液压混动汽车的行星齿轮变速耦合系统换挡协调控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110155032A(43)申请公布日2019.08.23(21)申请号201910480647.1(22)申请日2019.06.04(71)申请人吉林大学地址130012吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人曾小华宋美洁孙可华宋大凤牛超凡姜效望(74)专利代理机构长春市恒誉专利代理事务所(普通合伙)22212代理人李荣武(51)Int.Cl.B60W20/00(2016.01)B60W10/11(2012.01)B60W10/115(2012.01)权利要求书4页说明书13页附图6页(54)发明名称液压混动汽车的行星齿轮变速耦合系统换挡协调控制方法(57)摘要本发明公开了液压混动汽车的行星齿轮变速耦合系统换挡协调控制方法，该方法针对行星齿轮变速耦合装置的混联式液压混动汽车在换挡时因各离合/制动器和液压泵/马达状态变化易引发冲击的现象，提出通过动力学分析建立系统力学状态空间表达式，并由系数矩阵运算处理获得换挡各阶段系统输入/输出转矩间的近似线性关系，进而确定换挡时保证输出转矩稳定的离合/制动器作动时机与液压泵/马达斜盘开度变化间的协调控制规律，最终获得液压泵/马达斜盘开度与离合/制动器状态间的协调控制方法。本方法基于系统力学关系进行分析处理、综合考虑系统各部件状态影响、可实现液压泵/马达与离合/制动器间的恰当控制，保证了混动车辆的换挡平顺性。CN110155032ACN110155032A权利要求书1/4页1.液压混动汽车的行星齿轮变速耦合系统换挡协调控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，依据动力学理论建立行星齿轮变速耦合系统在换挡过渡过程的力学关系式；根据拉维娜式行星齿轮变速耦合系统中行星齿轮内部各部件以及与之相连的液压泵/马达和离合/制动器间的连接和传动关系，得到如式(1)～式(8)所示的变速耦合系统动力学关系式：Tout＝TC3(8)式中，Tout为行星齿轮变速耦合系统输出转矩，Nm；TC3为拉维娜式行星排齿圈转矩，Nm；T1、T2分别为1挡离合/制动器和2挡离合/制动器摩擦转矩，Nm；TP/M、TS3分别为液压泵/马达和大太阳轮转矩，Nm；R3、S2、S3分别为齿圈、小太阳轮和大太阳轮的节圆半径，m；F3、F2分别为大太阳轮和小太阳轮的啮合力，N；k2＝R3/S2、k3＝R3/S3均为拉维娜式行星排的特征参数，2IS2、IS3、IR3、IC3分别为小太阳轮、大太阳轮、行星架和齿圈的转动惯量，kg·m；ωS3、ωR3、ωC3分别为大太阳轮、行星架和齿圈的角速度，rad/s；步骤2，进行换挡转矩相阶段的系统动力学分析；依据行星齿轮变速耦合系统在换挡转矩相的力学关系建立系统动力学状态空间表达式：①在升挡转矩相期间，随着2挡离合/制动器逐渐结合，变速耦合系统输入动力经1挡传动路径逐渐转移至2挡传动路径、系统输入/输出转速关系还未发生变化，1挡离合/制动器还未动作，故有式(9)：②将以上式(1)～式(9)联立整合，改写为矩阵形式可以得到式(10)：AX＝0(10)式中，A为系数矩阵，X为状态变量，且：2CN110155032A权利要求书2/4页步骤3，依据矩阵的初等变换相关理论对换挡转矩相的系统动力学状态空间表达式进行处理，获取关键变量间的近似线性关系：①选取系数矩阵A的部分列向量组成部分系数矩阵②对部分系数矩阵B进行QR正交分解，可以得到正交矩阵Q和上三角矩阵R，即：B＝QR；则可将式(10)改写为式(11)的形式：(a1,a2,a3,B)X＝(a1,a2,a3,QR)X＝0(11)③令矩阵R的元素记为rij(整数i、j∈[1,9])，令矩阵Q的最后一个列向量记为q9，将其左乘到式(11)的左右两侧，则由正交矩阵的相关性质可得式(12)如下：④将式(9)带入式(12)可以得到：⑤对上式进行整理，可以得到升挡转矩相期间行星齿轮变速耦合系统输出转矩Tout与液压泵/马达转矩TP/M、2挡离合/制动器摩擦转矩T2间的近似线性关系，即换挡转矩相过渡阶段行星传动变速机构内外转矩间的近似线性关系，如式(14)所示：式中，C1、C2为带入矩阵A中的所有行星齿轮变速耦合系统参数值后由式(10)～式(14)计算所得到的常数，一般情况下均为正数；步骤4，进行换挡惯性相阶段的系统动力学分析；依据变速耦合系统在换挡惯性相的力学关系建立系统动力学状态空间表达式：①在换挡惯性相期间，式(1)～(8)依然成立；且换挡转矩相阶段的终止条件为转矩转移完成，即1挡离合/制动器不再传递动力、转矩降为0，如式(15)所示，它也是惯性相期间系统的约束条件；T1＝0(15)3CN110155032A权利要求书3/4页②将式(1)～(8)以及式(18)联立整合，改写为矩阵形式可以得到