專利名稱：車輛換擋事件中用離合器比例積分控制器輔助狀態(tài)觀察器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于降低在車輛換擋事件期間的不連續(xù)性的方法和系統(tǒng)，其通過使用用于指定離合器的比例積分控制器來輔助在狀態(tài)方程之間變換的狀態(tài)觀察器。
背景技術：
某些車輛在電動車輛(EV)模式中被使用一個或多個牽引電動機提供動力。每一個電動機都由高壓能量存儲系統(tǒng)(ESQ給予能量，該存儲系統(tǒng)可以在車輛運行期間或通過使用離車電源被重新充電?；旌蟿恿﹄妱榆囕v(HEV)特別地可以選擇性地單獨使用內燃發(fā)動機，或內燃發(fā)動機與牽引電動機一起作為動力源。通常HEV可以在EV模式中運行到閾值速度，然后過渡到至少部分使用發(fā)動機動力。變速器(transmission)被用于經由一個或多個離合器將發(fā)動機和電動機扭矩傳遞到變速器輸出構件。輸出構件最終驅動車輪以推進車輛。狀態(tài)觀察器可以被在車輛上使用，以提供各個所需的控制參數的狀態(tài)估計。比例積分(PI)控制器可以在即臨(oncoming) 離合器或待分離(offgoing)離合器，或是動力傳動系的任何其它旋轉構件上提供反饋控制。

發(fā)明內容
因此，公開了一種方法，用于在狀態(tài)觀察器中線性空間方程之間切換時優(yōu)化車輛中的換擋事件。比例積分(PI)控制模塊，后文中稱為離合器PI，可以被用來控制換擋事件中的指定離合器。如本文中所述，離合器PI被用于計算并饋送輸出值到狀態(tài)觀察器，并閉合狀態(tài)觀察器上的控制回路。特別地，一種用于優(yōu)化車輛中的換擋事件的方法，該方法包括在執(zhí)行換擋事件之前，指定將要被用作即臨離合器或待分離離合器的離合器；以及通過狀態(tài)觀察器處理多個輸入值以由此確定指定離合器的估計轉差速度。該方法包括使用離合器PI對來自狀態(tài)觀察器的估計轉差速度的控制回路進行閉環(huán)，并在此后執(zhí)行換擋事件。還公開了一種車輛，包括變速器；發(fā)動機；至少一個牽引電動機；以及控制系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)包括狀態(tài)觀察器和離合器PI?？刂葡到y(tǒng)被配置為用于使用狀態(tài)觀察器確定指定離合器的估計離合器轉差值；使用離合器PI確定作為估計離合器轉差值和參考轉差值的函數的扭矩值；并從離合器PI傳輸該扭矩值到狀態(tài)觀察器。換擋事件隨后被執(zhí)行。這樣，在發(fā)生在狀態(tài)方程之間的任意切換期間來自狀態(tài)觀察器的估計離合器轉差值的不連續(xù)性被降低。本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點以及其它特征和優(yōu)點根據下文中結合附圖對執(zhí)行本發(fā)明的最佳方式的詳細描述可以容易地被理解。


圖1是具有控制系統(tǒng)的車輛的示意性圖示，其中控制系統(tǒng)使用離合器PI與狀態(tài)觀察器結合，來輔助降低狀態(tài)觀察器中狀態(tài)方程之間切換時的不連續(xù)性或擾動；圖2是可用于圖1所示的車輛的控制系統(tǒng)的示意性圖示；圖3是描述用于降低上述不連續(xù)性或擾動的方法的流程圖。
具體實施例方式參考附圖，車輛10在圖1中被示意性地示出具有控制系統(tǒng)11?？刂葡到y(tǒng)11與車輛10的各個部件經由一組控制和反饋信號(箭頭31)通訊?？刂葡到y(tǒng)11包括狀態(tài)觀察器 21，其被構造為建立真實系統(tǒng)(譬如變速器14的離合器18)的模型，以便于使用作為控制和反饋信號(箭頭31)的一部分提供的輸入和輸出的測量來提供所述真實系統(tǒng)內部狀態(tài)的估計?？刂葡到y(tǒng)11還包括比例積分(PI)控制器模塊，其提供用于指定離合器18的PI控制功能，后文中稱為離合器PI 40。方法100(見圖3)可以被實現為一組計算機可執(zhí)行指令，其可以被記錄在有形/ 非瞬時存儲器上并由控制系統(tǒng)11的相關聯硬件部件來執(zhí)行，以降低換擋事件中的不連續(xù)性。這樣的不連續(xù)性會在狀態(tài)觀察器21中不同線性狀態(tài)空間方程之間切換時發(fā)生，如將在下文參考圖2和3詳細描述的那樣。方法100的執(zhí)行有助于通過將指定離合器18或其它構件的轉差估計(slip estimate)緊密地保持至校準參數值來有助于平滑在狀態(tài)方程之間的任何過渡或切換。當指定離合器18主動接合時，跨離合器18測得的實際轉差將接近零。在狀態(tài)觀察器21中，估計轉差值將相似地接近零。然而，估計轉差值經常會經過并超過零。當這種情況發(fā)生時，可以在狀態(tài)觀察器21中的不同狀態(tài)方程切換的瞬間觀察到擾動和不連續(xù)性。該不連續(xù)性的發(fā)生主要是由于估計速度從一個值(該值處于指定離合器18未被鎖定的范圍內)跳到另一個值(該值處于離合器18被鎖定的范圍內)。在很多情況下，速度差可以相當大，并可以由于正時而導致擾動，所述正時即狀態(tài)觀察器21被指令在不同狀態(tài)方程之間切換相對于接合離合器18被實際鎖定的時間。控制系統(tǒng)11在一個實施例中可以被用作圖1所示類型的混合動力電動車輛(HEV)的一部分，或替代地為增程型電動車輛 (EREV)的一部分。根據實施例，圖1的車輛10可以包括內燃發(fā)動機12，其可以選擇性地經由輸入離合器15連接到變速器14。輸入離合器15包括彈簧阻尼組件(未示出)，用于在發(fā)動機12 的曲軸13和變速器14的輸入軸17之間的連接的阻尼。電牽引電動機16、116可以被用于輸送電動機扭矩到變速器14。以由此在EV推進模式中為車輛10提供動力。這可以發(fā)生， 直到到達閾值車輛速度。高于閾值速度，發(fā)動機12可以被啟動并根據需要被用于輸送發(fā)動機扭矩到輸入軸17。變速器14可以包括輸出軸19，該輸出軸連接到一組驅動輪20。變速器14可以被配置為電無極變速器(EVT :electrically variable transmission)或任意其它能夠將扭矩經由輸出軸19傳遞到驅動輪20的適合的變速器。輸出軸19響應來自車輛10駕駛員的速度請求輸送實際輸出扭矩(箭頭33)。仍參考圖1，牽引電動機16、116可以配置為約6(^々(到約30(^4(或更高(取決于所需設計)的多相電機(multi-phase electric machine)。每一個牽引電動機16、116都經由高壓DC總線、功率逆變模塊25、和高壓AC總線電連接到能量存儲系統(tǒng)(ESS) 26。DC-DC逆變器(未示出)可以被用于調節(jié)到車輛上載有的12V輔助電力系統(tǒng)的電壓?？刂葡到y(tǒng)11可以包括單個控制設備或分布聯網式控制設備，提供變速器要求部分上的PI功能。控制系統(tǒng)11的各硬件元件都經由適當的控制通道電連接到或以其他方式設置為電通訊至發(fā)動機12、牽引電動機16和116、驅動輪20和變速器14。這樣的控制通道可以包括任何必須的傳輸導體，其提供硬線或無線控制鏈接，所述硬線或無線鏈接適合于傳輸和接收用于車輛10上適當的動力流動控制以及協調的必要電信號?？刂葡到y(tǒng)11還可以包括這樣的額外控制模塊和能力，其可以是以期望的方式在車輛10上執(zhí)行所需的動力流動控制功能所必須的?？刂葡到y(tǒng)11可以包括微處理器或中央處理器單元、只讀存儲器(ROM)、隨機訪問存儲器(RAM)、可電擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)、高速時鐘、模數(A/D)和數模(D/A) 轉換器電路和輸入/輸出電路和設備(10)，以及適當的信號調節(jié)和緩沖電路。被用作用于記錄方法100的有形/非瞬時存儲器可以采用很多形式，包括但并不局限于，非易失性介質和易失性介質。非易失性介質可以包括例如，光盤或磁盤和其它永久存儲器。易失性介質可以包括，例如，動態(tài)隨機訪問存儲器(DRAM)，其可以構成主存儲器。這樣的指令可以通過一個或多個傳輸介質傳遞，所述介質包括同軸電纜、銅線和光纖，包括構成連接到計算機處理器的系統(tǒng)總線的線路。參見圖2，當前控制系統(tǒng)11經由離合器PI 40提供了 PI功能，且還經由狀態(tài)觀察器21提供了線性空間狀態(tài)觀察功能。這兩個術語在本領域都是公知的。控制系統(tǒng)11的狀態(tài)觀察特質包括對物理系統(tǒng)(諸如如圖1所示的將臨離合器或變速器14的其他元件)建模的能力，以使用輸入輸出的測量值以及通過一階差分方程相關的狀態(tài)變量提供系統(tǒng)的內部狀態(tài)的估計。狀態(tài)觀察器21輸入可以包括測得的發(fā)動機速度(箭頭50)，相應牽引電動機16、 116的速度(箭頭52，54)，和變速器14的實際或估計輸出速度(箭頭56)。狀態(tài)觀察器21 估計各種輸出值，例如發(fā)動機速度，電動機16和/或116( —個或多個)的速度，變速器速度，車輪速度，車輛速度，車軸扭矩，和阻尼器扭矩，并以依賴于變速范圍的方式計算估計的離合器轉差(clutch slip:離合器打滑)(箭頭58)。離合器PI 40從狀態(tài)觀察器21接收估計的離合器轉差(箭頭58)并使用可存貯在存儲器中并根據需要取出的校正參考離合器轉差(箭頭59)以閉合該特定值上的控制回路。因此，離合器PI 40的控制目標跟隨校正參考離合器轉差(箭頭59)，而非自動設定到零值。參考離合器轉差(箭頭59)可以被作為對圖1離合器18的速度做出描述的值的函數計算出。例如，參考離合器轉差(箭頭59)可以取決于指定離合器位置使用發(fā)動機速度(Ne)、電動機速度(Na，Nb)以及變速器輸出速度(N0)的組合計算出。這適用于推導出的速度測量，即從其它測量值得到的計算值，也適用于任何離合器估計和參考值。使用速度控制，多達兩個速度可以在給定時間處被控制，例如離合器輸入速度和離合器轉差，當車輛10以空擋(Neutral)狀態(tài)運行時兩個離合器轉差速度(兩個速度自由度)，當車輛10以Mode模式運行時僅輸入速度(一個速度的自由度)，或車輛10以Gear 模式運行時沒有受控的速度(沒有速度自由度，因為速度由車輛指定)。對于每一個受控速度接收速度目標。對于阻尼和速度控制，這些速度目標被轉化為上述變量Ne、Na、Nb和Ncj 的校正參數值，以便于結合使用阻尼器扭矩(Tdmpk)和車軸扭矩(Tam)，以產生比例扭矩或P項。這些參考值與速度目標直接相關。比例扭矩的計算可以如下Pa = (K1 · Ne*) + (K2 · Na*) + (K3 · Nb*) + (K4 · N0J + (K5 · TdmpeJ + (K6 · TaxleJPb = (K7 · NeJ + (K8 · NaJ + (K9 · NbJ + (K10 · N0J + (K11 · TdmpeJ + (K12 · Taxle*)其中Pa和是比例或P控制項，S卩A和B牽引電動機(其分別為牽引電動機16 和116)各自的阻尼扭矩指令，且K1-K12表示比例增益。比例增益可以被作為受控發(fā)動機速度(Ne)、牽引電動機12和14各自的電動機速度(Na，Nb)、用于對發(fā)動機-變速器連接進行阻尼緩沖的阻尼器扭矩(T_)和車軸扭矩(Tam)的函數計算出。標有星號(*)的值為速度或扭矩誤差值，例如Na*指電動機A/牽引電動機12的速度誤差，而ΤΑΧ_是車軸扭矩的扭矩誤差。用于圖1和2的離合器PI 40的離合器轉差參考值可以根據用于產生上述用于控制的誤差的^、^、隊和^值來計算。用于計算參考離合器(CX)的離合器轉差的通用方程如下Ncx kef = (Ke cx · Ne kef) + (Ka cx · Na kef) + (Kb cx · Nb eef) + (Ko cx · No eef)取決于被計算的離合器轉差參數，一些項將不參與，這是因為該特定項的增益為零，即在方程中使用的兩個速度之間沒有關系。離合器PI 40的輸出之一為離合器扭矩值(箭頭60)，即將給定離合器的轉差估計保持在其參考值處所需的離合器扭矩，該參考值通常在換擋事件中為零或接近零。離合器扭矩值(箭頭60)如所示被閉環(huán)饋送到狀態(tài)觀察器21。在圖2中的方法允許當在鎖定離合器和改變狀態(tài)方程之前給定離合器的兩側被同步時，狀態(tài)觀察器21中的方程改變的平滑過渡。參考圖3，當關于圖1所示的變速器14的指定離合器(例如離合器18)的運行而描述前方法100。離合器18可以是被識別為即將發(fā)生的換擋事件中的即臨離合器的離合器。在隨后的步驟中，離合器PI 40的積分器軟件應該被重置或初始化，這取決于上述指定離合器是否將成為即將到來的換擋事件中的即臨離合器或是待分離離合器。如果指定離合器18是即臨離合器，則接收的扭矩估計被忽略直到離合器PI 40被觸發(fā)。此時，離合器PI 40拾取此前留下的扭矩。例如，如果在離合器PI 40被觸發(fā)之前扭矩估計達到20Nm，則離合器PI 40的積分器部分在20Nm處開始其首次計算。如果指定離合器18是待分離離合器，則對由傳動系統(tǒng)(driveline)動態(tài)響應部件接收的扭矩估計有貢獻的所有扭矩為離合器反扭矩。這并不被認為是作用在指定離合器18 上的實際扭矩。由此，離合器PI 40的積分器部分初始化到零值。當狀態(tài)觀察器21中的狀態(tài)方程之間的切換是從給定離合器18被鎖定的狀態(tài)開始到離合器18未被鎖定的狀態(tài)時， 沒有額外扭矩被饋送到估計器，而離合器18仍在釋放壓力。該零值初始化將保持并經過覆蓋壓力釋放過程的經校準時間。如果離合器PI 40在給定的離合器18仍在釋放壓力的過程中不知何故被重新觸發(fā)以恢復離合器18，則離合器PI 40以零值開始。如果計時器已經表明釋放階段到期，則方法100將重新開始離合器扭矩估計的步驟，所述估計通常為零或一些小的值。在一個實施例中，方法100在步驟102開始，其中車輛的各運行值被確定，例如發(fā)動機速度(箭頭50)、電動機速度(箭頭52和54)、車軸扭矩、輸出速度(箭頭56)、車輪速度、發(fā)動機速度等，如圖2所示和如上所述。這些值被饋送到狀態(tài)觀察器21中，且方法100 進入步驟104。在步驟104處，狀態(tài)觀察器21示例性地使用來自步驟102的值確定估計的離合器轉差(圖2的箭頭58)，以作為狀態(tài)觀察器21中的任意估計狀態(tài)的應變量。估計的離合器轉差(箭頭58)可以使用在圖2中示出的校正參考轉差值(箭頭59)的閉環(huán)中被用于離合器18的指定PI模塊(即離合器PI 40)根據需要來修改。在步驟106處，用于指定離合器18的離合器PI 40可以使用來自步驟104的值來計算圖2的扭矩值(箭頭60)。該值是將指定離合器轉差估計(即箭頭58)保持為其參考值(即箭頭59)或保持在距所述參考值的最大可允許范圍內時所必須的。在步驟108處，如圖2所示的扭矩值(箭頭60)，被反饋到狀態(tài)觀察器21，并被用作狀態(tài)觀察器21的輸入。以這樣的方式，指定離合器的離合器PI 40被用作狀態(tài)觀察器21 的輸入，以便于將任何在參考離合器轉差值(箭頭59)和估計離合器轉差(箭頭58)之間的誤差保持為零或接近零。該誤差水平被保持到狀態(tài)觀察器21被告知要在狀態(tài)方程之間切換。從而，無論何時狀態(tài)觀察器21最終在狀態(tài)方程之間切換，都能得到更平滑的過渡。盡管用于執(zhí)行本發(fā)明的較佳方式已經詳細地說明，與本發(fā)明相關領域的技術人員認識到在所附權利要求的范圍內具有用于執(zhí)行本發(fā)明的各種替代設計和實施例。本申請要求提交于2010年9月14日的美國臨時專利申請No. 61/382，516的權益， 其全部內容在此通過參考并入。
權利要求
1.一種用于優(yōu)化車輛中的換擋事件的方法，該方法包括在執(zhí)行換擋事件之前指定離合器，該離合器在換擋事件中被用作即臨離合器或待分離 1 合器；通過狀態(tài)觀察器處理多個輸入值，以由此確定所述指定離合器的估計轉差速度，作為狀態(tài)觀察器的輸出值；使用用于所述指定離合器的比例積分控制模塊(離合器PI)來對來自所述狀態(tài)觀察器的估計離合器轉差的控制回路進行閉環(huán)，由此平滑所述狀態(tài)觀察器中狀態(tài)空間方程之間的切換；并執(zhí)行所述換擋事件。
2.如權利要求1所述的方法，其中執(zhí)行所述換擋事件包括在鎖定指定離合器之前及在不同狀態(tài)空間方程之間切換之前，使所述指定離合器的輸入和輸出側同步。
3.如權利要求1所述的方法，其中使用所述離合器PI來對控制回路進行閉環(huán)包括使用所述離合器PI處理估計轉差速度和校正的參考離合器轉差值。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述車輛包括發(fā)動機、牽引電動機、和變速器，且其中通過狀態(tài)觀察器處理多個輸入值包括計算作為發(fā)動機速度、電動機速度和變速器輸出速度的函數的估計滑動轉差。
5.如權利要求1所述的方法，還包括使用所述離合器PI產生指定離合器的扭矩值，其中所述扭矩值描述了在所述換擋事件中保持所述估計轉差速度所需的扭矩量；饋送所述扭矩值到所述狀態(tài)觀察器，作為多個輸入值中的一個。
6.一種車輛，包括變速器；發(fā)動機；牽引電動機；以及控制系統(tǒng)，包括狀態(tài)觀察器和用于所述變速器中指定離合器的比例積分(PI)離合器控制模塊(離合器PI)，其中所述控制系統(tǒng)被配置為用于使用所述狀態(tài)觀察器確定所述指定離合器的估計離合器轉差值；使用所述離合器PI確定作為所述估計離合器轉差值和參考轉差值的函數的扭矩值， 其中所述扭矩值是將所述估計離合器轉差值保持在所述參考滑動值的校正范圍內所必須的扭矩量；從所述離合器PI傳輸所述扭矩值到所述狀態(tài)觀察器；執(zhí)行所述換擋事件，包括使用所述扭矩值來在狀態(tài)方程改變期間降低來自所述狀態(tài)觀察器的估計離合器轉差值中的不連續(xù)性。
7.如權利要求6所述的車輛，其中所述控制系統(tǒng)被配置為當所述指定離合器是即臨離合器時以一種方式初始化離合器PI，而當所述指定離合器是待分離離合器時以另一種方式初始化離合器PI。
8.如權利要求6所述的車輛，其中該組參考值包括以下至少一個發(fā)動機速度、每一個牽引電動機的電動機速度、以及變速器輸出速度。
9.如權利要求6所述的車輛，其中所述控制系統(tǒng)被配置為用于通過在鎖定指定離合器之前和在不同狀態(tài)空間方程之間切換之前使所述指定離合器的輸入和輸出側同步，來部分執(zhí)行換擋事件。
10.如權利要求6所述的車輛，其中所述控制系統(tǒng)被配置為使用離合器PI處理所述估計轉差速度和經校正參考離合器轉差值。
全文摘要
一種用于優(yōu)化車輛中的換擋事件的方法，該方法包括在執(zhí)行換擋事件之前，指定離合器，該離合器在換擋事件中要被用作即將被使用的離合器或即將不被使用的離合器；以及通過狀態(tài)觀察器處理多個輸入值以由此確定指定離合器的估計滑動速度，作為狀態(tài)觀察器的輸出值。該方法包括使用用于指定離合器的比例積分控制模塊(離合器PI)來對來自狀態(tài)觀察器的估計離合器滑動的控制回路進行閉環(huán)，由此平滑在狀態(tài)觀察器中狀態(tài)空間方程之間的切換并執(zhí)行換擋事件。一種車輛包括變速器、發(fā)動機、至少一個牽引電動機和配置為用于執(zhí)行上述方法的控制系統(tǒng)。
文檔編號F16H59/16GK102401117SQ20111027185
公開日2012年4月4日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權日2010年9月14日
發(fā)明者R.A.漢森, R.L.莫里斯 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司