CN101379282A - 用于自动变速器传动系中扭矩传感器的系统内自动调零的方法 - Google Patents

用于自动变速器传动系中扭矩传感器的系统内自动调零的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及扭矩传感器，尤其涉及测量在汽车传动系内的一个或多个位置处传送的扭矩的汽车扭矩传感器。本发明提供了一种用于在零扭矩状态期间在车辆移动时对汽车传动系扭矩传感器进行调零的方法。

Description

用于自动变速器传动系中扭矩传感器的系统内自动调零的方法
发明背景
发明领域
本发明涉及扭矩传感器，尤其涉及测量车辆传动系(power train)内的某点处的扭矩值的汽车(automotive)扭矩传感器。本发明提供了一种用于在基本上零扭矩状态(torque condition)期间在车辆移动时对汽车传动系扭矩传感器进行调零(zeroing)的方法。
相关技术的描述
今天的汽车传动系控制系统使用所推断的扭矩测量来向各种控制系统提供关键输入(critical input)。长期以来希望以直接的方式对发动机或变速器(transmission)扭矩进行测量以提高扭矩信号的准确性，并由此提供改进的发动机和变速器控制，例如换档质量、齿轮比改变和速度比。这通常是通过机械控制的阀机构来完成的，所述阀机构用于修改施加到变速器中的各种摩擦元件的压力，并且用来有选择地保持和释放行星齿轮组的不同部件。
应当对换档质量进行优化以便实现从原发动机速度到新发动机速度的平滑过渡。通常，不希望换档持续时间非常短暂，原因在于这会由于车辆加速度的快速改变而产生抖动(jerk)，大多数驾驶员是很容易注意到该现象并对其很反感。另一方面，如果换档时间延长至过长的时间段，则会对变速器的摩擦元件造成过度的磨损。
使用输出扭矩感测和输入扭矩控制来控制传动系平滑性是本领域已知的。在这一点上，参见美国专利4220058和美国专利申请US2005/0101435A1。汽车传动系通常具有发动机、自动变速器、通过液压驱动的摩擦元件所控制的多重比(multiple-ratio)齿轮装置、产生表示当前输出扭矩大小的信号的输出轴扭矩传感器、电子控制器，所述电子控制器用于在齿轮比改变被启动之后根据当前输出扭矩来控制目标输出扭矩，从而提高近处的(ongoing)摩擦元件的最大扭矩以及降低远处的(off-going)摩擦元件的最大扭矩。在比率改变的惯性阶段，控制器控制发动机速度来匹配输入速度改变的预定速率。该策略在齿轮换档的各个阶段采用电子节流阀和闭环发动机扭矩控制以及闭环发动机速度控制来改进换档感受。包括节流阀位置、点火定时、发动机空气燃料比和发动机气流之类的控制发动机扭矩和速度的各种发动机参数被用来根据换档阶段控制输入扭矩或输入速度。
机载扭矩传感器的一个问题是它们在车辆寿命中经历零失调漂移(offset drift)。包括传感器自身中的固有漂移机制以及将扭矩源(例如发动机)连接到传感器在传动系中的安装点的机械系统中的漂移机制的这种漂移包括许多部件，例如变速器、变速器输出轴上的扭矩转换器或者差速齿轮(differential)。
已经确定的是，由于使用扭矩信号的各种控制算法经常需要接近零电平的精确扭矩测量，所以必须使该失调漂移误差最小化。由于漂移会在车辆驾驶时出现，所以在车辆制造期间对扭矩传感器执行一次调零是不够的。导致该漂移的因素可能包括温度变化、振动、机械不同轴性(mechanical misalignment)和运动部分的机械磨损。只要这些因素缓慢变化，这里所讨论的系统内调零方法就是有效的。
为了执行扭矩传感器的系统内调零，必须满足两个主要需求。扭矩传感器所测量的机械系统中必须为零扭矩状态，并且校准事件对于驾驶员必须是透明的。本发明提供了一种使用所监视的各种车辆运行状态来确定移动的车辆中何时存在接近零的扭矩的方法。一旦确定了该状态，就以不会引起驾驶员注意的方式对传感器进行调零。所述调零方法通过读取传感器输出的零扭矩值并且将其存储到非易失性存储器中以便此后从未来的扭矩读数中减去该值来完成。对于车辆的变速器控制器而言，在传动系中创建零扭矩状态的一种方法是将变速器暂时换至空挡，读取扭矩传感器输出并接着换回适当的齿轮。如果该操作是在车辆传动系处于接近零的扭矩状态时进行的，则驾驶员将不会感觉到校准事件。相反，如果该校准事件是在驾驶员对车辆进行加速时执行的，则驾驶员将感受到很容易被注意到且不可接受的动力下降。
发明概述
本发明提供了一种对车辆传动系扭矩传感器进行调零的方法，所述方法包括：
a)提供具有包括发动机和/或变速器的传动系以及连接在沿传动系的位置处的扭矩传感器的车辆，所述扭矩传感器测量在传动系中的该位置处传送的扭矩；
b)确定在所述车辆移动时在发动机输出处和/或所述传动系内何时存在零或接近零的扭矩状态；
c)在零扭矩状态期间利用扭矩传感器确定车辆移动时的扭矩值，并且将所确定的扭矩值存储在存储器中；并且
d)利用扭矩传感器确定车辆移动时的第二扭矩值，并通过由步骤(c)所确定的扭矩值的量对第二扭矩值进行调节。
本发明还提供了一种用于对车辆传动系扭矩传感器进行调零的设备，所述设备包括：
a)测量在沿车辆传动系的位置处传送的扭矩的扭矩传感器；
b)用于确定在车辆移动时在传动系中何时存在零或接近零的扭矩状态的装置；
c)用于在零扭矩状态期间利用扭矩传感器确定车辆移动时的扭矩值并且将所确定的扭矩值存储在存储器中的仪器；和
d)用于利用扭矩传感器确定车辆移动时的第二扭矩值并且通过由所述仪器所确定的扭矩值的量对第二扭矩值进行调节的器具。
本发明进一步提供了一种车辆，所述车辆包括传动系和用于对车辆传动系扭矩传感器进行调零的设备，所述传动系包括发动机和连接到所述发动机的变速器，所述设备包括：
a)测量在沿车辆传动系的位置处传送的扭矩的扭矩传感器；
b)用于确定在车辆移动时在传动系中何时存在零或接近零的扭矩状态的装置；
c)用于在零扭矩状态期间利用扭矩传感器确定车辆移动时的扭矩值并且将所确定的扭矩值存储在存储器中的仪器；和
d)用于利用扭矩传感器确定车辆移动时的第二扭矩值并且通过由所述仪器所确定的扭矩值的量对第二扭矩值进行调节的器具。
附图简述
图1示出了汽车传动系的示意图以及扭矩传感器在所述传送系内的一些可能位置；
图2示出了从传感器通过应用直到汽车变速器的数据处理的示意图；
图3示出了调零操作的流程图。
发明详述
首先，用于对传动系的扭矩传感器进行调零的设备由扭矩传感器组成，所述扭矩传感器测量来自传动系的扭矩输出。对本发明来说，车辆的传动系是从发动机延伸到车轮的包括发动机和车轮的车辆的那些部分。传感器能够被放置在从发动机到车轮的任意位置来测量用来驱动车辆的扭矩。图1示出了扭矩传感器在传动系内的一些可能位置。例如，其可以被放置在发动机机轴、挠性板(flex plate)之上或之后，扭矩转换器或变速器主动轴之上或之后。当扭矩传感器被连接到车辆的发动机时，发动机的扭矩值输出得以被确定。当扭矩传感器被连接到挠性板，位于扭矩转换器、变速器或差速齿轮之上或之后时，传动系中的那些特定位置处的扭矩得以被测量。
旋转扭矩传感器在本领域中是公知的。变速器输出扭矩传感器的一种在商业上可用的技术在输出轴上使用应变仪(strain gauge)和滑动环(slip ring)。在一个实施例中，非接触(non-contacting)系统检测磁场排列作为一种进行测量并提供与轴扭矩成比例的信号的技术，例如在SAE论文2003-01-0711中所描述的系统、瑞典Vasteras的ABBAutomation Products AB所提供的“Torductor”系统。Magna-lastic Devices公司提供了类似的系统。另一种扭矩感测技术包含表面声波(SAW)感测系统。来自美国俄亥俄州43228的Columbus的Honeywell Sensotec的旋转应变计扭矩传感器可在商业上使用。于是采用一种用于确定在车辆移动时传动系中何时出现零或接近零的扭矩状态的装置。典型地，这样的装置是对来自监视汽车运行状态的传感器的数据进行整合的微处理器。存在多种传感器和方法可以被用来确定车辆中何时出现接近零的扭矩状态，以及何时到空挡的短暂换档不会被注意到。现代的汽车包含许多监视器和状态传感器，并且这些依赖于所监视的作为输入的各种车辆运行状态。这些状态中的一些可以包括但不限于：车辆速度、节流阀位置、刹车位置、变速器速度、发动机速度和扭矩传感器输出。这些状态的一阶导数也可以被用作判定函数的输入。所述装置从所监视的这些状态中进行选择，并且确定在车辆移动时传动系中何时出现零或接近零的扭矩状态。诸如与不同的微处理器或上述装置的另一部分之类的适当仪器接着在零扭矩状态期间利用扭矩传感器确定(优选地自动确定)车辆移动时的扭矩值，并将所确定的扭矩值被存储在诸如非易失性存储器之类的存储器中。感测器具(appliance)(其可以是单独的微处理器或者上述装置或仪器的另一部分)接着在潜在的非零扭矩状态期间利用扭矩传感器确定(优选地自动确定)车辆移动时的第二扭矩值，并且通过由所述仪器所确定的扭矩值的量对第二扭矩值在数字上进行调节。在本发明的上下文中，术语“自动”意味着没有专门驱动器干预。
为了说明各种车辆运行状态应该如何被用来确定执行扭矩传感器校准的时间是否适当，一些不言自明(self explanatory)的语意变量(linguistic variable)能够被用来对每个输入的各种状态进行分类。图2示出了从传感器通过应用直到汽车变速器的数据处理的示意图。来自扭矩传感器、节流阀位置传感器、速度传感器和刹车位置传感器的数据被整合到包括微处理器的微控制器中。来自这些传感器的数据执行必要的计算以确定车辆移动时传动系中是否存在零或接近零的扭矩状态。接着在零扭矩状态期间利用扭矩传感器确定(优选地自动确定)车辆移动时的扭矩值并将所确定的扭矩值存储在非易失性存储器中。接着在潜在的非零扭矩状态期间利用扭矩传感器确定(优选地自动确定)车辆移动时的第二扭矩值，并且接着通过所确定的第一扭矩值的量对所述第二扭矩值进行调节。接着能够使用这些变量形成使用推理规则的模糊逻辑方法，以证明最终判定通常如何与输入相关。模糊逻辑集理论提供了一种形式，其中用有效体现选择性“可能(maybe)”的概率闭联集(continuum)替代基于选择“是”和“否”的传统二元逻辑。这是一种处理具有介于“完全真”和“完全假”的范围的值的部分真实(partial truth)概念的逻辑系统。模糊逻辑是针对其中信息不精确并且不可能进行传统的数字开/关判定的情形而设计的。这是一种人工智能的形式，其中通过认为并非所有值都是诸如是或否、黑或白等之类的绝对值的计算机来得出结论。模糊逻辑在认为值在绝对值之间不同程度改变的情况下进行计算。例如，计算机可认为黑和白为绝对值，还基于灰度进行估算，所述灰度是绝对值之间某处。可以使用推断适当时间的其他方法来执行调零。
图3示出了典型的调零操作的流程图。虚线表示数据流。它们不表示任何顺序流程，而所述顺序流程用实线来表示。在所示出的过程中，首先对车辆速度、节流阀位置、刹车位置和第一扭矩传感器值的传感器数据进行采样。接着计算车辆加速度和节流阀位置的d/dt。接着应用用于调零操作的判定算法。到达判定点，其中询问是否应当执行调零操作。如果否，则返回感测操作步骤。如果是，则将变速器换至空挡并保持短暂的延迟期。对来自扭矩换能器(transducer)的传感器数据进行采样，并且将值存储在非易失性存储器(NVM)中。在该点获得第二扭矩传感器值，并且向上或向下调节第一扭矩传感器值。接着允许变速器换回由正常的变速器控制器操作所确定的适当挡。接着在非易失性存储器(NVM)中存储调零事件的时间标记记录。接着记录一段时间内(overtime)的调零事件，并且返回至判定算法的应用。本领域技术人员可以根据需要改变判定参数。在本发明的另一个实施例中，可以重复上述方法的步骤(d)。在本发明的另一个实施例中，可以重复上述方法的步骤(b)、(c)和(d)。
表1示出了适当输入和输出语意变量以及每个输入和输入语意变量的典型项目的列表。使用成员函数(membership function)将来自车辆监视系统的数据映射到每个变量的不同程度的项目。例如，55MPH的车辆速度可以被映射到高程度的“巡航(cruising)”和低程度的“低”和“高”。如果程度的范围为从0至1，则结果将是：车辆速度(55)＝{巡航1，低0，高0}。
            表1
Figure A200680053106D00101
Figure A200680053106D00111
接着在推理规则中使用语意变量及其相关联的项目来确定何时执行调零。表2中示出了一组可能的规则。所监视的每个变量满足规则中的项目的程度产生一组值，该组值接着由AND(“与”)函数进行运算以根据其项目来确定输出变量的结果程度。该情况下的AND函数不是布尔AND，而是MIN函数。每个输出变量项目通过其在成员函数所确定的输出空间中的典型值来表征。对输出项目使用各种方法来进行是否执行调零的最终判定。该示例将假设使用最大中心(Center of Maximum，CoM)方法来合并每个规则输出值以确定最终答案。CoM方法通过首先以其相应输出变量项目的典型值乘以每个规则输出值来得到最终答案。来自每个规则的这些乘积之和接着被映射到二元判定(是或否)的最终判定空间。在该示例中，x<＝0映射到“否”，而x>0映射到“是”，作为是否是执行调零的适当时间这一问题的最终答案。
                 表2
Figure A200680053106D00112
x1＝不考虑状态，在规则中不使用
表3和4图示了针对车辆的一组给定操作参数的判定过程。该状态表示其中车辆在高速公路速度的高端进行巡航并且驾驶员降低节流阀位置而引起速度缓慢降低的情形。表3中每个项目栏示出了实际状态值如何映射到每个项目的不同程度(0＝最小，1＝最大)。每个输入变量的成员函数将描述真实世界数据到0到1范围上的项目的映射。表3的最后一栏示出了给定该组车辆状态而计算的每个规则的输出变量项目的程度(0＝最小，1＝最大)。每个规则的“执行调零”变量值转至表4，其中它们将每个规则输出与相应“执行调零”项目的典型值相乘。接着取乘积之和，并且将最终结果0.19映射至最终答案“是”。在该示例中，在最终判定中向每个规则赋予相等的权重。实际上可以对这些规则进行比例调整(scale)以使一些规则比其他规则更为有力。该示例得出正确答案为执行调零，这是由于驾驶员在该状态下将不会注意到换至空挡。
         表3
 
变量 车辆速度 加速度 节流阀位置       d/dt节流阀位置     刹车位置 扭矩传感器输出   执行调零
实际值 70mph -0.1mph/s 20％FS -30％FS/s  0％FS 50Nm
规则1 巡航＝.8 接近零＝.85 空闲＝.1 低＝.2 关＝1 x 强是＝0.1
规则2 巡航＝.8 接近零＝.85 空闲＝.1 低＝.2 关＝1 低＝0.6 是＝0.1
规则3 巡航＝.8 稍负＝0.7 x 负＝1 关＝1 低＝0.6 是＝0.6
规则4 x 稍正＝0 空闲＝.1 低＝.2 关＝1 低＝0.6 是＝0
规则5 x 非常正＝0 x x x x 绝对否＝0
规则6 低＝0，高＝0.4 x x x x x 否＝0.4
规则7 x x x 正＝0 x x 绝对否＝0
          表4
Figure A200680053106D00121
Figure A200680053106D00131
表2中规则的验证揭示了该判定过程的若干一般性。注意，如果刹车为“开”，则刹车位置变量能够独力地支配最终判定为否。这里，如果车辆在刹车，则驾驶员可能希望额外的变速器负载作为辅助。在刹车期间还可能在扭矩传感器上存在负载，这将干扰零扭矩校准需求。其他支配的变量项目包括高和低的车辆速度、非常正的加速度以及正的节流阀位置的d/dt，所有这些都会导致“否”的判定。可以使用其他规则来确保不执行调零操作。规则集的另一方面涉及确定执行调零的最佳时间。在实际实施方式中，可以对这些规则进行调整或训练以使得算法将利用典型的驱动模式来提供恰好足以保持系统准确性的调零操作。这样，所述算法选择执行操作的最佳时间，并且驾驶员注意到该事件的可能性较小。该调整在车辆中还可以是适应性的以使得所述算法调节规则比例(scaling)以对调零问题保持某一频率的“是”答案。虽然以上是示例性判定规则，但是本领域技术人员可以根据需求对其进行修改。
虽然已经参考优选实施例特别地示出和描述了本发明，但是本领域技术人员很容易意识到可以在不偏离本发明精神和范围的情况下进行各种改变和修改。权利要求旨在被解释为覆盖所公开的实施例、已讨论过的那些替换方案及其所有等同物。

Claims (11)

1.一种对车辆传动系扭矩传感器进行调零的方法，所述方法包括:
a)提供具有包括发动机和/或变速器的传动系以及连接在沿传动系的位置的扭矩传感器的车辆，其中所述扭矩传感器测量在传动系中的该位置处传送的扭矩；
b)确定在车辆移动时在发动机输出处和/或传动系内何时出现零或接近零的扭矩状态；
c)在零扭矩状态期间利用扭矩传感器确定车辆移动时的扭矩值，并且将所确定的扭矩值存储在存储器中；并且
d)利用扭矩传感器确定车辆移动时的第二扭矩值，并通过由步骤(c)所确定的扭矩值的量对第二扭矩值进行调节。
2.如权利要求1所述的方法，其中步骤(d)此后被重复。
3.如权利要求1所述的方法，其中步骤(b)、(c)和(d)此后被重复。
4.如权利要求1所述的方法，其中扭矩传感器被连接到车辆的发动机，并且确定发动机的扭矩值输出；或者扭矩传感器被连接到车辆的变速器，并且确定在变速器中的该位置处传送的扭矩；或者扭矩传感器被连接到位于车辆的发动机和变速器之间的扭矩转换器，并且确定在扭矩转换器中的该位置处传送的扭矩；或者扭矩传感器被连接到位于车辆的发动机和变速器之间的挠性板，并且确定通过挠性板传递的扭矩值；或者扭矩传感器被连接到位于车辆的变速器和车轮之间的差速齿轮，并且确定在差速齿轮中的该位置处传送的扭矩。
5.如权利要求1所述的方法，其中利用把车辆速度、车辆加速度、节流阀位置、刹车位置、变速器速度、发动机速度和扭矩传感器输出值中的一个或多个作为输入参数的判定算法来执行步骤(b)。
6.一种用于对车辆传动系扭矩传感器进行调零的设备，所述设备包括:
a)测量在沿车辆传动系的位置处传送的扭矩的扭矩传感器；
b)用于确定在车辆移动时在传动系中何时存在零或接近零的扭矩状态的装置；
c)用于在零扭矩状态期间利用扭矩传感器确定车辆移动时的扭矩值并且将所确定的扭矩值存储在存储器中的仪器；和
d)用于利用扭矩传感器确定车辆移动时的第二扭矩值并且通过由所述仪器所确定的扭矩值的量对第二扭矩值进行调节的器具。
7.如权利要求6所述的设备，其中c)包括用于在零扭矩状态期间利用扭矩传感器自动确定车辆移动时的扭矩值并且将所确定的扭矩值存储在存储器中的仪器；并且d)包括用于利用扭矩传感器自动确定车辆移动时的第二扭矩值，并通过由所述仪器所确定的扭矩值的量对第二扭矩值进行调节的器具。
8.如权利要求6所述的设备，其中用于确定何时存在零或接近零的扭矩状态的装置对车辆速度、车辆加速度、节流阀位置、刹车位置、变速器速度、发动机速度和扭矩传感器输出值中的一个或多个起反应。
9.如权利要求6所述的方法，其中扭矩传感器被连接到车辆的发动机，并且确定发动机的扭矩值输出；或者扭矩传感器被连接到车辆的变速器，并且确定在变速器中的该位置处传送的扭矩；或者扭矩传感器被连接到位于车辆的发动机和变速器之间的扭矩转换器，并且确定在扭矩转换器中的该位置处传送的扭矩；或者扭矩传感器被连接到位于车辆的发动机和变速器之间的挠性板，并且确定通过挠性板传递的扭矩值；或者扭矩传感器被连接到位于车辆的变速器和车轮之间的差速齿轮，并且确定在差速齿轮中的该位置处传送的扭矩。
10.一种车辆，所述车辆包括传动系和用于对车辆传动系扭矩传感器进行调零的设备，所述传动系包括发动机和连接到发动机的变速器，所述设备包括:
a)测量在沿车辆传动系的位置处传送的扭矩的扭矩传感器；
b)用于确定在车辆移动时在传动系中何时存在零或接近零的扭矩状态的装置；
c)用于在零扭矩状态期间利用扭矩传感器确定车辆移动时的扭矩值并且将所确定的扭矩值存储在存储器中的仪器；和
d)用于利用扭矩传感器确定车辆移动时的第二扭矩值并且通过由所述仪器所确定的扭矩值的量对第二扭矩值进行调节的器具。
11.如权利要求1所述的方法，其中扭矩传感器被连接到车辆的发动机，并且确定发动机的扭矩值输出；或者扭矩传感器被连接到车辆的变速器，并且确定在变速器中的该位置处传送的扭矩；或者扭矩传感器被连接到位于车辆的发动机和变速器之间的扭矩转换器，并且确定在扭矩转换器中的该位置处传送的扭矩；或者扭矩传感器被连接到位于车辆的发动机和变速器之间的挠性板，并且确定通过挠性板传递的扭矩值；或者扭矩传感器被连接到位于车辆的变速器和车轮之间的差速齿轮，并且确定在差速齿轮中的该位置处传送的扭矩。
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