用于控制多模式变速器的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于控制多模式变速器的方法和设备。包括多模式变速器的动力系统被构造成在输入构件、扭矩机和输出构件之间传递扭矩。用于控制多模式变速器的方法包括采用闭环速度控制系统来确定用于包括扭矩机的实际扭矩致动器的扭矩命令。闭环速度控制系统包括采用虚拟扭矩致动器控制方案来响应于用于多个虚拟扭矩致动器的输出命令而生成用于实际扭矩致动器的扭矩命令。
【专利说明】用于控制多模式变速器的方法和设备
【技术领域】
[0001]本公开涉及扭矩传递装置，包括在动力系统中采用的多模式变速器。
【背景技术】
[0002]此部分中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息。因此，这样的陈述并不意图构成对现有技术的承认。
[0003]混合动力系统包括扭矩产生装置，例如内燃发动机和非燃烧电动机，其将扭矩通过变速装置传递到可联接到传动系的输出构件。用于操作混合动力系统的控制系统控制扭矩产生装置的扭矩输出和扭矩传递元件在变速器中的应用以响应于操作者命令的输出扭矩请求而传递扭矩，以考虑燃料经济性、排放、驾驶性能和其它因素。
【发明内容】
[0004]包括多模式变速器的动力系统被构造成在输入构件、扭矩机和输出构件之间传递扭矩。用于控制多模式变速器的方法包括采用闭环速度控制系统来确定用于包括扭矩机的实际扭矩致动器的扭矩命令。闭环速度控制系统包括采用虚拟扭矩致动器控制方案来响应于用于多个虚拟扭矩致动器的输出命令而生成用于实际扭矩致动器的扭矩命令。
[0005]本发明提供下列技术方案。
[0006]技术方案1.一种用于控制多模式变速器的操作的方法，所述多模式变速器被构造成在输入构件、扭矩机和输出构件之间传递扭矩，所述方法包括:
采用闭环速度控制系统来确定用于包括扭矩机的实际扭矩致动器的扭矩命令，包括采用虚拟扭矩致动器控制方案来响应于用于多个虚拟扭矩致动器的输出命令而生成用于所述实际扭矩致动器的扭矩命令。
[0007]技术方案2.根据技术方案I所述的方法，其中所述虚拟扭矩致动器包括对与独立控制功能相关联的可辨别的操作参数具有影响的变速器元件。
[0008]技术方案3.根据技术方案2所述的方法，其中对与所述独立控制功能相关联的所述可辨别的操作参数具有影响的所述变速器元件包括所述多模式变速器的输入构件。
[0009]技术方案4.根据技术方案2所述的方法，其中对与所述独立控制功能相关联的所述可辨别的操作参数具有影响的所述变速器元件包括所述多模式变速器的输出构件。
[0010]技术方案5.根据技术方案2所述的方法，其中对与所述独立控制功能相关联的所述可辨别的操作参数具有影响的所述变速器元件包括所述多模式变速器的扭矩传递离合器。
[0011]技术方案6.根据技术方案2所述的方法，其中所述虚拟扭矩致动器包括所述多模式变速器的输入构件和所述多模式变速器的输出构件。
[0012]技术方案7.根据技术方案2所述的方法，其中所述虚拟扭矩致动器包括所述多模式变速器的输入构件和所述多模式变速器的扭矩传递离合器。
[0013]技术方案8.根据技术方案I所述的方法，其中采用所述虚拟扭矩致动器控制方案来响应于用于所述多个虚拟扭矩致动器的所述输出命令而生成用于所述实际扭矩致动器的扭矩命令包括:
监测与所述虚拟扭矩致动器相关联的操作参数；
确定与所述监测的操作参数相关联的误差向量；
采用操作于所述误差向量的第一传递函数来生成用于所述虚拟扭矩致动器的扭矩命
令；
将约束施加到用于所述虚拟扭矩致动器的所述扭矩命令以生成受约束的虚拟致动器控制向量；以及
采用操作于所述受约束的虚拟致动器控制向量的第二传递函数来生成用于所述实际扭矩致动器的受约束的实际致动器控制向量，包括用于所述实际扭矩致动器的扭矩命令。
[0014]技术方案9.根据技术方案8所述的方法，其中确定与所述监测的操作参数相关联的所述误差向量包括将包括多个与所述虚拟扭矩致动器相关联的命令的参数的命令向量与包括与所述虚拟扭矩致动器相关联的所述监测的操作参数的响应向量进行比较。
[0015]技术方案10.—种用于控制多模式变速器的操作的方法,所述多模式变速器被构造成在输入构件、扭矩机和输出构件之间传递扭矩，所述方法包括:
采用闭环速度控制系统来确定用于实际扭矩致动器的扭矩命令，包括采用虚拟扭矩致动器控制方案来响应于用于虚拟扭矩致动器的输出命令而生成用于所述实际扭矩致动器的输出控制参数。
[0016]技术方案11.根据技术方案10所述的方法，其中采用所述虚拟扭矩致动器控制方案来响应于用于所述虚拟扭矩致动器的所述输出命令而生成用于所述实际扭矩致动器的输出控制参数包括:
监测与所述多模式变速器相关联的操作参数，包括与所述虚拟扭矩致动器相关联的操作参数；
确定与所述监测的操作参数相关联的误差向量；
采用对所述误差向量操作的第一传递函数来生成用于所述虚拟扭矩致动器的所述输出命令；
将约束施加到用于所述虚拟扭矩致动器的所述输出命令以生成受约束的虚拟致动器控制向量；以及
采用对所述受约束的虚拟致动器控制向量操作的第二传递函数来生成用于所述实际扭矩致动器的受约束的实际致动器控制向量，包括用于所述实际扭矩致动器的扭矩命令。
[0017]技术方案12.根据技术方案11所述的方法，其中与所述虚拟扭矩致动器相关联的所述操作参数包括所述多模式变速器的输入构件的输入速度。
[0018]技术方案13.根据技术方案11所述的方法，其中与所述虚拟扭矩致动器相关联的所述操作参数包括所述多模式变速器的输出构件的输出速度。
[0019]技术方案14.根据技术方案11所述的方法，其中与所述虚拟扭矩致动器相关联的所述操作参数包括所述多模式变速器的扭矩传递离合器的离合器反作用扭矩。
[0020]技术方案15.根据技术方案10所述的方法，其中采用所述虚拟扭矩致动器控制方案来响应于用于所述虚拟扭矩致动器的所述输出命令而生成用于所述实际扭矩致动器的输出控制参数包括采用所述虚拟扭矩致动器控制方案来生成用于所述实际扭矩致动器的扭矩命令，以有效用于控制所述输出构件中的传动系阻尼。
[0021]技术方案16.根据技术方案10所述的方法，其中采用所述虚拟扭矩致动器控制方案来响应于用于所述虚拟扭矩致动器的所述输出命令而生成用于所述实际扭矩致动器的输出控制参数包括采用所述虚拟扭矩致动器控制方案来生成用于所述实际扭矩致动器的扭矩命令，以有效用于控制所述输入构件的输入速度。
[0022]技术方案17.根据技术方案16所述的方法，其中所述扭矩命令响应于发动机自起动命令而被约束和生成。
[0023]技术方案18.根据技术方案16所述的方法，其中所述扭矩命令响应于发动机自停止命令而被约束和生成。
[0024]技术方案19.根据技术方案16所述的方法，其中所述扭矩命令响应于用于启动选定的扭矩传递离合器的命令而被约束和生成。
[0025]技术方案20.—种用于控制多模式变速器的操作的方法,所述多模式变速器被构造成在输入构件、扭矩机和输出构件之间传递扭矩，所述方法包括:
监测与所述多模式变速器相关联的操作参数，包括与虚拟扭矩致动器相关联的操作参
数；
将包括多个与所述虚拟扭矩致动器相关联的命令的参数的命令向量与包括与所述虚拟扭矩致动器相关联的所述监测的操作参数的响应向量进行比较以确定误差向量；
对所述误差向量采用第一传递函数以生成用于所述虚拟扭矩致动器的扭矩命令；将约束施加到用于所述虚拟扭矩致动器的所述扭矩命令以生成受约束的虚拟致动器控制向量；
对所述受约束的虚拟致动器控制向量采用第二传递函数以生成用于实际扭矩致动器的受约束的实际致动器控制向量，包括用于所述实际扭矩致动器的扭矩命令误差；以及采用闭环速度控制系统来确定用于所述扭矩机的扭矩命令，该扭矩命令结合用于所述实际扭矩致动器的所述扭矩命令误差。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]现在将以举例方式参照附图描述一个或多个实施例，在附图中:
图1示出根据本公开的包括内燃发动机、多模式变速器、传动系和控制器的动力系统；图2-1和图2-2示出分别表示在根据本公开的多模式变速器上的实际扭矩致动器和虚拟扭矩致动器的输入的杠杆图；
图3示出根据本公开的用于控制示例性多模式变速器的操作的控制方案的实施，该多模式变速器被构造成在输入构件、扭矩机和输出构件之间传递扭矩；以及
图4示出根据本公开的闭环速度控制系统，该系统被构造成采用第一和第二传递函数来控制示例性多模式变速器的操作。
【具体实施方式】
[0027]现在参看附图，其中所示内容仅仅是为了示出某些示例性实施例，而不是为了限制它们，图1示出了非限制性动力系统，其包括内燃发动机(发动机)14、多模式机变速器(变速器)10、传动系90和控制器5。变速器10机械联接到发动机14和多个扭矩机，并且被构造成在发动机14、扭矩机和传动系90之间传递扭矩。如图所示，扭矩机包括在一个实施例中为电动电动发电机的第一扭矩机56和第二扭矩机72。
[0028]发动机14可以是任何合适的燃烧装置，并且包括在若干种状态下选择性地操作以将扭矩经由输入构件12传递到变速器10的多缸内燃发动机，并且可以是火花点火或压缩点火发动机。发动机14包括操作地联接到变速器10的输入构件12的曲轴。旋转速度传感器11监测输入构件12的曲轴角度和旋转速度。由于在发动机14和变速器10之间的输入构件12上的扭矩消耗部件(例如扭矩管理装置)的布置，来自发动机14的功率输出(即，旋转速度和发动机扭矩)可以不同于到变速器10的输入速度和输入扭矩。
[0029]图示变速器10为双模式复合分离式机电变速器10，其包括三个行星齿轮组24、26和28以及四个可接合的扭矩传递装置，S卩，离合器Cl 70、C2 62、C3 73和C4 75。也可以采用其它多模式变速器。如本文所用，离合器是指能响应于控制信号而选择性地施加的扭矩传递装置，并且可以是任何合适的装置，包括例如单盘或多盘离合器或组件、单向离合器、带式离合器以及制动器。液压回路42被构造成利用由电动液压泵17供应的加压液压流体来控制离合器中每一个的离合器状态，电动液压泵17由控制器5可操作地控制。离合器C2 62和C4 75是液压施加的旋转摩擦离合器。离合器Cl 70和C3 73是能接地到变速器壳体68的液压控制的制动器装置。离合器Cl 70、C2 62、C3 73和C4 75中的每一个使用由液压控制回路42供应的加压液压流体液压地施加。液压回路42由控制器5可操作地控制以启动和停用所述离合器，提供用于冷却和润滑变速器的元件的液压流体，并且提供用于冷却第一扭矩机56和第二扭矩机72的液压流体。液压回路42中的液压压力可通过使用(多个)压力传感器测量、通过使用车载例程估计或使用其它合适方法来确定。
[0030]第一扭矩机56和第二扭矩机72为三相交流电动发电机，每一个包括定子和转子以及相应的旋转变压器80和82。每个扭矩机的电动机定子接地到变速器壳体68的外部，并且包括具有从其延伸的缠绕的电气绕组的定子芯。第一扭矩机56的转子支撑在毂衬齿轮上，该齿轮经由第二行星齿轮组26可操作地附连到轴60。第二扭矩机72的转子固定地附连到空心轴套66。旋转变压器80和82中的每一个信号且可操作地连接到变速器功率逆变器控制模块(TPIM) 19，并且每一个感测和监测旋转变压器转子相对于旋转变压器定子的旋转位置，从而监测第一扭矩机56和第二扭矩机72中相应的一个的旋转位置。另外，从旋转变压器80和82输出的信号可用来确定第一扭矩机56和第二扭矩机72的旋转速度。
[0031]变速器10包括输出构件64 (例如轴)，其可旋转地连接到传动系90以将输出功率提供至传动系90，输出功率被传递到车轮93，图1中示出其中一个车轮。在输出构件64处的输出功率由输出旋转速度和输出扭矩来表征。变速器输出速度传感器84监测输出构件64的旋转速度和旋转方向。车轮93中的每一个优选地配有传感器94，该传感器适于监测车轮速度以确定车辆速度以及绝对和相对车轮速度，以用于制动控制、牵引控制和车辆加速度控制。
[0032]来自发动机14的输入扭矩以及来自第一扭矩机56和第二扭矩机72的电动机扭矩作为从燃料或储存在电能存储装置(ESD) 74中的电势的能量转换的结果而产生。ESD74经由直流传输导体27高压直流联接到TPM 19。传输导体27包括接触器开关38。在正常操作中，当接触器开关38闭合时，电流能在ESD 74和TPIM 19之间流动。当接触器开关38打开时，在ESD 74和TPM 19之间的电流流动中断。TPM 19优选地包括一对功率逆变器和相应的电动机控制模块，电动机控制模块被构造成从其接收扭矩命令并控制逆变器状态，以便提供电动机驱动或再生功能来满足电动机扭矩命令。功率逆变器包括互补的三相电力电子装置，并且每个包括多个绝缘栅双极晶体管，用于通过高频率地开关而将来自ESD74的直流电转换为交流电，从而为第一扭矩机56和第二扭矩机72中相应的一个提供功率。绝缘栅双极晶体管形成构造成接收控制命令的开关模式电源。三相电机中每一个的每个相包括一对绝缘栅双极晶体管。绝缘栅双极晶体管的状态被控制，以提供电动机驱动机械功率生成或电功率再生功能。三相逆变器经由直流传输导体27接收或供应直流电，并将直流电转化为三相交流电或将三相交流电转化为直流电，该交流电分别经由传输导体29和31传导到作为电动机或发电机操作的第一扭矩机56和第二扭矩机72，或者从第一扭矩机56和第二扭矩机72传来。
[0033]TPIM 19响应于电动机扭矩命令而通过一对功率逆变器和相应的电动机控制模块向第一扭矩机56和第二扭矩机72传输电功率并从第一扭矩机56和第二扭矩机72传输电功率。根据ESD 74是否在充电或放电，将电流传送到ESD 74和从ESD 74传送电流。
[0034]控制器5经由通信链路15信号且可操作地链接到动力系统中的各种致动器和传感器，以监测和控制动力系统的操作，包括合成信息和输入，以及执行算法来控制致动器以实现与燃料经济性、排放、性能、驾驶性能以及包括ESD 74的电池及第一扭矩机56和第二扭矩机72在内的硬件的保护有关的控制目标。控制器5为总体车辆控制架构的子集，并且提供动力系统的协调的系统控制。控制器5可包括分布式控制模块系统，该系统包括单个控制模块，这些模块包括监控模块、发动机控制模块、变速器控制模块、电池组控制模块和TPIM 19。用户接口 13优选地信号连接到多个装置，车辆操作者通过这些装置指导和命令动力系统的操作。这些装置优选地包括加速踏板113、操作者制动踏板112、变速器档位选择器114 (PRNDL)和车速巡航控制。变速器档位选择器114可具有多个离散的操作者可选择的位置，包括输出构件64的旋转方向，以启用前进和倒退方向之一。用户接口 13可包括如图所示的单个装置，或者备选地可包括直接连接到单个控制模块的多个用户接口装置。
[0035]前述控制模块与其它控制模块、传感器和致动器经由通信链路15通信，通信链路15实现在各种控制模块之间的结构化通信。具体通信协议是因应用而异的。通信链路15和适当的协议在前述控制模块和其它控制模块之间提供了鲁棒的消息传送和多控制模块接口，所述其它控制模块提供包括例如防抱死制动、牵引控制和车辆稳定性的功能。多个通信总线可用来提高通信速度并提供一定水平的信号冗余度和完整性，包括直接链路和串行外围接口(SPI)总线。各个控制模块之间的通信也可使用无线链路进行，例如短距离无线电通信总线。各个装置也可以直接连接。
[0036]控制模块、模块、控制、控制器、控制单元、处理器和类似的术语表示下列中的一个或多个的任一个或各种组合:(多个)专用集成电路(ASIC)、(多个)电子电路、(多个)中央处理单元(优选(多个)微处理器)和执行一个或多个软件或固件程序或例程的相关联的存储器和存储装置(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)、(多个)组合逻辑电路、(多个)输入/输出电路和装置、合适的信号调节和缓冲电路、以及提供所述功能的其它部件。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似术语表示包括标定值和查找表的任何控制器可执行的指令集。控制模块具有为提供所需功能而执行的一组控制例程。例程例如通过中央处理器执行，并可操作用于监测来自感测装置和其它联网控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程以控制致动器的操作。例程可以以规则的间隔执行，例如，在进行中的发动机和车辆操作期间每隔3.125,6.25、12.5、25和100毫秒进行一次。备选地，可以响应于事件的发生而执行例程。
[0037]变速器10被构造成在若干状态之一下操作，这些状态能以包括发动机开启状态(ON)和发动机关闭状态(OFF)之一的发动机状态进行描述，并且变速器档位包括固定档和可变档位(EVT)模式，下面参照表I进行描述。
【权利要求】
1.一种用于控制多模式变速器的操作的方法，所述多模式变速器被构造成在输入构件、扭矩机和输出构件之间传递扭矩，所述方法包括: 采用闭环速度控制系统来确定用于包括扭矩机的实际扭矩致动器的扭矩命令，包括采用虚拟扭矩致动器控制方案来响应于用于多个虚拟扭矩致动器的输出命令而生成用于所述实际扭矩致动器的扭矩命令。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述虚拟扭矩致动器包括对与独立控制功能相关联的可辨别的操作参数具有影响的变速器元件。
3.根据权利要求2所述的方法，其中对与所述独立控制功能相关联的所述可辨别的操作参数具有影响的所述变速器元件包括所述多模式变速器的输入构件。
4.根据权利要求2所述的方法，其中对与所述独立控制功能相关联的所述可辨别的操作参数具有影响的所述变速器元件包括所述多模式变速器的输出构件。
5.根据权利要求2所述的方法，其中对与所述独立控制功能相关联的所述可辨别的操作参数具有影响的所述变速器元件包括所述多模式变速器的扭矩传递离合器。
6.根据权利要求2所述的方法，其中所述虚拟扭矩致动器包括所述多模式变速器的输入构件和所述 多模式变速器的输出构件。
7.根据权利要求2所述的方法，其中所述虚拟扭矩致动器包括所述多模式变速器的输入构件和所述多模式变速器的扭矩传递离合器。
8.根据权利要求1所述的方法，其中采用所述虚拟扭矩致动器控制方案来响应于用于所述多个虚拟扭矩致动器的所述输出命令而生成用于所述实际扭矩致动器的扭矩命令包括: 监测与所述虚拟扭矩致动器相关联的操作参数； 确定与所述监测的操作参数相关联的误差向量； 采用操作于所述误差向量的第一传递函数来生成用于所述虚拟扭矩致动器的扭矩命令； 将约束施加到用于所述虚拟扭矩致动器的所述扭矩命令以生成受约束的虚拟致动器控制向量；以及 采用操作于所述受约束的虚拟致动器控制向量的第二传递函数来生成用于所述实际扭矩致动器的受约束的实际致动器控制向量，包括用于所述实际扭矩致动器的扭矩命令。
9.一种用于控制多模式变速器的操作的方法，所述多模式变速器被构造成在输入构件、扭矩机和输出构件之间传递扭矩，所述方法包括: 采用闭环速度控制系统来确定用于实际扭矩致动器的扭矩命令，包括采用虚拟扭矩致动器控制方案来响应于用于虚拟扭矩致动器的输出命令而生成用于所述实际扭矩致动器的输出控制参数。
10.一种用于控制多模式变速器的操作的方法，所述多模式变速器被构造成在输入构件、扭矩机和输出构件之间传递扭矩，所述方法包括: 监测与所述多模式变速器相关联的操作参数，包括与虚拟扭矩致动器相关联的操作参数； 将包括多个与所述虚拟扭矩致动器相关联的命令的参数的命令向量与包括与所述虚拟扭矩致动器相关联的所述监测的操作参数的响应向量进行比较以确定误差向量；对所述误差向量采用第一传递函数以生成用于所述虚拟扭矩致动器的扭矩命令；将约束施加到用于所述虚拟扭矩致动器的所述扭矩命令以生成受约束的虚拟致动器控制向量； 对所述受约束的虚拟致动器控制向量采用第二传递函数以生成用于实际扭矩致动器的受约束的实际致动器控制向量，包括用于所述实际扭矩致动器的扭矩命令误差；以及采用闭环速度控制系统来确定用于所述扭矩机的扭矩命令，该扭矩命令结合用于所述实际扭矩致动器的所述扭矩 命令误差。
【文档编号】B60W10/115GK103448726SQ201310208294
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年5月30日 优先权日:2012年5月30日
【发明者】R.L.莫里斯, A.H.希普, S.叶 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司