CN103688078B - 用于按照规定扭矩调整借助车辆动力系统传递到车辆驱动轮上的扭矩的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于近似求出由车辆动力系统的离合器实际传递的扭矩的方法，包括下述步骤：设定离合器的闭合状态并且通过动力系统传递扭矩；提供描述动力系统的状态空间模型，尤其是卡尔曼滤波器；求出在闭合状态中由离合器理论上可传递或传递的扭矩；通过将理论上可传递或传递的扭矩和计算求出的干扰扭矩相加近似求出由离合器实际传递的扭矩，其中，所述干扰扭矩基于状态空间模型以及基于动力系统各组件的实际转速和/或由动力系统各组件传递的实际扭矩求出。

Description

用于按照规定扭矩调整借助车辆动力系统传递到车辆驱动轮上的扭矩的方法
技术领域
本发明涉及一种用于按照规定扭矩调整借助车辆动力系统传递到车辆驱动轮上的扭矩的方法。
背景技术
在并联式混合动力车辆中内燃机曲轴通常通过分离离合器与变速器输入轴连接，在变速器输入轴上设置电机。变速器输入轴因此可选择性地由内燃机或电机或同时由内燃机和电机驱动。变速器通常指自动变速器，其具有“集成的起动元件”、即设计用于起动过程的离合器。
所谓的“全混合动力车辆”也可在没有内燃机的情况下、即纯电动地行驶。在纯电动运行中，设置在内燃机曲轴和变速器输入轴之间的分离离合器断开并且内燃机停止运转。
为了过渡到由内燃机驱动的行驶运行或“混合运行”中——在混合运行中车辆不仅由内燃机而且由电机驱动，内燃机必须从纯电动行驶运行中起动。
在许多目前已知的混合动力设计方案中，为此设置一个单独的起动系统。内燃机在此不由配置给动力系统的电机起动，而是由一个单独的“起动器”起动。在曲轴转速与混合动力驱动装置的电机转速同步之后，分离离合器闭合并且内燃机可提供用于驱动车辆的扭矩。
单独的起动系统的优点在于：混合动力驱动装置的电机不受或不直接受内燃机起动的影响。但单独的起动系统的缺点在于与此有关的附加成本。另外必须高投入地扩展14伏车载电网，以便在内燃机起动过程期间限制电压波动。单独的起动系统通常通过皮带传动机构与内燃机耦合。这种皮带传动机构需要车辆纵向上附加的结构空间。
放弃单独的起动系统基于多方面技术上的边界条件通常不容易实现。当内燃机在电动运行中借助混合动力驱动装置的电机通过闭合分离离合器起动时，则为了“高质量控制”起动过程(避免车辆驱动轮上的扭矩波动)需要尽可能精确地了解由分离离合器传递的扭矩。
发明内容
本发明的任务在于提出一种用于尽可能精确地“近似求出”由车辆、尤其是混合动力车辆的动力系统的离合器实际传递的扭矩的方法以及一种用于按照规定扭矩调整借助车辆动力系统传递到车辆驱动轮上的扭矩的方法。
为此，本发明提出一种用于按照规定扭矩调整借助车辆动力系统传递到车辆驱动轮上的扭矩的方法，其中，由车辆动力系统的离合器实际传递的扭矩通过下述步骤近似求出：
设定离合器的闭合状态，并且通过动力系统传递扭矩；
提供描述动力系统的状态空间模型；
基于预定的离合器物理模型和所设定的闭合状态计算求出在闭合状态中由离合器理论上可传递或传递的扭矩；
通过将理论上可传递或传递的扭矩和计算求出的干扰扭矩相加近似求出由离合器实际传递的扭矩，所述干扰扭矩基于状态空间模型和卡尔曼滤波器以及基于动力系统各组件的实际转速和/或由动力系统各组件传递的实际扭矩求出，进入状态观察中的实际转速或实际扭矩直接测得或由其它所测得的或以其它方式求出或已知的动力系统状态参数导出；并且
通过借助电机向动力系统的旋转组件施加补偿力矩和/或通过改变离合器的闭合状态来补偿在离合器上观察到的干扰扭矩。
离合器、尤其是分离离合器(其例如安装在车辆动力系统中)通常以液压或电液方式被控制。即使了解各种不同参数(如液压控制压力、离合器温度等，借助所述参数来控制离合器的控制装置)，也只能从其中相对粗略地推导出可由离合器传递的扭矩或由离合器实际传递的扭矩。因为实际由离合器传递的扭矩取决于大量部分未知或仅近似已知的参数(如离合器的磨损状态、油温和与此相关的粘度等)。
本发明出发点在于：将由离合器实际可传递或传递的扭矩看作“通过离合器控制装置控制的扭矩”或者说“理论上传递或可传递的扭矩”和“干扰扭矩”之和，所述干扰扭矩可受到许多干扰因素影响。
本发明的基本原理在于，借助状态估算器、例如卡尔曼滤波器通过干扰量观察求出干扰扭矩(在控制技术的意义上)。
为了提高由离合器实际传递的扭矩的求算精确度，使用离合器扭矩作为“状态空间模型的状态”。该由液压控制装置计算出的离合器扭矩(理论上传递或可传递的扭矩)附加地通过干扰量观察器校正。可规定，卡尔曼滤波器校正仅在内燃机起动时刻起作用。校正应基于模型和现实之间的离合器转速误差(离合器转速＝内燃机和电机之间的转速差)。
越了解由离合器实际传递的扭矩，就可越好地补偿内燃机起动时叠加到动力系统上的内燃机拖拽力矩。内燃机拖拽力矩被越好地补偿，则起动对于驱动轮的驱动力矩的影响越小并且因此舒适性就越高。
近似求出由离合器实际传递的扭矩的前提条件在于提供描述动力系统的“状态空间模型”。术语“动力系统”例如可理解为扭矩传递元件的总体、即从内燃机或者说内燃机曲轴至车辆驱动轮。
在所观察的离合器闭合时(即应求出其扭矩的离合器)，基于预定的离合器物理模型和被控制的闭合参数(如被控制的液压压力等)求出由离合器理论上可传递或传递的扭矩。
由离合器实际传递的扭矩可与理论上可传递或传递的扭矩存在偏差，这通过加上已经提到的“干扰扭矩”被考虑。
干扰扭矩基于描述动力系统的状态空间模型以及基于动力系统各组件的实际转速和/或基于由动力系统各组件当前传递的实际扭矩求出。因此干扰扭矩在控制技术上借助动力系统的状态观察求出。进入状态观察中的实际转速或实际扭矩可直接测得或由其它所测得的或以其它方式求出或已知的动力系统状态参数导出。
本发明另一优点在于，借助根据本发明的方法可相对精确地求出由离合器实际可传递或传递的扭矩，这是用于从纯电动行驶运行高质量控制内燃机起动的前提条件。因此本发明允许省却单独的起动系统。
当精确或至少相对精确了解了由动力系统离合器实际传递的扭矩时，则可在此基础上相应于规定扭矩调整传递到车辆驱动轮上的扭矩。如上所述干扰扭矩说明由离合器实际可传递或传递的扭矩与通过闭合参数控制的规定扭矩之间可能的偏差。
根据本发明的一种扩展方案，通过借助动力系统电机向动力系统的旋转组件施加补偿力矩，和/或通过改变离合器被控制的闭合参数，补偿干扰扭矩。通过这种方式可减少或消除动力系统中不希望的转动不均匀性，这不仅对于内燃机从纯电动行驶运行中的起动、而且对于在正常的行驶运行期间的主动减振都非常有意义。
附图说明
下面结合附图详细说明本发明。
具体实施方式
唯一的附图1示出车辆常见的并联式混合动力系统的状态空间模型。车辆的并联式混合动力系统1包括内燃机2，该内燃机的曲轴发出扭矩T_Vm。在图1所示的实施例中，内燃机2的曲轴3通过扭转减振器4(或通过扭转减振器与“飞轮”的组合)与分离离合器的输入侧5连接，分离离合器在此也以附图标记K0表示。分离离合器6或者说K0将实际扭矩T__K0传递到分离离合器K0的输出元件7上。所述输出元件7在此由自动变速器8的变速器输入轴构成。
自动变速器8具有集成的起动元件9，即被设计成能够起动车辆的离合器。自动变速器8的变速器输出轴10例如通过在此未详细示出的万向轴与后轴减速器11连接。该后轴减速器11将扭矩通过“轴”12、即左、右传动轴分配到驱动轮上，所述驱动轮在此共同以附图标记13表示。驱动轮13又支承在在此未示出的车身上。
由图1所示模型可见，动力系统1基本上可通过下述扭矩来描述：
T_Vm：由内燃机发出的扭矩；
T_K0：实际由分离离合器6或者说K0可传递或传递的扭矩；
T_EM：由混合动力系统的电机14施加到混合动力系统1的扭矩；
T_IAE：由变速器的集成起动元件施加到动力系统1上的扭矩；
T_B：由车辆制动器施加到车辆驱动轮上的制动力矩；
T_RL：例如源于路面坡度或车辆空气阻力等的行驶阻力力矩。
可以以技术人员已知的方式借助状态空间模型在控制技术上描述车辆动力系统。众所周知，对于具有r个输入量和m个输出量的n阶线性定常多变量系统状态空间模型可通过以下两个方程表示：
dx(t)/dt＝A×(t)+Bu(t)；
y(t)＝Cx(t)+Du(t)；
x(t)表示状态向量，u(t)表示输入向量或控制向量并且y(t)表示输出向量(观察向量)。A是描述动力系统的系统矩阵，B是输入矩阵或控制矩阵，C是输出矩阵或观察矩阵并且D是所谓的传输矩阵(Durchgangsmatrix)。
借助这种状态空间模型——所述状态空间模型考虑多个当前在动力系统中出现的转速和/或多个当前在动力系统中出现的扭矩以及由离合器K0控制的扭矩，可求出在离合器K0上出现的干扰扭矩，所述干扰扭矩与由离合器K0控制的规定扭矩叠加为由离合器K0实际传递的扭矩K0ist。

Claims (3)

1.用于按照规定扭矩(K0,soll)调整借助车辆动力系统传递到车辆驱动轮上的扭矩的方法，其中，由车辆动力系统的离合器实际传递的扭矩(K0,ist)通过下述步骤近似求出：
设定离合器的闭合状态，并且通过动力系统传递扭矩；
提供描述动力系统的状态空间模型；
基于预定的离合器物理模型和所设定的闭合状态计算求出在闭合状态中由离合器理论上可传递或传递的扭矩(K0,theoretisch)；
通过将理论上可传递或传递的扭矩(K0,theoretisch)和计算求出的干扰扭矩相加近似求出由离合器实际传递的扭矩(K0,ist)，所述干扰扭矩基于状态空间模型和卡尔曼滤波器以及基于动力系统各组件的实际转速和/或由动力系统各组件传递的实际扭矩求出，进入状态观察中的实际转速或实际扭矩直接测得或由其它所测得的或以其它方式求出或已知的动力系统状态参数导出；并且
通过借助电机向动力系统的旋转组件施加补偿力矩和/或通过改变离合器的闭合状态来补偿在离合器上观察到的干扰扭矩
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述离合器闭合状态通过闭合液压装置设定。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，设置用于驱动动力系统的内燃机，并且补偿由内燃机的起动引起的、预计在离合器上出现的或观察到的干扰扭矩
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