用于在动态条件下操作多模式变速器系统的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于在动态条件下操作多模式变速器系统的方法和设备。具体地，一种用于控制动态操作条件下的采用了扭矩机的多模式变速器系统的方法包括：计算在动态操作条件扭矩机中的一个扭矩机的控制参数与多模式变速器系统的响应参数之间的相移；将计算相移与预期相移比较；以及当计算相移超过与预期相移相关联的阈值时，执行补救措施。
【专利说明】用于在动态条件下操作多模式变速器系统的方法和设备
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种包括了多模式变速器的动力系系统以及与之相关联的动态系统控制，其中所述多模式变速器采用了多种扭矩生成装置。
【背景技术】
[0002]在该部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息。因此，这样的陈述并不旨在构成对现有技术的承认。
[0003]动力系系统可构造成通过变速器装置将源自多种扭矩生成装置的扭矩传递至可耦联至传动系的输出构件。这样的动力系系统包括混合动力系系统和电动车辆动力系系统。在考虑到燃料经济性、排放、驾驶性及其他因素的情况下，用于操作这样的动力系系统的控制系统操作扭矩生成装置，并应用变速器中的扭矩传递元件响应于操作者命令的输出扭矩请求来传递扭矩。示例性的扭矩生成装置包括内燃发动机和非燃烧扭矩机。非燃烧扭矩机可包括电机，所述电机可作为马达或发电机操作，以独立于来自内燃发动机的扭矩输入产生至变速器的扭矩输入。扭矩机可将通过车辆传动系传递的车辆动能变换成可储存在电能储存装置中的电能。控制系统监测来自车辆和操作者的各种输入，并提供对动力系的操作控制，包括控制变速器操作状态和换档、控制扭矩生成装置和调节电能储存装置与电机之间的电功率互换，以管理变速器的包括扭矩和旋转速度的输出。
【发明内容】
[0004]一种用于在动态操作条件下控制采用了扭矩机的多模式变速器系统的方法，包括:计算在动态操作条件下这些扭矩机中的一个扭矩机的控制参数与多模式变速器系统的响应参数之间的相移；将计算相移与预期相移比较；以及，当计算相移超过与预期相移相关联的阈值时，执行补救措施。
[0005]本发明还包括以下方案:
1.一种用于控制动态操作条件下的采用了扭矩机的多模式变速器系统的方法，包括:计算在动态操作条件下所述扭矩机中的一个扭矩机的控制参数与所述多模式变速器系统的响应参数之间的相移；
将计算相移与预期相移比较；以及
当所述计算相移超过与所述预期相移相关联的阈值时，执行补救措施。
[0006]2.根据方案I所述的方法，其中，计算在动态操作条件下所述扭矩机中的一个扭矩机的所述控制参数与所述多模式变速器系统的所述响应参数之间的相移包括:
监测用于所述扭矩机的扭矩命令和所述扭矩机的旋转速度；以及 计算所述扭矩命令与所述旋转速度之间的相移。
[0007]3.根据方案I所述的方法，其中，计算在动态操作条件下所述扭矩机中的一个扭矩机的所述控制参数与所述多模式变速器系统的所述响应参数之间的相移包括:
监测在动态操作条件下的用于所述扭矩机的扭矩命令和所述扭矩机的旋转速度； 确定所述多模式变速器系统的共振频率；
围绕所述多模式变速器系统的所述共振频率对所述扭矩命令和所述旋转速度进行滤
波；
确定所述已滤波扭矩命令与所述已滤波旋转速度之间的相角；
基于所述扭矩命令与所述旋转速度之间的预期相位关系将所述相角归一化；以及 基于归一化的相角确定所述相移。
[0008]4.一种用于操作包括多模式变速器的动力系系统的方法，包括:
确定在动态操作期间用于操作所述动力系系统的扭矩机的控制信号和与所述动力系系统的操作相关联的对应的响应信号之间的相移；
将所述相移与预期相移比较；以及 当所述相移不同于所述预期相移时执行补救措施。
[0009]5.根据方案4所述的方法，其中，确定在所述动力系系统的动态操作期间用于操作所述动力系系统的扭矩机的控制信号和与所述动力系系统的操作相关联的对应的响应信号之间的相移包括:
监测与用于所述扭矩机的扭矩命令和所述多模式变速器的输出速度对应的信号；
确定所述动力系系统的共振频率；
围绕所述动力系系统的所述共振频率对与所述扭矩命令和所述多模式变速器的所述输出速度对应的信号进行滤波；
确定对应于所述扭矩命令的已滤波信号与对应于所述输出速度的已滤波信号之间的相角；
基于所述扭矩命令与所述输出速度之间的预期相位关系将所述相角归一化；以及 基于归一化的相角确定所述相移。
[0010]6.根据方案4所述的方法，其中，当所述相移不同于所述预期相移时执行补救措施包括:停用主动传动系阻尼控制系统。
[0011]7.根据方案4所述的方法，其中，当所述相移不同于所述预期相移时执行补救措施包括:降低主动传动系阻尼控制系统的输出。
[0012]8.根据方案4所述的方法，其中，当所述相移不同于所述预期相移时执行补救措施包括:降低主动传动系阻尼控制的输出，以及仅通过闭环速度控制方案来控制所述动力系系统的操作。
[0013]9.根据方案4所述的方法，其中，当所述相移不同于所述预期相移时执行补救措施包括:降低闭环速度控制系统的增益。
[0014]10.一种用于控制包括多模式变速器的动力系系统的扭矩机的方法，包括:
计算正在进行的操作期间所述动力系系统的响应信号与用于所述扭矩机的命令信号
之间的相移；以及
当所述相移超过阈值时，执行补救措施以控制所述扭矩机。
[0015]11.根据方案10所述的方法，其中，计算正在进行的操作期间所述动力系系统的响应信号与用于所述扭矩机的命令信号之间的所述相移包括:
监测包括了所述动力系系统的输出构件的旋转速度的响应信号，监测包括了用于所述扭矩机的扭矩命令的命令信号；以及 计算所述扭矩命令与所述输出构件的旋转速度之间的相移。
[0016]12.根据方案10所述的方法，其中，计算正在进行的操作期间所述动力系系统的响应信号与用于所述扭矩机的命令信号之间的相移包括:
监测包括了所述动力系系统的输出构件的旋转速度的响应信号，监测包括了用于所述扭矩机的扭矩命令的命令信号；
确定所述动力系系统的共振频率；
围绕所述动力系系统的共振频率对所述扭矩命令和所述旋转速度进行滤波；
确定已滤波扭矩命令与已滤波旋转速度之间的相移；以及
基于所述扭矩命令与所述旋转速度之间的预期相位关系将所述相移归一化；以及
基于归一化的相角确定所述相移。
[0017]13.根据方案10所述的方法，其中，当所述相移超过所述阈值时执行补救措施以控制所述扭矩机包括:降低主动传动系阻尼控制系统的增益。
[0018]14.根据方案10所述的方法，其中，当所述相移超过所述阈值时执行补救措施以控制所述扭矩机包括:停用主动传动系阻尼控制，以及通过闭环速度控制方案来控制所述动力系系统的操作。
[0019]15.根据方案10所述的方法，其中，当所述相移超过所述阈值时执行补救措施以控制所述扭矩机包括:停用闭环速度控制系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]现在将参考附图，作为示例来描述一个或多个实施例，附图中:
图1图示了根据本发明的包括内燃发动机、多模式机电变速器、传动系和控制器的动力系系统；
图2图示了根据本发明的控制方案的操作，所述控制方案监测在动态操作条件下的采用了旋转扭矩机的动力系系统的操作；
图3图示了根据本发明的、包括了相对于时间的命令信号和响应信号的、与旋转扭矩机的操作相关联的建模数据；
图4图示了根据本发明的、与采用了所述控制方案的一个实施例的动力系系统的实施例的操作相关联的多个时间重合的数据图；以及
图5图示了根据本发明的、关于以EVT模式操作的动力系系统的示例性数据的频率响应曲线。
【具体实施方式】
[0021]现在参考附图，其中的显示内容仅为了图示某些示例性实施例的目的，而不是为了限制所述示例性实施例的目的，图1描绘了多模式动力系系统100，所述动力系系统100包括内燃发动机(发动机)14、多模式变速器(变速器)10、传动系90和控制器5。变速器10机械地耦联至发动机14，并且包括第一扭矩机56和第二扭矩机72，第一扭矩机56和第二扭矩机72在一个实施例中是电动马达/发电机。发动机14以及第一和第二扭矩机56和72分别产生可经由变速器10传递至传动系90的扭矩。
[0022]发动机14可以是任何合适的燃烧装置，并且包括多缸内燃发动机，所述多缸内燃发动机选择性地以多种状态操作，以经由输入构件12将扭矩传输至变速器10，并且发动机14可以是火花点火或压缩点火发动机。发动机14包括操作地耦联至变速器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的旋转速度。由于在发动机14与变速器10之间的输入构件12上设置有例如扭矩管理装置之类的扭矩消耗部件的缘故，所以来自发动机14的功率输出(即旋转速度和发动机扭矩)可能不同于变速器10的输入速度和输入扭矩。
[0023]图示的变速器10是双模式复合分流机电变速器(two-mode compound-splitelectro-mechanical transmission),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(即，离合器Cl 70、C2 62、C3 73和C4 75)。可代替采用其他多模式变速器。如在此所使用地，离合器指的是可响应于控制信号被选择性地应用的扭矩传递装置，并且可以是任何合适的装置，举例来说包括单盘或复盘离合器或离合器组、单向离合器、带式离合器和制动器。液压回路42构造成通过由电动液压泵17供应的加压液压流体来控制这些离合器中的每个离合器的离合器状态，所述电动液压泵17由控制器15操作性地控制。离合器C2 62和C4 75为液压应用的旋转摩擦离合器。离合器Cl 70和C3 73为可固接(grounded)至变速器壳68的液压控制的制动器装置。离合器Cl 70、C2 62、C3 73和C475中的每个离合器在该实施例中都是利用由液压控制回路42供应的加压液压流体来进行液压应用的。液压回路42由控制器5操作性地控制，以启用和停用前述离合器，提供用于冷却和润滑变速器的元件的液压流体，和提供用于冷却第一和第二扭矩机56和72的液压流体。液压回路42中的液压压力可通过利用一个或多个压力传感器的测量、通过利用车载例程的估计、或者利用其它合适的方法来确定。
[0024]第一和第二扭矩机56和72是各自均包括定子和转子以及相应的旋转变压器(resolver) 80和82的三相AC马达/发电机机器。用于每个电机的马达定子固接至变速器壳68的外部，并包括具有从其延伸的线圈电绕组的定子芯。用于第一扭矩机56的转子被支撑在经由第二行星齿轮组26操作性地附接至轴60的毂衬齿轮(hub plate gear)上。用于第二扭矩机72的转子固定地附接至套轴毂66。旋转变压器80和82中的每个均信号地并且操作性地连接至变速器功率变换器控制模块(TPIM) 19，并分别感测和监测旋转变压器的转子相对于旋转变压器的定子的旋转位置，从而监测第一和第二扭矩机56和72中相应的扭矩机的旋转位置。另外，从旋转变压器80和82输出的信号可用于为第一和第二扭矩机56和72确定旋转速度。
[0025]变速器10包括例如轴之类的输出构件64，所述输出构件64可旋转地连接至传动系90，以将传递至车辆车轮93的输出功率提供至传动系90，在图1中示出了所述车辆车轮93中的一个车辆车轮。输出构件64处的输出功率的特征在于输出旋转速度和输出扭矩方面。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。车辆车轮93中的每个车辆车轮优选地配备有适合于监测车轮速度的传感器94，以便为制动控制、牵引控制和车辆加速管理确定车辆速度以及绝对和相对车轮速度。
[0026]来自发动机14的输入扭矩以及来自第一和第二扭矩机56和72的马达扭矩作为从燃料或储存在电能储存装置(ESD)74中的电势能的能量转换的结果而产生。ESD 74经由DC传导导体27被高压DC耦联至TPM 19。传导导体27包括接触器开关38。当接触器开关38在正常操作下闭合时，电流可在ESD 74与TPM 19之间流动。当接触器开关38断开时，ESD 74与TPM 19之间的电流流动中断。TPM 19优选地包括一对功率变换器和相应的马达控制模块，所述相应的马达控制模块构造成接收扭矩命令并由此控制变换器的状态，用于提供马达驱动或再生功能，以满足马达扭矩命令。功率变换器包括互补的三相功率电子装置，并分别包括多个绝缘栅双极型晶体管，用于通过以高的频率进行开关从而将来自ESD 74的DC功率转变成用于给第一和第二扭矩机56和72中相应的扭矩机提供动力的AC功率。绝缘栅双极型晶体管形成了构造成接收控制命令的开关模式功率供应。三相电机中的每个三相电机中的每一相包括一对绝缘栅双极型晶体管。控制绝缘栅双极型晶体管的状态，以提供马达驱动机械功率的生成或电功率再生功能。三相变换器经由DC传导导体27接收或供应DC电功率，以及将所述DC电功率变换成三相AC功率或者由三相AC功率变换成所述DC电功率，所述三相AC功率分别经由传导导体29和31传导至作为马达操作的第一和第二扭矩机56和72或者从作为发电机操作的第一和第二扭矩机56和72传导来。
[0027]TPIM 19响应于马达扭矩命令通过一对功率变换器和相应的马达控制模块将电功率传送至第一和第二扭矩机56和72以及传送来自第一和第二扭矩机56和72的电功率。根据ESD 74被充电还是放电，将电流传送至ESD 74以及传送来自ESD 74的电流。
[0028]控制器5经由通信链路15信号地并且操作性地联接至动力系系统100中的各种致动器和传感器，以监测和控制动力系系统100的操作，包括对信息和输入进行综合，以及执行例程以控制致动器，从而满足与燃料经济性、排放、性能、驾驶性以及硬件的保护相关的控制目标，所述硬件包括ESD 74的电池以及第一和第二扭矩机56和72。控制器5是整车控制构架的子集，从而提供了动力系系统100的协调系统控制。控制器5可包括分布式控制模块系统，所述分布式控制模块系统包括单独控制模块，这些单独控制模块包括监控模块、发动机控制模块、变速器控制模块、电池组控制模块和TPM 19。用户接口 13优选地信号连接至多个装置，车辆操作者通过所述用户接口 13指导和命令动力系系统100的操作。这些装置优选地包括加速器踏板113、操作者制动踏板112、变速器范围选择器114(PRNDL)和车辆速度巡航控制。变速器范围选择器114可具有离散数量的操作者可选择位置，包括输出构件64的旋转方向，以使得车辆前进档和倒档方向中的一种成为可能。用户接口 13如所示可包括单个装置，或者替代性地可包括直接连接至多个单独控制模块的多个用户接口装置。
[0029]前述控制模块经由通信链路15与其他控制模块、传感器和致动器通信，所述通信链路15实现了各种控制模块之间的结构化通信。特定的通信协议是特定于应用的(或专用的)。通信链路15和合适的协议提供了前述控制模块与提供了包括例如防抱死制动、牵引控制和车辆稳定性的功能性的其他控制模块之间的稳健的消息接发和多控制模块接口。多种通信总线可用于改善通信速度并且提供了一定水平的信号冗余度和完整性，包括直接链路和串行外设接口(SPI)总线。还可利用例如短程无线射频通信总线之类的无线链路来实现单独控制模块之间的通信。还可直接连接单独的装置。
[0030]控制模块、模块、控制机构、控制器、控制单元、处理器和类似的术语指的是以下各项中的任意一项或者以下各项中的一项或多项的各种组合，所述各项包括:专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序或例程的中央处理单元(优选地，微处理器)和相关联的内存和存储器(只读的、可编程只读的、随机存取的、硬盘驱动器，等等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、合适的信号调节和缓冲线路、以及提供了所描述的功能的其他部件。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似的术语指的是包括了校准和查找表的任何控制器可执行的指令集。控制模块具有被执行以提供期望功能的一组控制例程。例程由例如中央处理单元执行，并可操作以监测来自传感装置及其他联网控制模块的输入，以及执行控制和诊断例程以控制致动器的操作。可在进行的发动机和车辆操作期间以有规律的间隔来执行例程，例如每隔3.125,6.25、12.5、25和100毫秒。替代性地，例程可响应于事件的发生而执行。
[0031]动力系系统100构造成以参考表1描述的多种状态中的一种来操作，所述多种状态可依据以下方面来描述:包括发动机运转状态(ON)和发动机停止状态(OFF)中的一种的发动机状态；以及，包括固定档位模式、可变(EVT)模式和空档模式的变速器范围。
[0032]表1
【权利要求】
1.一种用于控制动态操作条件下的采用了扭矩机的多模式变速器系统的方法，包括: 计算在动态操作条件下所述扭矩机中的一个扭矩机的控制参数与所述多模式变速器系统的响应参数之间的相移； 将计算相移与预期相移比较；以及 当所述计算相移超过与所述预期相移相关联的阈值时，执行补救措施。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，计算在动态操作条件下所述扭矩机中的一个扭矩机的所述控制参数与所述多模式变速器系统的所述响应参数之间的相移包括: 监测用于所述扭矩机的扭矩命令和所述扭矩机的旋转速度；以及 计算所述扭矩命令与所述旋转速度之间的相移。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，计算在动态操作条件下所述扭矩机中的一个扭矩机的所述控制参数与所述多模式变速器系统的所述响应参数之间的相移包括: 监测在动态操作条件下的用于所述扭矩机的扭矩命令和所述扭矩机的旋转速度； 确定所述多模式变速器系统的共振频率； 围绕所述多模式变速器系统的所述共振频率对所述扭矩命令和所述旋转速度进行滤波； 确定所述已滤波扭矩命令与所述已滤波旋转速度之间的相角； 基于所述扭矩命令与所述旋转速度之间的预期相位关系将所述相角归一化；以及 基于归一化的相角确定所述相移。
4.一种用于操作包括多模式变速器的动力系系统的方法，包括: 确定在动态操作期间用于操作所述动力系系统的扭矩机的控制信号和与所述动力系系统的操作相关联的对应的响应信号之间的相移； 将所述相移与预期相移比较；以及 当所述相移不同于所述预期相移时执行补救措施。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，确定在所述动力系系统的动态操作期间用于操作所述动力系系统的扭矩机的控制信号和与所述动力系系统的操作相关联的对应的响应信号之间的相移包括: 监测与用于所述扭矩机的扭矩命令和所述多模式变速器的输出速度对应的信号； 确定所述动力系系统的共振频率； 围绕所述动力系系统的所述共振频率对与所述扭矩命令和所述多模式变速器的所述输出速度对应的信号进行滤波； 确定对应于所述扭矩命令的已滤波信号与对应于所述输出速度的已滤波信号之间的相角； 基于所述扭矩命令与所述输出速度之间的预期相位关系将所述相角归一化；以及 基于归一化的相角确定所述相移。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述相移不同于所述预期相移时执行补救措施包括:停用主动传动系阻尼控制系统。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述相移不同于所述预期相移时执行补救措施包括:降低主动传动系阻尼控制系统的输出。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述相移不同于所述预期相移时执行补救措施包括:降低主动传动系阻尼控制的输出，以及仅通过闭环速度控制方案来控制所述动力系系统的操作。
9.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述相移不同于所述预期相移时执行补救措施包括:降低闭环速度控制系统的增益。
10.一种用于控制包括多模式变速器的动力系系统的扭矩机的方法，包括: 计算正在进行的操作期间所述动力系系统的响应信号与用于所述扭矩机的命令信号之间的相移；以及 当所述相移超过阈值时，执 行补救措施以控制所述扭矩机。
【文档编号】B60W10/08GK103481888SQ201310233350
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年6月13日 优先权日:2012年6月12日
【发明者】H.夏, R.L.莫里斯, R.A.汉森 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司