專利名稱：脈沖寬度調(diào)制的伺服機構(gòu)的電壓補償?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制傳動裝置用的閉環(huán)控制系統(tǒng)，例如，車輛變速箱換擋用的控制系統(tǒng)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，控制電路已被用于驅(qū)動傳動機構(gòu)，例如，在此描述的本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，用于驅(qū)動變速箱換擋伺服機構(gòu)使之到達(dá)各種位置。然而，在現(xiàn)有的變速箱換擋機構(gòu)中，由于隨著用于驅(qū)動電動機以使換擋機構(gòu)運動的車輛蓄電池的電壓變化，控制環(huán)路的增益變化，因而換擋特性不一定總是最佳。例如，當(dāng)蓄電池電壓為12伏時為獲得良好特性所選的控制電路的增益常數(shù)，當(dāng)蓄電池電壓為其它值例如14伏時就不合適。不同的蓄電池電壓引起電動機的不同增益。
本發(fā)明提供一種伺服機構(gòu)，其特性基本上與蓄電池電壓無關(guān)。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，電動機的功率通過施加一個脈沖寬度調(diào)制的(PWM)轉(zhuǎn)換信號控制，此信號使電動機與蓄電池之間以一個短的時間間隔周期性地連接和脫離連接，正象現(xiàn)有技術(shù)中那樣。不過，由誤差信號部分地控制的PWM脈沖的寬度在本發(fā)明中還作為蓄電池電壓的函數(shù)受到控制，所述誤差信號是位置反饋信號與位置指令信號之差，按這種方法，根據(jù)蓄電池電壓的改變進行特性補償。
PWM信號脈沖的能量是閉環(huán)誤差信號和開環(huán)蓄電池電壓補償信號的函數(shù)。在下面描述的本發(fā)明的特定優(yōu)選實施例中，加到電動機上的能量脈沖頻率是恒定的，與蓄電池電壓和伺服機構(gòu)的閉環(huán)誤差信號均無關(guān)，但頻率的穩(wěn)定性不是實質(zhì)問題。脈沖持續(xù)時間是變化的。
只用脈沖寬度調(diào)制來控制電壓已不是新技術(shù);在本發(fā)明中，將伺服機構(gòu)的誤差信號乘以蓄電池補償信號，來控制加到電動機上的脈沖寬度調(diào)制的電動機傳動信號的寬度。
在優(yōu)選實施例中，電動機是永磁型的，所以，假若無補償，它的輸出功率大致是蓄電池電壓的平方和PWM轉(zhuǎn)換信號的脈沖持續(xù)時間的函數(shù)。補償是針對這樣的情況電動機的功率不希望與蓄電池電壓的平方相關(guān)，而脈沖持續(xù)的時間與包括蓄電池電壓的平方的函數(shù)相關(guān)，從而對因為蓄電池電壓變化而引起的電動機的功率增益的影響進行補償，由于電動機相對于控制其輸入功率通斷的PWM信號的能量脈沖周期具有高慣性，因此PWM輸入能量在電動機中實現(xiàn)了時間平均。
此優(yōu)選實施例是一種自適應(yīng)伺服機構(gòu)。自適應(yīng)伺服機構(gòu)可以對其參數(shù)(例如，它的比例通道增益和它的微分通道增益)校準(zhǔn)，在相當(dāng)偶然的時候，對由于溫度等條件的變化引起的特性變化進行補償。優(yōu)選實施例中的校準(zhǔn)是在每次測試換擋機構(gòu)的特性之后進行的，每次的特性均與換擋指令響應(yīng)。然而，在伺服系統(tǒng)參數(shù)進行適當(dāng)校準(zhǔn)之后，并在下次換擋因此是在下次特性測試校準(zhǔn)之前，蓄電池電壓可以改變。若不采用本發(fā)明，在下次換擋時系統(tǒng)的閉環(huán)增益是不正確的，因為在控制參數(shù)進行最近的一次適當(dāng)調(diào)節(jié)之后，電動機的增益會變化。因此，參數(shù)的自適應(yīng)能力對于本發(fā)明的將誤差信號與蓄電池電壓補償信號相結(jié)合用于控制脈沖寬度顯得更重要。
當(dāng)伺服機構(gòu)是一種自適應(yīng)型機構(gòu)時，本發(fā)明的其它優(yōu)點可以用其它方式說明如下。當(dāng)處于PWM脈沖的“on”間隔時，電動機上加未控制的可變蓄電池電壓。假若蓄電池電壓沒有通過改變脈沖寬度進行補償，PWM永磁電動機的增益會隨蓄電池電壓的變化而變化。當(dāng)電動機的增益改變時，在增益可調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)中(用于使過調(diào)量、換擋速度等參數(shù)最佳化)，一個獨立變化的增益部分，如電動機，將會降低工作性能。假若不進行補償，這些變化要用閉合伺服環(huán)路校準(zhǔn)。然而，環(huán)路僅僅在偶然的間隔下工作，也就是說，在換擋出現(xiàn)故障時閉合回路才工作。在此期間蓄電池電壓會改變，并經(jīng)常改變，這時系統(tǒng)特性有潛在危害。本發(fā)明提供了一種降低與電動機增益變化無關(guān)的影響的方法。
蓄電池電壓校準(zhǔn)是一種開環(huán)控制，它通過改變作為蓄電池電壓的函數(shù)的PWM信號的脈沖寬度使電動機增益保持在近似恒定的值。相同脈沖的寬度也會隨伺服機構(gòu)閉環(huán)誤差信號變化。電動機處的脈沖寬度隨蓄電池電壓和閉環(huán)誤差信號變化。開環(huán)蓄電池電壓校準(zhǔn)電路用于補償(通過改變PWM)蓄電池電壓的變化。
為此，本發(fā)明的一個目的是提供一種傳動機構(gòu)控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括一個具有用可變動率電源如蓄電池供電的電動機的閉環(huán)伺服機構(gòu)，其中蓄電池電壓的變化用PWM補償，因而，電動機的功率增益與蓄電池電壓無關(guān)，但它仍與伺服機構(gòu)的誤差信號相關(guān)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種傳動機構(gòu)控制系統(tǒng)，其中，伺服機構(gòu)誤差信號控制脈沖寬度調(diào)制信號，使電動機迅速轉(zhuǎn)換成接通和斷開，并且脈沖寬度也受一個響應(yīng)于蓄電池電壓的信號控制。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種控制系統(tǒng)，其中，用于補償電壓變化的控制信號由標(biāo)準(zhǔn)電壓與蓄電池瞬時電壓之比的平方導(dǎo)出。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種控制系統(tǒng)，其中，用永磁(PM)電動機驅(qū)動伺服機構(gòu)，例如換擋變速裝置，用脈沖寬度調(diào)制信號將蓄電池轉(zhuǎn)換到PM電動機的銜鐵端，脈沖寬度調(diào)制信號的工作循環(huán)受來自伺服機構(gòu)的誤差信號和蓄電池電壓兩者控制。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種控制系統(tǒng)，其中，蓄電池電壓的變化對電動機的影響通過改變加到電動機上的PWM信號的脈沖寬度加以補償，而且閉環(huán)伺服機構(gòu)的至少一個參數(shù)隨換擋作用的至少一個特性自動地自適應(yīng)地改變。
本發(fā)明的其它目的是提供實現(xiàn)上述裝置的功能的各種方法。
本發(fā)明的更多的目的可以從本發(fā)明的說明書、附圖和權(quán)利要求書中清楚了解。


圖1是采用本發(fā)明的同步機械變速箱的一部分的示意圖。
圖2是換擋機構(gòu)和相關(guān)的位置傳感器的機械結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是換擋變速箱用的位置反饋伺服機構(gòu)的一個實施例的簡化方框圖。
圖4是連接到用于驅(qū)動換擋機構(gòu)的永磁直流電動機上的電動機驅(qū)動電路的簡示圖。
圖5是由作為控制系統(tǒng)的一部分的微控器實現(xiàn)的電壓補償?shù)挠嬎惴椒ǖ牧鞒炭驁D。
圖6是一個表，它示出在不接電壓補償電路且蓄電池電壓為10伏時由伺服機構(gòu)實現(xiàn)各種換擋任務(wù)所需的換擋時間。例如，它顯示出換擋機構(gòu)從第一擋或第二擋倒擋所需的時間。
圖7是除使用了連接有電壓補償電路外，在蓄電池電壓仍為10伏時，圖6的系統(tǒng)特性。
圖8與圖6相似，但除蓄電池電壓為12伏外。
圖9與圖7相似，但除蓄電池電壓為12伏外。
圖10與圖6相似，但除蓄電池電壓為16伏外。
圖11與圖7相似，但除蓄電池電壓為16伏外。
圖12是一個表，它概括并比較了有蓄電池電壓補償和無蓄電池電壓補償?shù)淖兯傧涞膿Q擋特性。
本發(fā)明涉及的另一發(fā)明是由相同發(fā)明人做出并委托相同代理人代為申請的，并記載于序列號為07/802921、發(fā)明名稱為“具有控制參數(shù)自動調(diào)節(jié)功能的變速箱換擋器”、申請日為91年12月6日的專利申請中。
背景技術(shù)：
可從頒布日為1989年12月17日、專利號為4873881、名稱為“電傳動的X-Y換擋機構(gòu)”的美國專利中得到。上述的專利申請和專利作為參考構(gòu)成本申請的一部分。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例可結(jié)合例如一個普通的同步機械齒輪變速箱來實現(xiàn)，此變速箱具有一個輸入軸、一個逆轉(zhuǎn)軸和一個輸出軸。變速箱具有比例從9∶1至1∶1的六個正速度和一個比例為9∶1的反速度。變速箱的換擋由圖1和2所示的電動機構(gòu)完成。
圖1中示出了一個軌道裝置10，它包括倒擋軌道12，第一擋和第二擋軌道14，第三/第四擋軌道16、和第五/第六擋軌道18。可滑動軌道12.14.16.18中的每一個具有分別固定于其上的換擋叉20.22.24.26，在其軌道軸向滑動時，換擋叉能前后移動(Y軸)，而且每個換擋叉有兩個工作位置。
在Y軸上的換擋叉的前面的位置中所選擇的擋是反的，即1、3或5，在后面的位置中擋是2.4或6。
通過嚙合所選軌道上相應(yīng)的換擋塊21、23、25、27，可滑動的軌道選擇換擋抓手19(X軸)選出倒擋軌道12、第一/第二軌道14、第三/第四軌道16或第五/第六軌道18中的任一個。
圖2示出了安裝在換擋軸29上的換擋抓手19，它是用于沿軸29滑動和轉(zhuǎn)動換擋抓手19的裝置28的一部分。
嚙合換擋抓手19的球形螺旋機構(gòu)30由帶兩根電引線34、36的雙向永磁直流電動機32驅(qū)動。當(dāng)電動機32轉(zhuǎn)動球形螺旋機構(gòu)的螺桿時，球形螺旋機構(gòu)30能使換擋抓手19前后(X軸)滑動。
相似地，球形螺旋機構(gòu)38嚙合以下述方式固定于軸29上的馬蹄形掛鉤40，即，當(dāng)球形螺旋機構(gòu)38工作時，它使軸29轉(zhuǎn)動一個小角度，并因此使換擋抓手19轉(zhuǎn)動那個小角度(Y軸)。機構(gòu)38由可在任一方向旋轉(zhuǎn)的永磁直流電動機42驅(qū)動。
每個球形螺旋裝置30、38都分別配備了一個位置傳感器48、50。用于將位置反饋信號供給電子控制單元(ECU)。
位置傳感器48、50是可變電阻器，它的一端加有十12伏電壓，另一端接地電位?？勺冸娮杵?8的一個臂隨球形螺旋機構(gòu)30的位置移動，因而它隨著在軸29上的換擋抓手19的前后位置移動。可變電阻器48的臂上的電壓給出換擋抓手19的X軸位置的指示。Y軸上的位置傳感器50(與傳感器48)是相同的。
在所述的優(yōu)選實施例中，電子控制單元(ECU81′)控制換擋機構(gòu)，如圖3中的簡化形式所示。ECU包括一個比例一積分一微分控制電路，它是執(zhí)行許多功能的微型計算機的一部分。
用于完成本發(fā)明中包括的計算方法的微型計算機的流程圖如下面將要說明的圖5所示。實施本發(fā)明只需要通常的公知編程技術(shù)。盡管如此，為了更清楚，還是給出了微型計算機功能的某些簡化了的模擬形式，圖3的左邊部分是ECU81′中的軟件的一種模擬表示。
圖3的連接如下。X軸位置傳感器48供給一個信號，在端子134′處輸入減法器136′。來自儲存X-Y換擋機構(gòu)28的X軸部分的換擋操作的最終位置(目的地)的指令寄存器的另一信號在端子140′處輸入減法器136′。在端子134′處的實際位置信號與在端子140′處的最佳目的地信號之間的差為端子144′處的誤差信號。
此誤差信號通過可變增益比例放大器148′，后者的增益由增益控制端148′處的信號控制。放大器148′是處理誤差信號的三個通道中的一個，并且其輸出是輸入加法器155中的三個輸入中的一個。
端子144′處的誤差信號還由析取(extract)誤差變化的時間比率的微分放大器154′處理。它的增益也受增益控制端157′的控制。它的輸出進入加法器155的另一輸入端。
端子144′處的誤差信號還輸入積分放大器162′，后者的增益也可以控制，假如必要的話。它的輸出作為第三個輸入加法器155的信號。
加法器155的一個輸出端170′連接到電動機方向控制電路84″和鉗位器171′，其輸出進入組合器和脈沖寬度調(diào)制器173′，來自蓄電池電壓信號處理電路175′的另一信號也輸入組合器和脈沖寬度調(diào)制器173′。來自蓄電池電壓讀出電路177′的信號輸入蓄電池電壓信號處理電路，一個蓄電池60連接到電路177′，用于蓄電池電壓測量。
組合器和脈沖寬度調(diào)制器173′的輸出與邏輯電路82的端子83′相連接，其目的是控制四個電子電動機控制開關(guān)的轉(zhuǎn)換。邏輯電路82還具有一個用于控制電動機32的方向的輸入端84、一個信息轉(zhuǎn)儲(L-Dump)端子86、和一個可起動(enable)端子88，這在引作參考的序列號為07/802921的專利申請中作了充分的說明。
邏輯電路82的輸出端連接到電子開關(guān)，以控制電子開關(guān)66、68、70和72的工作。蓄電池60的正極62連接到開關(guān)66和70，并連接到蓄電池電壓讀出電路177′。蓄電池的負(fù)極64連接到開關(guān)68和72，并連接到ECU81′的接地負(fù)極(一)，開關(guān)66和68如此連接，即，當(dāng)閉合時，可以將蓄電池電壓加到具有確定極性的電動機32上。另一方面，如此連接開關(guān)70和72，使相反極性的蓄電池電壓能加到電動機32上。
機械連接電動機32的銜鐵的機械輸出軸31′，用以驅(qū)動換擋機構(gòu)28的X軸部分，它的位置由傳感器48讀出，正如上面所述的。對Y軸做同樣的配置。
現(xiàn)在說明圖3的控制電路的工作，假定希望從第五擋換到第六擋。第六擋的位置進入目的位置寄存器并在圖3的端子140′表示出來。傳感器48引發(fā)在端子134′處的信號，它指示換擋抓手19的瞬時X軸位置。端子140′處的目的位置信號在減法器136′中被從端子134′處的數(shù)字化的實際位置信號中減去，而產(chǎn)生在端子144′處的誤差信號。
可變增益比例放大器148′在加法器155的一個輸入端供給誤差信號的一個比例分量。
由微分放大器154′形成誤差信號的微分形式，而且，信號的此分量也進入加法器155。
端子144′處的誤差在積分器162′中被積分，其結(jié)果也輸入加法器155中。加法器的輸出170′在鉗位電路171′中被鉗位，然后進入組合器173′，在這里，它是控制邏輯電路82的輸入脈沖寬度的一個因素。
端子170′處來自加法器155的輸出信號用于借助方向控制電路84″控制電動機32的旋轉(zhuǎn)方向，方向控制電路84″連接到圖3中的邏輯電路82的輸入端84。
圖4中示出了可逆向工作的通用轉(zhuǎn)換電路中的電動機32。蓄電池60的正極62和接地極64之間提供一個標(biāo)稱12伏的直流電源。
電子開關(guān)66、68、70和72是場效應(yīng)晶體管，它們每一個均具有漏極、源極和柵極，其中的柵極控制開關(guān)的傳動，并且普通的負(fù)載電流從漏極流至源極。柵極分別被表示為74、76、78和80。
總體表示的邏輯電路82與其輸入端子處的指令響應(yīng)控制開關(guān)66、68、70和72的工作。這些輸入端子包括脈沖寬度調(diào)制(PWM)端子83′。方向端子84、LDUMP端子86和ENABLE端子88。
端子90處的邏輯電路82的另一輸入具有一個蓄電池電壓存在(presence)信號。端子63處的蓄電池電壓用串聯(lián)連接的晶體管92和邏輯放大器94處理。它們的最終輸出電壓是與邏輯電路82一致的二進制邏輯電平。
邏輯電8路2包括四個與門96、98、100和104，它們的輸出分別連接到柵極76、78和80。與門輸出端處的邏輯1信號使柵極與之連接的開關(guān)閉合。
四個與門中的每一個均有三個輸入端。PWM端子83′分別連接到與門100、96的輸入端106、108。方向端子84分別連接到與門96、98的輸入端110和112并連接到非門106的輸入端。非門106的輸出端分別連接與門100、104的輸入端114和116。
LDUMP端子86分別連接到與門104、98的輸入端118、120。ENABLE端子88分別連接到與門104、98的輸入端122、124。邏輯電路82的蓄電池電壓讀出端子90分別連接與門100、96的輸入端126、128。
圖4中，當(dāng)蓄電池電壓供給端子63時，通過放大器94將邏輯1加到與門100和96上。當(dāng)沒有蓄電池電壓時，這些與門閉鎖，防止換擋電動機32在任一方向工作。這是一個可任意選擇的安全特征。通過給ENAVLE端子88或LDUMP端子86中任一端子加一個邏輯0信號，ECU81′也能使電動機32截止。它使與門98、104將邏輯0信號分別加到開關(guān)68、72的柵極上，以防止電動機32的各端接地電位。
繼續(xù)參照圖4，當(dāng)希望將換擋抓手在X軸上向前移動時，ECU81′通過給方向端子84加邏輯1信號控制電動機32的工作方向。這給與門96、98的輸入端上加一個邏輯1信號，并在與門100、104上加一個邏輯0信號(通過非門106)。因有向前的開關(guān)66和68能因此閉合。相反，方向端子上加邏輯0信號使開關(guān)66、68截止，并能使向后方向的開關(guān)70、72閉合。
圖4所示的電路例中，加方向信號84可以使與門96和98起動，并使與門100和104截止，因此開關(guān)70和72不能閉合。假若有蓄電池電壓，正如在端子90處由邏輯1指示的，并且在端子86和88處LDUMP和ENABLE信號是邏輯1，與門98的輸出是邏輯1，因而開關(guān)68閉合。
現(xiàn)在，與門96的輸出處于PWM端子83′處的邏輯信號的單獨控制之下。開關(guān)66周期性地接收在它的柵極74的脈沖寬度調(diào)制信號，其工作循環(huán)取決于脈沖寬度調(diào)制器173′在端子83′的信號。因而，開關(guān)66以某一平均ON時間的可控制周期交替地斷開和閉合，從而控制了加到電動機32的端子34上的平均正電壓。因此，電動機32接收電輸入功率，此功率根據(jù)加法器155的輸出端170′處的指示和蓄電池電壓信號處理電路175′的輸出端179′處的信號改變。
電動機32使球形螺旋機構(gòu)30工作，并按控制速度移動換擋抓手19，當(dāng)換擋抓手19接近軌道18上的第六擋位置時，它碰到目的地區(qū)域的內(nèi)部邊界，其位置被儲于ECD81′的寄存器中。
用ECU81′中的時鐘測量從換擋指令發(fā)出時間至到達(dá)內(nèi)部邊界的時間換檔抓手19的移動時間。時鐘輸出信息送入一個電路，此電路為可變增益放大器148′和154′選擇適當(dāng)?shù)脑鲆妗Ｒ虼?，可調(diào)節(jié)可變增益放大器的增益，而使定位系統(tǒng)獲得適當(dāng)?shù)乃俣?、過調(diào)量等，正如上面引用的序列號為07/802921的專利申請中所述的。
ECU81′通過改變PWM信號的工作循環(huán)控制加給電動機32的平均電壓。這補償了系統(tǒng)參數(shù)如摩擦力的變化，也補償了蓄電池電壓的變化。
按剛描述過的方式，ECU81′控制電動機32的工作，并控制換擋抓手19在X軸上前后方向的移動。
同樣的電路控制Y軸電動機42。
圖5是一個流程圖，它描繪了當(dāng)蓄電池電壓影響電動機32的功率增益時，用于對蓄電池電壓變化的補償?shù)乃惴?，流程的描述中還將參照圖3。
在符號131′處程序開始。在流程方框133″中用位置讀出傳感器148測量X-換擋機構(gòu)的位置，并將一個新的位置信號在端子134′處輸入ECU81′。方框133′還接收由傳感器177′檢測的蓄電池60的電壓測量值，如圖3所示。
比較換擋機構(gòu)30的新位置與所希望的目的位置(它的值在端子140′處)，在流程圖的減法器方框136′中形成在端子144″處的誤差信號。
通過比較最新的測量誤差與以前的誤差在方框154′中確定在144′處的誤差信號變化的時間比率。在方框162″中通過將最新的測量誤差加至以前的累積誤差使誤差積分。
在方框170″中計算出適當(dāng)?shù)拿}沖寬度調(diào)制(與蓄電池電壓為12伏時的電動機32的增益相對應(yīng))。它是第一增益常數(shù)K1乘以比例誤差加上第二增益常數(shù)K2乘以誤差變化的時間比率再加上第三增益常數(shù)K3乘以誤差積分的總和。結(jié)果是圖3中端子170′處的信號。
在方框171′中，將12伏時所希望的脈沖寬度調(diào)制信號鉗位至100%的最大信號和-100%的最小信號，使其能在電路的工作范圍內(nèi)處理。
在方框173′中，所形成的和鉗位后的信號乘以12伏電壓(標(biāo)準(zhǔn)電壓)與蓄電池瞬時電壓之比的平方。根據(jù)脈沖寬度調(diào)制，在端子83′的生成信號對應(yīng)于在邏輯電路82的端子83′處的脈沖寬度調(diào)制的輸入信號(圖3)。
圖6至11是數(shù)據(jù)表，它們記錄了變速箱實現(xiàn)各種換擋所需的時間。對于圖6至12中的全部數(shù)據(jù)使用了相同形式的換擋裝置。時間在計算機環(huán)路中顯示。下列各表中括號里的數(shù)字表示矩陣點地址，它確定換擋器的自適應(yīng)控制器用的比例和微分通道增益，它與裝置的參數(shù)調(diào)節(jié)特性有關(guān)。
參數(shù)調(diào)節(jié)能力和電壓補償能力共存于裝置中，且不會相互干擾。電壓補償系統(tǒng)使得參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作更容易;它基本上排除了一個獨立變量，即蓄電池電壓，在無蓄電池電壓補償時，此電壓會損壞參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能。
若無電壓補償系統(tǒng)，電動機32的增益將會隨蓄電池電壓的變化而變化。這對參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是極為有害的，特別是在參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)選實施例中，其中需調(diào)節(jié)的參數(shù)是增益參數(shù)，即控制器的比例和微分通道增益。當(dāng)具有電壓補償能力時，電動機32的增益保持不變，這樣，閉環(huán)控制系統(tǒng)的增益只處于參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制之下，從而使換擋器更好地運行。
圖6至11中的每一個表的第一列表示從第一/第二軌道至倒擋軌道的時間，應(yīng)注意，第一和第二擋共用第一/第二軌道。第二列表示從倒擋軌道返回到第一/第二軌道所需的時間。第三列表示從第一/第二軌道至第三/第四軌道上換擋所需的時間。第四列是從第三列/第四軌道至第五/第六軌道所需的時間。第五列是從第五/第六軌道下?lián)Q擋至第三/第四軌道所需的時間。第六列是從第三/第四軌道下?lián)Q擋至第一/第二軌道所需的時間。
圖6至11的每個圖中接近底部有兩行標(biāo)記“A、C、”和“S、D、”的數(shù)字。A、V、行表示六列中每一列的平均換擋時間，最右邊的數(shù)字表示這些平均數(shù)的總平均值，在S、D、行中是六列中每列數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
圖6和7所列數(shù)據(jù)是蓄電池電壓為10伏時的數(shù)據(jù)。圖6是無蓄電池電壓補償?shù)臄?shù)據(jù)。圖7是有蓄電池電壓補償?shù)臄?shù)據(jù)。
圖8和9是蓄電池電壓為12伏時的數(shù)據(jù);圖8是無蓄電池電壓補償?shù)臄?shù)據(jù)，圖9是有蓄電池電壓補償?shù)臄?shù)據(jù)。圖10和11是蓄電池電壓為16伏時的數(shù)據(jù)，圖10是無電壓補償?shù)臄?shù)據(jù)，圖11是有電壓補償?shù)臄?shù)據(jù)。
圖12中對電壓補償效率的測試結(jié)果進行了總結(jié)和分析。將無電壓補償?shù)摹皵?shù)組1”的特性與有電壓補償?shù)摹皵?shù)組2”的特性進行了比較，兩個數(shù)組特性表中表示的是約25次換擋時間的平均記錄。
圖12的兩個數(shù)組表中，每個表的第一列是蓄電池電壓。第二列是從倒擋軌道換擋至第一/第二軌道所需的平均換擋時間。第四列是從第五/第六軌道至第三/第四軌道的平均換擋時間。第五列是從第三/第四軌道至第一/第二軌道的平均換擋時間。第六列是對應(yīng)每個相應(yīng)的電壓值的第二至第五列的平均換擋時間。第七列是相應(yīng)于每個蓄電池電壓值的第二至第五列的換擋時間的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
在圖12的“數(shù)組1”表的底部的一行表示第二至五列中每列的平均換擋時間，這一行最右邊的數(shù)字表示這四個平均換擋時間的總平均值，此值為11.95。標(biāo)記為Sxsf，i的另一行表示第二列和其它各列的標(biāo)準(zhǔn)偏差，這一行最右邊的數(shù)字表示“數(shù)組1”表中所有數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
還給出了在蓄電池電壓和換擋執(zhí)行方式不相關(guān)的情況下的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以及在數(shù)組是正態(tài)分布(3∑)時的最大換擋時間。圖12中的“數(shù)組2”表列出了相似的數(shù)據(jù)。
這些圖表明，有電壓補償?shù)钠骄鶕Q擋時間(數(shù)組2)是12.15計算機環(huán)(computreloops)，沒有電壓補償?shù)钠骄鶕Q擋時間是11.95換擋環(huán)。正如所預(yù)料的，具有電壓補償?shù)膿Q擋時間稍稍大一點(大1.6%)，因為在這些測試中所取的特定數(shù)據(jù)是蓄電池電壓是在標(biāo)準(zhǔn)電壓12伏之下兩伏至標(biāo)準(zhǔn)電壓12伏之上四伏的范圍內(nèi)取得的。當(dāng)蓄電池電壓為16伏時會引起不希望的電動機32的非常高的增益，在這種情況下，不會出現(xiàn)在較低蓄電池電壓條件下的可靠的重復(fù)。
顯然，有電壓補償?shù)膿Q擋時間的標(biāo)準(zhǔn)偏差只是0.11，無電壓補償?shù)膿Q擋時間的標(biāo)準(zhǔn)偏差差幾乎是它的兩倍，為0.21。此外，假若數(shù)組是正態(tài)的，有電壓補償?shù)淖畲髶Q擋時間僅僅是13.8，它明顯低于無電壓補償?shù)臄?shù)組的最大換擋時間15.0。
因此，通過電壓補償明顯地改善了換擋伺服機構(gòu)的特性，而且電壓補償系統(tǒng)能與自適應(yīng)伺服機構(gòu)協(xié)調(diào)工作，即使這兩個系統(tǒng)是通過調(diào)節(jié)加于電動機32的控制開關(guān)的相同PWM信號的脈沖寬度工作的。
用于調(diào)節(jié)參數(shù)的自適應(yīng)系統(tǒng)的實施例與本發(fā)明的電壓補償實施例一起得到了說明。顯然，不需對為采用本發(fā)明的電壓補償?shù)挠凶赃m應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)能力的控制系統(tǒng)加以說明。
盡管只用少數(shù)實施例來說明本發(fā)明，然而采用本發(fā)明原理的其它許多形式也是可能的，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種借助車輛傳動機構(gòu)傳動機械負(fù)載的方法，所述傳動機構(gòu)具有由電動機(32)按換擋指令(140′)驅(qū)動的機構(gòu)(30，19)；用于接收所述換擋指令和來自傳感器(48)的反饋信號的控制裝置(136′等)，所述傳感器(48)讀出所述機構(gòu)的位置，以提供并處理一個誤差信號(在171′處)；和可用脈沖寬度調(diào)制開關(guān)(82，66等)連接到電動機(32)的電壓可變化的車輛電源(60)，此方法包括下列步驟讀出所述變化的電源電壓并處理其結(jié)果，以供給一個電壓補償信號(在179′處)；根據(jù)(a)來自所述控制裝置的所述處理后的誤差信號(171′)和(b)所述電壓補償信號(179′)，控制(173′)所述開關(guān)的脈沖寬度調(diào)制的工作循環(huán)；所述的工作循環(huán)(83′)隨所述的處理后的誤差信號(171′)和所述的電壓補償信號(179′)兩者變化，所述電動機(32)的性能與處理后的誤差信號(171′)有關(guān)，而與所述電源(60)的電壓變化無關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述的控制脈沖寬度調(diào)制的工作循環(huán)的步驟包括控制恒定頻率的一列脈沖的脈沖寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述的根據(jù)所述的電壓補償信號(179′)控制所述工作循環(huán)的步驟包括這樣控制所述工作循環(huán)，即，使所述電動機(32)的功率增益與所述電源(60)的所述電壓變化無關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，所述的讀出所述變化的電源電壓并處理結(jié)果的步驟包括確定(175′)標(biāo)準(zhǔn)電壓與所述變化的電源電壓之比率，所述的根據(jù)所述電壓補償信號控制所述工作循環(huán)的步驟包括用所述比率的平方乘以(173′)所述處理后的誤差信號(179′)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括下列步驟測試(175′)所述傳動機構(gòu)的至少一個性能特征;并據(jù)此自動地自適應(yīng)地改變性能參數(shù)(148′)，此參數(shù)用于對來自所述控制裝置的所述處理后的誤差信號的所述處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，所述的自動改變性能參數(shù)的步驟包括自動改變增益參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，所述的測試至少一個性能特征的步驟包括測試所述機構(gòu)的傳動時間。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述的測試至少一個性能特征的步驟包括在所述負(fù)載傳動時測試所述機構(gòu)(30)的過調(diào)量。
9.一種借助換擋傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)換齒輪變速箱的方法，所述換擋傳動系統(tǒng)具有一個按換擋指令(140′)由電動機(32)驅(qū)動的換擋機構(gòu)(30，19);一個用于接收所述換擋指令和來自傳感器(48)的反饋信號的控制裝置(136′等)，傳感器(48)讀出所述換擋機構(gòu)的位置，用以提供并處理一個誤差信號(在171′處);和一個電壓變化的電源(60)，此電源由脈沖寬度調(diào)制開關(guān)(82，66等)連接到電動機(32)上，該方法包括下列步驟讀出所述變化的電源電壓并處理其結(jié)果以提供一個電壓補償信號(179′處);根據(jù)(α)來自所述控制裝置的所述處理過的誤差信號(171′)和(b)所述電壓補償信號(179′)控制所述開關(guān)的脈沖寬度調(diào)制的工作循環(huán);根據(jù)所述處理過的誤差信號(171′)和所述電壓補償信號(179′)改變所述工作循環(huán)(83′)，所述電動機(32)的性能取決于所述處理過的誤差信號(171′)，但基本上與所述電源(60)的電壓變化無關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，所述的控制脈沖寬度調(diào)制的工作循環(huán)的步驟包括控制恒定頻率的一列脈沖的寬度。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，所述的根據(jù)所述電壓補償信號(179′)控制所述工作循環(huán)的步驟包括如此控制工作循環(huán)，即，使電動機(32)的功率增益與所述電源(60)的所述電壓變化無關(guān)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中，所述的讀出所述變化的電源電壓并處理其結(jié)果的步驟包括確定(175′)標(biāo)準(zhǔn)電壓對所述變化的電源電壓的比率，所述的根據(jù)所述電壓補償信號控制所述工作循環(huán)的步驟包括用所述比率的平方乘以(173′)所述處理過的誤差信號(179′)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括下列步驟測試(157′)所述換擋機構(gòu)(30)的至少一個性能特征;并據(jù)此自動地自適應(yīng)地改變一個性能參數(shù)(148′)，此參數(shù)用于對來自所述控制裝置的所述處理過的誤差信號(171′)的所述處理。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所述的自動改變一個性能參數(shù)的步驟包括自動改變一個增益參數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所述的測試至少一個性能特征的步驟包括測試所述換擋機構(gòu)的換擋時間。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所述的測試至少一個性能特征的步驟包括測試在所述換擋機構(gòu)換擋時所述換擋機構(gòu)(30)的過調(diào)量。
17.一種借助伺服機構(gòu)使齒輪變速箱稱擋用的變速箱控制系統(tǒng)，所述伺服機構(gòu)包括按換擋指令(140′)移動的換擋機構(gòu)(30，19)，所述伺服機構(gòu)還包括用于接收所述換擋指令和來自換擋機構(gòu)位置傳感器(48)的反饋信號并提供一個誤差信號(在171′處)的控制裝置，所述變壓電源(60)可通過脈沖寬度調(diào)制開關(guān)(82，66等)連接到電動機(32)，此系統(tǒng)包括用于處理所述誤差信號以提供處理后的誤差信號(171′處理)的裝置;用于讀出所述電源的電壓并因此提供一個電壓響應(yīng)信號的裝置(177′);用于處理電壓響應(yīng)信號以形成電壓補償信號(在179′處)的裝置(175′);用于組合所述處理后的誤差信號(171′)和所述電壓補償信號(179′)并用于提供一個脈沖寬度調(diào)制的信號(在83′處)的裝置(173′);用于驅(qū)動所述換擋機構(gòu)(30)的電動機裝置(32);開關(guān)裝置(82，66，等)，用于接收所述脈沖寬度調(diào)制的信號，并用于根據(jù)所述的脈沖寬度調(diào)制的信號向所述電動機裝置(32)上施加的來自所述電源(60)的功率因此，所述電動機裝置(32)在驅(qū)動所述換擋機構(gòu)時的性能取決于所述處理的誤差信號(171′)，且基本上與所述電源(60)的電壓變化無關(guān)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中，所述的用于提供脈沖寬度調(diào)制的信號(83′)的裝置(173′)包括用于提供恒定頻率的一列脈沖寬度調(diào)制的脈沖的裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中，所述的用于處理電壓響應(yīng)信號以形成電壓補償信號(179′)的裝置(175′)包括用于如此處理所述電壓響應(yīng)信號的裝置，即，使電動機(32)的功率增益與所述電源(60)的所述電壓變化無關(guān)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中，所述的用于處理所述的電壓響應(yīng)信號的裝置(175′)包括用于確定標(biāo)準(zhǔn)電壓對所述變化的電源電壓的比率的裝置;所述的用于組合所述處理后的誤差信號(171′)和所述電壓補償信號(179′)并用于提供脈沖寬度調(diào)制信號(83′)的裝置(173′)包括用于將所述處理后的誤差信號(171′)乘以所述比率的平方的裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求17的系統(tǒng)，還包括用于測試(157′)所述換擋機構(gòu)的至少一個性能特征的裝置;和用于自動地自適應(yīng)地改變一個參數(shù)(148″)的裝置，此參數(shù)用于對來自所述控制裝置的所述處理后的誤差信號的所述處理。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其中，所述的用于自動地自適應(yīng)地改變一個參數(shù)(148′)的裝置包括用于自動地改變一個增益參數(shù)的裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其中，所述的用于測試(157′)至少一個性能特征的裝置包括用于測試所述換擋機構(gòu)(30)的換擋時間的裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其中，所述的用于測試(157′)至少一個性能特征的裝置包括用于測試在所述換擋機構(gòu)換擋時所述換擋機構(gòu)(30)的過調(diào)量的裝置。
全文摘要
一種車輛變速箱換擋用的位置反饋控制伺服機構(gòu)，具有一個自適應(yīng)的比例-積分-微分控制器，用以補償產(chǎn)生的變化等，還具有一個電壓補償系統(tǒng)，它讀出蓄電池電壓并防止蓄電池電壓變化時驅(qū)動電動機的伺服機構(gòu)的增益明顯變化。電動機最好是永磁型的，在其兩端蓄電池電壓通斷轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換是由脈沖寬度調(diào)制信號控制下的電子開關(guān)實現(xiàn)的。脈沖寬度調(diào)制信號的脈沖寬度由閉環(huán)位置誤差信號和取自蓄電池電壓的開環(huán)測試的信號兩者控制。
文檔編號F16H59/68GK1088165SQ93117649
公開日1994年6月22日 申請日期1993年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月5日
發(fā)明者S·A·艾德倫, C·-C·翁 申請人:易通公司