用于致动摩擦离合器的方法

专利名称：用于致动摩擦离合器的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于致动摩擦离合器的方法，特别是用于车辆驱动系统的摩擦离合器的致动方法。
背景技术：
在机动车辆驱动系统中，摩擦离合器通常用作驱动单元与变速器(如多级变速器)之间的分离离合器。本发明特别涉及这类摩擦离合器，虽然如此，也可以涉及诸如变速器中的同步离合器的摩擦离合器。机动车辆驱动系统的渐进自动化和一方面对于快速换档以及另一方面对于高舒适性的增加的需求需要复杂的致动方法。在此必须考虑到这种摩擦离合器通常集成在变速器壳体内，因此，难以测量摩擦离合器的某些状态。文献DE 108 009 094 B4公开了一种用于致动离合器的方法，其中，在经由传递路径连接至用于致动摩擦离合器的液压致动器的测量位置测量管线压力，而非离合器压力， 其中，传递路径含有流体阻力。为了改善摩擦离合器的致动，所述文献中提出了在测得的实际信号传输到调节器之前使所述信号以延迟特性通过传送元件。因此，在所述类型的致动方法中，不必测量液压致动器内的压力。此外，可设定为与液压致动器的位置相同的离合器位置从调节方面来说是特别重要的。这是由于在介绍中所提及的类型的摩擦离合器的情况下，高级调节策略通常基于所谓的接合点或接触点，该接合点或接触点对应于摩擦离合器开始“夹紧”处的离合器或致动器位置。在此，接合点通常对应于摩擦离合器能够传递一定的非常低的转矩的状态。但是，离合器位置和致动器位置也是难以测量的变量。文献DE 100 46 106 Cl公开了一种用于调节自动化机动车辆离合器的方法，在该方法中，测量离合器位置，由标称值和离合器位置的测量实际值确定调节误差，并由所述调节误差计算调节信号。在所述文献中，为了致动液压致动器，借助于其液压流体的容积流量被控制的线圈电流，使用具有电磁致动阀的电可致动流体源，其中，容积流量在液压致动器内建立起压力，并由此限定离合器的位置。为了补偿调节路径中的非线性，建立由阀、致动器和离合器形成的以调节为导向的模型。由所述模型得到逆向路径模型。利用滑动调节算法计算容积流量。将所述容积流量输入逆向路径模型，这样，计算产生容积流量所需的阀线圈电流。由DE 101 37 581 Cl已知一种类似的方法，其中，由标称位置和实际位置计算油容积流量，另外，先导控制器由标称位置计算另外的油容积流量并将后者作为导领控制器的输出信号输出。但是，在后两份文献中，如前所述，假定离合器的实际位置或致动器的实际位置被测量并以常规方式中被考虑以形成调节误差。

发明内容
本发明基于设计用于摩擦离合器的致动方法的目的，在该方法中，不必测量诸如致动器或离合器位置的致动器实际值。上述目的通过用于致动摩擦离合器的方法实现，特别是用于机动车辆驱动系统的摩擦离合器，摩擦离合器利用由液压致动器装置产生的离合器压力作用，该液压致动器装置具有电可致动流体源并具有液压致动器，该液压致动器的特征在于与离合器压力相关的致动器实际值，该方法具有以下步骤形成致动器装置的以调节为导向的模型，该模型具有作为输入的至少一个流体源致动变量和作为平坦输出的至少致动器实际值，该模型能够被反演；形成致动器装置的反演模型；以及将致动器标称值输入到反演模型中，并利用从反演模型产生的模型致动变量来致动流体源。因此，本发明的基本概念在于开发一种以调节为导向的模型，该以调节为导向的模型具有作为输入的流体源致动变量和作为平坦输出的致动器实际值，使得致动器标称值能够输入到反演模型中，以便从中计算适于致动流体源的模型致动变量。因此，例如，不需要测量致动器位置。由此完全地实现了所述目的。根据优选实施例，致动器实际值因此是致动器位置，并且致动器标称值是致动器标称位置。还优选地，由反演模型形成的模型致动变量被用于先导控制。这样，可减小必须由相关调节器处理的调节行程。总的说来，电可致动流体源是通过电动机控制的泵并且泵的流体源致动变量是电机电流也是有利的。已经发现，所述类型的流体源首先覆盖相对于将要供给到液压致动器的容积流量的时间的所需曲线。其次，通过电动机控制的这种泵的状态能够被较好地模型化并在以调节为导向的模型中执行。根据进一步的优选实施例，可替代地或补充地，电可致动流体源具有电控阀，该电控阀的流体源致动变量是阀电流。在所述实施例中，泵产生相对恒定的系统压力，然后，电气控制阀(比如电磁控制阀)能够由上述系统压力产生适当的压力和适当的容积流量。根据总的说来优选的另一个实施例，反演模型的至少一部分用于根据致动器标称值确定流体源的模型致动变量或与其耦合的耦合变量，并用于将所述变量输入第一调节器中，第一调节器根据所述变量并根据相应的测得的实际变量产生第一流体源致动变量。在所述实施例中，模型致动变量或与其耦合的耦合变量被测量并用于反馈调节， 从而获得稳定。在此，由于驱动泵的电动机的转速能够以简单且精确的方式确定，因此，测量变量特别优选为该转速。相应地，这种电动机的模型转速优选地由反演模型的一部分确定。这样，电动机的转速的标称状态被反馈调节。在进一步的优选实施例中，以相应的方式，反演模型的至少一部分用于根据致动器标称值确定模型离合器压力，并用于将后者输入第二调节器中，第二调节器根据模型离合器压力并根据相应的测得的实际压力变量产生第二流体源致动变量。在此，还是该反馈调节电路用于稳定并用于模型误差的补偿。然后，第一和/或第二流体源致动变量优选地与模型致动变量一起使用，该模型致动变量用于先导控制并来自于反演模型，用于借助于致动变量和添加的模型致动变量致动流体源。测得的实际压力变量可以是液压致动器内的压力。但是，特别优选地，测得的实际压力变量是在流体源与流体源和致动器之间的液压阻力之间的测量位置处的管线压力。在所述实施例中，因此可基于靠近流体源的测量压力进行压力调节。因此，相对较长的液压管路可位于测量位置与液压致动器之间，该管路形成液压阻力。这简化了用于致动摩擦离合器的以调节为导向的和以测量为导向的部件的布置。在第一优选实施例中，以调节为导向的模型实现为具有基于四个状态变量的四个状态方程的四阶模型。这样，该模型可以相对较高的精度描述致动器装置。此外，在此，致动器实际值可确定为平坦输出，并且这种模型可构造成使其能够反演。在此，特别优选地，所述四个状态变量为流体源的耦合变量(例如泵的电动机的转速)、离合器压力或管线压力、致动器值和致动器值的导数。利用所述状态变量，能够实现致动器装置的以调节为导向的模型，使得能够形成反演模型，并且模型致动变量的计算不需要高水平的处理费用。在进一步的优选实施例中，以调节为导向的模型实现为具有基于三个状态变量的三个状态方程的三阶模型。这样仍然可以进一步减小处理费用。在此特别优选地，所述三个状态变量包括流体源的耦合变量(比如泵的电动机的转速)、离合器压力或管线压力、以及致动器值。在所述实施例中，因此在不使用致动器速度的导数的情况下实现以调节为导向的模型。换句话说，在所述实施例中不需要涉及高水平的调节费用的致动器加速度的积分。在此特别优选地，致动器值为致动器位置。在优选的变型中，如果致动器速度的导数(也就是致动器加速度)不结合到以调节为导向的模型中，那么该模型不仅可用于加载离合器，而且还可用于在以调节为导向的负载情况下的摩擦离合器致动。换句话说，由于不考虑致动器的速度作为状态，因此，可在摩擦离合器的整个工作范围内进行致动。这是因为，当摩擦离合器的接合点(接触点)被经过时，系统的刚性非常显著地提高，因为不仅致动器的复位弹簧的回复力用作回复力，而且内部摩擦离合器力(比如板弹簧力)也用作回复力。这样，如果致动器速度结合作为系统状态，则要模拟的模型的频率对于在传输控制单元中的计算变得非常大。文献DE 100 46 106 Cl和DE 101 37 581 Cl公开了仅适于离合器的加载过程的致动方法，也就是达到接合点。总的说来，本发明涉及一种基于“基于平坦方法的追踪调节”理论，用于车辆中的摩擦离合器的转速、压力和致动器装置位置的先导控制或调节的以调节为导向的方法。根据本发明的致动方法适于以调节为导向的模型的使用，以调节为导向的模型可完全跨过所有工作点使用并且不涉及过度高的处理动力。此外，以调节为导向的模型可实现为使其满足用于平坦系统的理论的需要。换句话说，本发明优选地通过“平坦系统”理论，基于实体、模型关系，达到实现离合器中的位置、管路中的压力和例如泵的驱动电机的转速的先导控制和调节的目的。在此， 因此优选使用调节路径的反演模型，以便基于离合器的期望标称位置计算需要的致动电流。此外，优选地基于模型方程利用预定标称曲线确定离合器压力和/或管线压力的期望标称状态以及耦合值(泵电机的转速)，并将其提供用于稳定性的反馈调节。在此优选地基于标准化的设定点进行标称曲线的计算，标称曲线优选地预先限定为标称轨迹，标准化的设定点基于当前的离合器位置和时间参数在车辆中变化。在此，标准化的标称轨迹承受边界条件，例如连续可微分性，特别是对应于以调节为导向的模型的选定阶数。在另外的情况中，还可利用数字滤波器进行标称轨迹的计算，同样地，时间常数和初始值基于当前的离合器位置和时间参数确定。总的说来，还应注意以下内容。致动方法优选地基于以下进一步的条件。流体源与致动器之间的液压管路应为具有层流阻力的液压管路。在管路中应产生电容特性。特别地，管路中的特性不应是感应的。此外，可能存在经由节流阀或孔口通向油箱的连接，以便提高系统的可调节性，因为这随后产生效率仅仅稍微削弱的闭环增益。在泵的电动机启动时，可借助于通过DTl元件的流体源致动变量进行静摩擦补 m
te ο描述系统状态的标称值曲线的标称轨迹优选地输入反演模型中。所述标称轨迹优选地由标称位置的曲线形成，其中所述曲线对于四阶系统应为四次连续可微分。此外，起始值和最终值也应可共同地表示。因此，标称轨迹优选地通过多项式描述。标称轨迹的动态特性应选择为使得流体源致动变量位于预定极限内，也就是大于零并且不超过最大流体源致动变量。用于确定第一流体源致动变量和第二流体源致动变量的第一调节器和第二调节器优选地实现为PI调节器。如上所述，离合器的以调节为导向的稳定或管线压力和/或耦合变量(泵电机的转速)是可选的。也可能通过提供以调节为导向的监视器改善调节。例如，可通过非线性监视器向调节器提供耦合变量(泵电机的转速)。特别是在三阶模型的实施例中，由于在仿真中出现的频率足够小，因此具有在整个工作范围内可用的优势。不言而喻，上述特征以及将要在下面说明的特征不仅可用于相应地指定的组合中，而且还可用于其它组合或单独地使用而不脱离本发明的范围。


本发明的示例性实施例在附图中示出，并将在以下说明书中更详细地说明，其中图1示出具有用于致动摩擦离合器的液压致动器装置的机动车辆驱动系统的示意图；图2示出用于图1的致动器装置的流体源的实施例；
图3示出用于图1的致动器装置的替代性的流体源；图4示出使用在摩擦离合器的致动方法中的三阶以调节为导向的模型；图5示出使用在摩擦离合器的致动方法中的四阶以调节为导向的模型；以及图6示出用于致动器装置的调节电路的示意图。
具体实施例方式图1中示意性地示出用于机动车辆的驱动系统并大致由10表示。驱动系统10具有驱动马达和变速器14，驱动马达可以是内燃机、混合动力驱动或类似装置，变速器14例如为多级变速器(例如自动换档变速器或双离合器变速器，或者变扭器变速器)。摩擦离合器16布置在驱动马达12与变速器14之间，在当前的例子中，摩擦离合器16设计为起动和分离离合器。在双离合器变速器的情况下，驱动系统可包括两个这种摩擦离合器16。但是，本发明不局限于与起动和分离离合器一起使用，而也可例如应用于其它类型的摩擦离合器和/或制动器。为了摩擦离合器16的自动致动，设置有液压致动器装置20。致动器装置20具有例如能够利用电流I电致动的流体源22。流体源22在其出口处产生管线压力&和容积流量Qwt胃。流体源22经由包含液压阻力Bl的液压管路部分M连接到液压致动器W。在本例子中，液压致动器26是具有活塞观和复位弹簧30的单作用活塞/汽缸布置。活塞观利用活塞压力Pk被作用，由于管路部分对，在瞬时状态下，活塞压力Pk通常不与管线压力九相等。为了改善可调节性，经由节流阀和/或孔口向油箱的排放可在流体源22与离合器 16之间进行。节流阀或孔口优选地靠近流体源布置，虽然如此，其也可远离流体源布置。活塞观联接到摩擦离合器16并设计成使后者接合，例如通过在叠片或离合器盘上施加压力。摩擦离合器16可以是干式运行摩擦离合器或湿式运行摩擦离合器，比如多片
宦A典
两口命οE1示意性地表示致动器装置20的与压力相关的弹性模量。在摩擦离合器的致动期间，考虑活塞观的行程、(x3)。所述行程对应于摩擦离合器16的位置或行程。致动器装置20通过电气变量致动，在本例子中为电流I。如果电流I 增大，则流体源22提供更大的容积流量，这导致管路容积流量(^itmg的增加，最终导致活塞压力Pk的升高并因此导致活塞观的位置变化。这继而导致摩擦离合器16的元件的运动。 如果电流I减小，则活塞压力Ρκ下降，并且活塞观通过复位弹簧30的作用力而缩回。在摩擦离合器16的操作期间，设定所谓的接合点或接触点，其对应于活塞行程& 的值，在活塞行程4下，摩擦离合器16可传递非常低的转矩。在致动器沈的不加压状态中，摩擦离合器16完全打开。从摩擦离合器的完全打开位置到接合点的行程称为“加载”摩擦离合器16。通过摩擦离合器16对变速器的转矩的调节发生在该接合点上，其中在所述状态中，活塞28的运动不仅抵消复位弹簧30的作用力，而且还抵消摩擦离合器16的内部压力。图2示出流体源22的第一实施例。图2的流体源22具有泵34，泵34由电动机驱动、从油箱抽吸液压流体并输送容积流量Qpump。驱动泵34的电动机通过电流Ip被驱动。 电动机的转速由ω ρ (Xl)表示。为了改善达到接合点(接触点)之后的可调节性，由泵34输送的容积流量Qdto的一部分经由节流阀36输送到油箱38内。节流阀36具有液压阻力BDrassel。容积流量GW。ssel 流过节流阀36。因此，容积流量Iitung定义为差值Qpump-QDrassel。节流阀还可布置在泵与摩擦离合器之间的某个其它位置，例如液压阻力的下游；在这种情况下，必须相应地修改上述容积平衡方程式。图3示出流体源22'的替代性实施例。流体源22'具有泵42，泵42在其出口产生泵压PP。此外，流体源22'具有电可致动阀44。阀44例如是方向阀或比例阀，并且例如能够通过电流Iv电磁致动。在此，阀活塞可通过复位弹簧46预加载到图3所示的基本位置。以下将说明用于致动致动器装置20并由此致动摩擦离合器16的方法，该方法基于图2的流体泵22。然而，基于图3的流体源22'的如下所述的算法的相应修改也是可能的。在致动器装置20的并由此在摩擦离合器16的致动或调节期间，不能直接测量对摩擦离合器16、特别是对活塞压力Ρκ和活塞位置&有直接影响的液压致动器沈的状态。 换句话说，在此寻求开发一种不必直接测量所述状态的致动方法。然而，为了允许精确的致动，必须为致动器装置20开发允许直接推理非可测量状态的模型方程。在此，对于模型开发应考虑以下状态a)驱动泵；34的电动机的转速ω (X1)b)流体源22与管路部分M之间的管路内的流体压力PL(p_LeitUng ；x2)c)离合器的位置4(pos_Kupp_m ；x3)对于转速ω，可根据角动量守恒定律建立以下微分方程 δ ,、 KiI Mot-T RD-Jq Pwnp ,..,、
....-f 飞^ywrww...."JJ..,“ ^aamf.9'/11
StJ Joi在此，摩擦力和阻尼力可结合在公共的测量特性映射中，并且由于阻尼与阻抗之间的关系以及还由于阻抗随着泵的转速增加而增大而可被忽略，这具有稳定效果。因此，产生的状态方程为
5 …KtI Μο -Tq. Pianp
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Tq_Pump ( = Tq) J_tot
电动机的转矩常数电机电流=Ip 泵的阻力转矩耦合到电机上的总惯量如上所述，在所讨论的类型的泵的例子中，从阻力特性映射获得阻力转矩 pump。所述特性映射在本例子中优选地缩小到特性曲线，优选地仅考虑特性映射的某一部分。然后，可线性化该部分，而没有较大的精度损失，使得阻力转矩可表示为Tq_pump = ctql ω +ctq2 (3)在此ctql方程式梯度
9
ctq2转速ω = 0时的阻力转矩对于管线压力pLeit胃，可建立以下微分方程
权利要求
1.一种用于致动摩擦离合器(16)、特别是用于机动车辆驱动系(10)的摩擦离合器的方法，所述摩擦离合器(16)利用由液压致动器装置00)产生的离合器压力(ρκ)作用，所述液压致动器装置00)具有电可致动流体源0 并具有液压致动器( )，所述液压致动器 (26)的状态的特征为与所述离合器压力(ρκ)相关的致动器实际值(X1)，所述方法具有以下步骤形成所述致动器装置OO)的以调节为导向的模型(50)，所述模型具有作为输入的至少一个流体源致动变量(I)和作为平坦输出的至少所述致动器实际值(X1),并且所述模型能够反演；形成所述致动器装置OO)的反演模型(58)；以及将致动器标称值(Xs)输入到所述反演模型(58)中，并利用从所述反演模型(58)产生的模型致动变量(IdJ来致动所述流体源02)。
2.根据权利要求1所述的方法，所述致动器实际值为致动器实际位置(X1),并且所述致动器标称值为致动器标称位置(Xs)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，所述模型致动变量(Ides)用于先导控制。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，所述电可致动流体源0 是通过电动机控制的泵(34)，所述泵(34)的流体源致动变量是电机电流(Ip)。
5.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，所述电可致动流体源)是电控阀 (44)，所述电控阀04)的流体源致动变量是阀电流(Iv)。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的方法，所述反演模型(58)的至少一部分(60)用来根据所述致动器标称值(Xs)确定所述流体源0 的所述模型致动变量(IdJ或与其耦合的耦合变量(ω s。n)，并用来将所述变量输入到第一调节器(64)中，所述第一调节器(64) 根据所述变量并根据相应的测得的实际变量(ωω_)产生第一流体源致动变量(Idesl)。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的方法，所述反演模型(58)的至少一部分(62) 用来根据所述致动器标称值(Xs)确定模型离合器压力(PdJ，并用来将后者输入到第二调节器中，所述第二调节器根据所述模型离合器压力(PdJ并根据相应的测得的实际压力变量(Pmess)产生第二流体源致动变量(U。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的方法，测得的实际压力变量(Pnress)是在所述流体源0 与所述流体源0 和所述致动器06)之间的液压阻力04)之间的测量位置处的管线压力(Pl)。
9.根据权利要求1至8中的一项所述的方法，所述以调节为导向的模型(50')实现为具有基于四个状态变量的四个状态方程的4阶模型。
10.根据权利要求9所述的方法，所述四个状态变量是所述流体源0 的耦合变量 (ω, X1)、离合器压力(ρ ；X2)、致动器值(X3)和所述致动器值的导数(x4)。
11.根据权利要求1至8中的一项所述的方法，所述以调节为导向的模型(50)实现为具有基于三个状态变量的三个状态方程的3阶模型。
12.根据权利要求11所述的方法，所述三个状态变量包括所述流体源0 的耦合变量 (ω, X1)、离合器压力(ρ ；χ2)和致动器值(X3)。
13.根据权利要求10至12中的一项所述的方法，所述致动器值是致动器位置(X3)。
14.根据权利要求9至13中的一项所述的方法，所述电可致动流体源0 具有通过电动机控制的泵(34)，所述泵(34)的流体源致动变量是电机电流(Ip)，并且所述状态方程中的至少一个基于根据所述泵的阻力特性映射确定的特性曲线的线性化部分。
全文摘要
本发明涉及一种用于致动摩擦离合器(16)的方法，特别是用于车辆驱动系统(10)的摩擦离合器的致动方法，所述摩擦离合器(16)利用由液压致动器装置(20)产生的离合器压力(pK)作用，该液压致动器装置(20)具有电可致动流体源(22)并具有液压致动器(26)，液压致动器(26)的状态的特征为与离合器压力(pK)相关的致动器实际值(xI)，该方法具有以下步骤形成致动器装置(20)的以调节为导向的模型(50)，该模型具有作为输入的至少一个流体源致动变量(I)和作为平坦输出的至少致动器实际值(xI)，该模型可反演；形成致动器装置(20)的反演模型(58)；以及将致动器标称值(xS)输入到反演模型(58)中，并利用由此形成的模型致动变量(Ides)用于致动流体源(22)。
文档编号F16D48/06GK102261402SQ20111012601
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月12日 优先权日2010年5月12日
发明者托马斯·戈里厄斯, 约尔格·迈斯纳 申请人:格特拉格传动机构和齿轮工厂赫尔曼·哈根迈尔有限公司&两合公司