CN103511613A - 用于车辆变速器的控制*** - Google Patents

Abstract

提供一种用于车辆的变速器的控制***，该控制***包括控制器，控制器被配置成：输出根据变速器参数的一个非线性函数限定的针对于所述变速器参数的特定值的第一扭矩估计值。控制器还接收在变速器参数的特定值时测量的变速器扭矩，并基于测量的扭矩针对于所述变速器参数的特定值输出改变的扭矩估计值。

Description

用于车辆变速器的控制***

技术领域

本发明涉及一种用于车辆变速器的控制***和方法。

背景技术

自动变速器内的各种扭矩值的知识对于动力传动系控制的许多方面都是有用的。例如，知道变速器齿轮箱的输入轴扭矩和输出轴扭矩，对于控制变速器以提供一致的且稳健（robust）的变速器换档尤其有用。在换档期间，利用这些扭矩信号以及输入轴转速和输出轴转速有助于精确地估计单个离合器的扭矩。在于2010年8月23日提交、公开号为US20100318269的美国专利申请中描述了一个这样的控制***和方法，该美国专利申请通过引用被包含于此。

出于成本和其他方面的考虑，直接测量变速器内的每个扭矩不总是可行的，因此，控制***专家依赖于各种变速器模型来估计不被直接测量的扭矩值。在一个这样的模型中，变速器内的变矩器的准静态非线性模型用于提供扭矩估计值。这样的模型依赖于多个非线性函数，因此，这样的模型不容易受到自适应建模技术的影响，在自适应建模技术中，周期性地改进估计值。这是因为：当发现估计值偏离可检验的值时，估计值会需要调整模型中的一个或多个非线性函数，但是不能知道需要调整那个函数或哪些函数。因此，对于用于车辆变速器的***和方法存在需要，其中，该***和方法提供变速器扭矩的精确的且自适应的估计值（accurate and adaptable estimates）。

发明内容

本发明的至少一些实施例包括一种使用扭矩估计值控制车辆的变速器的方法。基于根据变速器参数的一个非线性函数限定的针对于所述变速器参数的特定值的第一扭矩估计值在换档事件期间自动控制至少一个变速器部件。基于在变速器参数的特定值时测量的变速器扭矩在未处于换档事件时改变第一扭矩估计值。

变速器参数的所述一个非线性函数使用变速器参数的多个其他非线性函数限定。

变速器参数的所述其他非线性函数包括部分地限定用于变速器的变矩器的泵轮的扭矩的估计值的函数以及限定变矩器上的扭矩比的函数。

第一扭矩估计值是用于变矩器的涡轮的扭矩的估计值。

变速器参数是涡轮的转速与泵轮的转速之比。

所述方法还包括：将变速器参数的多个选择值输入到变速器参数的所述其他非线性函数中，从而在变速器参数的选择值时产生变速器参数的所述一个非线性函数的多个值。

提供针对于变速器参数的特定值的第一扭矩估计值的步骤包括：针对于变速器参数的特定值使用变速器参数的选择值中的一个值。

所述方法还包括：在变速器参数的多个选择值时测量变速器的扭矩；根据扭矩估计值限定变速器参数的所述一个非线性函数；将在变速器参数的选择值时测量的扭矩用作扭矩估计值，由此在变速器参数的选择值时产生变速器参数的所述一个非线性函数的多个值。

本发明的至少一些实施例包括一种使用扭矩估计值控制车辆的变速器的方法。基于针对于变速器参数的特定值的第一扭矩估计值自动控制至少一个变速器部件。第一扭矩估计值是基于变速器参数的一个非线性函数的，所述一个非线性函数组合了所述变速器参数的多个非线性函数。

所述方法还包括：在变速器参数的特定值时测量变速器的扭矩并基于测量的扭矩改变第一扭矩估计值。

在变速器参数的特定值时测量变速器的扭矩并基于测量的扭矩改变第一扭矩估计值的操作发生在未处于变速器的换档事件时。

第一扭矩估计值是用于变速器的变矩器的涡轮的扭矩的估计值，变速器参数是用于变矩器的涡轮的转速与泵轮的转速之比。

变速器参数的所述非线性函数包括部分地限定用于变速器的变矩器的泵轮的扭矩的估计值的函数以及限定变矩器上的扭矩比的函数。

所述方法还包括：将变速器参数的多个选择值输入到变速器参数的非线性函数中，以在变速器参数的选择值时产生变速器参数的所述一个非线性函数的多个值。

针对于变速器参数的特定值提供第一扭矩估计值的步骤包括：在变速器参数的特定值时使用所述一个非线性函数的产生值来确定第一扭矩估计值。

本发明的至少一些实施例包括一种用于车辆的变速器的控制***。控制***包括控制器，控制器被配置成：输出根据变速器参数的一个非线性函数限定的针对于所述变速器参数的特定值的第一扭矩估计值；接收在变速器参数的特定值时测量的变速器扭矩；基于测量的扭矩针对于所述变速器参数的特定值输出改变的扭矩估计值。

附图说明

图1A是示出当变速器未处于换档事件时用于车辆的动力传动系的扭矩平衡的图；

图1B是示出在变速器换档事件期间用于在图1A中示出的车辆的动力传动系的扭矩平衡的图；

图2是示出用于车辆的变速器的变矩器的转速比的非线性函数的曲线图；

图3是示出用于车辆的变速器的变矩器的转速比的另一非线性函数的曲线图；

图4是示出用于车辆的变速器的估计的扭矩与测量的扭矩相比较的曲线图。

具体实施方式

根据需要，在此公开本发明的详细实施例；然而，应该理解到，公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种和可选的形式实施。附图不一定按照比例绘制；可能会夸大或最小化一些特征，以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构性和功能性细节不应该被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。

图1A示出了车辆的动力传动系10的示意图，应该理解到，车辆的动力传动系可包括比在图1A中示出的部件更多或更少的部件。在该图中示出了由变矩器14和齿轮箱16构成的变速器12以及由FDR18指示的差速器，FDR18代表“最终传动比”。动力传动系10及其部件（诸如，变速器12）由总体上由控制器20指示的控制***控制。应该理解到，动力传动系控制***可包括存在于车辆的不同部件中且（例如）通过控制器局域网络（CAN）彼此通信的任何数量的硬件和/或软件控制器。

在图1A中示出的框22,24,26,28中的每个框表示各种动态方程，这些动态方程使动力传动系的扭矩和转速彼此关联，以在整个动力传动系10上实现扭矩平衡。例如，发动机扭矩（τ_e）被示出为输入到框22，发动机转速（ω_e）被示出为输出到变矩器14。因此，在框22处变矩器的泵轮的扭矩（τ_i）平衡发动机扭矩（τ_e）。接下来，变矩器的涡轮的转速（ω_t）示出为输入到变矩器14，变矩器14的涡轮的扭矩（τ_t）示出为输出。涡轮的扭矩（τ_t）和涡轮的转速（ω_t）分别表示齿轮箱16的输入扭矩和输入转速。

在框24处扭矩再次平衡，在框24处，来自变矩器14的涡轮的扭矩（τ_t）与来自齿轮箱16的同等的扭矩（τ_s/R_g）而平衡。扭矩（τ_s/R_g）是齿轮箱的输出轴的扭矩（τ_s）被齿轮箱16的传动比（R_g）改变而得到。涡轮的转速（ω_t）示出为输入到齿轮箱16，齿轮箱16的输出示出为齿轮箱16的输出轴的转速（ω_t/R_g），转速（ω_t/R_g）是涡轮的转速（ω_t）被传动比（R_g）改变而得到。在框26处发生另一次扭矩平衡，即，齿轮箱16的输出轴的扭矩（τ_s）与其本身平衡。与在框22,24,28中使用的总体上基于方程F=ma的动态方程不同的是，框26中的方程总体上基于弹簧-力关系F=kx。如在框26处所示，齿轮箱16的输出轴的转速（ω_t/R_g）等于FDR18的输入转速（ω_WR_d）。FDR18的输入转速是车轮转速（ω_W，即，FDR18的输出侧的转速）被差速器的传动比（R_d）改变而得到。最后，在框28处扭矩平衡，在框28处，道路负载扭矩（τ_r）与FDR18的输出扭矩（τ_sR_d）平衡，FDR18的输出扭矩（τ_sR_d）是齿轮箱16的输出轴的扭矩（τ_s）被差速器的传动比（R_d）改变而得到。

在图1A中，变速器12未处于换档事件。因此，在到齿轮箱16的输入扭矩（τ_t）和齿轮箱16的输出轴的扭矩（τ_s）之间存在已知的比例关系。然而，在换档事件期间，传动装置（诸如，变速器12）处于改变的状态。具体地说，存在特定的即将分开的（OFG）离合器和即将啮合的（ONC）离合器，OFG离合器和ONC离合器的状态在任何给定的瞬间都是未知的。这在图1B中示出，在图1B中，代替从齿轮箱16输出已知的扭矩值，齿轮箱16指示离合器处于变迁状态，存在未知的扭矩（f₁(τ_c)和f₂(τ_c)），其中，扭矩（f₁(τ_c)和f₂(τ_c)）是离合器扭矩（总体上表示为（τ_c））的函数。

如上所讨论的，动力传动系控制专家通常期望知道动力传动系内的各种扭矩，尤其是变速器的齿轮箱的输入扭矩和输出扭矩。还注意到，在很多情况下，由于各种原因，直接测量这两个扭矩是不可能的。在瞬间关注点（instant of interest）未处于变速器的换档事件的情况下，如果直接测量输出扭矩（例如，齿轮箱16的扭矩（τ_s）），则可容易计算输入扭矩（τ_t）。这种情况由图1A示出。相反，在换档事件期间（例如，在图1B中示出的），不能直接使输出扭矩（诸如，扭矩（τ_s））与输入扭矩（例如，扭矩（τ_t））关联。因此，本发明的实施例提供一种用于估计输入扭矩的***和方法，该***和方法可在变速器换档事件期间尤其有用。例如，可使用这样的扭矩估计值来自动控制至少一个变速器部件（诸如，离合器）。具有可靠的输入扭矩估计值在未处于换档事件时也会有用，这是因为该估计值可与从输出扭矩和已知的传动比计算的输入扭矩的值进行比较。例如，通过对输出轴扭矩传感器的状态提供检查，这提供了诊断和故障支持。

本发明的实施例包括一种用于估计诸如到齿轮箱（诸如，变速器12的齿轮箱16）的输入扭矩的扭矩的方法。实现该方法的一种方式在于：提供第一扭矩估计值，第一扭矩估计值根据变速器参数（诸如，转速比）的单个非线性函数以该变速器参数的特定值来限定。下面示出的方程式1提供这样的扭矩（例如，上述的涡轮的扭矩（τ_t））估计值。

$T_{T1}={\mathrm{\ω}}_e^2\mathrm{TCF}({\mathrm{\ω}}_t/{\mathrm{\ω}}_e)$     方程式1

在方程式1中，扭矩（T_T1）是到齿轮箱16的输入扭矩（该输入扭矩也是如图1A和图1B所示的涡轮的扭矩（τ_t）），并代表如上所述的“第一扭矩估计值”。如图1A和图1B所示，转速术语（ω_e）是发动机转速，函数TCF(ω_t/ω_e)是变速器参数(ω_t/ω_e)（在这种情况下，是变矩器14上的转速比）的一个非线性函数，它用于限定第一扭矩估计值（T_T1）。本发明的实施例利用单个非线性函数来部分地限定扭矩估计值，与在其扭矩估计值限定中使用多个非线性函数的***和方法相比提供优势。

使用多个非线性函数进行扭矩估计值的这样的一个方程在下面示出为方程式2。

$T_{T2}={\left[\frac{{\mathrm{\ω}}_e}{K({\mathrm{\ω}}_t/{\mathrm{\ω}}_e)}\right]}^2\mathrm{TR}({\mathrm{\ω}}_t/{\mathrm{\ω}}_e)$     方程式2

在该方程式中，扭矩估计值（T_T2）由与在方程式1中使用的变速器参数相同的变速器参数(ω_t/ω_e)的两个独立的非线性函数限定。对于转速比(ω_t/ω_e)的各个值，在图2中以图形32中示出了第一个函数K(ω_t/ω_e)。对于变矩器14，函数K(ω_t/ω_e)部分地限定泵轮的扭矩（τ_i）的估计值，如下面的方程式所示：

$T_I={\left[\frac{{\mathrm{\ω}}_e}{K({\mathrm{\ω}}_t/{\mathrm{\ω}}_e)}\right]}^2$     方程式3

类似地，在方程式2中使用的第二个函数TR(ω_t/ω_e)在图3中以图形34示出。该函数限定变矩器14上的扭矩比，且还是转速比(ω_t/ω_e)的函数。

如上面所注意到的，使用根据单个非线性函数所限定的扭矩估计值（例如，在方程式1中示出的）与在方程式2中示出的扭矩估计值相比提供优势。例如，如果根据方程式2估计齿轮箱16的输入轴的扭矩，且在未处于变速器12的换档事件时产生估计，则估计的扭矩（T_T2）可与由传动比调节的齿轮箱输出轴的测量的扭矩（τ_s/R_g）直接比较。如果确定估计的扭矩（T_T2）不如期望那样精确，则可考虑自适应学习过程，通过自适应学习过程基于测量值调节估计值。问题在于：由于在扭矩（T_T2）的限定中使用两个非线性函数，所以不能确定这两个函数中的哪个函数需要调节以使扭矩估计方程式适合于更加精确的模型。

相比之下，使用本发明的实施例，诸如，使用在方程式1中示出的扭矩估计值（T_T1）的方法，允许扭矩估计值适合于在未处于变速器换档事件时获得的测量扭矩值，在未处于变速器换档事件时，在测量的输出轴扭矩和输入轴扭矩之间存在已知的关系。因此，在本发明的至少一些实施例中，第一扭矩估计值（例如，扭矩（T_T1））根据变速器参数的单个非线性函数限定，参见方程式1，其中，单个非线性函数是TCF(ω_t/ω_e)且变速器参数是变矩器14上的转速比(ω_t/ω_e)。第一扭矩估计值可由控制器20计算，因此“提供”给控制器20本身，相反，第一扭矩估计值可在控制***中的其他处计算，信号发送到控制器20，控制器20可使用该信号与涉及动力传动系10的其他信息来控制动力传动系的各个元件，诸如变速器12。例如，在换档事件期间，可使用第一扭矩估计值来自动控制至少一个变速器部件（诸如，一个或多个离合器）。为了提供实际值，在变速器参数的特定值时（在这种情况下变速器参数是转速比的值），第一扭矩估计值（T_T1）被提供给控制器20。

接下来，在变速器参数的特定值时（即，在相同的转速比的值时），测量输出轴的扭矩（τ_s）。如上面详细地描述的，当在未处于换档事件时进行测量和估计时，输出轴的扭矩（τ_s）容易与输入轴的扭矩（τ_t）关联。因此，如果扭矩估计值（T_T1）进行自适应学习且需要调节，则扭矩估计值（T_T1）基于测量的扭矩被改变。继续向前，当使用方程式1再次估计扭矩时，改变的扭矩估计值由控制器20提供或提供给控制器20，在控制器20中，该值可与测量的扭矩（如果可用的话）再次比较。相反，如果在换档事件期间改变的扭矩估计值由控制器20提供或提供给控制器20，则不能进行比较，但是现在，控制器20使用改变的且被推测认为是更加精确的扭矩估计值来控制动力传动系10，例如，控制变速器12中的OFG离合器和ONC离合器的扭矩。

对于控制器20，方法可总结如下。控制器20计算或从另一控制器接收第一扭矩估计值，并将该值“输出”到控制器20本身或将该值作为用于控制动力传动系10的信号的一部分“输出”。然后，例如，控制器20从齿轮箱16的输出轴上的扭矩传感器接收测量的扭矩。然后，控制器20基于齿轮箱16的传动比和测量的输出轴扭矩确定齿轮箱16的输入轴的“测量的”扭矩。如果在比较估计的扭矩和测量的扭矩之后，控制器20确定应该应用自适应学习过程，则例如，控制器20通过改变函数TCF(ω_t/ω_e)而改变扭矩估计值，以将第一扭矩估计值和测量的扭矩之间的差考虑在内。最后，对于特定转速比，当需要用于该转速比的扭矩估计值时，控制器20“输出”改变的扭矩估计值。如上所讨论的，该自适应学习仅仅与未处于变速器换档事件的情况相关，这是因为当正在发生换档事件时，齿轮箱16的输出轴的测量的扭矩不能与输入轴的扭矩关联，参见图1B。因此，控制器被配置成仅仅使用来自未处于变速器12的换档事件时的数据来改变第一扭矩估计值。

为了仅根据一个非线性函数限定扭矩估计值（诸如，在方程式1中示出的扭矩估计值（T_T1）），本发明的实施例使用来自不同的扭矩估计值的特定的其他非线性函数，并将这些其他非线性函数组合，以限定单个非线性函数（诸如，上述函数TCF(ω_t/ω_e)）。例如，来自方程式2的上述两个非线性函数可组合以生成函数TCF(ω_t/ω_e)。当转速术语（ω_e ²）从方程式1去除时，所留下的是两个非线性函数的组合，这两个非线性函数可组合生成单个非线性函数TCF(ω_t/ω_e)。本发明的实施例可组合成非线性函数，诸如生成单个非线性函数的那些非线性函数，如下面的方程式4所示。

$\mathrm{TCF}({\mathrm{\ω}}_t/{\mathrm{\ω}}_e)={\left[\frac{1}{K({\mathrm{\ω}}_t/{\mathrm{\ω}}_e)}\right]}^2\mathrm{TR}({\mathrm{\ω}}_t/{\mathrm{\ω}}_e)$     方程式4

总的来说，来自方程式2的初始扭矩估计值（T_T2）根据变速器参数的多个特定的非线性函数K(ω_t/ω_e)和TR(ω_t/ω_e)限定。这两个非线性函数组合成一个非线性函数TCF(ω_t/ω_e)，该函数用于限定在上面的方程式1中示出的第一扭矩估计值，该第一扭矩估计值可由控制器20提供或者提供给控制器20，以用于控制动力传动系10。

为了在方程式1中示出的扭矩估计值（T_T1）中使用所述一个非线性函数TCF(ω_t/ω_e)，首先可期望在转速比(ω_t/ω_e)的特定选择值时产生用于该函数的多个值。产生这些值将允许将这些值输入到控制器（例如，控制器20）中，在控制器20中，这些值可用作查找表的一部分，或者用于图形解释，这些值可绘制成与分别在图2和图3中示出的图形32和34类似的图形。实现该操作的一种方式在于：选择转速比(ω_t/ω_e)的多个值并确定函数K(ω_t/ω_e)和TR(ω_t/ω_e)的对应值。这是可实现的，因为如上所讨论的，在各个转速比，这些函数的值是已知的，参见图2和图3。对于转速比(ω_t/ω_e)的选择值，一旦（例如）通过使用方程式4知晓函数TCF(ω_t/ω_e)的各个值，则可根据方程式1计算扭矩估计值（T_T1）。如果转速比(ω_t/ω_e)的预定值对应于转速比(ω_t/ω_e)的选择值中的一个值，则函数TCF(ω_t/ω_e)的值将会是已经被计算且该函数TCF(ω_t/ω_e)的值能够被直接用于方程式1。然而，如果转速比(ω_t/ω_e)的预定值不同于选择值中的一个值，则能够实现期望精度的任何插值方法均可被用于查找函数的值，然后将该函数的值用于方程式1以提供第一扭矩估计值。

如上所述的产生函数TCF(ω_t/ω_e)的值从而该值可用于估计扭矩的另一方式在于：使用方程式1和在未处于变速器换档事件时（转速比(ω_t/ω_e)的值和发动机转速（ω_e）的值是已知的）测量的扭矩值。在这种情况下，测量的扭矩值被代入（T_T1）（T_T1现在已知而非未知），在转速比(ω_t/ω_e)的值和发动机转速（ω_e）的值已知的情况下，未知的仅仅是函数TCF(ω_t/ω_e)本身的值，因此，该值可通过处理方程式1而容易地求解。一旦在转速比(ω_t/ω_e)和发动机转速（ω_e）的范围内函数TCF(ω_t/ω_e)的值已知，则方程式1可用于对转速比(ω_t/ω_e)的预定值提供扭矩估计值（T_T1）。如上所述，如果转速比(ω_t/ω_e)的预定值对应于用于计算函数TCF(ω_t/ω_e)的值的转速比(ω_t/ω_e)的值中的一个值，则函数TCF(ω_t/ω_e)的这个值可直接用于方程式1中。然而，如果转速比(ω_t/ω_e)的预定值不同于之前使用的值中的一个值，则可使用插值来查找函数TCF(ω_t/ω_e)的值，然后函数TCF(ω_t/ω_e)的值被用于方程式1中以提供第一扭矩估计值。

如上面详细地描述的，该扭矩估计值可与测量的扭矩值比较，并且可根据需要实施自适应学习过程以改进函数TCF(ω_t/ω_e)。在图4中示出了曲线图36，曲线图36示出了使用如在上面的第一示例中描述的函数K(ω_t/ω_e)和TR(ω_t/ω_e)估计的扭矩值和基于输出轴扭矩传感器的测量的测量的扭矩值之间的差，其中，估计的扭矩值示出为粗实线，测量的扭矩值示出为更细的更加不稳定的线。测量的扭矩值实际上是三个独立的轨迹线38,40,42，它们分别表示在给定的转速比范围内的独立测量值。如可在图4中看见的，轨迹38,40,42在转速比的大部分范围内重叠，不是独立可区分的。曲线图36清楚地示出了估计的扭矩和测量的扭矩之间的密切关系，还示出了自适应技术能用于改进估计的扭矩的区域。

虽然在上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可进行各种改变。另外，实现的各个实施例的特征可组合，以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (5)

1.一种用于车辆的变速器的控制***，包括：

控制器，被配置成：

输出根据变速器参数的一个非线性函数限定的针对于所述变速器参数的特定值的第一扭矩估计值；

接收在变速器参数的特定值时测量的变速器扭矩；

基于测量的扭矩针对于所述变速器参数的特定值输出改变的扭矩估计值。

2.根据权利要求1所述的***，其中，变速器参数的所述一个非线性函数使用所述变速器参数的多个其他非线性函数限定。

3.根据权利要求2所述的***，其中，所述变速器参数的所述其他非线性函数包括部分地限定用于变速器的变矩器的泵轮的扭矩的估计值的函数以及限定变矩器上的扭矩比的函数。

4.根据权利要求3所述的***，其中，第一扭矩估计值是用于变矩器的涡轮的扭矩的估计值，变速器参数是涡轮的转速与泵轮的转速之比。

5.根据权利要求2所述的***，其中，控制器还被配置成：仅使用来自未处于变速器换档事件时的数据来改变第一扭矩估计值。

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