[发明专利]一种内燃发动机车辆用电机辅助换挡系统及其控制方法

权利要求书

1.一种内燃发动机车辆用电机辅助换挡系统，其特征在于：包括依次连接的内燃发动机(1)、离合器(2)、输入轴(3)、与输入轴(3)同速旋转的电机(4)、变速箱(5)、输出轴(6)和轮轴(7)，以及油门开度传感器(8)、输入轴转速传感器(9)、输出轴转速传感器(10)、选挡位置传感器(11)、换挡位置传感器(12)、选换挡执行器(13)和控制单元(14)；所述控制单元(14)分别与油门开度传感器(8)、输入轴转速传感器(9)、输出轴转速传感器(10)、选挡位置传感器(11)、换挡位置传感器(12)、选换挡执行器(13)和电机(4)相电连接，其中所述油门开度传感器(8)为控制单元(14)提供油门开度信息，所述输入轴转速传感器(9)和输出轴转速传感器(10)分别为控制单元(14)提供输入轴(3)的转速信息和输出轴(6)的转速信息，所述选挡位置传感器(11)和换挡位置传感器(12)分别为控制单元(14)提供当前选挡位置信息和当前换挡位置信息，所述选换挡执行器(13)与变速箱(5)相连接并根据控制单元(14)的指令完成变速箱(5)的选、换挡动作，所述电机(4)通过电驱动器(15)与储能装置(16)相电连接，该电机(4)具有电动机模式和发动机模式。

2.根据权利要求1所述的内燃发动机车辆用电机辅助换挡系统，其特征在于：所述变速箱(5)包括相互机械啮合的2N对主副齿轮，其中N为除零之外的自然数，每对主副齿轮包括与输入轴同轴旋转的主齿轮(17)和以空转形式与输出轴(6)同轴设置的副齿轮(18)，每对主副齿轮具有固定速比。

3.根据权利要求2所述的内燃发动机车辆用电机辅助换挡系统，其特征在于：所述变速箱(5)内还设有N个同步器(19)，每一同步器(19)同轴设置在输出轴(6)上且位于相邻的第(2k-1)个副齿轮(18)和第2k个副齿轮(18)之间，k＝1、2、……、N；每一同步器(19)可沿输出轴(6)轴向位移，可分别与左右副齿轮(18)接合，使被接合副齿轮(18)与输出轴(6)同步旋转实现不同挡位间的切换。

4.根据权利要求2所述的内燃发动机车辆用电机辅助换挡系统，其特征在于：所述变速箱(5)内还设有N个同步器(19)，每一同步器(19)同轴设置在输入轴(3)上且位于相邻的第(2k-1)个主齿轮(17)和第2k个主齿轮(17)之间，k＝1、2、……、N；每一同步器(19)可沿输入轴(3)轴向位移，可分别与左右主齿轮(17)接合，使被接合主齿轮(17)与输入轴(3)同步旋转实现不同挡位间的切换。

5.根据权利要求1所述的内燃发动机车辆用电机辅助换挡系统，其特征在于：所述控制单元(14)包括与电机(4)相电连接的电机控制单元(20)和通过选换挡执行器(13)与变速箱(5)相连接的变速箱控制单元(21)，所述电机控制单元(20)实现对电机(4)的运行模式控制和转速控制，所述选换挡执行器(13)根据变速箱控制单元(21)的指令完成变速箱(5)的选、换挡动作。

6.根据权利要求1～5任一所述的基于内燃发动机车辆用电机辅助换挡系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、在车辆正常行驶过程中，所述内燃发动机(1)提供动力驱动轮轴(7)旋转，所述电机控制单元(20)控制电机(4)运行于发电机模式，电机(4)与输入轴(3)同速旋转将机械能转化为电能，通过电驱动器(15)将交流电转化为直流电为储能装置(16)充电；

(2)、当车辆在行驶且满足换挡条件时，所述内燃发动机(1)停止喷油，停止输出驱动扭矩；所述电机控制单元(20)控制电机(4)切换至电动机模式，输出补偿转矩以补偿内燃发动机(1)由于摩擦和进排气产生的制动转矩；

(3)、当车辆在行驶且存在换挡时，所述控制单元(14)根据输出轴转速传感器(10)采集的输出轴(6)的转速计算车速，再结合输入轴转速传感器(9)采集的内燃发动机(1)转速、油门开度传感器(8)采集的油门开度信息、选挡位置传感器(11)和换挡位置传感器(12)提供的当前挡位位置信息确定变速箱(5)的目标挡位，若当前挡位位置与目标挡位位置不一致，变速箱控制单元(21)根据当前挡位位置和目标挡位位置信息控制选换挡执行器(13)完成摘挡动作，当换挡位置传感器(12)采集的变速箱(5)当前换挡位置处于空挡位，摘挡动作完成；

(4)、控制单元(14)根据输出轴(6)转速和目标挡位的速比计算电机(4)的目标转速，计算公式为：

n^*＝n₂×i

其中n^*为电机的目标转速，n₂为输出轴的转速，i为变速箱目标挡位的速比，电机的目标转速n^*随输出轴的转速n₂变化而实时调节；

(5)、变速箱控制单元(21)根据当前挡位位置和目标挡位位置信息控制选换挡执行器(13)完成选挡动作，当选挡位置传感器(13)采集的变速箱(5)当前选挡位置到达目标选挡位置，选挡动作完成；

(6)、与步骤(3)～(5)同时，电机控制单元(20)控制电机(4)继续运行在电动机模式，并以目标转速n^*作为电机(4)的转速参考值进行转速调节；

(7)、电机控制单元(20)根据目标转速对电机(4)进行转速调节，当电机(4)实际转速与目标转速的差值小于预先设定的阈值，同时即将相互啮合的同步器(19)和副齿轮(18)的转速差值小于预先设定的阈值，变速箱控制单元(21)根据目标换挡位置控制选换挡执行器(13)完成挂挡动作，当换挡位置传感器(12)采集的变速箱(5)当前换挡位置到达目标换挡位置，挂挡动作完成；

(8)、退出换挡状态，内燃发动机(1)恢复喷油，输出驱动扭矩，电机控制单元(20)将电机(4)由电动机模式切换至发电机模式。