用于eccc控制的变矩器离合器前馈压力实时估计算法的制作方法

专利名称：用于eccc控制的变矩器离合器前馈压力实时估计算法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制车辆的变矩器中的滑移的系统和方法。
背景技术：
本部分中的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。采用自动变速器的内燃发动机车辆可包括定位于车辆的发动机与变速器之间的变矩器。变矩器是一种流体联接装置，其通常包括联接至发动机输出轴的叶轮和联接至变速器输入轴的涡轮。变矩器使用液压流体，以将旋转能从叶轮传递至涡轮。变矩器中叶轮相对于涡轮的旋转速度通常是不同的，使得在叶轮与涡轮之间存在变矩器滑移。由于发动机输出与变速器输入之间的大的滑移显著影响车辆的燃料经济性， 所以有些车辆采用了用于控制或减小发动机与变速器之间的滑移的变矩器离合器(TCC)。 TCC还能将发动机输出处的叶轮锁定至变速器输入处的涡轮，使得发动机与变速器以相同的速度旋转。由于各种牵连，将叶轮锁定至涡轮通常仅用于有限的环境。因此，TCC通常具有三种模式。完全锁定模式、完全释放模式和受控滑移模式。当完全释放TCC时，变矩器的叶轮与涡轮之间的滑移仅受叶轮与涡轮之间的液压流体控制。 在滑移模式中，设定变矩器的叶轮与涡轮之间的滑移，使得通过控制TCC中的液压流体的压力从而使滑移不超过预定量。节气门请求中的快速变化导致了发动机转速和施加至变矩器的扭矩的急剧变化。发动机转速和/或扭矩的快速增加可导致变矩器离合器滑移或TCC 滑移从受控值变成过量值，所述过量值期望被控制回到受控值。当TCC以滑移模式操作时，控制变矩器中的滑移的一种方法被称为电控容量离合器(ECCC)控制。ECCC控制利用了 TCC扭矩的前馈控制，以便例如基于燃料经济性和噪声、 振动和粗糙度(NVH)指标和动力系的操作，将变矩器滑移控制到期望的值或范围。较小的滑移值在一定的条件下可改善燃料经济性，而较大的滑移值在一定的条件下可改善NVH和驾驶性能问题。

发明内容
—种动力系，其包括扭矩产生装置和变矩器，该变矩器具有叶轮、涡轮和变矩器离合器。一种控制变矩器滑移的方法，其包括监测变矩器的基准滑移和涡轮转速；基于该基准滑移和涡轮转速确定涡轮扭矩；基于涡轮扭矩、扭矩产生装置的扭矩和TCC增益来确定前馈变矩器离合器压力命令；以及基于前馈变矩器离合器压力命令来控制变矩器离合器。本发明还包括以下方案
方案1.控制动力系中的变矩器滑移的方法，所述动力系包括扭矩产生装置和变矩器， 所述变矩器包括叶轮、涡轮和变矩器离合器，所述方法包括 监测所述变矩器的基准滑移和涡轮转速； 基于所述基准滑移和所述涡轮转速确定涡轮扭矩；
基于所述涡轮扭矩、扭矩产生装置的扭矩、和TCC增益来确定前馈变矩器离合器压力命令；以及
基于所述前馈变矩器离合器压力命令控制所述变矩器离合器。方案2.根据方案1所述的方法，其中，基于所述基准滑移和所述涡轮转速确定所述涡轮扭矩包括利用从Kotwicki模型和K因子查找表组成的组中选择的涡轮扭矩确定。方案3.控制动力系中的变矩器滑移的方法，所述动力系包括扭矩产生装置和变矩器，所述变矩器包括叶轮、涡轮和变矩器离合器，所述方法包括
监测所述动力系的操作；
利用Kotwicki模型以基于所述动力系的被监测的操作来估计涡轮扭矩； 基于所述涡轮扭矩确定前馈变矩器离合器压力命令；以及基于所述前馈变矩器离合器压力命令来控制所述变矩器离合器。方案4.根据方案3所述的方法，其中，监测所述动力系的操作包括 监测基准滑移；
监测变速器输入速度；以及监测发动机扭矩。方案5.根据方案4所述的方法，其中，监测所述动力系的操作还包括基于所述基准滑移和所述变速器输入速度确定基准发动机转速。方案6.根据方案3所述的方法，其中，基于所述涡轮扭矩确定所述前馈变矩器离合器压力包括
监测发动机扭矩；
基于所述涡轮扭矩和所述发动机扭矩确定变矩器离合器扭矩；以及
基于所述变矩器离合器扭矩和变矩器离合器增益确定所述前馈变矩器离合器压力。方案7.根据方案3所述的方法，其中，控制所述变矩器离合器还基于反馈变矩器离合器压力命令。方案8.根据方案7所述的方法，其中，在所述动力系的快速瞬态期间禁止所述反馈变矩器离合器压力命令。方案9.根据方案3所述的方法，其中，确定所述前馈变矩器离合器压力命令包括
监测所述动力系的轻度加速事件；以及
基于基准滑移水平调整所述前馈变矩器离合器压力命令，所述基准滑移水平基于所述轻度加速事件。方案10.根据方案3所述的方法，其中，监测所述动力系的操作包括 监测发动机转速；以及
监测变速器输入速度；
其中，利用所述Kotwicki模型来估计涡轮扭矩包括
基于所述发动机转速和所述变速器输入速度确定所述Kotwicki模型的区域；以及基于所述确定的区域来利用所述Kotwicki模型。方案11.根据方案10所述的方法，其中，确定所述Kotwicki模型的所述区域包括在以下各模式之间进行选择，所述各模式为在驾驶中的变矩器模式、在驾驶中的联接模式、以及在滑行中的滑行模式。
方案12.控制动力系中的变矩器滑移的系统，所述动力系包括扭矩产生装置和变矩器，所述变矩器包括叶轮、涡轮和变矩器离合器，所述系统包括
所述变矩器离合器；以及控制模块
监测所述变矩器的基准滑移； 监测变速器输入速度；
基于所述基准滑移和所述变速器输入速度确定变矩器扭矩； 监测发动机扭矩；
基于所述变矩器扭矩和所述发动机扭矩确定变矩器离合器扭矩；
基于所述变矩器离合器扭矩和变矩器离合器增益确定前馈变矩器离合器压力；以及
利用所述前馈变矩器离合器压力控制所述变矩器离合器。方案13.根据方案12所述的系统，其中，所述控制模块确定所述变矩器扭矩包括利用Kotwicki模型。方案14.根据方案12所述的系统，其中，所述控制模块确定所述变矩器扭矩包括利用K因子查找表。方案15.根据方案12所述的系统，其中，所述扭矩产生装置包括发动机。


作为示例，现在将参考附图描述一个或多个实施例，附图中 图1是根据本发明示出了车辆的各种示例性动力系部件的框图； 图2根据本发明示意性描绘了确定前馈压力命令的示例性模块；
图3根据本发明更详细地示意性描绘了确定前馈压力命令的示例性模块； 图4根据本发明描绘了对采用Kotwicki模型的示例性过程进行描述的流程图； 图5根据本发明描绘了动力系的示例性操作，其包括有对基于所描绘操作而确定的前馈压力命令的描绘；
图6根据本发明描绘了动力系的示例性操作，其包括基于所描绘操作确定的前馈压力命令；以及
图7根据本发明描绘了动力系的示例性操作，其包括轻度加速事件(tip in event)和响应于轻度加速事件对期望滑移水平的操作，并包括对基于所描绘操作而确定的前馈压力命令的描绘。
具体实施例方式现在参考附图，其中显示内容仅为了图示某些示例性实施例而不是为了限制这些示例性实施例，图1是车辆10的各种动力系部件的框图。动力系部件包括发动机12和变速器14。发动机12的输出轴16联接至变矩器18的输入(例如叶轮)，而变速器14的输入轴 20联接至变矩器18的输出(即涡轮)。变矩器18利用液压流体将旋转能从发动机12传递至变速器14，使得发动机12必要时能够与变速器14机械地脱离。TCC 22施加用于在变矩器18中控制变矩器滑移的TCC扭矩，所述变矩器18位于发动机12与变速器14之间。发动机输出功率被描述成以每分钟转数(RPM)为单位测量的发动机旋转速度( )和以牛顿-米为单位测量的发动机扭矩Te 301。同样地，变速器输入功率被描述成变速器输入速度N1(输入速度)和变速器输入扭矩T1 303。T1还描述了变矩器18的涡轮的扭矩或涡轮扭矩Ττ。变矩器18中的扭矩滑移被定义成队-队。变速器14的输出轴观联接至车辆10的传动系30， 传动系30以本领域中具有普通技能的技术人员充分理解的方式将发动机功率分配至车辆车轮。变速器14的输出轴观的速度被表示成Ν。，而变速器14的输出轴观的扭矩被表示成 Tq 305。车辆10还包括意在表示发动机控制器和变速器控制器两者的控制器36 ；然而，应意识到的是，所述两种控制功能可由单个装置或多个通讯连接的装置提供。控制器36从车辆节气门38接收节气门位置信号，并向发动机12提供信号以提供必需的发动机转速，以及向变速器14提供信号以提供满足节气门需求的必需的档位。另外，控制器36沿着线路40 向TCC 22提供信号，以便例如根据ECCC控制设定期望的变矩器滑移。根据一种示例性方法，期望的变矩器滑移是变速器档位状态、发动机扭矩、和涡轮速度或输入速度的函数。输入速度的示例性使用在这里的上下文中用作对输出速度或车辆速度的间接测量。传感器42 测量变速器14的输出行为。在一个示例性实施例中，传感器42测量变速器14的输出轴观的旋转速度，并向控制器36发送速度信号。传感器合适的示例包括编码器、速度传感器、加速度计、扭矩传感器等。如上所述，控制器36可以是单个装置或多个装置。控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器和类似的术语表示以下各项中任意合适的一种或者以下各项中一种或多种的各种组合，所述各项为专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的中央处理单元(优选微处理器)和相关的存储器和储存器(只读、可编程只读、随机存取、 硬盘等)、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电路、以及提供所描述功能性的其它合适部件。控制器36具有一组控制算法，包括存储在存储器中并且被执行以提供预期功能的驻留软件程序指令和校准。算法优选地在预先设置的循环期间执行。 算法诸如由中央处理器执行，并可操作以监测来自感测装置及其他联网控制模块的输入， 以及执行控制与诊断例程从而控制致动器的操作。可在进行的发动机和车辆操作期间以规则的间隔，例如每隔3. 125毫秒、6. 25毫秒、12. 5毫秒、25毫秒和100毫秒来执行循环。替代性地，算法可响应于事件的发生而执行。变矩器滑移可通过施加TCC扭矩来控制。TCC包括这样的结构，所述结构被机械地、电子地或流体地操作以可控制地联接变矩器的叶轮和涡轮，从而调整叶轮与涡轮之间允许的滑移。当完全释放TCC时，叶轮与涡轮之间的流体相互作用控制滑移。通过变矩器传递的扭矩是在叶轮与涡轮之间以流体相互作用传递的变矩器扭矩或涡轮扭矩。TCC扭矩在完全释放TCC时大致等于零。当完全锁定TCC时，在叶轮与涡轮之间不可能有滑移，并且 TCC扭矩等于通过变矩器传递的扭矩。当TCC处于滑移模式时，通过变矩器传递的扭矩包括作为TCC扭矩的一小部分扭矩，并且通过变矩器传递的扭矩的剩余部分为涡轮扭矩。在一个示例性控制方法中，到TCC的液压流体的压力对在TCC内施加的力和所获得的TCC扭矩进行控制，使得变矩器滑移接近期望的滑移值或基准滑移。通过降低变矩器中液压流体的压力，给定操作状况的变矩器滑移将增大。类似地，通过增加变矩器中液压流体的压力，给定操作状况的变矩器滑移将减小。反馈控制对期望值进行监测，根据期望值控制输出，并利用受控输出所得到的值来随后改善对期望值的控制。反馈控制已知通过对TCC的可变控制来控制变矩器中的滑移。可监测期望的变矩器滑移，然后可调整TCC压力命令以便控制所得到的变矩器滑移， 并且可将所得到的变矩器滑移用于反馈回路中，以随后调整TCC压力命令。这样，反馈TCC 压力可用于将变矩器滑移控制到期望的值。期望值可以是在时间段中大致不变的稳态项， 或者期望值可以是瞬态的，例如在时间段中增大或减小，或者根据示例性台阶状剖面(Step profile)而改变。当变矩器滑移在稳态操作中可被控制到某一小的值时，与快速增大或轻度加速节气门需求一致的 和Te的快速显著的增大已知将导致变矩器滑移中的快速增大。过大的滑移降低了动力系的燃料效率和输出到输出轴的扭矩，从而必须以适时的方法减小。反馈控制是内在地反应的，并包括控制响应中的延迟时间。此外，上述响应于变矩器滑移中快速变化的、对变矩器滑移的反馈控制可导致变矩器滑移不可预测的变化，例如，所引入的反馈在TCC压力命令中增加从而导致所述滑移迅速减小到零。快速改变滑移从而导致零滑移， 可能导致对驾驶性能的可察觉且不合需要的效应。前馈控制方法已知是通过瞬态操作预测系统的操作，并基于预测的系统操作产生控制命令。前馈控制可与反馈控制结合使用，以便改善控制精度，并抵消反馈延迟的效应。前馈控制方法与反馈控制结合可应用于对TCC的控制。这样的示例性系统可包括由以下方程描述的压力控制项。TCC压力命令=反馈项+前馈项(1)
这样，可基于反馈TCC压力命令和前馈TCC压力命令来控制TCC。对TCC控制的前馈部分的控制进行影响的方法可基于不同的输入。例如，对TCC 的前馈控制可基于发动机扭矩TE。在一个示例性实施例中，可使前馈控制与1成比例。Te 的增大或减小在命令的TCC扭矩中产生成比例的对应增大或减小。在另一实施例中，可根据Te和变矩器中对应的行为来校准前馈TCC控制。在这样的实施例中，基于校准的查找表、 编程的函数关系、或模型可以被用来关于监测的Te输入来确定TCC控制的前馈部分。变矩器滑移影响车辆的操作和驾驶性能。稳态中太大的滑移降低了燃料效率；稳态中太小的滑移则导致降低的驾驶性能。瞬态状况中太大或太小的滑移可引起失控滑移状况，导致输出功率的损失，或者导致锁住离合器或离合器“撞击”状况。然而，在瞬变中的期望滑移可能不等于稳态状况中的期望滑移。例如，在命令的加速期间，滑移可以被增大至受控水平，以允许发动机迅速加速，然后接着将滑移再次控制到较低的量值，以快速提高通过变速器的输出扭矩。在这样的实施例中，可能期望在滑移的受控增大期间禁止对滑移的反馈控制，以避免对变矩器的不期望操作。为前馈TCC控制设定这样的期望滑移值可被描述成选择基准滑移。可通过例如上述ECCC方法确定的基准或期望的变矩器离合器滑移可用于确定前馈压力命令。可基于燃料效率和NVH性能及优先性来为特定的发动机构造确定或校准这样的基准滑移。用于确定TCC的前馈控制的方法包括监测基准滑移、输入速度和发动机扭矩；基于基准滑移和输入速度确定涡轮扭矩；和基于涡轮扭矩、发动机扭矩和TCC增益确定 TCC的前馈控制。基于基准滑移和输入速度来确定涡轮扭矩可具有多个示例性实施例。例如，本领域已知的Kotwicki方法可用来基于基准滑移和输入速度确定涡轮扭矩。另一示例则包括利用K因子查找表，以基于基准滑移和输入速度确定涡轮扭矩。在此对这两个非限制性示例进行更详细的说明。可描述一种方法，其利用Kotwicki模型来估计涡轮扭矩，并基于涡轮扭矩确定前馈压力。可在SEA论文No 820393 1983中找到关于Kotwicki模型的教导。由以下的方程来说明提供了 Tt的多区Kotwicki模型
rT=aI ⑴《―+ 2h +( 2 )
Kotwicki模型的可被表示成动力系的扭矩产生装置的速度，例如发动机
转速Ne、或者在利用了变矩器的电驱动或混合动力驱动的动力系的情况下是电机转速。
Kotwicki模型的可被表示成变矩器中的涡轮的速度，或者附接至涡轮的变速器
输入轴的输入速度队。项ai(i)、a2(i)和a3(i)为Kotwicki系数。根据一个示例性实施例，Kotwicki系数由关于特定变矩器的试验数据的回归分析来确定。Kotwicki模型包括用于不同操作区域的不同方程。可根据多个实施例描述Kotwicki模型能操作的区域。在一个实施例中，可描述这些区域或模式。限定驾驶中的变矩器模式；限定驾驶中的联接模式； 以及限定滑行中的滑行模式。在函数关系根据本领域已知的方法由期望的变矩器操作限定的情况下，可基于函数关系选择限定Kotwicki模型操作的这样的区域或模式，例如输入N1和Ne。根据一个实施例，可用于变矩器的试验测试数据为无量纲格式，其在回归分析之前必须被转化成速度和扭矩。在一个实施例中，可将四个无量纲的比率用于表示变矩器数据。如由以下的方程
所表示地，第一比率是由确定的滑移比SlipRati0。(3)
应意识到的是，滑移比可替代性地用N1除以Ne来表示。如由以下的方程所表示地，第二比率是由泵扭矩(或发动机扭矩或电机扭矩)Tp与涡轮扭矩Tt确定的扭矩比TorqueRatia。(4)
应意识到的是，扭矩比可替代性地用T1除以Te来表示。如由以下的方程所表示地，第三比率为K因子4咖。(5)
应意识到的是，K因数可替代性地用队和Te来表示。第四比率是由以下的方程所表示的效率百分比EfficiencyJw(6)
应意识到的是，效率百分比可替代性地用队、1\、队和Te来表示。当变矩器数据用这些比率来处理时，扭矩比、K因子和效率全部为速度比的单值函数。换句话说，给定的变矩器在给定的速度比时产生与扭矩和速度的绝对级(absolute levels)无关的一个且仅一个扭矩比值、K因子值和效率值。在速度比从O (表示失速比)到1. O变动的情况下，用于变矩器的示例性数据集包含在不同速度比时的扭矩比和K因子的值。扭矩比在失速时最大、通常在1. 5与2. 5之间。 扭矩比随速度比增大而单调地减小，并且在近似0. 9的速度比时正好变成1. O。这被称为联接点。当速度比高于0.9或联接点时，扭矩比恒定保持在1.0。K因子从失速比到大约0.6的速度比几乎恒定，然后开始快速增大。变矩器从失速到联接点的操作被称为变矩器模式。 超出联接点的操作则被称作联接模式。由于扭矩比在联接模式下保持恒定，指示了 Tt等于 TP，所以在联接模式下的Kotwicki系数与在变矩器模式下的系数不同。根据一个实施例，可修改在方程2中描述的关系，以描述所述区域中的每个区域。 在驾驶中的变矩器模式中，泵扭矩(或发动机扭矩或电机扭矩)ΤΡ和涡轮扭矩Tt可被表示如下。(4)
权利要求
1.控制动力系中的变矩器滑移的方法，所述动力系包括扭矩产生装置和变矩器，所述变矩器包括叶轮、涡轮和变矩器离合器，所述方法包括监测所述变矩器的基准滑移和涡轮转速； 基于所述基准滑移和所述涡轮转速确定涡轮扭矩；基于所述涡轮扭矩、扭矩产生装置的扭矩、和TCC增益来确定前馈变矩器离合器压力命令；以及基于所述前馈变矩器离合器压力命令控制所述变矩器离合器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述基准滑移和所述涡轮转速确定所述涡轮扭矩包括利用从Kotwicki模型和K因子查找表组成的组中选择的涡轮扭矩确定。
3.控制动力系中的变矩器滑移的方法，所述动力系包括扭矩产生装置和变矩器，所述变矩器包括叶轮、涡轮和变矩器离合器，所述方法包括监测所述动力系的操作；利用Kotwicki模型以基于所述动力系的被监测的操作来估计涡轮扭矩； 基于所述涡轮扭矩确定前馈变矩器离合器压力命令；以及基于所述前馈变矩器离合器压力命令来控制所述变矩器离合器。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，监测所述动力系的操作包括 监测基准滑移；监测变速器输入速度；以及监测发动机扭矩。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，监测所述动力系的操作还包括基于所述基准滑移和所述变速器输入速度确定基准发动机转速。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，基于所述涡轮扭矩确定所述前馈变矩器离合器压力包括监测发动机扭矩；基于所述涡轮扭矩和所述发动机扭矩确定变矩器离合器扭矩；以及基于所述变矩器离合器扭矩和变矩器离合器增益确定所述前馈变矩器离合器压力。
7.根据权利要求3所述的方法，其中，控制所述变矩器离合器还基于反馈变矩器离合器压力命令。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述动力系的快速瞬态期间禁止所述反馈变矩器离合器压力命令。
9.根据权利要求3所述的方法，其中，确定所述前馈变矩器离合器压力命令包括 监测所述动力系的轻度加速事件；以及基于基准滑移水平调整所述前馈变矩器离合器压力命令，所述基准滑移水平基于所述轻度加速事件。
10.控制动力系中的变矩器滑移的系统，所述动力系包括扭矩产生装置和变矩器，所述变矩器包括叶轮、涡轮和变矩器离合器，所述系统包括所述变矩器离合器；以及控制模块监测所述变矩器的基准滑移；监测变速器输入速度；基于所述基准滑移和所述变速器输入速度确定变矩器扭矩； 监测发动机扭矩；基于所述变矩器扭矩和所述发动机扭矩确定变矩器离合器扭矩；基于所述变矩器离合器扭矩和变矩器离合器增益确定前馈变矩器离合器压力；以及利用所述前馈变矩器离合器压力控制所述变矩器离合器。
全文摘要
本发明涉及用于ECCC控制的变矩器离合器前馈压力的实时估计算法。具体地，提供了一种动力系，其包括扭矩产生装置和变矩器，该变矩器具有叶轮、涡轮和变矩器离合器。一种控制变矩器滑移的方法包括监测变矩器的基准滑移和涡轮转速；基于基准滑移和涡轮转速确定涡轮扭矩；基于涡轮扭矩、扭矩产生装置的扭矩和TCC增益来确定前馈变矩器离合器压力命令；以及基于前馈变矩器离合器压力命令控制变矩器离合器。
文档编号F16H61/14GK102374284SQ20111022229
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月4日 优先权日2010年8月4日
发明者J. 李 C., 考 C-K., 萨米 F., V. 霍尔根 J., V. 赫贝尔 K., 陈 X. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司