CN103373343B - 用于估计动力传动系中的扭矩的***和方法 - Google Patents

Abstract

一种车辆，包括具有第一和第二可旋转构件的动力传动系、速度传感器和控制器。速度传感器产生输出信号，所述输出信号将各第一和第二可旋转构件的速度编码。控制器使用输出信号计算构件的旋转角度，并依据所述旋转角度估计动力传动系中的扭矩。传感器可为各第一和第二有齿的传动元件的齿计数，并将该计数编码为输出信号。控制器可依据线性系数和传感器的当前传动比估计扭矩值。控制器还可以检测被命令的变速器升挡，和依据可旋转构件的对应的旋转角度检测变速器的即将接合的离合器的填充事件。构件可以是输入、输出或中间构件。

Description

用于估计动力传动系中的扭矩的***和方法

技术领域

本公开涉及用于估计变速器中的扭矩的***和方法。

背景技术

车辆变速器的输入构件从原动机（例如内燃发动机或电牵引马达）接收扭矩，并将该扭矩传递至输出构件。输出构件继而为驱动桥（driveaxle）提供动力，以通过一系列速度比推进车辆。典型的变速器包括多个离合器、齿轮组和可旋转轴。离合器可以是具有摩擦离合器组的流体促动的装置。使用液压活塞使离合器组可选择地接合。

在离合器至离合器换挡的填充阶段期间，即将接合的离合器的离合器应用腔体（clutchapplycavity）必须被快速地用流体填充。在随后发生的扭矩阶段，扭矩从即将断开的离合器传递到即将接合的离合器。即将接合的离合器被控制用于在惯性阶段期间的平滑应用。即将断开和即将接合的离合器的协调控制被要求，以避免通过变速器的功率流的中断。

发明内容

本文公开了一种车辆，其使用一对速度传感器来估计动力传动系中的扭矩值。速度传感器可相对于动力传动系的任何两个可旋转构件（例如变速器的输入和输出构件，但在其他实施例中可能包括中间构件）定位。如本领域已知的，对扭矩水平的认知对于任何变速器的整体控制都是有用的。然而，这样的扭矩信息并不总是容易获取的。因此，被提供用于帮助的本方法使用任何两个已有的速度传感器来解决该问题。

车辆通常包括至少一个变速器输入速度传感器（TISS）和分立的变速器输出速度传感器（TOSS）。当变速器操作时，这两个传感器可如这里所述地用于密切监控变速器的输入和输出侧。在使用输入和输出构件之间的中间构件的设计中，变速器中间速度传感器（TMSS）可被用来监控中间构件的速度。尽管这里在示例实施例中描述了TISS、TOSS和TMSS，但动力传动系的任何两个可旋转构件的速度可被测量并用于扭矩估计，包括发动机输出轴、连接至该输出轴的可旋转构件、或连接至变速器输出构件的可旋转构件。本变速器中使用的任何速度传感器都与控制器通信，所述控制器被配置为如本文所述地估计扭矩水平。

如本领域所理解的，在固定的挡位状态中，输入、输出和中间速度中的任两个速度应通过恒定的比例被关联。然而，这里认识到，动力传动系的各部件并不是完全刚性的。因此，响应于输入扭矩，一定量的变形可发生在动力传动系中，例如在变速器中。两个旋转角度之间的由该比例补偿的偏差揭露了变速器内部的变形的变化（其与扭矩成比例）。因而，本控制器可使用这样的偏差估计扭矩。

另外，当变速器被换挡至另一个挡位时，控制器可监控输入、输出和中间速度信号，以确定即将接合的离合器何时已被填充。与扭矩确定一样，填充检测是有价值的控制项，其在大多数车辆中不容易被确定。因此，本发明实现对变速器中的扭矩和离合器填充二者的估计。

特别地，车辆包括原动机、连接至原动机的变速器、第一和第二速度传感器和控制器。车辆包括一对可旋转构件。第一和第二速度传感器中的每一个相对于可旋转构件中对应的一个定位。控制器（其与传感器通信）使用来自各速度传感器的输出信号计算可旋转构件对应的角度值。控制器还依据对应的角度值估计动力传动系的扭矩值。

还公开了一种用于估计车辆动力传动系中的扭矩值的方法。该方法包括使用第一速度传感器测量动力传动系的第一可旋转构件的旋转速度，和使用第二速度传感器测量动力传动系的第二可旋转构件的旋转速度。另外，该方法包括产生将各第一和第二可旋转构件的测得的旋转速度编码的第一和第二输出信号，并随后经由与第一和第二速度传感器通信的控制器使用对应的第一和第二输出信号来计算各第一和第二可旋转构件的对应的旋转角度。控制器随后用于依据对应的旋转角度来估计动力传动系的扭矩值，以及使用被估计的扭矩值来执行关于动力传动系的控制动作。

一种用于估计扭矩值的***，包括第一和第二速度传感器，第一和第二速度传感器分别相对于第一和第二可旋转构件定位。第一速度传感器产生将第一可旋转构件的旋转速度编码的第一输出信号。第二速度传感器相对于第二可旋转构件类似地定位。第二速度传感器产生将第二可旋转构件的旋转速度编码的第二输出信号。控制器与第一和第二速度传感器中的每一个通信。控制器使用第一和第二输出信号计算第一和第二可旋转构件的旋转角度，以及还依据对应的旋转角度估计扭矩值。

本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。

附图说明

图1是具有变速器的示例车辆的示意图，所述车辆具有多个变速器速度传感器，所述变速器速度传感器在这里如本文所述被用于估计变速器中的扭矩值。

图2是用于图1中所示车辆的示例变速器传动元件和速度传感器的一部分的示意图。

图3是图2中所示的速度传感器的示例输出脉冲的示意图。

图4是描述了用于估计图1的车辆中的扭矩的示例方法的流程图。

图5是图1的车辆中的变化的变速器速度的示意性时间曲线图，其说明了本方法的示例应用。

具体实施方式

参考附图，其中贯穿几幅图中相同的附图标记对应于相同或相似的部件，图1中示意性显示了示例车辆10。车辆10包括变速器14和控制器20。控制器20被配置为执行用于估计变速器14的扭矩值的方法100。可以基于来自一对速度传感器的输出信号估计扭矩值，所述输出信号例如是由相应变速器输入速度传感器（TISS）26和变速器输出速度传感器（TOSS）126传输至控制器20的输出信号（箭头11和13），如下文中参考图2-4详细所述的。在一些实施例中，一个或多个变速器中间速度传感器（TMSS）226可定位在TISS26和TOSS126之间。当被使用时，每个TMSS226以与TISS26和TOSS126相同的方式产生输出信号（箭头17）。

图1中示出的车辆10包括原动机，例如具有输出轴22的内燃发动机12和/或可选的、具有马达轴44的电牵引马达28。变速器14包括相应的输入和输出构件23和24，和可能地至少一个中间构件25（如以虚线示出的）。取决于实施例，输入构件23从发动机12和/或从电牵引马达（未示出）接收输入扭矩。例如，在传统车辆中，仅发动机12可被用作输入扭矩源，而混合动力电动车辆可仅使用电牵引马达28或与发动机12共同使用以将扭矩递送至变速器14。

变矩器15可用在发动机12和输入构件23之间，如本领域普通技术人员已经很好理解的。变矩器15包括发动机驱动的泵（从动构件）、定子、和涡轮（从动构件），为了说明简单省略了这些构件。涡轮的速度等于输入构件23的速度。输出构件24将输出扭矩从变速器14递送至驱动桥19，可能经由如图所示的差速器16递送。驱动桥19最终为一组驱动轮18提供动力。

图1的控制器20可包括一个或多个数字计算机，所述数字计算机每个具有一个或多个微处理器和必需的存储器，例如只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）。控制器20还可以包括高速时钟、模拟数字转换（A/D）电路、数字模拟转换（D/A）电路、和任何必需的输入/输出（I/O）电路和装置，以及信号调制和缓冲电子设备。控制器20可被编程有用于执行本方法100的任何必需的逻辑，下文参考图4描述了本方法的一个例子。

参考图2，示例传动元件30可被连接至图1中所示的变速器14的输入构件23或输出构件24。传动元件30包括多个传动齿32。相邻的传动齿32通过根部34彼此分开。传动元件30相对于中心轴线17旋转。在一个实施例中，TISS26可相对于传动元件30定位，例如固定地安装至图1变速器14的相邻于传动元件30的固定构件31。尽管在图2中为了说明的目的而描述了TISS26，相同的描述也可以应用于图1的TOSS126和可选的TMSS226的功能。而且，尽管在下文中为了一致性而描述了变速器速度传感器，本领域普通技术人员将意识到，任何可旋转构件的速度可以被用来估计任何两个被连接的构件上的扭矩，所述被连接的构件例如为通过发动机12提供动力的输出轴22或另外的驱动轴，或被连接至变速器14的输出构件24的可旋转构件（未示出）。

当传动元件30在点A和B之间旋转时，TISS26监控传动元件30的传动齿32。电脉冲或其他经处理的信号通过TISS26在经校准的窗口或周期T中被产生，并作为输出信号（箭头11）传输至控制器20。如本领域已知的，输出信号（箭头11）将输入构件23的速度编码。控制器20随后使用该信息计算传动元件30或对应的输入或输出构件23、24的旋转角度。

此处认识到的是，变速器14的元件的任意两侧的旋转角度之间的差，例如图1的变速器14的输入侧(或输入侧的旋转角度除以传动比)，和变速器14的输出侧的旋转角度乘以传动比，对应于变速器14中的部件变形。当要测量输入/输出速度时，可分别通过TISS26和TOSS126确定旋转角度。当变速器14接合（ingear）时，图1中所示的变速器14的输入构件23和输出构件24被机械地链接。理想地，各输入和输出构件23和24的旋转角度仅相差传动比的因数。然而，事实上，变速器14的各种齿轮系、离合器和轴不是完全刚性的。

因此，在来自图1的发动机12或另外的原动机的阈值量的输入扭矩下，在变速器14内发生一定量的变形。假定变速器14的总刚度确定的情况下，该变形的大小与输入扭矩成比例。因此，通过图1的TISS26和TOSS126确定的不同旋转角度可如这里所述地被用来估计图1所示的变速器14中的扭矩量。因为变速器14***作于接合状态，所以输入和输出扭矩通过恒定的比值被关联。因此，被估计的扭矩水平可以被转换以表示任一值。

控制器20可以使用以下公式估计图1的变速器14中的扭矩（T_EST）：

T_EST=KΔΘ=K(Θ₁-R_G·Θ₂)

其中K是线性系数，R_G是从图1的TISS26、TOSS126和TMSS226中选择的速度传感器（1）和速度传感器（2）之间的当前传动比，Θ₁和Θ₂是对应于所使用的一对速度传感器在对应的构件23、24或25处的测得的旋转角度。如上所述，这两个值依据被图1的相应的TISS26、TOSS126和TMSS226传送至控制器20的输出脉冲（箭头11、13、17）而确定。该方法可应用于任何类型的具有多个速度传感器和其间的机械链接的变速器。

参考图3，针对图2的传动元件30在采样周期T上的示例旋转，示出了脉冲序列36。脉冲序列36包括四个示例脉冲38、40、41和42，所述脉冲38、40、41和42由TISS26作为输出信号（图1和图2的箭头11）、或替换地由TOSS126作为输出信号（图1的箭头13）或TMSS226作为输出信号（图1的箭头17）传输至控制器20。输出脉冲40和41是全脉冲（fullpulse），而输出脉冲38、42是部分脉冲。部分输出脉冲38和42因而对应于特定传动齿32和对应的根部34的部分旋转（见图2）。

在采样周期T内，图2中所示的传动元件30的n个传动齿32旋转经过图1的TISS26、TOSS126或TMSS226，取决于输入、输出或是中间速度是否正在被测量。每个经测量的脉冲38、40、41和42都标有时间，从而可通过图1的控制器20计算每个经测量的脉冲的周期。以此方式，图1的TISS26、TOSS126和/或TMSS226可与控制器20结合使用，以确定图1的各输入、输出和中间构件23、24和25的旋转角度和速度。

图2的给出的传动齿32可在由部分脉冲38表示的部分旋转状态中开始周期T。在本例中，图2的接下来的两个传动齿32被完全地计数，该信息作为全脉冲40和41被传递至图1的控制器20。在图2中，在最后的传动齿32已经完全旋转经过被使用的特定速度传感器之前，周期T结束，如由部分脉冲42表示的。

由此，全子周期P₁和P₂表示图2的完整的一对传动齿32和对应根部34的计数，而部分子周期t₁和t₂表示少于完整的一对传动齿32和根部34的计数。被完全计数的任何给出的传动齿32和对应根部34的范围可以表示为其中N是图2中所示传动元件30的齿32的总数。类似地，被部分计数的传动齿32和对应根部34可表示为

图1的控制器20可以针对每个周期T使用以下公式应用最接近的全脉冲计算与开始和结束部分脉冲有关的角度，即，和

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{INITIAL}}=\frac{t_1}{P_1}$ 和 ${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{FINAL}}=\frac{t_2}{P_2}$

控制器20则可以使用以下公式将在周期T中的图2的部分旋转和完全旋转的传动齿32和根部34对的数量转换为转动角度θ：

$\mathrm{\θ}\left(k\right)=\frac{{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{INITIAL}}\left(k\right)+{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{FINAL}}\left(k\right)+n\left(k\right)}{N}$

其中n(k)是在周期T中完全旋转的齿32的数量。图1的控制器20可通过确定而自动地更正每个周期T中的误差。这里K是采样周期T的参考号。

参考图4，示出了示例方法100，其用于估计图1的变速器14中的扭矩值，例如，使用任何两个已有的变速器速度传感器，例如TISS26、TOSS126和/或TMSS226。

参考图1的车辆10，并使用TISS26和TOSS126作为在非限制性说明性示例中的两个传感器，方法100开始于步骤102，其中控制器20确定变速器14是否处于预定状态中，在所述预定状态中，在两个被使用的速度传感器之间存在固定的机械链接。如果存在，则方法100行进至步骤104。否则，方法100行进至步骤112。

在步骤104中，控制器20从TISS26和TOSS126接收经测量的并标有时间的信息，并之后如上所述独立地计算输入构件23和输出构件24的旋转。方法100随后行进至步骤106。

在步骤106，控制器20针对每一个速度传感器计算积累角Θ=∑θ(k)，并随后估计相对扭矩，即：

T_EST=KΔΘ=K(Θ₁-R_G·Θ₂)

在该例子中，Θ₁和Θ₂是相应的经测量的输入和输出旋转角度。方法100随后行进至步骤108。

在步骤108，控制器20使用来自步骤106的所估计扭矩执行第一控制动作。多种控制动作都是可以的，包括保持当前稳定状态模式、依据所估计扭矩来确定增益值，和确定如何响应于被命令的升挡或降挡而最佳地过渡至下一个模式，从而改进换挡感受和燃料经济性。在完成步骤108后，方法100进行至步骤110。

在步骤110中，控制器20确定在步骤102中确定的状态是否仍然有效。在一个实施例中，步骤110可使得检测被命令的换挡，例如变速器14的动力连通升挡。如果预定的状态不再有效，则方法100前进至步骤112。如果预定的状态仍然有效，则方法100重复步骤102。

在步骤112，控制器20可以执行第二控制动作。经由图5的迹线50示出了示例控制动作，迹线50的幅度（A）对应时间（t）绘制。迹线52和54分别表示来自物理传感器的经测量的扭矩和使用来自各TISS26和TOSS126的输出信号（图1的箭头11和13）而得到的被估计扭矩。物理传感器可以被离线使用以验证当前扭矩估计方法的准确性，且不意图用在图1的处于操作中的真实车辆10上。迹线56表示稳定状态模式，例如第二挡位，其是在执行换挡之前变速器14操作所处于的状态。在步骤104-108中，扭矩以如上解释的这样的模式被估计。

在变速器14开始执行离合器至离合器换挡时，迹线52和54在大约点58处开始发散。在此之前，液压通道被控制，从而流体被运送以填充即将接合的离合器的腔室，使得一旦填充则可以调节压力。期望的是知道即将接合的离合器被填充的时间，以及即将断开和即将接合的离合器都可以被协调地控制，用于平滑的换挡。一旦在不释放即将断开的离合器的情况下即将接合的离合器被填充以获得扭矩容量，变速器14的柔顺性或变形变化。这可以从如上所述的变速器14的输入和输出侧的不同旋转角度容易地检测到。在来自发动机12的固定输入扭矩下，可以通过比较变速器14的两侧处的旋转角度而检测由于应用即将接合的离合器而造成的柔顺性或变形的变化。

控制器20监控由TISS26和TOSS126传输的脉冲，例如图3的示例脉冲38-42，并随后如上所述计算跨变速器14的变形。对特定离合器何时被填充的精确认知通常难以精确确定。使用本方法，借助方法100的扭矩估计步骤，这样的信息可被控制器20得到。然而，由于变形的变化不再由扭矩变化引起，而是由变速器配置的变化（部分地应用了附加的离合器）引起，所以在升挡期间的离合器填充检测估计值不表示被估计的扭矩。替代地，作为步骤112的一部分，控制器20确定一旦角度差的变化超出了经校准的阈值则填充事件已经完成。

特别地，图5中的点58指示这种发散的开始，并由此指示为执行升挡做准备的离合器填充事件的完成，例如从较低挡位（迹线56）至较高挡位（迹线62）。即将断开的离合器在大约点60处开始释放。短时间后，向较高挡位的换挡完成。因此，通过使用该变形变化，图1的控制器20可更好地控制随后的升挡，例如通过改进离合器至离合器换挡的协调或正时，从而改进换挡感受。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种车辆，包括：

原动机；

动力传动系，具有第一和第二可旋转构件，其中动力传动系包括连接至原动机的变速器；

第一和第二速度传感器，分别相对于第一和第二可旋转构件定位，其中第一和第二速度传感器被配置为产生分别将第一和第二可旋转构件的旋转速度编码的对应的第一和第二输出信号；和

控制器，与第一和第二速度传感器中的每一个通信；

其中，控制器配置为：

使用来自相应的第一和第二速度传感器的输出信号来计算第一和第二可旋转构件的旋转角度；和

依据对应的旋转角度来估计动力传动系的扭矩值。

2.如权利要求1所述的车辆，其中第一和第二速度传感器被配置为对相应第一和第二可旋转构件的有齿的传动元件的齿的数量计数，和将该计数编码为形成对应的输出信号的脉冲序列。

3.如权利要求1所述的车辆，其中控制器被配置为依据线性系数以及第一和第二速度传感器之间的当前传动比来估计扭矩值。

4.如权利要求1所述的车辆，其中控制器被配置为检测被命令的变速器升挡，和依据第一和第二可旋转构件的对应的旋转角度来检测变速器的即将接合的离合器的填充事件。

5.一种用于估计车辆动力传动系中的扭矩值的***，该***包括：

第一速度传感器，相对于动力传动系的第一可旋转构件定位，其中第一速度传感器被配置为产生第一输出信号，所述第一输出信号将第一可旋转构件的旋转速度编码；

第二速度传感器，相对于动力传动系的第二可旋转构件定位，其中第二速度传感器被配置为产生第二输出信号，所述第二输出信号将第二可旋转构件的旋转速度编码；和

控制器，其与第一和第二速度传感器中的每一个通信；

其中，控制器配置为：

使用第一和第二输出信号计算第一和第二可旋转构件的旋转角度；和

依据对应的旋转角度估计动力传动系的扭矩值。

6.如权利要求5所述的***，其中，第一和第二速度传感器被配置为对相应的第一和第二可旋转构件的有齿的传动元件的齿的数量计数，和将该计数编码为形成对应的第一和第二输出信号的脉冲序列。

7.如权利要求5所述的***，其中，控制器被配置为估计扭矩值，所述扭矩值为线性系数以及第一和第二速度传感器之间的当前传动比的函数。

8.如权利要求7所述的***，其中所述函数为：

K(Θ₁-R_G·Θ₂)

其中K是线性系数，R_G是当前传动比，Θ₁和Θ₂是第一和第二可旋转构件的各自的旋转角度。

9.如权利要求5所述的***，其中控制器被配置为：

检测被命令的变速器升挡；和

依据第一和第二可旋转构件的对应的旋转角度检测变速器的即将接合的离合器的填充事件。

10.如权利要求5所述的***，其中：

第一速度传感器是变速器输入速度传感器TISS、变速器中间速度传感器TMSS和变速器输出速度传感器TOSS中的任何一个；和

第二速度传感器是TISS、TMSS和TOSS中的任何其他一个。