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技术领域

本公开涉及自动变速器控制的领域。更具体地，本公开涉及变速器输出 扭矩的估计和控制。

背景技术

自动变速器通过选择性地接合和分离多个换挡元件而建立具有不同传动 比的各种动力流动路径。换挡元件包括摩擦离合器。每个摩擦离合器的扭矩 容量是基于来自变速器控制器的信号而确定的。例如，控制器可将脉宽调制 信号发送至螺线管，使得通过螺线管施加的电磁力与脉宽成比例。螺线管可 被连接到阀体中的滑阀，使得在阀体的特定通道中的液压压力与电磁力成比 例。来自该通道的流体可被传送到离合器的活塞应用室，使活塞施加与流体 压力相关的力。活塞力可挤压隔离片之间的摩擦片以建立离合器的扭矩容量。 或者，该信号可以通过其他机制(诸如使马达旋转)来影响扭矩容量，从而 使活塞将力施加到离合器片组(clutchpack)。由于所述信号与离合器扭矩容 量之间的间接因果链，许多不可预知的噪声因素可能影响二者的关系。

当控制器确定需要改变传动比时，控制器可以通过释放一个换挡元件(被 称为即将分离(off-going)的元件)并接合另一个换挡元件(被称为即将接 合(on-coming)的元件)而执行换挡。为使车辆乘员感觉到换挡平稳，即将 接合的元件的扭矩容量和即将分离的元件的扭矩容量相对于彼此并相对于发 动机扭矩进行协调是重要的。例如，如果即将分离的离合器过早释放，则输 出扭矩将会过度下降且发动机速度将上升。这种现象被称为发动机爆发。另 一方面，如果即将分离的元件释放得太晚，则这两个换挡元件将彼此抵触且 输出扭矩将会过度下降。这种现象被称为绑定(tie-up)。

具有某些类型的变速器(诸如双离合器变速器(DCT))的车辆通过逐渐 接合离合器而起步。在离合器正在打滑时，输出扭矩由起步离合器的扭矩容 量决定。驾驶员通过踩下加速器踏板而指示输出扭矩的期望水平。如果离合 器接合得太慢，那么车辆将不会如驾驶员期望的那样快地加速而发动机速度 可能会过度增加。如果离合器接合得过快，那么车辆会加速过快且发动机速 度可能会下降。

为了调整控制信号使得扭矩容量在未知噪声因素存在时是适当的，控制 器可利用反馈信号。因为在许多情况下，控制策略试图实现特定的变速器输 出扭矩，所以实际变速器输出扭矩的估计常常是有价值的反馈信号。在许多 车辆中可能无法直接测量变速器扭矩。因此，从可用的传感器读数导出变速 器输出扭矩的估计是可取的。

发明内容

通过以规定的时间间隔完成多个步骤而控制变速器离合器。这些步骤包 括：基于各种测量值计算输入向量；根据输入向量和上一步的状态向量的函 数而计算当前步的状态向量；以及基于状态向量中的状态值之一而调整离合 器扭矩容量。测量值可包括变速器输出速度、驱动轮速度和/或非驱动轮速度 和车辆加速度。状态向量包括大体上与变速器输出扭矩成比例的至少一个值 (诸如当前轴扭转角度的估计)。状态向量还可以包括当前车轮速度的估计、 过去车轮速度的一个或更多个估计和车辆速度的估计。

根据本发明，提供一种控制车辆的起步离合器的方法，该方法使得起步 扭矩响应于轮胎滚动半径的变化而变化，该方法包括：响应于恒定踏板位置 与第一滚动半径，调整起步离合器的扭矩容量，以在第一变速器输出速度时 产生第一变速器输出扭矩，并在大于第一变速器输出速度的第二变速器输出 速度时产生第二变速器输出扭矩；响应于所述恒定踏板位置与小于第一滚动 半径的第二滚动半径，调整起步离合器的扭矩容量，以在第一变速器输出速 度时产生小于第一变速器输出扭矩的第三变速器输出扭矩，并在第二变速器 输出速度时产生第二变速器输出扭矩。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：在第一变速器输出速度时 基于来自加速度计的信号而估计变速器输出扭矩。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：在第二变速器输出速度时 基于车轮速度信号而估计变速器输出扭矩。

根据本发明，提供一种控制变速器离合器的方法，包括以规定的时间间 隔：基于多个测量值计算包括多个输入值的输入向量；根据输入向量和上一 步的状态向量的函数而计算包括多个状态值的当前步的状态向量；基于与变 速器输出扭矩成比例的状态值之一而调整变速器离合器的扭矩容量。

根据本发明的一个实施例，所述多个输入值包括变速器输出速度测量值。

根据本发明的一个实施例，所述多个输入值还包括车轮速度测量值。

根据本发明的一个实施例，调整变速器离合器的扭矩容量所基于的状态 值是当前轴扭转角度的估计。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：基于车辆加速度测量值而 调整当前轴扭转角度的估计。

根据本发明的一个实施例，所述多个状态值还包括当前车轮速度的估计。

根据本发明的一个实施例，所述多个状态值还包括在过去某时刻的车轮 速度的估计。

根据本发明的一个实施例，所述多个状态值还包括当前车辆速度的估计。

根据本发明的一个实施例，变速器离合器是起步离合器。

附图说明

图1是车辆的动力传动系统的示意图。

图2是双离合器变速器的示意图。

图3是车辆制动系统的示意图。

图4是控制器的网络的示意图。

图5是示出基于通过图4的控制器网络进行通信的如图1所示的动力传 动系统的传感器和如图3所示的车轮速度传感器控制离合器(诸如图2中的 离合器之一)的方法的流程图。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，将理解的是，所公开的实施例仅是示 例，其他实施例可采用各种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；可夸大 或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功 能细节不应被解释为限制，而仅为教导本领域技术人员以各种方式使用本发 明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，可将参照任一附图示出 并描述的各种特征与在一个或更多个其他附图中示出的特征相结合以产生未 明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。 然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可期望用于特定应用或 实施方式。

图1示出了适于基于从多个传感器导出的扭矩估计而调整变速器离合器 的扭矩容量的车辆。用实线示出机械连接而虚线表示传送信息的信号。推进 车辆的动力由使曲轴12转动的内燃发动机10而产生。该动力通过变速器14 被调节以满足车辆需要并被输送到驱动轴16。具体地，当车辆处在低速时， 变速器14降低速度并使与由发动机提供的动力相关的扭矩倍增。当车辆处在 高速时，变速器14使驱动轴16比发动机曲轴12旋转得更快。差速器18将 来自驱动轴16的动力在驱动左驱动轮24的左轮轴20和驱动右驱动轮26的 右轮轴22之间进行分配。在车辆转弯时，差速器18允许两个轮轴相对于彼 此以稍微不同的速度旋转。差速器18还使驱动轴扭矩以被称为主减速比的固 定比倍增并将旋转轴线改变90度。虽然图1示出了具有纵向发动机的后轮驱 动(RWD)车辆，但是本发明也可以适用于具有横向发动机的前轮驱动(FWD) 配置。在前轮驱动配置中，曲轴轴线平行于轮轴轴线，且变速器可以通过相 对于驱动轴的轴线分动齿轮装置或链和链轮装置将动力传送到差速器18。

动力传动系统控制器28调整由发动机10产生的扭矩和变速器14的传动 比。例如，控制器28可将信号发送到发动机10以控制节气门开度、点火正 时和燃料喷射。如下面所讨论的，控制器28可以通过发送信号以设置变速器 14内的各种离合器的扭矩容量来调整传动比。动力传动系统控制器基于驾驶 员致动的加速器踏板30的位置及其他信号而确定驾驶员预期的输出扭矩水 平。如下面更详细地讨论的，动力传动系统控制器28基于来自变速器输出速 度传感器32和纵向加速度传感器34的信号及其他信号而确定当前的输出扭 矩水平。动力传动系统控制器28可被实施为单个处理器或通信的多个处理器 (诸如发动机控制器和变速器控制器)。特定的功能可以实施为硬件电路或者 由处理器执行的软件代码实施。

可以利用各种类型的变速器，包括例如具有行星齿轮装置和变矩器的阶 梯传动比自动变速器、具有变速机(variator)和起步离合器的无级变速器 (continuouslyvariabletransmission)或无级变速器(infinitelyvariable transmission)。图2示出了被称为双离合器变速器(DCT)的示例性变速器类 型。DCT包括齿轮箱40和另一个齿轮箱42，齿轮箱40选择性地为奇数档建 立齿轮比，另一个齿轮箱42选择性地为偶数档建立齿轮比。齿轮箱40和42 中的至少一个还选择性地建立倒档齿轮比。齿轮箱40和42中的每个响应于 来自动力传动系统控制器的信号而建立齿轮比。例如，处理器可以命令致动 器接合与期望的齿轮比相关的同步器。齿轮箱40和42二者可以以齿轮比同 时啮合。齿轮箱40和42二者的输出都被固定地结合到驱动轴16。奇数离合 器44选择性地将曲轴12结合到奇数齿轮箱40的输入，而偶数离合器46选 择性地将曲轴12结合到偶数齿轮箱42的输入。

当在选择了向前行驶的情况下车辆静止时，控制器命令奇数齿轮箱40 建立第一档齿轮比，命令离合器44和46的扭矩容量为零，并且命令发动机 产生刚好足以保持发动机怠速转速的扭矩。当驾驶员通过压下加速器踏板30 而指示希望向前运动时，控制器增加发动机扭矩并增加奇数离合器44的扭矩 容量。由于齿轮箱40的输入仍然静止而曲轴正在旋转，所以横跨离合器44 有打滑。在离合器44打滑时，变速器输出扭矩等于离合器44的扭矩容量乘 以第一档齿轮比，受任何寄生损失的制约。控制器28通过调整离合器44的 扭矩容量而将输出扭矩调整到由加速器踏板位置所指示的期望水平。在离合 器44打滑时，发动机扭矩的变化导致发动机转速变化而变速器输出扭矩不 变。具体地，如果发动机扭矩超过离合器44的扭矩容量，则发动机转速增加； 如果发动机扭矩小于离合器44的扭矩容量，则发动机转速降低。归因于变速 器输出扭矩，车辆逐渐加速直到齿轮箱40的输入达到与曲轴相同的速度为 止。在那时，起步完成。当离合器不打滑时，变速器输出扭矩是通过改变发 动机扭矩来控制的。

为从1档换到2档，控制器命令齿轮箱42在车辆以1档运动时建立2 档。然后，在离合器46的扭矩容量逐渐增加时逐渐释放离合器44。由于在 这种情况下齿轮箱42的输入比齿轮箱40的输入和曲轴12旋转得慢，所以离 合器46最初将打滑。在离合器46打滑时，变速器输出扭矩是由离合器46的 扭矩容量决定的。以类似方式控制随后的换挡。每当动力通过打滑的离合器 传递时，变速器输出扭矩都由该离合器的扭矩容量决定。当变速器建立了固 定的齿轮比时，输出扭矩由发动机扭矩决定。

如图3所示，车辆还可以配备有防抱死制动系统(ABS)。制动器54和 56作用在驱动轮24和26上而制动器58和60作用在非驱动轮50和52上。 每个制动器响应于来自ABS控制器62的命令信号而施加扭矩以使相应车轮 减速。控制器62基于驾驶员致动的制动踏板64的位置而确定驾驶员的使车 辆减速的意图。控制器62还监视来自速度传感器66、68、70和72的信号以 分别确定车轮24、26、50和52的速度。车轮速度之间的差异可指示牵引力 损失。作为响应，控制器62可以降低相应车轮的命令的制动扭矩来重新获得 牵引力并减少制动距离。如图4所示，ABS控制器62、动力传动系统控制器 28和其他控制器可以经由控制器局域网(CAN)76彼此通信。控制器可以周 期性地将信息发布到CAN而使该信息可用于其它控制器。例如，ABS控制 器62可以周期性地发布关于车轮速度的信息，使得该信息可用于动力传动系 统控制器28。然而，在一个控制器获得测量值的时间和该信息可用于另一个 控制器的时间之间可能有延迟。

如上所述，动力传动系统控制器28持续地计算目标变速器输出扭矩，并 将信号提供到各个致动器，以传递尽可能接近目标水平的输出扭矩。这些致 动器可以改变离合器44和46的扭矩容量。控制器可基于离合器扭矩容量和 输出扭矩之间的已知关系而计算期望的扭矩容量，然后基于命令和离合器扭 矩容量之间的标称关系而将命令发送到致动器。这种控制方法被称为开环控 制。遗憾的是，系统中的各种噪声可能导致实际离合器扭矩容量没有如预期 的那样精确地响应。闭环控制使用响应于实际离合器扭矩容量而变化的反馈 信号(诸如输出扭矩)。可以通过将闭环项加到至离合器致动器的开环命令而 一起使用闭环控制和开环控制。

可借助于控制器中的传动系数学模型而估计变速器输出扭矩。传动系可 以根据传动系扭转角度θ、平均驱动轮速度ω_w和车速V_x进行建模。具体而言， 变速器输出扭矩与传动系扭转角度θ成正比。这些状态值的导数由下列方程 给出：

θ · = ω o - ω w ]]>

ω w = 1 J w [ τ w + k s θ s + b s ( ω · o - ω w ) - b t ( ω w - V x / r w ) ] ]]>

V x = 1 m v [ b t r w ( ω · w - V x / r w ) + F b ] ]]>

其中，ω_o是变速器输出速度，J_w是驱动轮的转动惯量，k_s和b_s是传动系的刚 度和阻尼系数，b_t是轮胎的摩擦系数，r_w是轮胎半径，m_v是车辆质量。上面 的方程是基于前轮驱动动力传动系统的，在前轮驱动动力传动系统中，在主 减速比之后测量变速器输出速度。对于后轮驱动动力传动系统，变速器输出 速度应该乘以主减速比且驱动轴应包括在传动系刚度参数中。

这些方程还需要估计归因于滚动阻力和制动的驱动轮扭矩τ_w和车辆上的 其它力(诸如气动阻力、坡度力和非驱动轮的制动)F_b。这些量可利用经由 CAN从ABS控制器和从其它传感器获得的信息而进行估计。例如，气动阻 力可基于车辆速度进行估计。

控制器可以在中断驱动模式下工作，在中断驱动模式下，状态值以规定 的时间间隔更新。传动系模型的离散时间版本可以用向量形式表示为：

θ ^ s , n + 1 V ^ x , n + 1 ω ^ w , n + 1 = a 11 a 12 a 13 a 21 a 22 a 23 a 31 a 32 a 33 θ ^ s , n V ^ x , n ω ^ w , n + b 11 b 12 b 13 b 21 b 22 b 23 b 31 b 32 b 33 ω o τ w F b ]]>

其中，是状态变量X在当前时间步(timestep)的估计，是状态变量X 在上一时间步的估计，a_ij和b_ij是校准参数。这些校准参数的标称值可以基于 上面描述的连续时间模型的参数、时间步T和下式给出的量D进行计算：

D = T [ b s + Tk s + b t ( m v r w 2 Tb t + m v r w 2 ) ] J w + 1 ]]>

具体地，

a 11 = 1 - T 2 k s J w D ]]>

a 12 = - T D ]]>

a 13 = - T 2 b t m v r w J w D ( Tb t + m v r w 2 ) ]]>

a 21 = Tk s J w D ]]>

a 22 = 1 D ]]>

a 23 = - Tb t m v r w J w D ( Tb t + m v r w 2 ) ]]>

a 31 = - T 2 b t k s r w J w D ( Tb t + m v r w 2 ) ]]>

a 32 = - Tb t r w D ( Tb t + m v r w 2 ) ]]>

a 33 = m v r w 2 Tb t + m v r w 2 + T 2 b t 2 m v r w 2 J w D ( Tb t + m v r w 2 ) 2 ]]>

b 11 = T - T 2 ( b s + Tk s ) J w D ]]>

b 12 = - T 2 J w D ]]>

b 13 = - T 3 b t r w J w D ( Tb t + m v r w 2 ) ]]>

b 21 = T ( b s + Tk s ) J w D ]]>

b 22 = T J w D ]]>

b 23 = T 2 b t r w J w D ( Tb t + m v r w 2 ) ]]>

b 31 = T 2 b t r w ( b s + Tk s ) J w D ( Tb t + m v r w 2 ) ]]>

b 32 = - T 2 b t r w J w D ( Tb t + m v r w 2 ) ]]>

b 33 = Tr w 2 Tb t + m v r w 2 + T 3 b t 2 r w 2 J w D ( Tb t + m v r w 2 ) 2 ]]>

可通过加入基于感测的量的附加的反馈信号来提高上述模型的准确性。 由于ABS系统已经感测了每个车轮的速度，所以可利用平均驱动轮速度ω_w来提高准确性。具体地，上一时间步预测的车轮速度和所测量的车轮速度之 间的差值与校准常数K_w相乘，然后加到当前时间步预测的车轮速度。选择的 K_w的值高得足以使在若干时间步的任何误差逐渐减少，但低得足以避免引入 不稳定性。类似地，该差值也可以与校准常数K_θ和K_V相乘，然后分别加到 当前时间步预测的轴扭转角度和车辆速度。通过增加车轮速度测量值，状态 方程变为：

θ ^ s , n + 1 V ^ x , n + 1 ω ^ w , n + 1 = a 11 a 12 ( a 13 - K θ ) a 21 a 22 ( a 23 - K V ) a 31 a 32 ( a 33 - K w ) θ ^ s , n V ^ x , n ω ^ w , n + b 11 b 12 b 13 K θ b 21 b 22 b 23 K V b 31 b 32 b 33 K w ω o τ w F b ω w ]]>

以类似的方式，非驱动轮平均速度可提供反馈信号。当与车轮滚动半径相乘 时，非驱动轮平均速度与车辆速度密切相关。

归因于与CAN相关的延迟，动力传动系统控制器大约30ms后才接收到 车轮速度测量值。这种延迟可根据车轮速度而有些许变化。典型的控制回路 的时间步将为大约10ms。与车轮速度测量值相关联的延迟约束可能导致不稳 定性的K_w的值，并因此限制了算法可减少任何误差的速率。最好将车轮速度 测量值与对应于尽可能接近获得车轮速度测量值时的时间的估计值进行比 较。可以通过扩展状态向量中的值的数量而修改上述算法以实现这一结果。 代替表示车轮速度的当前估计的单个值扩展的状态向量包括四个值和分别表示当前时间的车轮速度、一个时间步之前的车轮速度、 两个时间步之前的车轮速度和三个时间步之前的车轮速度。然后，将测量值 与三个时间步之前的值比较。经此修改后，状态方程变为：

θ ^ s , n + 1 V ^ x , n + 1 ω ^ w 0 , n + 1 ω ^ w 1 , n + 1 ω ^ w 2 , n + 1 ω ^ w 3 , n + 1 = a 11 a 12 a 13 0 0 - K θ a 21 a 22 a 23 0 0 - K V a 31 a 32 a 33 0 0 - K w 1 0 0 1 0 0 - K w 2 0 0 0 1 0 - K w 3 0 0 0 0 1 - K w 4 θ ^ s , n V ^ x , n ω ^ w 0 , n ω ^ w 1 , n ω ^ w 2 , n ω ^ w 3 , n + b 11 b 12 b 13 K θ b 21 b 22 b 23 K V b 31 b 32 b 33 K w 1 0 0 0 K w 2 0 0 0 K w 3 0 0 0 K w 4 ω o τ w F b ω w ]]>

另外的复杂性起因于以下事实：一些类型的速度传感器在速度非常低时 是不准确的。考虑到这个问题，该算法可以被修改为在这些低速时利用另一 传感器。例如，可以使用加速度计传感器根据下面的式子来调整轴扭转角度 的估计：

θ ^ s , n + 1 = K m i x * θ ^ s , n + 1 + ( 1 - K m i x ) * K a * a x ]]>

其中，a_x是加速度计读数，K_a是校准常数，K_mix是0和1之间的值，表示应 赋予每个方法的权重。当车辆速度非常低时，K_mix被设置为零，使得轴扭转 角度完全由加速度计读数决定。随着车辆速度的增加和速度传感器的读数变 得可靠，即使状态向量中的值的初始值是错误的，状态向量中的值也将稳定。 然后，K_mix随多个控制步逐渐增加到1，以避免在方法之间的转变过程中的任 何不连续性。

图5是示出了在每个时间步由每个控制器采取的步骤的流程图。在80 和82处，ABS控制器接收来自左驱动轮的车轮速度信号和来自右驱动轮的车 轮速度信号。ABS控制器在84处计算平均车轮速度并在86处将该值发布到 CAN以供其它控制器(诸如动力传动系统控制器)使用。在88处，动力传 动系统控制器接收来自CAN的平均车轮速度信号。等效地，ABS控制器可 发布左驱动轮速度和右驱动轮速度二者，而动力传动系统控制器可以求平均 值。动力传动系统控制器还在90处接收变速器输出速度。动力传动系统控制 器在92处计算驱动轮上的其他扭矩和车辆上的其他力。在94处，基于上一 时间步的状态向量和在88、90和92处接收或计算的值而计算当前时间步的 状态向量。在96处，动力传动系统控制器如上所述地计算K_mix。动力传动系 统控制器在98处读取加速度计并在100处基于K_mix相应地调整轴扭转角度估 计。在102处，动力传动系统控制器基于所调整的轴扭转角度估计而计算变 速器输出扭矩。最后，动力传动系统控制器在104处基于变速器输出扭矩而 调整一个或更多个离合器的扭矩容量。

如果车辆的轮胎被替换为更小直径的轮胎，那么给定的变速器输出扭矩 将产生更大的牵引力并因此产生更大的车辆加速度。在车辆起步的早期阶段 期间，当该方法主要依赖于加速度计信号时，该方法将过高地估计变速器输 出扭矩。因此，控制器将调整离合器扭矩容量以传递小于目标