一种基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法

技术领域

本发明涉及电动轻卡技术领域，尤其涉及一种基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法。

背景技术

市场上现有新能源车的驱动系统多是采用电机直驱的方式，这种驱动类型广泛应用于乘用车和低吨位卡车领域，直驱电机能够满足这类车型在低速段和坡道段的扭矩需求。但对于大吨位的电动轻卡和电动重卡来说，其较大的整车总质量已远超市场上直驱电机的能力范围，单靠电机直驱是无法满足这类车型在低速段和坡道的的动力需求。为提高车辆的起步性能和坡道通过性，需要在电机和驱动桥之间增加变速箱来增强电机在低速时的扭矩输出。另，对于想要更高通过性和更强起步能力的低吨位轻卡来说，多挡位变速箱也是必要的选择。

但现有技术中关于多挡位变速箱的换挡策略都是依据固定的换挡电机转速点来切换挡位，且多为自动挡变速箱，这种策略无法同时满足车辆在不同吨位下通过平路和坡道的行驶需求。这就可能导致车辆出现以下问题：在爬坡过程因为挡位不合适出现高低挡位来回切换的问题；在爬坡过程因长时间高挡高扭低速而出现电机过温的问题；在平路行驶过程中因挡位不合适出现动力不足，加速时间长，换挡时间长，换挡顿挫等等问题。

因此，亟需一种基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法，以解决上述现有技术中的问题，能够在车辆行驶于不同路况时均保证电机性能的条件下满足动力性和通过性要求。

本发明提供了一种基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法，其中，包括：

根据车辆在不同载荷下通过不同坡度的车速要求计算变速箱承受的阻力矩；

根据电机性能和变速箱速比确定电机的转速区间和扭矩区间；

根据电机的输出扭矩和变速箱承受的阻力矩的大小关系，确定变速箱挡位。

如上所述的基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法，其中，优选的是，所述根据车辆在不同载荷下通过不同坡度的车速要求计算变速箱承受的阻力矩，具体包括：

至少根据车辆目标车速和车辆后桥减速比，计算车辆的滑行阻力矩；

至少根据车辆载荷质量、坡道坡度值和车辆后桥减速比，计算车辆爬坡的爬坡阻力矩；

根据车辆的滑行阻力矩和车辆爬坡的爬坡阻力矩，计算车辆在不同载荷下通过不同坡度坡道的总阻力矩。

如上所述的基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法，其中，优选的是，所述至少根据车辆目标车速和车辆后桥减速比，计算车辆的滑行阻力矩，具体包括：

根据车辆目标车速、车辆后桥减速比、滑行阻力系数和轮胎滚动半径，通过以下公式计算车辆的滑行阻力矩：

其中，T

如上所述的基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法，其中，优选的是，所述至少根据车辆载荷质量、坡道坡度值和车辆后桥减速比，计算车辆爬坡的爬坡阻力矩，具体包括：

根据车辆载荷质量、坡道坡度值和车辆后桥减速比，计算车辆爬坡的爬坡阻力矩：

其中，T

如上所述的基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法，其中，优选的是，所述根据车辆的滑行阻力矩和车辆爬坡的爬坡阻力矩，计算车辆在不同载荷下通过不同坡度坡道的总阻力矩，具体包括：

根据车辆在不同载荷下的滑行阻力矩和车辆在不同载荷、不同坡度值坡道爬坡的爬坡阻力矩，通过以下公式计算车辆在不同载荷下通过不同坡度坡道的总阻力矩：

T

T

如上所述的基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法，其中，优选的是，所述根据电机性能和变速箱速比确定电机的转速区间和扭矩区间，具体包括：

根据车辆目标车速，计算车辆在不同变速箱速比下的电机转速和输出扭矩。

如上所述的基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法，其中，优选的是，所述根据车辆目标车速，计算车辆在不同变速箱速比下的电机转速和输出扭矩，具体包括：

至少根据车辆目标车速和变速箱挡位速比，计算车辆在不同变速箱速比下的电机转速；

至少根据车辆在不同变速箱速比下的电机转速，计算车辆在不同变速箱速比下的电机扭矩值。

如上所述的基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法，其中，优选的是，所述至少根据车辆目标车速和变速箱挡位速比，计算车辆在不同变速箱速比下的电机转速，具体包括：

根据车辆目标车速、变速箱挡位速比、车辆后桥减速比和轮胎滚动半径，通过以下公式计算车辆在不同变速箱速比下的电机转速：

其中，V表示车辆目标车速，单位为km/h，n表示电机转速，单位为rpm，R表示轮胎滚动半径，单位为m；I

如上所述的基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法，其中，优选的是，所述至少根据车辆在不同变速箱速比下的电机转速，计算车辆在不同变速箱速比下的电机扭矩值，具体包括：

根据车辆在不同变速箱速比下的电机转速和电机额定功率，通过以下公式计算不同挡位所对应的电机扭矩值：

其中，T表示电机扭矩值，单位为N·m，P表示电机功率，单位为kW，n表示电机转速，单位为rpm。

如上所述的基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法，其中，优选的是，所述根据电机的输出扭矩和变速箱承受的阻力矩的大小关系，确定变速箱挡位，具体包括：

在表中列出不同变速箱速比所对应的电机扭矩和电机转速；

按照以下公式查表，确定符合要求的候选变速箱速比：

T≥T

其中，T表示电机输出扭矩，T

在所有符合要求的候选变速箱速比中，通过预设挡位选择原则选择一个变速箱速比，将所选择的变速箱速比所对应的挡位作为当前挡位，

其中，所述预设挡位选择原则包括：

在自动挡位时，若多个变速箱速比所对应的电机转速和扭矩均满足要求，则选取变速箱速比较小的挡位作为当前挡位；

在手动挡位时，可换挡区间仅限在候选变速箱速比所对应的挡位之间切换。

本发明提供一种基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法，设计出一套针对电动轻卡多挡变速箱的自动换挡和手动换挡的控制策略，根据车辆在不同载荷下通过不同坡度的车速要求计算变速箱承受的阻力值；再根据电机性能和变速箱速比算出电机的转速和扭矩区间，以此选择合适的变速箱挡位，解决电动轻卡在不同载荷、不同路况、不同车速下的换挡问题，使得车辆行驶于不同路况时都能够在保证电机性能的条件下满足动力性和通过性要求；可以使电机始终工作在最大效率区间，降低驱动能耗，从而起到提高续航里程的作用；基于当前实际条件可落实至电动轻卡实车使用，并且可以在此基础上搜集积累不同车型、不同电机、不同变速箱的搭载数据，用于后续产品换挡策略的持续优化提升。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明提供的基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法的实施例的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”：以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定部件位于第一部件和第二部件之间时，在该特定部件与第一部件或第二部件之间可以存在居间部件，也可以不存在居间部件。当描述到特定部件连接其它部件时，该特定部件可以与所述其它部件直接连接而不具有居间部件，也可以不与所述其它部件直接连接而具有居间部件。

本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

如表1的传统换挡策略所示，电机的额定转速为N1，变速箱为四挡状态(M1,M2,M3,M4)，现有多挡变速箱的自动换挡策略是根据电机的额定转速(N1)作为升挡转速点，以电机额定转速的一半(N1/2)作为降挡转速点。而手动挡的换挡策略，则是以自动挡固定的换挡转速点为当前挡位的判断逻辑，在车辆由自动挡切换为手动挡时，根据当前的电机转速切换到对应的挡位，不考虑整车动力性需求。

表1传统换挡策略

对于电动轻卡而言，固定的换挡转速点仅能满足某一载荷下在平路或者坡道的行驶需求，无法做到兼容。容易出现以下几项常见问题：在坡道行驶过程中，如果爬坡所需扭矩对于变速箱而言，2挡输出扭矩可以满足，但是3挡输出扭矩无法满足，则会导致车辆在爬坡过程出现变速箱挡位在2挡和3挡之间来回切换，不仅会带来很差的驾乘体验，还会使电机在3挡时因过载输出而出现过流过温等问题；在坡道行驶过程中，如果变速箱在3挡可以满足车辆爬坡的扭矩要求，但是需要电机以峰值扭矩输出，这会导致电机因长时间高扭输出而出现过温问题；在平路行驶过程中，如果变速箱按照固定的换挡转速点进行换挡，则易出现两项问题，若换挡转速点过高，起步换挡会出现换挡顿挫，影响驾乘体验；若换挡转速点过低，则会出现动力不足，加速时间长，同样会影响用户的驾乘体验。

如图1所示，本实施例提供的基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法在实际执行过程中，具体包括如下步骤：

步骤S1、根据车辆在不同载荷下通过不同坡度的车速要求计算变速箱承受的阻力矩。

在步骤S1中，根据设计目标中的车速要求，计算车辆在不同载荷下通过不同坡度的阻力矩。在本发明的基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法的一种实施方式中，所述步骤S1具体可以包括：

步骤S11、至少根据车辆目标车速和车辆后桥减速比，计算车辆的滑行阻力矩。

具体地，根据车辆目标车速、车辆后桥减速比、滑行阻力系数和轮胎滚动半径，通过以下公式计算车辆的滑行阻力矩：

其中，T

步骤S12、至少根据车辆载荷质量、坡道坡度值和车辆后桥减速比，计算车辆爬坡的爬坡阻力矩。

具体地，根据车辆载荷质量、坡道坡度值和车辆后桥减速比，计算车辆爬坡的爬坡阻力矩：

其中，T

步骤S13、根据车辆的滑行阻力矩和车辆爬坡的爬坡阻力矩，计算车辆在不同载荷下通过不同坡度坡道的总阻力矩。

具体地，根据车辆在不同载荷下的滑行阻力矩和车辆在不同载荷、不同坡度值坡道爬坡的爬坡阻力矩，通过以下公式计算车辆在不同载荷下通过不同坡度坡道的总阻力矩：

T

T

步骤S2、根据电机性能和变速箱速比确定电机的转速区间和扭矩区间。

在本发明中，根据车辆目标车速，计算车辆在不同变速箱速比下的电机转速和输出扭矩。在本发明的基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法的一种实施方式中，所述步骤S2具体可以包括：

步骤S21、至少根据车辆目标车速和变速箱挡位速比，计算车辆在不同变速箱速比下的电机转速。

具体地，根据车辆目标车速、变速箱挡位速比、车辆后桥减速比和轮胎滚动半径，通过以下公式计算车辆在不同变速箱速比下的电机转速：

其中，V表示车辆目标车速，单位为km/h，n表示电机转速，单位为rpm，R表示轮胎滚动半径，单位为m；I

步骤S22、至少根据车辆在不同变速箱速比下的电机转速，计算车辆在不同变速箱速比下的电机扭矩值。

具体地，根据车辆在不同变速箱速比下的电机转速和电机额定功率，通过以下公式计算不同挡位所对应的电机扭矩值：

其中，T表示电机扭矩值，单位为N·m，P表示电机功率，单位为kW，n表示电机转速，单位为rpm。

步骤S3、根据电机的输出扭矩和变速箱承受的阻力矩的大小关系，确定变速箱挡位。

在本发明的基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法的一种实施方式中，所述步骤S3具体可以包括：

步骤S31、如表2所示，在表中列出不同变速箱速比所对应的电机扭矩和电机转速。

表2不同变速箱速比所对应的电机扭矩和电机转速

步骤S32、按照以下公式查表，确定符合要求的候选变速箱速比：

T≥T

其中，T表示电机输出扭矩，T总表示车辆在不同载荷下通过不同坡度的坡道时变速箱所需克服的总阻力矩，1.3表示经验系数。

在步骤S32中，按照电机输出扭矩大于等于阻力矩的1.3倍查表，并根据电机的输出特性，选择合适的变速箱速比对应的挡位。

步骤S33、在所有符合要求的候选变速箱速比中，通过预设挡位选择原则选择一个变速箱速比，将所选择的变速箱速比所对应的挡位作为当前挡位。

其中，所述预设挡位选择原则包括：

在自动挡位时，若多个变速箱速比所对应的电机转速和扭矩均满足要求，则选取变速箱速比较小的挡位作为当前挡位；

在手动挡位时，出于对电机的保护和安全考虑，可换挡区间仅限在候选变速箱速比所对应的挡位之间切换。

本发明使车辆根据当前载荷，行驶坡度值，车速要求等参数，结合电机的输出特性，选取合适的变速箱挡位作为自动挡状态下的挡位，并通过限制手动挡位的切换条件，可防止车辆因高挡位下的动力不足无法满足通过性；可满足车辆在爬坡和平路行驶的动力性要求，根据电机扭矩特性来灵活调整变速箱挡位，避免出现传统固定换挡电机转速点带来的动力性不足等一系列问题。

本发明实施例提供的基于电动轻卡的手自一体换挡控制方法，设计出一套针对电动轻卡多挡变速箱的自动换挡和手动换挡的控制策略，根据车辆在不同载荷下通过不同坡度的车速要求计算变速箱承受的阻力值；再根据电机性能和变速箱速比算出电机的转速和扭矩区间，以此选择合适的变速箱挡位，解决电动轻卡在不同载荷、不同路况、不同车速下的换挡问题，使得车辆行驶于不同路况时都能够在保证电机性能的条件下满足动力性和通过性要求；可以使电机始终工作在最大效率区间，降低驱动能耗，从而起到提高续航里程的作用；基于当前实际条件可落实至电动轻卡实车使用，并且可以在此基础上搜集积累不同车型、不同电机、不同变速箱的搭载数据，用于后续产品换挡策略的持续优化提升。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。