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技术领域

本发明涉及自动变速器控制领域。更特别地，本发明涉及基于转速信号 估算变速器输出扭矩。

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 比的多个功率流(power flow)路径。换挡元件包括摩擦离合器。基于来自 变速器控制器的信号确定每个摩擦离合器的扭矩容量。例如，控制器可以发 送调制的脉冲宽度信号至螺线管使得螺线管施加的电磁力与脉冲宽度成比 例。电磁阀可以连接至阀体上的滑阀使得阀体的特定通道中的液压压力与电 磁力成比例。来自通道的流体可以引导至离合器的活塞应用室使得活塞施加 相对于流体压力的力。该活塞力可以挤压分离盘之间的摩擦盘以建立离合器 的扭矩容量。可替代地，该信号可以通过其它机构(比如使马达旋转的机构) 影响扭矩容量，从而使活塞施加力至离合器包。由于信号和离合器扭矩容量 之间的非直接因果链，多个不可预测的噪声因素可能影响其关系。

当控制器确定需要改变传动比时，控制器可以通过释放称为即将分离的 元件的一个换挡元件并接合称为即将接合的元件的另一个换挡元件而执行换 挡。为了让车辆乘客觉得换挡平顺，彼此以及相对于发动机扭矩协调即将接 合的元件的扭矩容量和即将分离的元件的扭矩容量很重要。例如，如果过早 地释放即将分离的离合器，那么驱动轴扭矩将过度地下降并且发动机转速将 上升。这种现象称为发动机转速骤升(engine flare)。另一方面，如果过 晚释放即将分离的元件，那么两个换挡元件将对抗并且输出扭矩将过度地下 降。这种现象称为锁死(tie-up)。

为了调节控制信号使得在存在未知噪声因素时扭矩容量是适当的，控制 器可以利用反馈信号。例如，控制器可以利用来自输入转速传感器和输出转 速传感器的信号以计算变速器的当前传动比。输入转速与输出转速的比例意 外的或过度地较大增加可以指示发动机转速骤升。响应于该信息，控制器可 以增加即将接合的换挡元件的扭矩容量。然而，一些误差(比如锁死)不一 定反映在传动比中。此外，由于传动比的变化，换挡元件扭矩容量的误差需 要时间来显现。所以，希望通过变速器输出扭矩的测量来补偿该信息。

发明内容

一种车辆包括具有输出轴、通过传动比(gear ratio)可驱动地连接至 输出轴的左桥(axle)和右桥的动力传动系统以及处理器。处理器接收指示 输出轴转速的第一信号以及指示桥转速的第二信号。第二信号可以指示左桥 和右桥的平均转速或者可以指示这两个转速。处理器发送第三信号以改变通 过输出轴传输的扭矩。例如，第三信号可以调节摩擦离合器的扭矩容量。处 理器被配置为用于基于输出轴转速以及乘以传动比的桥转速之间的差异而调 节第三信号。可以从引入一些延迟的通信总线接收第二信号。为了补偿该延 迟，处理器可以使用移位寄存器(shift register)将延迟引入第一信号。 在一些实施例中，处理器可以对针对主减速比调节的相对转速积分并且使用 高通滤波器以从结果中过滤低频内容。

变速器控制器包括移位寄存器和处理器。移位寄存器延迟指示变速器输 出的旋转的第一信号以与指示桥的旋转的延迟的第二信号暂时一致。变速器 控制器可以改变延迟的持续时间。第二信号可以指示桥的转速而不指示桥的 位置。处理器被配置为用于基于延迟的第一信号以及传动比和延迟的第二信 号的乘积之间的差异调节离合器的扭矩容量。

一种控制变速器的方法包括基于指示变速器输出轴转速的第一信号以及 传动比与指示桥转速的第二信号的乘积之间的差异而调节变速器离合器的扭 矩容量。可以从通信总线接收第二信号。方法还可以包括在第一信号中引入 时间延迟以补偿经由通信总线接收第二信号的时间延迟。方法可以包括对以 传动比作为因子的转速差异进行积分并且随后过滤掉低频内容。方法还可以 包括组合产生的扭矩估算与提供低频内容的独立估算。

根据本发明的一个实施例，第二信号指示桥的转速而不指示桥的旋转位 置。

根据本发明的一个实施例，进一步包含在第一信号中引入时间延迟以补 偿经由通信总线接收第二信号的时间延迟。

根据本发明的一个实施例，进一步包含基于用于第二信号的延迟的持续 时间的变化而调节用于第一信号的时间延迟的持续时间。

根据本发明的一个实施例，进一步包含对第一信号以及传动比和第二信 号的乘积之间的差异积分。

根据本发明的一个实施例，进一步包含从第一信号以及传动比和第二信 号的乘积之间的差异的积分过滤低频内容。

根据本发明的一个实施例，进一步包含从变速器输出的独立估算过滤高 频内容并对这两个过滤的估算求和。

附图说明

图1是车辆的示意图；

图2是说明基于输出扭矩的变化速率的估算而控制变速器离合器扭矩容 量的方法的流程图；

图3是包括移位寄存器的控制器的示意图；

图4是说明组合图2中估算的输出扭矩的变化速率与独立的输出扭矩估算 以产生更精确的输出扭矩估算的方法的流程图。

具体实施方式

本说明书描述了本发明的实施例。然而，应理解公开的实施例仅为示例， 其可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以 显示特定部件的细节。所以，此处所公开的具体结构和功能细节不应解释为 限定，而仅为教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。本 领域内的技术人员应理解，参考任一附图说明和描述的多个特征可以与一个 或多个其它附图中说明的特征组合以形成未明确说明或描述的实施例。说明 的组合特征提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本发明的教导一致的 特征的多种组合和变型可以根据需要用于特定应用或实施。

图1说明适配用于基于从多个转速传感器得出的扭矩估算而调节变速器 离合器的扭矩容量的车辆。机械连接说明为实线而虚线代表传递信息的信号。 通过内燃发动机10产生驱动车辆的动力。动力通过变速器12调整以满足车辆 需要并且传输至驱动轴14。特别地，当车辆处于低速时，变速器12减小该速 度并相对于发动机提供的动力放大扭矩。当车辆处于高速时，变速器12使驱 动轴14旋转得比发动机曲轴快。差速器16在分别驱动左后轮和右后轮22和24 的左桥和右桥18和20之间分配来自驱动轴14的动力。差速器16允许在车辆转 弯时两个桥彼此以略微不同的转速旋转。差速器16还通过称为主减速比 (final drive ratio)的固定比例放大驱动轴扭矩并且使旋转轴线改变90 度。左前轮和右前轮26和28各自没有被驱动。尽管图1说明的是后驱车辆，本 发明也可以应用到前驱配置。

变速器12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 的多个功率流路径。控制器30在换挡事件期间调节每个摩擦离合器的扭矩容 量。对于一些类型的变速器(比如双离合器变速器)，控制器30还连续地调 节一个或多个离合器的扭矩容量以从静止位置启动车辆。控制器30可以利用 来自输入转速传感器32和输出转速传感器34的信号。

一种估算变速器输出轴扭矩的方法是基于测量车辆加速度。车辆加速度 与牵引力减去阻力(drag force)除以车辆质量成比例。可以使用模型根据 车速估算阻力。牵引力与变速器输出扭矩成比例。可以通过加速度计测量或 者通过对速度测量值求微分来计算车辆加速度。但是，该方法不能精确地捕 获输出扭矩的短期变化。紧随变速器输出扭矩的变化，多个传动系部件的扭 曲量增加。车辆加速度不会变化直到传动系扭曲已经变化之后。此外，车辆 加速度受与变速器输出扭矩不关联的瞬时状况(比如道路上的较小凸起)的 影响。出于这些原因，该方法不足以作为在变速器换挡期间用于控制离合器 的反馈信号。

可以通过多种方式估算变速器输入扭矩。例如，可以使用模型以基于发 动机转速、节气门设置、火花正时等估算发动机输出扭矩。可替代地，当变 速器配备有变矩器并且旁通离合器打开时，可以基于涡轮转速和泵轮转速估 算涡轮扭矩。当传动装置的变速箱处于稳定状态状况时，这些变速器输入扭 矩的估算可以作为基础通过乘以已知的扭矩比例(torque ratio)而估算变 速器输出扭矩。然而，在换挡期间不能精确地知道扭矩比例。

当轴传输扭矩时，轴扭曲或扭转(wind up)。即，轴一端的旋转位置与 轴其它端的旋转位置相差的量与传输的扭矩成比例。测量该旋转位置的差异 提供了传输的扭矩的估算。如下文描述的，可以使用输出轴转速传感器34和 桥转速传感器36和38估算该差异。桥转速传感器36和38被防抱死制动(ABS) 控制器40使用以感应车轮滑动并相应地调节制动力。ABS控制器40和变速器控 制器30经由控制器局域网(CAN)42通信。

变速器输出扭矩与传感器34处的位置与针对主减速比修正的传感器36和 38的平均位置之间的差异成比例。由于该扭矩与这些位置处的相对位置成比 例，扭矩的变化速率与这些位置处的相对转速成比例。图2中的流程图说明了 一种基于转速传感器读数计算输出扭矩的变化速率的方法。在50和52处ABS 控制器40分别接收来自转速传感器36和38的信号。在54处ABS控制器40基于这 些读数计算桥平均转速并且在56处发布平均转速至CAN。在58处变速器控制器 从CAN接收该信息并且在60处乘以主减速比。

图2中的虚线指示哪个控制器执行每个操作。然而，可以通过任意处理器 执行这些操作中的多个操作。如果操作从一个处理器移动至其它处理器，这 影响经由CAN必须交换什么信息。例如，如果通过变速器控制器执行左桥转速 和右桥转速的平均，那么将经由CAN通信这两个桥转速而不是平均转速。

通信总线以10ms的顺序引入变速器延迟。所以，到达变速器控制器的信 号实际上指示之前某个时间的桥的平均转速。另一方面，变速器控制器几乎 瞬时接收关于输出轴的信息。比较一个时间点处输出轴的转速与早些时间点 处桥的转速可能引起计算的传动系扭矩变化速率的误差。为了补偿不相等的 延迟，利用移位寄存器以延迟输出轴信号。在62处变速器控制器从传感器34 接收转速信号并且在64处将其发送至移位寄存器。随后在66处变速器从移位 寄存器检索基本上与从桥转速传感器接收转速信号的同时采集的更早的转 速。在68处计算这些转速之间的差异并且在70处乘以已知的传动系刚度而产 生变速器输出扭矩的变化速率。在72处，变速器控制器响应于计算的变速器 扭矩输出的变化速率而调节一个或多个变速器的扭矩容量。

图3概要地说明了控制器。移位寄存器80由一系列级联计算机存储状态组 成，每者存储有通过在先存储器状态在在先时间步长(time step)存储的转 速信号副本。在每个时间步长处将值从一个状态复制至下一个。处理器82从 包含过去读数的存储单元n读取值，引入等于存储状态元素的标号乘以该算法 的时间步长的时间延迟。处理器82经由ABS控制器40、CAN42和CAN接口84从传 感器36和38获取信息。通过在移位寄存器中适当地选择单元的标号，移位寄 存器的延迟等于桥传感器读数的延迟，减少了误差。

在一些情况下桥转速信号的延迟还包括由ABS控制器40中的滤波引入的 一些延迟。该滤波延迟通常与桥转速相关联并且将其包括以平顺信号。为了 解决该延迟，可以通过根据轴转速信号的值改变引入的延迟的持续时间的可 变抽头(variable tap)构建移位寄存器80。即，处理器82可以取决于该值 而从不同的存储单元读取。可替代地，来自传感器34的读数可以根据该值插 入不同的存储器单元。

图2中方法的优点是更迅速地反映变速器输出扭矩的变化。然而，有时可 能希望基于替代输出扭矩变化速率的输出扭矩水平或者基于输出扭矩水平以 及输出扭矩变化速率来调节离合器扭矩容量。尽管理论上可以通过在数字上 对变化速率积分而计算输出扭矩，但是这样的方法更容易受到逐渐累计的误 差的影响。此外，需要初始估算以提供积分常数。通过结合图2中的方法与图 4中说明的另一种方法可以减轻这些不足。在90处，使用精确地捕获扭矩逐渐 变化的方法(比如上文描述的基于车辆加速度的方法)计算变速器输出扭矩。 在92处，该估算通过低通滤波器以去除任何高频波动。在94处对图2中70处产 生的变化速率估算进行积分并且通过高通滤波器。如下文描述的以减轻初始 估算的需要以及避免逐渐误差累计的方式组合这些操作。高通滤波器保持持 续时间短的波动但是减弱期间较长的波动。在96处对这些过滤的估算求和并 且在98处被变速器控制器使用以调节变速器离合器的扭矩容量。所以，在瞬 时状况(比如启动或变速器换挡)期间，控制器对不同的轴转速所指示的输 出扭矩变化作出响应。

在数字控制器中，可以使用下面的方程式执行低通滤波：

Y_i＝Y_i-1*(τ/(τ+Δt))+X_i*(Δt/(τ+Δt))

其中Y_i是时间步长i处过滤的值，X_i是时间步长i处未过滤的值，τ是时间 常数，而Δt是邻近时间步长之间的时间。类似地，可以使用下面的方程式 执行高通滤波：

Y_i＝Y_i-1*(τ/(τ+Δt))+(X_i-X_i-1)*(τ/(τ+Δt))。

上面方程式的最后一项可以通过使用图2中68处未积分的转速差异项替代。

(X_i-X_i-1)＝k*(ω_os–fd*ω_axle)*Δt

其中k是基于传动系刚度的常数，ω_os是来自图2中66处的延迟的输出轴转 速，ω_axle是来自图2中58处的平均桥转速，而fd是主减速比。积分和过滤 组合成方程式：

T_i＝T_i-1*(τ/(τ+Δt))+X_i*(Δt/(τ+Δt))+k*(ω_os–fd*ω_axle)*Δt*(τ/(τ+Δt))

其中T_i是时间步长i处的扭矩估算而X_i是如图4中90处产生的在时间步骤i 处基于车辆加速度的未过滤的扭矩估算。

虽然上文描述了示例实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要 求包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限定，并 且应理解不脱离本发明的精神和范围可以作出各种改变。如上所述，可以组 合多个实施例的特征以形成本发明没有明确描述或说明的进一步的实施例。 尽管已经描述了多个实施例就一个或多个期望特性来说提供了优点或相较于 其他实施例或现有技术应用更为优选，本领域技术人员应该认识到，取决于 具体应用和实施，为了达到期望的整体系统属性可以对一个或多个特征或特 性妥协。这些属性可包括但不限于：成本、强度、耐用性、生命周期成本、 可销售性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易于装配等。 因此，描述的实施例在一个或多个特性上相对于其他实施例或现有技术应用 不令人满意也未超出本发明的范围，并且这些实施例可以满足特定应用。