CN103574006A

CN103574006A - 基于比例-积分-微分的动力降档的扭矩阶段控制

Info

Publication number: CN103574006A
Application number: CN201310305781.0A
Authority: CN
Inventors: D.莫纳杰米; M.D.基利斯泽斯基; T.J.索尔
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2033-07-19
Also published as: DE102013213920A1; US8510005B1; DE102013213920B4; CN103574006B

Abstract

用于控制车辆中离合器-离合器动力降档的扭矩阶段的方法，包括在动力降档的近同步推进（NSB）期间确定同步速度。该方法包括，经由控制器估计前馈离合器压力，该压力将涡轮速度保持在同步速度，随后将离合器压力命令缓加至即将接通离合器，到校准的前馈离合器压力。在NSB阶段期间响应于预定PID致动事件，在离合器压力命令上启动闭环比例-积分-微分（PID）控制。车辆包括发动机、变速器、变矩器和控制器。控制器具有处理器和实施上述方法的指令存储在其上的存储器。处理器对指令的执行使得控制器执行该方法。

Description

基于比例-积分-微分的动力降档的扭矩阶段控制

技术领域

本公开涉及使用比例-积分-微分（PID）控制的自动变速器中动力降档的扭矩阶段的控制。

背景技术

自动变速器包括用于执行动力降档事件的离合器和齿轮元件。在降档期间，变速器控制器将扭矩从即将断开的离合器传递到即将接通的离合器，以由此将变速器转换到较低档位。控制器确保在离合器-离合器降档中，与当前速度比相关的离合器（即，即将断开的离合器）释放，而与希望的新速度比相关的离合器（即，即将接通的离合器）平稳地接合。涡轮速度升高，直到离合器速度被同步到被称为同步速度的值。在降档的惯性阶段期间，离合器打滑且速度比变化。在随后发生的扭矩阶段，速度比不变化。随着变速器转换到较低档位时，变速器输出扭矩增大。

发明内容

本文公开了一种方法，该方法用于使用基于比例-积分-微分（PID）的控制来控制动力降档的扭矩阶段。本方法在降低校准复杂性的同时提高动力降档的质量。PID控制选择性地被使用，以建立换挡事件上的闭环反馈控制以及开环/前馈离合器压力控制。这仅发生在降档的扭矩阶段的特定状态期间，即将在下文中详细描述的近同步推进（NSB）状态。NSB状态期间使用基于PID的控制提供了自校准、闭环的方式，以实现并维持离合器的同步速度，所述离合器用于执行离合器-离合器动力降档。

特别地，本文公开了用于控制车辆中离合器-离合器动力降档的扭矩阶段的方法，所述车辆具有变速器，所述变速器具有用于执行离合器-离合器降档的一对离合器。该方法包括在动力降档的NSB状态期间确定同步速度。NSB状态是在离合器达到同步速度之前的扭矩状态的部分。另外，该方法包括经由控制器估计将涡轮速度保持在同步速度的前馈离合器压力。其后，该方法包括将离合器压力命令缓加至即将接通的离合器，至计算出的前馈离合器压力。随后响应于预定PID致动事件，在NSB状态期间在离合器压力命令上选择性地建立闭环PID控制。

本文还公开了一种车辆。该车辆包括发动机、自动变速器和控制器，所述自动变速器由发动机驱动，并具有用于执行离合器-离合器动力降档的即将接通和即将断开的离合器。所述控制器与变速器通信，执行上述方法。

另外，公开了一种用于车辆的系统。该系统包括变速器和控制器。所述变速器包括第一和第二离合器，以及可连接到车辆发动机的驱动轴的输入轴。控制器包括处理器和有形非瞬时性的存储装置，用于执行方法的指令记录于所述存储装置上，所述方法用于控制使用上述方法的变速器的离合器-离合器动力降档的扭矩阶段。

本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。

附图说明

图1是示例车辆的示意图，所述车辆具有自动变速器和控制器，所述控制器使用基于比例-积分-微分（PID）的控制逻辑来控制动力降档的扭矩阶段。

图2是用于图1车辆的变速器控制值的时间曲线图，其中值的大小标示在纵向轴线上，时间标示在水平轴线上。

图3是涡轮速度的时间曲线图，其示出了将传递到即将接通离合器的压力命令临时冻结的可选方式。

图4是描述用于控制图1的车辆中动力降档的扭矩阶段的示例方法的流程图。

具体实施方式

参考附图，图1中示出了示例车辆10，其包括自动变速器14和变速器控制器26。控制器26配置为执行实施本方法100的指令，该控制器的一个示例在图4中示出并在下文中被解释。方法100的执行使得控制器26控制变速器14的离合器-离合器动力降档。除了开环、前馈离合器压力控制之外，控制器26选择性地使用比例-积分-微分（PID）控制逻辑25，以实现和维持在本文公开的特定降档期间使用的离合器组17的速度同步。本方法意图降低与基于查找表的离合器-离合器降档的校准通常相关的校准复杂性，同时还提供提高的换挡感受。

车辆10可包括内燃发动机12。发动机驱动轴13以发动机速度N_E旋转，并将发动机扭矩T_E传递到液力变矩器16。变矩器包括涡轮34，该涡轮连接到变速器输入轴15，且使得输入轴15以涡轮速度（箭头N_T）旋转。定子30被定位在泵32和涡轮34之间。变矩器离合器31可用于选择性地将泵32锁定到高于阈值锁定速度的涡轮34，如本领域技术人员将理解的。由此，输入扭矩T_r经由变矩器16经由输入轴15传递到变速器14。变速器14的输出轴18以输出速度N_o旋转，并最终将变速器输出扭矩T_o从各离合器17和变速器14的相关齿轮组传送到一组驱动轮24。

图1的变速器14可配置为多速变速器，例如6速或8速变速器。由此，离合器17（其包括至少用于如上所述被执行的特定降档操作的即将断开和即将接通的离合器）可根据需要使用电-液力控制部件（未示出）选择性地被接合和脱开。由流体泵33从贮液箱35抽吸的流体37可被用来在变速器14中提供需要的管路压力。温度传感器38可用于测量流体37的温度，并将测得的温度（箭头39）通信到控制器26。参考图4，如下所述，测得的温度（箭头39）可由控制器26使用用于各种控制目的，包括计算用于PID控制逻辑25的所需要的增益。

在动力降档操作期间，图1中所示的控制器26选择性地执行本方法100，例如通过执行记录在有形非瞬时性存储器20中的计算机代码或指令。控制器26可包括例如处理器19的元件。存储器20可包括只读存储器（ROM）、电可擦除只读存储器（EPROM）、闪存等。控制器26还可包括足够的瞬时性存储器，例如随机存取存储器（RAM）。

存储器20可包括上述PID控制逻辑25、一个或多个高速时钟、计时器、模拟-数字（A/D）电路、数字-模拟（D/A）电路、数字信号处理器，以及必要的输入/输出（I/O）装置和其他信号控制和/或缓冲电路。控制器26具体地使用PID控制逻辑25来如下所述地优化动力降档。

如本领域技术人员所熟知，PID控制是指一种特殊的闭环反馈方法及相关逻辑，其使用三种控制项：比例（P）项、积分（I）项和微分（D）项。每一项代表基于被控制的特定变量的误差值的相应的校正因子。由此增益值与每一项相关。

典型的基于PID的控制方法将前馈控制项U产生到被控制的系统或设备中，例如图1的变速器14。U项可使用以下方程计算：

U = K_{P} \cdot e + K_{I} \cdot &Integral; e \cdot dt + K_{D} \frac{de}{dt}

其中K_p、K_I和K_D代表相应的校准的比例、积分和微分的增益，且其中e是计算出的闭环误差反馈项。

仍参考图1的示例车辆10，车辆10可包括发动机控制单元（ECU）29，其是如图所示的分立的装置或部分/整体地与控制器26为一体。在任一实施例中，控制器26经由通信通道21与ECU29通信，其中ECU29根据需要将发动机控制值（箭头11）提供到发动机12。例如，在给定的换挡操作期间，控制器26可要求来自ECU29的发动机扭矩的特定水平，其中ECU29根据需要经由任何适当方式通过增大或减小发动机扭矩T_E而响应。

参考图2，一组控制值40被相对于时间t绘制，其中时间t表示在水平轴线上，各值40的大小表示在纵向轴线上。控制值40包括涡轮速度N_T，即图1中所示的涡轮34的旋转速度，以及即将断开的离合器的压力P_x、管路压力P_L和即将接通的离合器压力P_o。即将断开和即将接通的压力命令分别由曲线60和70表示，而涡轮速度N_T由曲线42表示。管路压力P_L由线50指示。NSB状态发生在范围T内。

对于涡轮速度（曲线42），在之前的某个时刻图1的控制器26要求响应于驾驶员的动作而执行动力降档。在较短延时后，涡轮速度（曲线42）从与较高档位相关的第一速度点44倾斜上升到与较低档位相关的第二速度点48。在第二速度点48处，涡轮速度（曲线42）呈平稳状态或以校准速率逐渐下降。

在图2中，动力降档的惯性阶段发生在t₀与t₁之间。在大约t₁处并继续持续到大约t₂，变速器14进入扭矩阶段。更准确地，变速器14进入扭矩阶段的早期状态，该状态此后称为近同步推进（NSB）。顾名思义，NSB状态在扭矩阶段中接近同步速度的速度处被使用，以便“推进”或辅助正常换挡进行。换挡的剩余扭矩阶段在NSB状态完成后开始于大约t₂处。

平稳地进入扭矩阶段要求图1的离合器17（即被用于执行离合器-离合器降档的即将断开离合器和即将接通离合器）的适当速度同步。在方法100的执行期间，控制器26由此选择性地致动图1的PID逻辑25，以由此在NSB状态期间实现和维持同步速度。因为同步发生大约在图2的第二速度点48处，所以基于PID的控制可在大约t_r处或在大约t_r之后应用。

一旦同步速度已经被保持校准的间隔，如对于将在下文中参考图3所描述的“正常”换挡的图2中的间隔t₁，t₂，则控制器26允许转换到扭矩阶段。在图2的示例中，降档换挡在大约t₄处完成，此时控制器26将即将断开离合器压力（曲线60）降低到校准的用于该离合器的复位弹簧压力。在已经达到同步速度后，或就在图2中所示的示例中的t₂之后，即将接通的离合器压力（曲线70）快速提高。

参考图3，在可选的方式中，控制器26可选择性地冻结到即将接通的离合器的压力命令，以便阻止NSB状态期间在闭环PID控制操作中的通过该离合器的不希望的干扰。示例控制值140每一个代表与三种可能的换挡效果有关的涡轮速度：正常换挡、长换挡和短换挡。这里所使用的术语正常、长和短是相对的。即，这里使用的术语“正常”表示具有预期完成时间的降档，而“长”和“短”分别表示比预期更长或更短完成的换挡，其中任何预期的值被校准用于被使用的特定变速器。

在图3中，线43代表涡轮速度N_T的目标值，即曲线42。正常的换挡可观察到涡轮速度（曲线42）通过期望的时间（例如t₂）渐变至目标值（曲线43）。短换挡可比预期更早地完成，例如在t₂之前，且由此产生涡轮速度曲线49，而长换挡可更晚地完成，即，接近t₃，并由此产生涡轮速度曲线47。时间t₁、t₂和t₃在图3中的示例中是示例性的，而不意图代表图2中示出的相同的时间增量。

使用图3中所示的可选方式，图1的控制器26可建立涡轮速度N_T的上阈值45和下阈值41。作为可能的控制动作，如果涡轮速度N_T超出上阈值45（由曲线47指示的条件），则控制器26可临时性地冻结即将接通的压力（图2的P_o）。类似地，如果涡轮速度N_T没有至少超出下阈值41，则控制器26可冻结即将接通离合器压力。作为控制作用的一部分，控制器26可阻止即将接通压力P_o，例如图3的曲线70，在NSB状态T和随后的扭矩阶段期间缓增，由此阻止该命令与闭环PID控制在如图2中所示的NSB状态T期间相干扰。

再次参考图2，曲线55和57表示两个示例涡轮速度线。作为下文所讨论的方法100的一部分，控制器26可利用数字或模拟计时器来确定涡轮速度N_T是否在校准的时间段上足够稳定和维持如此。控制器26可确保仅在已经经历了校准的时间段后，图1的变速器14才进入降档的扭矩阶段。即，经历的时间指示，即将断开和即将接通离合器（图1的离合器17）的速度保持同步达到足够的时间量，由此消除控制器26对瞬时事件而不是真正同步起作用的可能性。例如，曲线55可具有相应的校准的稳定间隔t₃，t₄，而曲线57可具有间隔t₅、t₆。这些时间间隔可以是相同的，例如100ms。

参考图4，并结合图1中所示的车辆10的结构元件，用于控制车辆10的动力降档的示例方法100开始于步骤102，其中控制器26处理一组准入标准。步骤102确定在动力降档期间是否停止离合器17的主动打滑控制。例如，控制器26可考虑涡轮34的加速速率，和/或可验证校准的计时器还没有失效。步骤102的最终结果是，通过控制器26确定即将接通和即将断开离合器的速度已经接近同步速度，例如图2的第二速度点48，但还没有达到那一点。如果还没有满足任何准入标准，则方法100行进至步骤104。如果满足准入标准，则方法100替代地行进至步骤106。

在步骤104处，在降档的惯性阶段，控制器26继续执行打滑控制，并重复步骤102直到不再需要打滑控制。尽管为了阐述更清楚而在图4中未示出，如果在任何点处，车辆10的驾驶员请求额外的发动机输出扭矩，则控制器26可中止方法100的执行，并进行所要求的升档。

在步骤106处，控制器26进入图2中所示的NSB状态T区域。步骤106包括经由处理器20计算用于将涡轮速度保持在同步速度的适当的前馈离合器压力。一旦控制器26已经确定达到同步速度所需的离合器压力，则方法100行进至步骤108。

在步骤108处，控制器26确定同步速度是否已经持续校准的时间段，或替代地，同步速度是否已经超时。后者可类似地基于计时器，确定在预期的时间段内是否已经实现同步。如果任一条件为真，则控制器26执行步骤111。否则，控制器26确定NSB状态维持有效，并替代地行进至步骤110。

在步骤110，控制器26接下来计算所需要的前馈离合器压力，并开始缓增即将接通的离合器压力，以实现该压力。方法100随后进行至步骤112。

在步骤112，控制器26确定预定的PID致动事件是否已经发生。步骤112的执行用于仅响应于特定标准，在NSB状态期间选择性地启动PID控制（即闭环反馈控制）以及前馈控制。在步骤112中考虑的示例标准可包括，启动另一个计时器来确定在校准的时间内是否还没有达到同步。替代地，控制器26可确定实际换挡时间是否已经超出所需的换挡时间，或离合器17是否还没有被同步，这可通过测量涡轮速度和将测得的速度值与同步的预期涡轮速度进行对比来确定。如果已经发生这些PID致动事件的任一个，则方法100行进至步骤114。否则，控制器26可重复步骤108。

在步骤114，控制器26使用图1的PID逻辑25在即将接通的压力命令上应用闭环PID控制。作为步骤114的一部分，控制器26可根据流体37的测得的温度（箭头39）调节P、I和D增益，即上文所述的值K_p、K_r和K_D。在换挡期间，增益调节可实时地发生，或其可以在换挡之间进行。控制器26随后重复步骤108。

使用如上所述的方法100，在动力降档期间，在单个状态中（即近同步推进或NSB状态期间），使用闭环和开环反馈控制的组合，控制离合器同步。这种方式可提高换挡质量，同时降低传统多状态开环前馈控制所需要的迭代校准的量。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims

1.一种用于控制车辆中的离合器-离合器动力降档的扭矩阶段的方法，所述车辆具有变速器和变矩器，该方法包括：

在动力降档的近同步推进（NSB）状态期间，确定变速器的即将断开离合器和即将接通离合器的同步速度，其中NSB状态是在即将断开离合器和即将接通离合器达到同步速度之前的扭矩阶段的部分；

经由控制器，估计将变矩器的涡轮速度保持在同步速度的前馈离合器压力；

将离合器压力命令缓加至即将接通的离合器到估计的前馈离合器压力；和

在NSB状态期间响应于预定PID致动事件，在离合器压力命令上启动闭环比例-积分-微分（PID）控制。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

仅当同步速度已经维持达到校准的时间时，退出NSB状态。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

当在校准的时间段内即将接通离合器压力还未达到计算出的前馈压力时，退出NSB状态。

4.如权利要求1所述的方法，其中PID致动事件包括，通过控制器确定实际换挡时间是否超出希望的换挡时间。

5.如权利要求1所述的方法，其中PID致动事件包括，通过控制器确定自NSB状态开始所经历的时间是否超出阈值。

6.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

当离合器速度被同步校准的时间段时，退出PID控制。

7.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

将涡轮速度与校准的上阈值和下阈值比较；和

当涡轮速度落在由上阈值和下阈值限定的范围之外时，在离合器-离合器换挡期间，临时冻结到即将接通离合器的压力命令。

8.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

测量用于促动离合器的流体的温度；和

根据测得的温度，使用控制器来调节PID控制逻辑的比例、积分和微分增益。

9.如权利要求8所述的方法，其中在执行降档期间，增益的调节实时地发生。