使用快速傅里叶变换对无级变速器的控制的制作方法

本公开大体上涉及无级变速器的控制，并且更具体地涉及使用快速傅里叶变换对无级变速器的控制。可以采用具有联接至无级变速器(CVT)的内燃机的动力系来提供车辆中的牵引力。无级变速器能够响应于输出转矩请求而以可在最小比与最大比之间的范围内变化的输入/输出速度比操作。

技术实现要素：

动力系组件包括具有变速机、输入构件和输出构件的无级变速器。变矩器离合器可操作地连接至无级变速器。输入传感器配置成接收来自输入构件的信号。输出传感器配置成接收来自输出构件的信号。变速机包括第一皮带轮、第二皮带轮和柔性连续可旋转装置。第一和第二皮带轮可由柔性连续可旋转装置旋转地联接。输入构件可旋转地联接至第一皮带轮且输出构件可旋转地联接至第二皮带轮。

该组件包括具有处理器和有形、非暂时性存储器的控制器，该存储器上记录了用于执行控制无级变速器的方法的指令。处理器执行指令使得控制器确定变矩器离合器是否被锁定。如果变矩器离合器被锁定，那么以预定义时间间隔收集来自输入传感器和输出传感器的相应信号的相应读数直至到达预定义时间窗为止。在预定义时间窗期间，获得来自输入传感器的相应信号的第一快速傅里叶变换以及来自输出传感器的相应信号的第二快速傅里叶变换。至少部分地基于第一快速傅里叶变换和第二快速傅里叶变换控制无级变速器。

发动机可操作地连接至无级变速器。发动机速度传感器配置成获得发动机的转速。控制器进一步编程为以预定义时间间隔收集来自发动机速度传感器的发动机速度读数直至到达预定义时间窗为止；以及获得预定义固定时间窗期间的发动机速度读数的第三快速傅里叶变换。

将所计算的发动机点火频率(EFF_c)计算为预定义时间窗期间的平均发动机速度与因子的乘积，其中该因子是发动机中的汽缸的数量除以二(n_cyl/2)。从来自发动机速度传感器的相应信号的第三快速傅里叶变换获得主导发动机点火频率(EFF_d)，该主导发动机点火频率(EFF_d)是所计算的发动机点火频率(EFF_c)的预定义范围内的相对最大振幅。

控制器编程为获得来自第一快速傅里叶变换的参考频率下的输入振幅(A_{R_input})和输入相位该参考频率是主导发动机点火频率(EFF_d)。获得来自第二快速傅里叶变换的参考频率下的输出振幅(A_{R_output})和输出相位施用第一夹紧压力使得第一皮带轮运动，且施用第二夹紧力使得第二皮带轮运动。控制器编程为至少部分地基于第一和第二快速傅里叶变换获得振幅比(A_{R_output}/A_{R_input})。可以至少部分地基于振幅比(A_{R_output}/A_{R_input})来调整第一和第二夹紧压力中的一个或两个。

控制器编程为至少部分地基于第一和第二快速傅里叶变换获得相位差至少部分地基于相位差来调整第一和第二夹紧压力中的一个或两个。

控制器编程为将所计算的发动机点火频率(EFF_c)计算为预定义时间窗期间的平均发动机速度与因子的乘积，其中该因子是发动机中的汽缸的数量除以二(n_cyl/2)。从来自输入传感器的相应信号的第一快速傅里叶变换获得主导发动机点火频率(EFF_d)，该主导发动机点火频率(EFF_d)是所计算的发动机点火频率(EFF_c)的预定义范围内的相对最大振幅。

根据结合附图取得的用于实行本公开的最佳模式的以下详述将容易地理解本公开的上述特征和优点以及其它特征和优点。

附图说明

图1是具有无级变速器、输入传感器、输出传感器、发动机速度传感器和控制器的动力系组件的示意性局部视图；

图2A是根据第一实施例的用于控制图1的无级变速器的方法的流程图；

图2B是根据第二实施例的用于控制图1的无级变速器的方法的流程图；

图3是用于图1的输入传感器的第一快速傅里叶变换信号的实例，其示出振幅对频率(以赫兹为单位)；

图4是用于图1的输入传感器的第一快速傅里叶变换信号的实例，其示出相位(以度为单位)对频率(以赫兹为单位)；

图5是用于图1的输出传感器的第二快速傅里叶变换信号的实例，其示出振幅对频率(以赫兹为单位)；

图6是用于图1的输出传感器的第二快速傅里叶变换信号的实例，其示出相位(以度为单位)对频率(以赫兹为单位)；以及

图7是用于图1的发动机速度传感器的第三快速傅里叶变换信号的实例，其示出振幅对频率(以赫兹为单位)。

具体实施方式

参考附图，其中相同参考标号是指相同部件，图1示意性地说明包括无级变速器12的动力系组件10。发动机14可以经由变矩器16可操作地连接至无级变速器12。动力系组件10可以是装置18的部分，其可以是车辆、自行车、机器人、农具、运动相关设备或其它运输装置。控制器20响应于驾驶员命令和其它因素而监测并且控制动力系组件10的操作。图1的控制器20可以是装置18的其它控制器的整体部分或可操作地连接至其它控制器的单独模块。装置18可以采取许多不同形式并且包括多个和/或替代部件和设施。

发动机14可以是能够将烃类燃料变换为机械动力以响应于源自于控制器20的命令而产生转矩的内燃机。变矩器16提供流体联接用于传递转矩。变矩器16可以包括泵22、涡轮24以及锁定泵22和涡轮24的旋转的变矩器离合器26。变矩器离合器26的接合可由控制器20控制。

参考图1，无级变速器12包括变速机28、输入构件30和输出构件32。变速机28配置成在输入构件30与输出构件32之间传递转矩。变速机28包括初级或第一皮带轮34、次级或第二皮带轮36以及将第一皮带轮34和第二皮带轮36可旋转地联接以在其间传递转矩的柔性连续可旋转装置38。第一皮带轮34可旋转地联接至输入构件30且第二皮带轮36可旋转地附接至输出构件32，且可旋转装置38适用于在第一皮带轮34与第二皮带轮36之间且因此在输入构件30与输出构件32之间传递转矩。第一皮带轮34和输入构件30可以围绕第一轴40旋转且第二皮带轮36和输出构件32可以围绕第二轴42旋转。连续可旋转装置38可为皮带、链条或另一种合适的柔性连续装置。在一个实施例中，连续可旋转装置38是由金属制成。可以经由传动系44将输出转矩从输出构件32传递至装置18的车轮(未示出)。

参考图1，第一皮带轮34可以包括第一可移动带轮46和第一固定带轮48。响应于第一夹紧压力50，第一可移动带轮46可以相对于第一固定带轮48沿着第一轴40平移。第一固定带轮48可以沿着第一轴40轴向地固定至输入构件30。参考图1，第二皮带轮36可以包括第二可移动带轮54和第二固定带轮56。响应于第二夹紧压力60，第二可移动带轮54可以相对于固定带轮56沿着第二轴42平移。第二固定带轮56可以沿着第二轴42相对于输出构件32轴向地固定。

降低第一夹紧压力50和第二夹紧压力60中的一个或两个导致提高转矩传递的效率。然而，将第一夹紧压力50和第二夹紧压力60中的一个或两个设置太低可造成宏滑(皮带宏滑)状况，这可造成缩短或损害皮带或皮带轮寿命。

参考图1，控制器20包括至少一个处理器62和至少一个存储器64(或非暂时性、有形计算机可读存储介质)，该存储器上记录了用于执行图2A和2B中分别所示的用于控制无级变速器的方法100和/或200的指令。存储器64可存储控制器可执行指令集，且处理器62可执行存储在存储器64中的控制器可执行指令集。控制器20可以控制无级变速器12以通过控制初级皮带轮34和次级皮带轮36中的一个或两个的压力(即，第一夹紧压力50和第二夹紧压力60中的一个或两个)来实现理想速度比。理想速度比指示速度比的所命令的未来值，其可以基于与输出动力命令、车速、发动机转矩和其它因素有关的监测的和估计的操作条件来确定。

图1的控制器20具体编程为执行方法100和200的步骤(如下文关于图2A和2B详细地讨论)并且可接收来自各种传感器的输入。例如，动力系组件10可以包括与控制器20通信(例如，电子通信)并且适用于测量发动机14的发动机速度的发动机速度传感器70。参考图1，输入传感器72可以适用于接收来自输入构件30的信号。在一个实施例中，由输入传感器72接收的信号是输入构件30的转速，其与第一皮带轮34的速度有关。在另一个实施例中，由输入传感器72接收的信号是输入构件30的转矩。输出传感器74可以适用于接收来自输出构件32的信号。在一个实施例中，由输出传感器74接收的信号是输出构件32的转速，其与第二皮带轮36的速度有关。在另一个实施例中，由输出传感器74接收的信号是输出构件32的转矩。

现在参考图2A，示出了存储在图1的控制器20上并且可由该控制器执行的方法100的流程图。方法100不必按本文叙述的具体次序来施用。另外，应当理解的是，可以省略某些步骤。参考图2A，方法100可以开始于方框102，其中控制器20编程或配置成确定变矩器离合器26是否被锁定。在另一个实施例中，在方框102中，控制器20可以编程为确定起动离合器或其它起动装置是否被锁定。取决于装置18的速度(经由装置或车速传感器76获得)和加速器踏板位置传感器78或节气门位置传感器80，装置18可以采用变矩器离合器接合或脱离的计划表或表格。变矩器离合器26可以在启动装置18之后接合并且在加速器踏板下压或相对较低速度期间脱离(对于无级变速器12)。如果变矩器离合器26、起动离合器或其它起动装置被锁定，那么方法100进行至方框104。如果否，那么方法100返回进行至开始，如由线103所示。

在图2A的方框104中，控制器20编程为以预定义时间间隔收集来自输入传感器72和输出传感器74的相应信号的读数直至到达预定义时间窗为止。在一个实施例中，预定义时间间隔是5毫秒且预定义时间窗是0.5秒钟。可以经由内部I/O处理器或CAN通信协议或其它接入(tap-in)方法或本领域技术人员所采用的其它方法将信号数据传递至控制器20。

在图2A的方框106中，控制器20编程为计算在预定义时间窗内来自输入传感器72和输出传感器74、收集在方框104中的相应信号的相应快速傅里叶变换(FFT)。在此实施例中，由输入传感器72和输出传感器74接收的相应信号是输入构件30和输出构件32的相应转速。然而，方法100和200可施用于由输入传感器30和输出传感器32接收的转矩信号。可以采用本领域技术人员可用的快速傅里叶变换例程，其包括(但不限于)希耳伯特变换和来自Simulink、Matlab等的结果。傅里叶分析将信号从其原始域(诸如时间)转换为频域中的表示，且反之亦然。如所理解，快速傅里叶变换例程通过计算序列的离散傅里叶变换(DFT)或其逆变换并且将DFT矩阵因式分解成稀疏因子的乘积而迅速地计算这些变换。

以给定频段的振幅(即，大小)和相位来表示快速傅里叶变换返回的结果。图3至7中的每个x轴分别示出以赫兹为单位的频率(F)。图3至4是图1的输入传感器72的输入速度或第一快速傅里叶变换信号300的实例。图3示出振幅对频率，而图4示出相位P(以度为单位)对频率。图5至6是图1的输出传感器74的输出速度或第二快速傅里叶变换信号500的实例。图5示出振幅对频率，而图6示出相位P(以度为单位)对频率。

在图2A的方框108中，控制器20编程为获得所计算的发动机点火频率(EFF_c)，其作为(固定时间窗期间的)平均发动机速度与因子的乘积，其中该因子是发动机中的汽缸的数量除以二(n_cyl/2)。可以经由发动机速度传感器70或输入传感器72获得(固定时间窗期间的)平均发动机速度。在所示的实施例中，平均发动机速度是1230rpm，其是20.5Hz。如果汽缸的数量是4，那么所计算的发动机点火频率(EFF_c)是41Hz(20.5*4/2))。然而，应当明白的是，可以根据现有应用改变汽缸的数量和平均发动机速度。

在图2A的方框110中，控制器20编程为获得来自输入传感器72(参照图3)的快速傅里叶变换信号300的主导发动机点火频率(EFF_d)，其作为所计算的发动机点火频率(EFF_c)的预定义范围304内的相对最大振幅302(或峰值)。在一个实例中，预定义范围可以是5％。因此，如果所计算的发动机点火频率(EFF_c)是41Hz，那么控制器可以编程为寻找41+2Hz内的相对最大值。在所示的实施例中，发现主导发动机点火频率(EFF_d)为40.96Hz。

在图2A的方框112中，控制器20编程为对输入传感器72的快速傅里叶变换信号300和400寻找参考频率处的振幅(A_{R_input})和相位控制器20编程为对输出传感器74的快速傅里叶变换信号500和600寻找参考频率处的振幅(A_{R_output})和相位在所示的实施例中，可以将方框110中获得的主导发动机点火频率(EFF_d)设置为参考频率。应当理解的是，可以针对应用可变地选择参考频率。

在图2A的方框114中，控制器20可以编程为至少部分地基于振幅比(A_{R_output}/A_{R_input})和相位差中的一个或两个来调整第一和第二夹紧压力中的一个或两个。振幅比(A_{R_output}/A_{R_input})和相位差是基于方框112中获得的信息。在一个实例中，控制器20编程为至少部分地基于相位差和第一查找表来调整第一和第二夹紧压力中的一个或两个。第一查找表可以创建在测试间或实验条件中并且包括各种相位差处的夹紧压力值。在另一个实例中，控制器20编程为至少部分地基于振幅比(A_{R_output}/A_{R_input})和第二查找表来调整第一和第二夹紧压力中的一个或两个。第二查找表可以创建在测试间或实验条件中并且包括各种振幅比处的夹紧压力值。

第二实施例

现在参考图2B，示出了存储在图1的控制器20上并且可由该控制器执行的方法200的流程图。除下文所述之外，第二实施例类似于第一实施例。方法200不必按本文叙述的具体次序来施用。另外，应当理解的是，可以省略某些步骤。参考图2B，方法200可以开始于方框202，其中控制器20编程或配置成确定变矩器离合器26是否被锁定。取决于装置18的速度(经由装置或车速传感器76获得)和加速器踏板位置传感器78或节气门位置传感器80，装置18可以采用变矩器离合器接合或脱离的计划表或表格。变矩器离合器26可以在启动装置18之后接合并且在加速器踏板下压或相对较低速度期间脱离(对于无级变速器12)。如果变矩器离合器26被锁定，那么方法200进行至方框204。如果否，那么方法200返回进行至开始，如由线203所示。

在图2B的方框204中，控制器20编程为除了收集来自输入传感器72和输出传感器74的相应信号之外还以预定义时间间隔收集来自发动机速度传感器70的信号的读数。

在图2B的方框206中，控制器20编程为除了在预定义时间窗内来自输入传感器72和输出传感器74、收集在方框204中的信号之外还计算来自发动机速度传感器70的相应信号的相应快速傅里叶变换(FFT)。图7是发动机速度传感器70的第三傅里叶变换信号700的实例，其示出了振幅对频率。

如上文关于第一实施例所提及，图3是图1的输入传感器72的第一快速傅里叶变换信号300的实例，其示出了振幅对频率。图4是图1的输入传感器72的输入速度快速傅里叶变换信号400的实例，其示出了相位对频率。图5是图1的输出传感器74的输出速度快速傅里叶变换信号500的实例，其示出了振幅对频率。图6是图1的输出传感器74的输出速度快速傅里叶变换信号600的实例，其示出了相位对频率。在第一实施例中，不需要收集来自发动机速度传感器70的数据。

如在第一实施例中，在图2B的方框208中，控制器20编程为获得所计算的发动机点火频率(EFF_c)，其作为平均发动机速度与因子的乘积，其中该因子是发动机中的汽缸的数量除以二(n_cyl/2)。

在图2B的方框210中，控制器20编程为获得来自发动机速度快速傅里叶变换信号700(图7中所示的实例)的主导发动机点火频率(EFF_d)，其作为所计算的发动机点火频率(EFF_c)的预定义范围704内的相对最大振幅702(或峰值)。在第一实施例中，使用输入速度快速傅里叶变换信号300来获得主导发动机点火频率(EFF_d)。

如在第一实施例中，在图2B的方框212中，控制器20编程为对输入传感器72的快速傅里叶变换信号寻找参考频率处的振幅(A_{R_input})和相位另外，控制器20编程为对输出传感器74的快速傅里叶变换信号寻找参考频率处的振幅(A_{R_output})和相位在所示的实施例中，参考频率是方框210中获得的主导发动机点火频率(EFF_d)。将此相对最大值702设置为参考频率。

如在第一实施例中，在图2A的方框214中，控制器20可以编程为至少部分地基于获自方框212中的信息的振幅比(A_{R_output}/A_{R_input})和相位差中的一个或两个来调整第一夹紧压力50和第二夹紧压力60中的一个或两个。控制器20(和方法100或200的执行)通过以所需最低程度的校准实现复杂系统的速度比和转矩输出的精确控制来改进装置18的运作。

控制器20包括计算机可读介质(又称为处理器可读介质)，其包括参与提供可以由计算机(例如，计算机的处理器)读取的数据(例如，指令)的非暂时性(例如，有形)介质。此介质可以采用许多形式，包括(但不限于)非易失性介质和易失性介质。例如，非易失性介质可以包括光盘或磁盘和其它持久存储器。例如，易失性介质可以包括可以构成主存储器的动态随机访问存储器(DRAM)。这些指令可以由一种或多种传输介质(包括同轴电缆、铜线和光纤(包括具有联接至计算机的处理器的系统总线的导线))传输。某些形式的计算机可读介质包括(例如)软盘、柔性盘、硬盘、磁带、其它磁性介质、CD-ROM、DVD、其它光学介质、打孔卡、纸带、具有孔图案的其它物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EEPROM、其它存储器芯片或存储器盒或计算机可读的任何其它介质。

查找表、数据库、数据仓库或本文所述的其它数据存储装置可以包括用于存储、存取和检索各种数据的各种机构，包括分层数据库、文件系统中的文件集、专用格式的应用程序数据库、关系型数据库管理系统(RDBMS)等。每个这样的数据存储装置均可以包括在采用诸如上述一种操作系统的计算机操作系统的计算装置内，并且可以经由网络以各种方式中的任何一种或多种来存取。文件系统可以从计算机操作系统存取，并且可以包括以各种格式存储的文件。RDBMS除了用于创建、存储、编辑和执行已存储的程序的语言(诸如上述PL/SQL语言)之外还可以采用结构化查询语言(SQL)。

详述和附图或图支持并且描述本公开，但是本公开的范围仅仅是由权利要求书界定。虽然已详细地描述了用于实行本公开的某些最佳模式和其它实施例，但是也存在用于实践所附权利要求书中界定的本公开的各种替代设计和实施例。另外，附图中所示的实施例或本描述中提及的各种实施例的特性不一定被理解为实施例彼此独立。实情是，可行的是，实施例的一个实例中描述的每个特性可结合来自其它实施例的一种或多种其它期望特性，从而导致其它实施例没有用语言或没有参考附图来描述。因此，这样的其它实施例落在所附权利要求书的范围的框架内。