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CN101486343A - 使用传动装置输入离合器的车辆起动 - Google Patents

使用传动装置输入离合器的车辆起动 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于在车辆起动期间控制传动装置输入离合器的方法，包括以下步骤：选择在输入与输出之间传输扭矩的主体装置；提供主体装置的数学模型，使得该模型仅将发动机速度与传动装置输入速度的静态关系应用于由主体装置产生的扭矩的期望幅度；使用该模型、当前的发动机速度、以及当前的传动装置输入速度以确定由主体装置产生的期望扭矩；以及将离合器的扭矩能力调整至从模型确定出的主体装置的期望扭矩。

Description

使用传动装置输入离合器的车辆起动
技术领域
本发明大体上涉及具有输入离合器的车辆动力系。更具体地，本发明涉及用于在车辆起动条件期间控制离合器的方法。
背景技术
车辆起动是一种低速驾离(drive away)事件，其中，具有传动装置(transmission)的车辆响应于车辆操作者压下加速踏板来进行加速。当车辆动力系配备有传统的自动传动装置时，在大程度上由扭矩转换器调整起动行为，该扭矩转换器最终设定作为发动机扭矩的动态函数的发动机速度和车轮扭矩。在该传统动力系设定中，首先设计扭矩转换器特性以在燃料经济性与驾驶性能之间取得平衡，接下来调谐发动机踏板映射(加速器踏板位置与发动机扭矩之间的发动机控制软件关系)以针对给定的转换器设计提供最佳的车辆感觉。
在自动传动装置设计中出现的一种趋势消除了扭矩转换器并以自动控制的离合器来替代扭矩转换器。这种传动装置提供较少数目的部件，简易性和稳健的设计，以及与手动变速具有更多的共性，有可能有助于生产。
这种改变能够使用可以按照比从动扭矩转换器更复杂的方式控制离合器的算法，消除或降低从动扭矩转换器系统中固有的某些设计折衷。例如，当驾驶者压下刹车踏板时该离合器可以完全打开，消除空转发动机上的传动阻力(drag)，因此提高燃料经济性。
在自动离合器设定中，起动功能的意图是提供车轮扭矩(其反映来自加速器踏板的驾驶者要求)，并为驾驶者提供发动机速度轨迹(其符合提供“上电”感觉和对于驾驶者合理的竞争要求)，同时限制与该装置上的滑差相关的离合器部件磨损。
在产业中存在着对输入离合器进行控制从而获得稳健的、最优化的性能的需要。
发明内容
该控制方法应用于车辆动力系，该车辆动力系包括发动机、传动装置和离合器(其在发动机与传动装置输入之间传输扭矩)。用于在车辆起动期间控制传动装置输入离合器的方法包括：选择在输入与输出之间传输扭矩的主体装置；提供该主体装置的算术模型，以使得该模型仅将发动机速度与传动装置输入速度的静态关系应用至由主体装置产生的期望量值的扭矩；使用该模型确定由主体装置产生的期望扭矩；以及将离合器的扭矩承受能力(torque capacity)调整至从该模型确定的主体装置的期望扭矩。所选择的装置可以是粘性阻尼器或液体联接器。
该控制产生习惯于传统自动传动装置的驾驶者所期盼的车辆行为，并提供与传统传动装置中使用的方法类似的系统调谐方法，从而允许延续前者的工程技术和经验。
通过消除对于与反馈测量目标关联的多个调谐控制环的需要以及将这些目标与发动机扭矩对准的固有困难，这种控制简化了设计。
与其他控制手段相比，本控制方法对于发动机扭矩暂停、关于驾驶者命令的发动机扭矩误差、以及离合器扭矩误差是不敏感的。
通过下面的详细描述、权利要求和附图，优选实施例的应用范围将变得显而易见。应当理解，尽管描述和具体实例表明了本发明的优选实施例，但它们仅以说明的方式给出。对于所描述的实施例和实例的多种改变和修改对于本领域的技术人员将是显而易见的。
附图说明
通过参考以下描述，并结合附图，本发明将更容易被理解，附图中：
图1是示出了使用离合器来起动车辆的车辆动力系的示意图；
图2是示出了在车辆起动期间发动机速度和传动装置输入速度的变化的曲线图；
图3是示出了在车辆起动期间发动机扭矩和传动装置输入扭矩的变化的曲线图；
图4是用于对车辆的起动控制中使用的传动输入装置的仿真扭矩传输能力进行控制的示意框图；以及
图5是在车辆的起动控制中使用的监控控制的示意框图。
具体实施方式
为了提供与传统传动装置一致的车辆起动行为，在起动事件期间控制离合器，使得其模仿从动传动输入装置(诸如，扭矩转换器)的行为。
现在参考附图，在图1中示出了车辆动力系，其包括：发动机2、传动装置4、以及差动机构5，该差动机构用于以差动方式将传动输出扭矩传输至车辆车轮6和7。摩擦离合器10传输扭矩的能力是可变的，当离合器10完全啮合或关闭时，其可操纵地连接发动机2和传动装置输入8，当离合器完全脱离或打开时，其断开发动机和输入8，以及当离合器位置滑动(slipping)时，其部分地连接发动机和输入8。离合器滑差是发动机速度11与传动装置输入速度12之间的差异。
图4和图5中的控制系统将代表当前发动机扭矩14的信号作为输入接收。响应于加速器踏板11移位的程度来从发动机扭矩映射9产生该发动机扭矩信号。
图2示出了在典型的起动事件期间发动机速度11和传动装置输入速度12的变化。图3示出了在起动事件期间发动机扭矩14和传动装置输入轴扭矩16的变化。
在驾驶者压下加速器踏板11之后(在13处)，发动机扭矩14增加，同时导致发动机速度11增加。随着离合器10上的滑差18增加，离合器10的扭矩传输能力响应于此而增加，使得发动机速度11进入准平衡状态并将推进扭矩提供至车轮6、7。最终，发动机速度11充分接近于输入轴速度12，此时认为起动事件完成，并且传动装置和离合器控制进入新的运行状态。
图4示出了用于控制离合器10的系统20的框图，其中，用于控制离合器的软件包括物理装置(诸如，扭矩转换器、液体联接器、或离心式离合器)的数学模型22。模型22对模型化的装置的扭矩响应进行仿真并使用离合器10作为从属致动器。
测量发动机速度11和传输装置输入速度12，并将它们作为输入提供至物理装置模型22，该模型产生离合器扭矩命令24。致动离合器10的伺服系统通过产生对应于命令24的离合器扭矩能力来响应命令24。
该系统操作闭环，并可以使用传统的闭环系统设计方法对该系统进行分析。然而，在这种形式中的控制器20不是跟踪控制器，即，其并不试图跟踪目标发动机速度或目标车轮扭矩。替代地，车轮扭矩进行响应，进而响应于驾驶者输入和车辆状态来调整控制发动机扭矩14的软件并调整从动装置的模型22的特性，从而对车辆起动期间的车轮扭矩响应和发动机速度轨迹进行调谐。
在等式(1)和(2)中详细描述了两种可能的物理装置模型22。等式(1)模型化了粘性阻尼器，该粘性阻尼器的期望扭矩简单地与离合器10上的滑差成比例：
τdesired＝k(Neng-Ntrans)   (1)
这里，desired是期望的离合器扭矩，Neng是发动机速度11，Ntrans是传动装置输入轴速度12、以及k是可调的比例常数。
等式(2)模型化了液体联接器，该液体联接器的行为与在其耦合点之上的扭矩转换器操作类似：
这里，R是能力因数，该因数是发动机速度11与传动装置输入轴速度12的比率的函数。该函数R(能力因数)是可以从由Neng以及Ntrans指示的多项式、表、或其他方式确定。
如果根据驾驶者加速器踏板位置来选择不同的物理装置模型，则在某些车辆系统中可以改进起动性能。调节作为踏板位置函数的比例常数k(等式1)或能力因数R(等式2)，从而可以在等式1和2中的设定中实现这种改进。
很重要的应当注意到的是，某些物理装置不能通过该方法模型化，原因在于离合器在其输入轴和输出轴上都产生相同的扭矩(具有相反方向)，但诸如扭矩转换器的装置可以提供从其输入至其输出增加的扭矩。
发动机动态特性和车辆动态特性26(诸如质量和惯性、包括公路等级和摩擦的公路条件、以及包括海拔高度的工作条件)确定起动期间的发动机速度10和车辆加速率28。模型22包括检测，以确保如果加速器踏板11的压下位置正在减小，则期望的离合器扭矩16不增加。
该离合器控制的方法的主要优点在于，离合器扭矩16响应于发动机速度11而非响应于相对于发动机速度目标的发动机速度误差。这意味着离合器10(同扭矩转换器或联接器一样)将不会开始产生扭矩，直到发动机速度11对发动机扭矩增加14作出响应。因此，倘若发动机在寒冷运行期间暂停或当采用次级燃料运行时，离合器10不倾向于停转发动机。类似地，利用适当设计的装置模型22，离合器扭矩16将找到与发动机扭矩14的平衡，而不考虑与发动机控制关联的任何扭矩误差。例如，发动机扭矩的能力在较高海拔高度处明显地降低。如果发动机控制没有适当考虑海拔高度的变化，则离合器扭矩响应和车辆起动行为将保持良好的控制，原因在于它们不依赖于发动机扭矩估算。
尽管该方法对于发动机扭矩误差、离合器扭矩误差是稳健的，诸如当离合器系统10产生了与要求的离合器扭矩相比为错误的扭矩时，但是该方法可以导致过度的离合器滑差18。例如，如果离合器10仅产生要求的离合器扭矩16的一半，则离合器10上的滑差18将必须充分地增加，以使离合器扭矩的要求翻倍，从而使得实际离合器扭矩16适当地平衡发动机扭矩14。这种离合器滑差18中的增加可能导致不期望的离合器磨损。
为了解决这种担忧，可以如图5所示的那样构造监控器30。这里，发动机/车辆动力学的模型32与控制系统20平行运行。该发动机/车辆动力学模型32使用发动机扭矩14的估算和实际的传动装置输入轴速度12作为其输入，来预测理想的起动事件的响应。接下来将由此产生的模型化的发动机速度34与实际测得的发动机速度11比较，并且控制器38使用差值36以使用控制法则来确定对于期望的离合器系统扭矩要求24的校正40。
典型的控制法则会对误差36进行积分，调谐该误差以提供离合器系统扭矩16的校正，该校正对于避免车辆车轮处的不期望的扭矩干扰大体上是足够的。注意到，在起动控制系统20中所使用的物理装置模型22在监控器32内部的系统模型中重现了。同样，使用测量到的传动装置输入轴速度12作为监管车辆模型30的另一输入确保模型化的车辆动力学不受在公路等级或车辆质量、或等级和质量的组合中的变化的影响。
根据专利条例的规定，已描述了优选实施例。然而，应当注意到，除了特别说明和描述的实施例以外，可以实现可替换的实施例。

Claims (8)

1.在包括了发动机、传动装置和在所述发动机与传动装置输入之间传输扭矩的离合器的车辆动力系中，一种用于在车辆起动期间控制传动装置输入离合器的方法，包括以下步骤：
(a)选择在输入与输出之间传输扭矩的主体装置；
(b)提供所述主体装置的第一模型，使得所述模型仅将发动机速度与传动装置输入速度的静态关系应用于由所述主体装置产生的扭矩的期望幅度；
(c)使用所述第一模型、当前的所述发动机速度、以及当前的所述传动装置输入速度以确定由所述主体装置产生的期望扭矩；以及
(d)将所述离合器的扭矩能力调整至从所述模型确定出的所述主体装置的期望扭矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于加速器踏板位置选择所述主体装置。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括步骤：
如果加速器踏板位置减少，则阻止所述离合器的所述扭矩能力增加。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(b)进一步包括：
在所述模型中包含关系Tdesired＝k(Neng-Ntrans)
其中，Tdesired是由所述主体装置产生的期望扭矩，Neng是发动机速度，Ntrans是传动装置输入轴速度，以及k是可调整的比例常数。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(b)进一步包括：
在所述模型中包含关系Tdesired＝[Neng/R]2以及
R＝fn[Neng/Ntrans]，
其中，Tdesired是由所述主体装置产生的期望扭矩，Neng是发动机速度，Ntrans是传动装置输入轴速度，以及R是所选装置的能力因数。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)进一步包括：选择粘性阻尼器或液体联接器的其中之一。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：
提供监控器，所述监控器包括用于在车辆起动期间产生理想发动机速度的第二模型；
通过对所述理想发动机速度与实际的发动机速度进行比较来确定发动机速度误差；
使用所述发动机速度误差以朝向由所述监控器产生的理想离合器扭矩来校正由所述第一模型产生的期望离合器扭矩。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(b)进一步包括：
提供第一模型，所述第一模型产生期望扭矩，所述期望扭矩由所选的装置响应于发动机速度而产生，并且所述第一模型对于相对于发动机速度目标的发动机速度误差不作出响应。
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