CN102162492B - 离合器活塞位置的实时估计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及离合器活塞位置的实时估计。本发明提供了用于在填充循环期间使用噪声压力测量值来估计离合器活塞的实时位置的设备和方法，这保证了正确和希望的离合器操作。测量流动控制孔的两侧上、在流体控制致动器和离合器缸处的压力，且利用这些测量值并结合例如孔尺寸、离合器体积和返回弹簧特征的其他系统参数来求解驻留于微处理器内的非线性动力方程式（算法）。微处理器提供输出，所述输出对应于离合器活塞的当前位置的估计、活塞当前速度的估计和当前液压的估计。该方法也可以用于检测离合器磨损。

Description

离合器活塞位置的实时估计

技术领域

本公开涉及离合器部件的位置的实时估计，且更具体地涉及液压操作的离合器的活塞的位置的实时估计。

背景技术

这部分的陈述仅提供了涉及本公开的背景信息，且可能或可能不构成现有技术。

存在多种对机动车辆的自动变速器进行分类或归类的方法。可能最流行且实际的方式涉及总体速比改变结构。鉴于此标准，三种目前最流行类型的变速器是行星齿轮变速器、连续可变变速器和双离合器变速器。

将自动变速器进行分类的另一个方式涉及其速比换档构造。某些变速器分类为离合器－离合器变速器，这意味着每个换档均是通过释放或分离至少一个离合器且激活或接合至少另一个离合器来完成的。此类型的自动变速器包括大部分多行星齿轮变速器和所有双离合器变速器。

在离合器－离合器变速器中，离合器接合和分离的方式，即例如在指令之后多快开始接合（或分离）、接合速度dE/dt（或分离速度dD/dt）和完全接合（或分离）的时间，对于要求连续和平滑的换档的总体满意的变速器运行和性能来说是关键的。

在离合器－离合器变速器中，为可控地接合离合器，致动离合器的活塞被移动到完成离合器的完全行程的点处。因此，离合器体积完全被变速器流体或液压流体填充。在此“填充阶段”之后，再通过控制离合器流体压力来控制由离合器传递的转矩。

现有技术的离合器控制系统依赖于收集间接信息且在换档完成后利用此信息以确定所需的填充时间和离合器完全接合的开始时间。此方法受到多种标定的限制，必须利用所述标定以将可利用的数据与填充体积和此有限数据的缓慢的收敛速度相关联，所述缓慢的收敛速度延迟了离合器填充时间的计算且为此计算添加了不确定性。

因为离合器－离合器变速器和其他变速器的复杂性增加且它们的性能和燃料效率目标变得要求越来越高，所以在离合器－离合器变速器和其他变速器中，离合器的受控的（即正确的和希望的）接合和分离的重要性不断增加。本发明针对此目标。

发明内容

本发明提供了用于在填充循环期间使用噪声压力测量值来估计离合器的实时位置的设备和方法，以保证正确和希望的离合器操作。测量流动控制孔的两侧上的、在流体控制致动器处和在离合器缸处的压力，并利用这些测量值以及结合例如孔尺寸、离合器体积和返回弹簧特征的其他系统参数来求解驻留于微处理器内的非线性动力学方程式（算法）。微处理器提供输出，所述输出对应于离合器活塞的当前位置的估计、活塞当前速度的估计和当前液压力的估计。该方法也可以用于检测离合器磨损。

因此，本发明的一方面是提供用于在离合器活塞的填充循环期间估计离合器活塞的实时位置的设备。

本发明的另一个方面是提供用于在离合器活塞的填充循环期间估计离合器活塞的实时位置的方法。

本发明的又一个方面是提供用于在填充循环期间使用噪声压力测量值来估计离合器的实时位置的设备。

本发明的又一个方面是提供用于在填充循环期间使用噪声压力测量值来估计离合器的实时位置的方法。

本发明的又一个方面是提供用于提供离合器活塞的当前位置、活塞的当前速度和当前液压的实时估计的设备。

本发明的又一个方面是提供用于提供离合器活塞的当前位置、活塞的当前速度和当前液压的实时估计的方法。

本发明提供以下技术方案：

方案1.一种用于估计离合器活塞的目前位置的设备，其组合地包括：

加压液压流体源，

比例控制阀，所述比例控制阀具有与所述液压流体源连通的入口以及出口，

布置成感测靠近所述出口的液压流体压力的第一压力传感器，

与所述出口流体连通的节流孔，

与所述孔流体连通的离合器缸，

布置成感测靠近所述离合器缸的液压流体压力的第二压力传感器，和

用于确定所述离合器活塞的加速度、所述离合器活塞处的压力改变和这种离合器活塞的位置的微处理器装置。

方案2.根据方案1所述的设备，其中所述加压液压流体源包括泵。

方案3.根据方案1所述的设备，其中所述加压液压流体源包括电动泵和蓄积器。

方案4.根据方案1所述的设备，其中所述控制阀是可变排放电磁阀（VBS）和压力调节器阀。

方案5.根据方案1所述的设备，其中所述控制阀是可变力电磁阀（VFS）。

方案6.根据方案1所述的设备，进一步包括由所述活塞对其作用的摩擦离合器包，且所述摩擦离合器包具有输入构件和输出构件。

方案7.根据方案1所述的设备，进一步包括由所述活塞对其作用的摩擦离合器包，邻近所述摩擦离合器包的波片和作用在所述活塞上的返回弹簧。

方案8.根据方案1所述的设备，其中所述微处理器装置是变速器控制模块的部件。

方案9.一种用于确定离合器组件内液压活塞的位置的设备，其组合地包括：

加压液压流体源，

控制阀，所述控制阀具有与所述液压流体源连通的入口以及出口，

用于确定所述出口处或所述出口附近的液压流体压力的装置，

与所述出口流体连通的节流孔，

与所述孔流体连通的离合器缸，

用于感测所述离合器缸处或所述离合器缸附近的液压流体压力的压力传感器，和

用于从所述传感器接收数据且确定所述离合器活塞的加速度、所述离合器活塞处的压力变化和这种离合器活塞的位置的装置。

方案10.根据方案9所述的设备，其中所述加压液压流体源包括泵和蓄积器。

方案11.根据方案9所述的设备，其中所述控制阀是可变排放电磁阀（VBS）和压力调节器阀。

方案12.根据方案9所述的设备，其中所述控制阀是可变力电磁阀（VFS）。

方案13.根据方案9所述的设备，进一步包括由所述活塞对其作用的摩擦离合器包，且所述摩擦离合器包具有输入构件和输出构件。

方案14.根据方案9所述的设备，进一步包括由所述活塞对其作用的摩擦离合器包，邻近所述摩擦离合器包的波片和作用在所述活塞上的返回弹簧。

方案15.根据方案9所述的设备，其中用于确定的所述装置是专用压力传感器、另一个系统内的压力传感器和预先确定的设计值之一。

方案16.一种用于估计离合器组件内液压活塞的位置的方法，其组合地包括：

提供加压液压流体源，

控制液压流体从所述液压流体源到出口管线内的流动，

确定所述出口管线内的液压流体压力，

限制液压流体在所述出口管线内通过孔的流动，

将所述液压流体的限制的流动提供到离合器缸，

感测所述离合器缸处的液压流体压力，

接收所述液压流体压力且确定所述离合器活塞的加速度、所述离合器活塞处的压力的时间变化率和这种离合器活塞的位置的变化率，和

利用所述加速度和两个变化率来计算离合器活塞的位置估计、所述活塞的速度和所述缸内的流体压力。

方案17.根据方案16所述的方法，进一步包括如下步骤：提供用于接收所述感测的液压流体压力且控制液压流体的所述流动的变速器控制模块。

方案18.根据方案16所述的方法，其中所述压力确定步骤包括假定运行设计压力。

方案19.根据方案16所述的方法，其中所述压力确定步骤包括使用传感器感测所述压力。

将从本文的描述中清楚其它方面、优点和应用领域。应理解的是描述和具体例子仅是说明目的，且不意图于限制本公开的范围。

附图说明

在此描述的附图仅用于图示目的，且不意图于以任何方式限制本公开的范围。

图1是合并了本发明的机动车辆变速器的一部分的示意图；

图2是包含本发明的算法的微处理器的方框图；

图3是表示测量的和估计的离合器压力的曲线图，其中离合器压力在纵（Y）轴线上，且时间在横（X）轴线上；和

图4是表示估计的和真实的离合器位移的曲线图，其中离合器活塞位移在纵（Y）轴线上，且时间在横（X）轴线上。

具体实施方式

如下的描述在本质上仅是示例性的，且不意图于限制本公开、应用或使用。

参考图1，示出了自动变速器（例如双离合器变速器）的一部分且其总体以附图标记10表示。变速器10包括壳体12，所述壳体具有接收、定位和支承变速器10的内部部件的多个开口、凸缘和其他特征。在这些部件中包括输入轴14，所述输入轴14联接到且驱动输入离合器组件16，所述输入离合器组件16具有摩擦离合器包18或类似的选择性可接合的转矩传递装置。驱动轴或输出构件22将转矩联接至变速器10内的其他部件并将转矩从摩擦离合器包18输送到变速器10内的其他部件。

离合器组件16也包括典型的环形缸24，所述缸24接收轴向可滑动的活塞26，所述活塞26接合且压缩摩擦离合器包18。优选地，为摩擦离合器包18提供可变刚度特性的波片28处于活塞26和摩擦离合器包18之间。替代地，波片28可邻近摩擦离合器包的与活塞26相反的面布置。返回弹簧32向活塞26提供了复位力或返回力，以根据常规的设计实践在缸24内的液压降低时将活塞26从摩擦离合器包18平移开。

变速器10也包括液压流体（变速器油）供给和控制系统40。供给和控制系统40包括液压泵42和管线压力控制系统。液压泵42可直接由电动马达驱动或直接或间接地由变速器10的输入轴14或原动机（未示出）的输出轴驱动。将液压泵42的输出提供到与可选的蓄积器46流体连通的液压供给管线44。如已熟知，蓄积器46是用于加压液压流体的存储装置，当由于多种原因使流体消耗超过流体供给时，所述蓄积器46稳定系统压力和流体输送。在某些系统中且因为多种原因，蓄积器46可省略而不牺牲或危及正常的系统运行。通过供给管线44将液压流体提供到比例电磁致动器或控制阀50，例如可变排放电磁阀（VBS），以及压力调节阀，可变供给电磁阀（VFS）或其他比例阀，所述比例阀由来自变速器控制模块（TCM）或类似控制器52的可变信号（例如模拟电压或脉宽调制（PWM）信号）控制。

比例致动器或控制阀50提供了供给管线54内液压流体向第一致动器压力传感器56的受控的流动。第一致动器压力传感器56将在导线或电缆58内的连续变化的（即比例或模拟的）电信号或输出提供给控制器52。供给管线54也与节流孔60连通。取决于瞬时运行条件，孔60限制液压流体流动且造成了压力差，如将在下文中更完整地描述。孔60的尺寸取决于许多运行参数，例如液压泵42和蓄积器46的压力和流量特征，和离合器组件16的压力、流量和力特征，且可实验地或经验地确定。应认识到的是供给管线54内孔60前方的液压流体压力也可通过另一个或预先存在的传感器（未示出）读取，所述传感器是变速器10自身的部件或另一个变速器子系统的部件。换言之，第一致动器压力传感器56不必是专门用此系统的传感器，而可以是变速器10的另一个系统或子系统的部件。

孔60将液压流体提供到离合器供给管线62，所述离合器供给管线62与离合器组件16的缸24以及第二离合器压力传感器66连通。第二离合器压力传感器66优选地与离合器缸24尽可能靠近的定位，以便最精确地感测其内的压力。第二离合器压力传感器66优选地是与第一压力传感器56相同的装置，且也将在导线或电缆68内的连续变化的电信号或输出－即比例或模拟的电信号或输出提供给控制器52。

将认识到的是在运行中，变速器控制模块52接收或生成按比例地打开或关闭致动器或控制阀50的指令。在孔60和第二离合器压力传感器66感测孔60后、靠近离合器缸24的液压之前，第一致动器压力传感器56感测致动器或控制阀50的出口附近的液压。此信息在导线或电缆58和68内提供到变速器控制模块52，且如下文所述地被用于当液压活塞26在缸24内平移且向摩擦离合器包18施加力时生成液压活塞26的位置的实时估计。

现在参考图2，图示了总体由附图标记70表示的基于模型的观测器的方框图，该观测器包括可驻留于变速器控制模块52或类似装置内的计算软件或算法。基于模型的观测器70接收在导线或电缆58内的来自第一传感器56的信号或数据以及在导线或电缆68内的来自第二传感器66的信号或数据，所述信号或数据被提供到包含将在下文中描述的算法的基于模型的预测处理器72。基于模型的预测处理器72的输出被提供到测量修正处理器74。测量修正处理器74也包含将在下文中描述的算法，且提供三个数据或信号输出。第一输出76是或代表液压活塞26的目前位置的估计以及因此摩擦离合器包18的接合程度；第二输出78是或代表活塞26的目前轴向速度的估计以及因此例如摩擦离合器包18将多久且多突然地发生接合；且第三输出82是或代表致动器或控制阀50的输出处和液压缸24的输入处的目前压力的估计。

返回到基于模型的预测处理器72，所述处理器72包括力－运动（F=ma）方程式，所述方程式基于几个系统变量和在缸24处由第二压力传感器66感测到的压力计算出液压活塞26的加速度：

。

然后，可使用如下方程式计算单位时间的液压缸24处压力的瞬时变化率：

。

这得到：

其中

，X表示系统状态变量的向量，所述系统状态变量包括但不限于活塞26的位置、活塞26的速度和缸24处的压力，且C等于一组参数。

在基于模型的预测处理器72内进行的这些计算与在测量修正处理器74内进行的计算在如下步骤中相加：

这可以被积分，以提供作为X的估计值的

，希望的变量，即活塞26的当前位置，作为液压缸24处的压力p的估计值的

，Ppm是由第二传感器66在离合器缸24处测量的液压值，且Pout-m是由第一传感器56在致动器或控制阀50的输出处测量的液压值。在前述方程式中出现的所有变量的列表在本说明书的第12页中给出。

因此，通过使用测量的压力Ppm和Pout-m，可估计其他状态变量。将认识到的是对于例如Kalman滤波器和滑动模式观测器方法的不同技术，函数f(

,Pout-m,C)和g（Ppm-

）的选择也应该是不同的。例如，g（Ppm-

）可以是使用Kalman滤波器方法可计算的增益，而使用滑动模式方法可计算与符号函数相乘的增益。添加误差g（Ppm-）的函数的基本原理是提供计算反馈机制以基于可利用的离合器压力测量值Ppm及其估计Pp来修正总体估计。因此，必须认识到的是其他估计方法也可以用于计算与此应用相关的状态。

现在参考图3和图4，应理解的是Kalman滤波器、其产物及它们的数据分析和计算技术的主要益处之一是降低信号内的噪声影响。如本文所用，噪声指可以被视作且被视作与被测变量的实际的真实当前值的偏差的信号内的任何变化。如图3所图示，本发明的测量和数据分析技术最小化了控制回路内的噪声影响。图或线82图示了由传感器56或66之一提供的原始（未滤波和未调节）的数据。可认识到这样的数据流的解释可能是困难的，且基于瞬时值的控制和变速器操作决定可能不是最佳的。图或线84表示了由上述算法估计的且用于估计活塞26的位置的压力值。图4表示了活塞位移与时间关系的两条线，图中示出由上述算法（86）估计的活塞26的位置和通过真实模型（88）确认的塞26的位置之间几乎是一致的。

应理解的是前述描述阐述了本发明人构思的用于实践本发明的最佳模式，尤其是关于在孔60的两相对侧的两个压力传感器56、66的结合和使用。然而，应理解的是存在两个替代方式，所述替代方式实现了本发明用途和目标但没有明确地要求第一压力传感器56。在第一替代方式中，第一（专用）压力传感器56可以被作为另一个控制或监测系统（未图示）的部件的传感器替换。然后，此另外的典型地预先存在的传感器的输出也可提供到控制器52且被控制器52使用。当然，这消除了可能被认为是冗余的压力传感器，因此节约了重量且降低了成本。在第二替代方式中，供给管线54内的压力被假设为希望的（设计的）系统运行压力，例如1000 kPa。这样的系统设计压力可以在大约200 kPa和2200 kPa之间变化。虽然已发现此假设导致活塞位置估计和其他数据的计算中的一些误差，但此假设确实提供了可行的和可操作的计算方法，而也不需要并入第一压力传感器56。

最后，因为前述设备和方法提供了基于离合器回路内的感测到的液压对于车用变速器的摩擦离合器组件内的活塞位置的实时估计，所以可能的且应理解的是其也具有感测离合器磨损的效用，即感测摩擦离合器包18的摩擦材料的磨损，以便需要增加的活塞位移来实现与以往程度相同的离合器接合和转矩传递。

本发明的描述仅在本质上是示例性的，且不偏离本发明的主旨的变化是意图被包括在本发明的范围内。这样的变化不视作偏离本发明的精神和范围。

在方程式中使用的符号的列表

=（活塞位移；活塞速度；离合器室处的压力）

＝活塞面积

＝活塞处的粘性阻力系数

＝活塞上的粘性阻力

＝摩擦阻力参数

＝活塞处的返回弹簧的弹簧常数

＝初始活塞位置

＝由于离合器处的波片导致的力

＝活塞质量

β＝变速器液体的体积模量

＝初始离合器室体积

＝控制电磁阀和离合器之间的孔前方的压力

＝控制电磁阀和离合器之间的孔的流量排放系数

＝控制电磁阀和离合器之间的孔的有效流动半径

ρ＝变速器流体的质量密度

h₁＝波板压缩开始时的活塞位移

h₁＝波板压缩开始时的活塞位移

C=用于对离合器建模的以上所列出的所有参数的集合。

Claims (19)

1.一种用于估计离合器活塞的目前位置的设备，其组合地包括：

加压液压流体源，

比例控制阀，所述比例控制阀具有与所述液压流体源连通的入口以及出口，

布置成感测靠近所述出口的液压流体压力的第一压力传感器，

与所述出口流体连通的节流孔，

与所述节流孔流体连通的离合器缸，

布置成感测靠近所述离合器缸的液压流体压力的第二压力传感器，和

微处理器装置，用于从第一和第二压力传感器接收数据且确定所述离合器活塞的加速度、所述离合器活塞处的压力的时间变化率和这种离合器活塞的位置的变化率，和利用所述加速度和两个变化率来计算离合器活塞的位置估计、所述活塞的速度估计和所述离合器缸内的流体压力估计。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述加压液压流体源包括泵。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述加压液压流体源包括电动泵和蓄积器。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制阀是可变排放电磁阀和压力调节器阀的组合。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制阀是可变力电磁阀。

6.根据权利要求1所述的设备，进一步包括由所述活塞对其作用的摩擦离合器包，且所述摩擦离合器包具有输入构件和输出构件。

7.根据权利要求1所述的设备，进一步包括由所述活塞对其作用的摩擦离合器包，邻近所述摩擦离合器包的波片和作用在所述活塞上的返回弹簧。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述微处理器装置是变速器控制模块的部件。

9.一种用于确定离合器组件内液压活塞的位置的设备，其组合地包括：

加压液压流体源，

控制阀，所述控制阀具有与所述液压流体源连通的入口以及出口，

用于确定所述出口处或所述出口附近的液压流体压力的装置，

与所述出口流体连通的节流孔，

与所述节流孔流体连通的离合器缸，

用于感测所述离合器缸处或所述离合器缸附近的液压流体压力的压力传感器，和

用于从所述传感器接收数据且确定所述离合器活塞的加速度、所述离合器活塞处的压力变化和这种离合器活塞的位置变化率并且利用所述离合器活塞的加速度、所述离合器活塞处的压力变化和这种离合器活塞的位置变化率来计算离合器活塞的位置估计、所述活塞的速度估计和所述离合器缸内的流体压力估计的装置。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述加压液压流体源包括泵和蓄积器。

11.根据权利要求9所述的设备，其中所述控制阀是可变排放电磁阀和压力调节器阀的组合。

12.根据权利要求9所述的设备，其中所述控制阀是可变力电磁阀。

13.根据权利要求9所述的设备，进一步包括由所述活塞对其作用的摩擦离合器包，且所述摩擦离合器包具有输入构件和输出构件。

14.根据权利要求9所述的设备，进一步包括由所述活塞对其作用的摩擦离合器包，邻近所述摩擦离合器包的波片和作用在所述活塞上的返回弹簧。

15.根据权利要求9所述的设备，其中用于确定的所述装置是专用压力传感器、另一个系统内的压力传感器和预先确定的设计值的压力传感器之一。

16.一种用于估计离合器组件内液压活塞的位置的方法，其组合地包括：

提供加压液压流体源，

控制液压流体从所述液压流体源到出口管线内的流动，

确定所述出口管线内的液压流体压力，

限制液压流体在所述出口管线内通过节流孔的流动，

将所述液压流体的限制的流动提供到离合器缸，

感测所述离合器缸处的液压流体压力，

接收所述出口管线内和所述离合器缸处的液压流体压力且确定所述离合器活塞的加速度、所述离合器活塞处的压力的时间变化率和这种离合器活塞的位置的变化率，和

利用所述加速度和两个变化率来计算离合器活塞的位置估计、所述活塞的速度估计和所述离合器缸内的流体压力估计。

17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括如下步骤：提供用于接收所述感测的液压流体压力且控制液压流体的所述流动的变速器控制模块。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述压力确定步骤包括假定运行设计压力。

19.根据权利要求16所述的方法，其中所述压力确定步骤包括使用传感器感测所述压力。

Images