，完成后AMT進擋，從而結束整個選換擋動作。最后控制驅動電機恢復制動力。同樣， 在驅動電機恢復制動力的同時，機械制動力逐漸減小，二者協調使制動力總和符合駕駛員 的制動意圖。
[0050]考慮到機械制動系統對制動力的調節能力遠低于驅動電機對制動力的調節能力， 如果驅動電機迅速降低力矩，機械制動系統無法立即補償，就會導致制動力瞬間失控，因此 本發明在制動過程中，先在控制驅動電機降低制動力矩后計算出機械制動系統的期望制動 力，然后讓BCU控制機械制動系統達到期望制動力，同時實時反饋控制結果(機械制動系統 實際提供的制動力），并根據該機械制動系統實際提供的制動力計算出此時驅動電機應降 低的制動力，讓MCU控制驅動電機降低相應的力矩，最后當機械制動系統的制動力達到期望 值的時候，驅動電機制動力基本降為零。整個過程中，保證二者制動力之和符合駕駛員制動 意圖。
[0051 ]本發明的詳細實施流程如圖2所示，包括如下步驟：
[0052]步驟S201，TCU收到降擋指令，該降擋指令是VCU根據駕駛員的制動意識和當前車 輛運行狀況給TCU發出的；
[0053] 步驟S202，T⑶向V⑶提出越權請求，請求越權控制Μ⑶和B⑶。
[0054] 為了防止各個控制器之間通訊混亂，Τ⑶必須獲得VCU的允許后才能越權控制Μ⑶ 和 BCU〇
[0055] 步驟S203，TCU的請求得到VCU允許后，根據當前驅動電機提供的制動力匕和機械 制動系統提供的制動力I?以及駕駛員的期望制動力Τ'將機械制動系統的期望制動力設置 為f發送給BCU，獲得BCU控制機械制動系統調節制動力的控制結果，其中包含機械制動系 統實際提供的制動力T B。
[0056] 當前驅動電機提供的制動力7:和機械制動系統提供的制動力^以及駕駛員的期 望制動力三者之間滿足如下關系：
[0057]
[0058] 其中，f表示駕駛員的期望制動力，iQ表示主減速器傳動比，ig表示AMT傳動比，7: 表示當前驅動電機提供的制動力，g表示機械制動系統提供的制動力。
[0059]要進行降擋動作，必須要驅動電機先降低輸出轉矩，所以為了保證總制動力符合 駕駛員要求，要使機械制動力達到總制動力，才能使驅動電機制動力降為零。
[0060]步驟S204，TCU根據BCU實時反饋的控制結果（機械制動系統實際提供的制動力 TB)，計算出驅動電機的期望制動力（記為仏），并將驅動電機的期望制動力發送給MCUJCU 根據驅動電機的期望制動力控制驅動電機制動力使其盡量達到期望制動力。
[0061 ]其中的驅動電機的期望制動力采用如下公式計算出：
[0062] 一 ' 一 …
[0063]其中τ?,表示驅動電機的期望制動力，表示駕駛員的期望制動力，TB表示機械制 動系統實際提供的制動力，io表示主減速器傳動比，ig表示AMT傳動比。
[0064] Μ⑶控制驅動電機達到期望制動力后，可以反饋實際的驅動電機制動力給TCU，也 可以不反饋此結果，此情況下TCU會直接默認MCU已經完成控制驅動電機達到期望制動力。 [0065]由于驅動電機對轉矩指令的響應非常快，可以在極短的時間達到期望值，所以通 過實時調節驅動電機的轉矩來保證驅動電機與機械制動系統的總制動力符合駕駛員制動 意圖。
[0066]當機械制動系統實際提供的制動力ΤΒ基本達到期望制動力時，驅動電機制動力 (記為ΤΕΜ)應基本趨于零，這時候進行摘擋操作才更安全。于是執行如下步驟。
[0067] 步驟S205，TCU監測到驅動電機制動力低于設定驅動電機制動力閾值時，即 4 C (其中ΤΕΜ表示驅動電機制動力，巧,表示設定驅動電機制動力閾值），TCU控制ΑΜΤ進 行摘擋。
[0068] 步驟S206，TCU獲知AMT摘擋后，TCU控制AMT選擋，同時TCU采集到AMT中的目標擋位 齒輪的轉速，然后通過MCU控制驅動電機調速，使驅動電機的輸出轉速（即AMT輸入軸轉速） 盡量與AMT中的目標擋位齒輪的轉速一致，并獲得相應的反饋結果。
[0069] 驅動電機調速的目的是為了下一步的進擋順利，如果AMT輸入軸轉速與目標擋位 齒輪的轉速有很大的轉速差，進擋時要靠同步器的滑摩力消除轉速差，會導致進擋時間長， 易造成換擋沖擊。
[0070] 步驟S207，獲知到AMT選擋結束并且AMT輸入軸轉速與目標擋位齒輪的轉速差值小 于轉速差值閾值后，T⑶控制AMT進擋，換到目標檔位。
[0071] 為了保證汽車能量的回收，在換擋過程結束后，應盡快恢復驅動電機的制動力。根 據當前駕駛員的期望制動力，如果驅動電機能獨自提供制動力，則全部由驅動電機提供而 機械制動力降為零，如果不能則驅動電機提供最大制動力，剩下的由機械制動力補償。 [0072]步驟S208,獲知到目標檔位換上之后，T⑶計算出驅動電機應恢復的制動力期望值 (用表示)和機械制動系統需要減小到的制動力期望值（用打表示），將機械制動系統需 要減小到的制動力期望值發送給BCU，獲得BCU控制機械制動系統反饋的機械制動系統實際 提供的制動力Tb。
[0073] 其中驅動電機應恢復的制動力期望倌采用如下公式計筧出：
[0074] ,EM ……. .0,.g,JEU ..............
....................................
[0075] 其中匕表示驅動電機應恢復的制動力期望值，表示駕駛員的期望制動力，i〇表 示主減速器傳動比，ig表示AMT傳動比，2:表示驅動電機能夠提供的最大制動力。
[0076] 其中的機械制動系統需要減小到的制動力期望值采用如下公式計算出：
[0077]
[0078] 其中g表示機械制動系統需要減小到的制動力期望值，f表示駕駛員的期望制動 力，io表示主減速器傳動比，ig表示AMT傳動比，表示驅動電機應恢復的制動力期望值。 [0079]步驟S209，TCU根據BCU實時反饋的機械制動系統實際提供的制動力T B，再次利用 式2計算出驅動電機的期望制動力？：M，并將驅動電機的期望制動力仏發送給Μ⑶，MCU控制 驅動電機使其制動力盡量達到驅動電機的期望制動力、.?? :。
[0080] Μ⑶控制驅動電機制動力達到期望值后，可以將控制結果反饋給T⑶。
[0081]步驟S210，TCU是否監控到實際的機械制動力接近需要減小到的制動力期望值和 驅動電機制動力接近驅動電機應恢復的制動力期望值，若監控到，則執行步驟S211，T⑶結 束驅動電機和機械制動系統制動力的調節，向VCU發送結束越權控制的信號，降擋過程結 束;否則，繼續此步驟S210。
[0082]其中實際的機械制動力接近需要減小到的制動力期望值和驅動電機制動力接近 驅動電機應恢復的制動力期望倌的判斷標準滿足如下公式：
[0083]
[0084] 其中，^為驅動電機應恢復的制動力期望值，TEM為實際的機械制動力，eEM為機械 制動力差值閾值;匕 1為機械制動系統制動力需要減小到的期望值，TB為實際的驅動電機制 動力，eB為驅動電機制動力差值閾值。
[0085] 實施例二
[0086]本發明提供另一種基于AMT的HEV/EV再生制動過程中降擋協調控制方法，其與實 施例一的區別是僅僅包括步驟S201-步驟S207的執行過程，其能夠完成HEV/EV再生制動過 程中的選換擋。
[0087]雖然本發明已以較佳實施例公開如上，但實施例并不限定本發明。在不脫離本發 明之精神和范圍內，所做的任何等效變化或潤飾，同樣屬于本發明之保護范圍。因此本發明 的保護范圍應當以本申請的權利要求所界定的內容為標準。
【主權項】
1. 一種HEV/EV再生制動過程中的降擋協調控制方法，其特征在于，所述降擋協調控制 方法包括： 步驟S201，TCU收到VCU的降擋指令;該降擋指令是VCU根據駕駛員的制動意識和當前車 輛運行狀況發出的； 步驟S202，TCU向VCU提出越權請求，請求越權控制MCU和BCU; 步驟S203，TCU越權請求得到VCU允許后，將機械制動系統的期望制動力設置為駕駛員 的期望制動力發送給BCU，獲得BCU控制機械制動系統調節制動力的控制結果，其中包含機 械制動系統實際提供的制動力； 步驟S204，TCU根據BCU實時反饋的機械制動系統實際提供的制動力，計算出驅動電機 的期望制動力，并將驅動電機的期望制動力發送給MCU;MCU根據驅動電機的期望制動力控 制驅動電機制動力； 步驟S205，TCU監測到驅動電機制動力低于設定驅動電機制動力閾值時，TCU控制AMT進 行摘擋； 步驟S206，TCU獲知AMT摘擋后，TCU控制AMT選擋，同時TCU采集到AMT中的目標擋位齒輪 的轉速，然后通過MCU控制驅動電機的輸出轉速； 步驟S207,獲知到AMT選擋結束并且驅動電機的輸出轉速與AMT中的目標擋位齒輪的轉 速差值小于轉速差值閾值后，TCU控制AMT進擋，換到目標檔位。2. 根據權利要求1所述的降擋協調控制方法，其特征在于，所述的降擋協調控制方法還 包括： 步驟S208,獲知到目標檔位換上之后，TCU計算出驅動電機應恢復的制動力期望值和機 械制動系統需要減小到的制動力期望值，將機械制動系統需要減小到的制動力期望值發送 給BCU，獲得BCU控制機械制動系統反饋的機械制動系統實際提供的制動力； 步驟S209，TCU根據BCU實時反饋的機械制動系統實際提供的制動力，計算出驅動電機 的期望制動力，并將驅動電機的期望制動力發送給MCU，MCU根據驅動電機的期望制動力控 制驅動電機制動力； 步驟S210，T⑶監控到實際的機械制動力接近需要減小到的制動力期望值，并且，驅動 電機制動力接近驅動電機應恢復的制動力期望值，則執行步驟S211，結束驅動電機和機械 制動系統制動力的調節，向VCU發送結束越權控制的信號。3. 根據權利要求2所述的降擋協調控制方法，其特征在于，所述步驟S204和所述步驟 S209中，利用如下公式計算出驅動電機的期望制動力：其中『；表示驅動電機的期望制動力，表示駕駛員的期望制動力，TB表示機械制動系 統實際提供的制動力，i〇表示主減速器傳動比，ig表示AMT傳動比。4. 根據權利要求2或3任意一項所述的降擋協調控制方法，其特征在于，所述步驟S208 中， TCU采用如下公式計算出驅動電機應恢復的制動力期望值：其中表示驅動電機應恢復的制動力期望值，f表示駕駛員的期望制動力，io表示主 減速器傳動比，ig表示AMT傳動比表示驅動電機能夠提供的最大制動力。 TCU采用如下公式計算出機械制動系統需要減小到的制動力期望值：其中打表示機械制動系統需要減小到的制動力期望值，f表示駕駛員的期望制動力，i〇 表示主減速器傳動比，ig表示AMT傳動比，ri，表示驅動電機應恢復的制動力期望值。5. -種HEV/EV的機電系統，其特征在于，所述的機電系統包括： 動力電池、逆變器、驅動電機、自動機械式變速器AMT、機械制動系統、電池管理系統 BMS、驅動電機控制器MCU、AMT控制器T⑶、制動控制器B⑶和整車控制器V⑶； 所述動力電池與驅動電機之間通過逆變器連接，動力電池由BMS管理控制，逆變器由 MCU控制;動力電池可以為驅動電機提供電力，驅動電機提供整車的動力，在制動過程中，驅 動電機提供制動力為動力電池充電； 驅動電機連接AMT，AMT由TCU控制進行選換擋動作，通過AMT的換擋調節驅動電機的工 作點； 機械制動系統由BCU控制； VCU作為整車控制的核心，按照所述權利要求1至4中任意一項權利要求所述的一種 HEV/EV再生制動過程中的降擋協調控制方法，給BMS、TCU、MCU和BCU發送指令，并應越權控 制請求決定是否允許BMS、TCU、MCU或BCU調用所述降擋協調控制方法進行越權控制； 上述BMS、MCU、T⑶、B⑶和V⑶各個控制器之間基于局域網通過CAN協議互相通訊。
【文檔編號】B60L15/20GK105857087SQ201610390473
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月3日
【發明人】李亮, 王翔宇, 李旭健, 何凱, 張曉宏
【申請人】清華大學