CN103953665A - 离合器行程临界值自动学习系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离合器行程临界值自动学习系统及方法，是离合器控制技术。由控制器、执行器、行程传感器、档位传感器组成。控制器能够读取发动机信号、制动信号、输出轴转速信号，识别运行状态，读取档位传感器信号识别档位信息。控制器能够控制执行器进行离合器的分离和接合操作，并读取行程传感器信号，识别离合器行程，实现对离合器行程的闭环控制。控制器采集发动机信号、制动信号等，控制离合器由完全分离状态缓慢接合，直到发动机信号拐点出现，记录传感器测得的行程值，存储为离合器行程临界值的学习值。新的学习值经过有效性判断后，替代旧的学习值。其优点在于：方法简单、实用、测试稳定、精度高。

Description

离合器行程临界值自动学习系统及方法

技术领域

本发明涉及一种离合器行程临界值自动学习系统及方法，是离合器控制的关键技术之一，可广泛应用于搭载离合器、变速器的交通运输工具的传动系统自动控制。

背景技术

离合器接合或者分离到刚刚能够传递拖曳扭矩时行程传感器测试的行程值为离合器行程临界值。离合器行程临界值是离合器控制的一个重要参数，基于该参数，离合器软件模型的各种行程参数值才能够确定。不同的离合器具有不同的行程临界值，并且同一个离合器的行程临界值也随离合器的使用或磨损而不断变化。

US20090131223A1公开一种离合器行程临界值的学习方法,在驾驶员操纵离合器由分离到接合过程中,当发动机转速及传动比，即轮速与发动机转速的比值，产生局部最小值时,离合器行程传感器测试的值为离合器行程临界值。该方法需要依赖人工操作离合器，不能自动学习离合器行程临界值，测试结果受人工操作的影响；该方法对发动机转速、车速范围没有进行限制，测试结果会因为发动机转速、车速处于不同状态而受到影响。

发明内容

本发明提供一种离合器行程临界值自动学习系统及方法，本自动学习系统及方法是在运输工具满足要求时自动学习，提高了学习的精度和稳定性。

本发明采取的技术方案是：

一种离合器行程临界值自动学习系统，包括控制器、行程传感器、执行器、档位传感器，控制器与行程传感器、执行器、档位传感器电连接，线束用于读取制动信号、发动机扭矩信号和、或转速信号、输出轴转速信号，控制器用于读取档位传感器信号识别档位信息，向执行器发出控制信号，驱动离合器的分离和接合；行程传感器用于测试离合器的行程，并反馈给控制器。

本发明的离合器行程临界值自动学习方法是：

第一步，控制器采集制动信号、发动机扭矩信号和、或转速信号、输出轴转速信号、档位传感器信号、行程传感器信号；

第二步，控制器自动判断满足学习条件与否，在T1条件下，即在低速档、制动、静止且保持设定时间N₁秒以上，进入自动学习程序；在T2条件下，即自动学习完毕或者终止，或者是档位、制动、静止三者之中任一条件变化，转出自动学习程序，该低速档可以是1、2、R档任一档；

第三步，满足T1条件，自动学习程序是：

S401自动学习必要性的判断，判断是否满足设定的离合器109自动学习设定标准要求，如果满足该设定标准，进入S402发动机信号数据处理，否则转入S411终止自动学习；该设定标准可以是离合器工作循环次数或工作时间；

S402发动机信号数据处理，要在S404缓慢接合离合器之前N₂秒内进行，连续取样N₃秒以上,样本量要大于N₄个；

S403判断发动机状态是否满足测试条件，离合器109接合之前，控制器101对采集的发动机信号数据连续抽样,进行处理，判断发动机106状态是否满足离合器行程临界值测试条件，如果满足测试条件，转入S404，否则转入S411，终止自动学习程序；

S404缓慢接合离合器109，控制器101控制执行器104，操纵离合器109由完全分离状态缓慢接合，直至发动机信号拐点S405出现；

S405信号拐点的确认，依S402计算的数值为判断依据，对于扭矩类信号，拐点扭矩值高于均值；对于转速类信号,拐点转速值低于均值，如果满足，转入S406停止接合离合器，记录临界值的学习值，否则转入S404；在信号拐点测试、记录离合器传感器103的数值为离合器临界值的学习值；

S407临界值的学习值冗余数据有效性判断：同时采集N₅个发动机转速信号和扭矩信号，获得N₅个离合器临界值的学习值，作为冗余数据，记为学习值1和学习值2，...,N₅,比较冗余数据差异性,如果小于设定标准，则数据有效，转入S408临界值的学习值冗余数据处理；如果数据差异性大于设定标准，则终止自动学习S411；

所述S408临界值的学习值冗余数据处理：如果获得1个学习值，省略此步骤，进入S409；如果同时获得2个以上学习值，将该N₅个学习值进行比较，如果数据差异性小于设定标准，则将N₅个数值取均值作为离合器行程临界值的学习值；如果数据差异性大于设定标准，则终止自动学习S411；

S409当前学习的离合器临界值与历史值相比较是否有效，根据控制器101保留的N₆个离合器行程临界值数据和顺序号，进行线性拟合，预测第N₆+1个离合器临界值范围；

如果当前学习的离合器临界值在预测值的范围之内，则存储当前学习的离合器临界值，自动删除最早学习值，其余N₆-1个数据存储次序顺次减一；否则，舍弃新测的值，沿用原来的数据，转入S411终止自动学习程序；

S410更新存储离合器临界值的参数，保留最近N₆次历史记录；

S412自动学习完毕。

3、根据权利要求2所述的离合器行程临界值自动学习方法，其特征在于，所述第三步中S401自动学习必要性的判断中的自动学习设定标准是离合器工作循环次数5000～10000次或工作时间为10～100天。

本发明离合器行程临界值自动学习方法，所述第三步中S402发动机信号数据处理的N₂秒为30～100秒，N₃秒为1～20秒，样本量N₄为20～80个。

本发明离合器行程临界值自动学习方法，所述第三步中的S402发动机信号数据处理采用如下方法进行：计算采样数据的均值和方差σ。

本发明离合器行程临界值自动学习方法，所述第三步中的S403判断发动机信号是否满足测试条件采用如下任意方法进行判断：

基于均值和方差的判断条件1：以采样数据均值为中心线，以为控制线得到控制图，根据控制图的判断方法，判断信号处于稳定状态，则进行离合器行程临界值学习值的测定，否则终止自动学习S411；

基于均值和方差的判断条件2：可以根据发动机的特点，约定均值满足x₁,x₂为常数；

基于均值和方差的判断条件3：可以根据发动机的特点，约定方差满足s₁≤σ≤s₂,s₁,s₂为常数。

本发明离合器行程临界值自动学习方法，所述第三步中的S405拐点的确认，按照如下方法确认：

对于扭矩类信号，令C₁在区间内任取一值，则拐点为发动机扭矩信号数据中第一个大于(1+C₁)·的点；

对于转速类信号，令C₂在区间内任取一值，则拐点为发动机转速信号数据中第一个小于(1+C₂)·的点。

本发明离合器行程临界值自动学习方法，所述第三步中的S408临界值的学习值冗余数据处理，所述的设定标准为学习值1、学习值2、...、学习值N₅的极差小于等于均值的5％～30％。

本发明离合器行程临界值自动学习方法，所述第三步中的S409当前学习的离合器临界值与历史值相比较是否有效，所述的控制器保留的N₆个离合器行程临界值是5～20个。

本发明离合器行程临界值自动学习方法，所述第三步中的S409当前学习的离合器临界值与历史值相比较是否有效，根据历史上的N₆个数据和顺序号，进行线性拟合，拟合方程为Yc＝A﹒Xc+B，Xc为顺序号，Yc为离合器行程临界值，A、B为拟合参数，同时计算Yc的标准差为σ，得到曲线的控制线方程分别为：

Y_CU＝A﹒X_C+B+3σ和Y_CL＝A﹒X_C+B+3σ

设新的离合器临界值学习值为，将Y_C(N6+1)，将X_C(N6+1)＝N₆+1代入控制线方程，得到Y_CU和Y_CL，如果满足Y_CL≤Y_C(N6+1)≤Y_CU，则存储当前离合器临界值，自动删除最早学习值，其余N₆-1个数据存储次序顺次减一；否则，舍弃新测的值，沿用原来的数据，终止自动学习程序。

本发明优点在于：新的学习值经过有效性判断后，替代旧的学习值，该方法简单、实用、测试稳定、精度高。

附图说明

图1是离合器行程临界值自动学习系统示意图；

图2是电控电动式离合器行程临界值自动学习系统示意图；

图3是电控液动式离合器行程临界值自动学习系统示意图；

图4是出入离合器行程临界值自动学习程序判定程序；

图5是本发明自动学习程序流程图；

图6是本发明发动机是否满足测试条件判断曲线图；

图7是本发明扭矩拐点曲线图；

图8是本发明转速拐点曲线图；

图9是本发明行程临界值学习值数据有效性判断曲线图；

图中标号：控制器101、线束102、行程传感器103、执行器104、发动机扭矩信号105、发动机106、制动信号107、发动机转速信号108、离合器109、变速箱110、输出轴转速信号111、档位传感器112、CAN总线网络202、直流电机203、减速装置204、主缸205、飞轮209、从动盘210、压盘211、分离轴承214、工作缸215、分离拨叉216、液压泵217、电磁阀模块219。

具体实施方式

本发明离合器行程临界值自动学习系统的实施例。

如图1所示，一种离合器行程临界值自动学习系统，包括控制器101、行程传感器103、执行器104、档位传感器112，控制器101与行程传感器103、执行器104、档位传感器112电连接，线束102用于读取制动信号107、发动机106扭矩信号105和、或转速信号108、输出轴转速信号111，控制器101用于读取档位传感器112信号识别档位信息，向执行器104发出控制信号，驱动离合器109的分离和接合；行程传感器103用于测试离合器109的行程，并反馈给控制器101。

本发明的离合器行程临界值自动学习系统应用于安装手动变速器、干摩擦式离合器的离合器控制系统上。

如图2所示：离合器行程临界值自动学习系统包含控制器101、行程传感器103、执行器104和档位传感器112，控制器101通过线束102的CAN总线网络202读取发动机转速信号108、发动机扭矩信号105、ABS轮速信号(属于输出轴转速信号111的一种)、制动信号107；对于没有CAN总线资源的车辆系统，可以通过线束102直接读取发动机转速信号108、变速器输出轴信号111、制动信号107。

如图2所示，电控电动式的执行器104，一般由直流电机203、减速装置204、主缸205组成；行程传感器103可以安装在减速装置204、主缸205或工作缸215上。

如图3所示电控液动式的执行器104，一般由液压泵217、电磁阀模块219、工作缸215组成，行程传感器103安装在液压缸上。

档位传感器112安装在变速箱110上或者是换挡操纵机构上，用于识别档位信息。离合器压盘211、飞轮209与发动机106同步转动。离合器109结合时，压盘211在膜片弹簧的压紧力作用下与飞轮209夹紧从动盘210，形成同步转动。控制器101能够发出信号控制电机203或者电磁阀模块219，从而驱动工作缸215，推动分离拨叉216、分离轴承214，推动膜片弹簧分离指分离离合器109，工作缸215反向运动，压盘211在膜片弹簧的压紧力作用下向离合器109结合方向运动，行程传感器103能够实时反馈离合器的行程，从而实现闭环控制。

本发明离合器行程临界值自动学习方法包括下列步骤：

车辆处于低速档(1、2、R档)、制动、静止状态,且保持设置时间N₁秒以上，进入自动学习程序；自动学习完毕或者终止，或者是档位、制动、静止任一状态发生变化，转出自动学习程序。

自动学习程序按照图5S401～412步骤进行实施。

依据自动学习频次的要求进行自动学习必要性的判断S401，可以采用如下任意方法进行自动学习必要性的判断：

确认方法1：控制器101实时记录离合器109的工作循环次数，要求每超过5000～10000次自动学习一次。设当前工作循环次数为n，上次自动学习时，工作循环次数为n₁，即当n-n₁≥5000～10000时，要进行自动学习。

确认方法2：控制器101实时记录离合器109的工作时间，要求每超过10～100天自动学习一次。设当前累计工作时间为t，上次自动学习时，累计工作时间为t₁，单位为天，即当t-t₁≥10～100天，要进行自动学习。

对采集的发动机信号数据进行处理S402，要在离合器109缓慢接合S404之前30～100秒之内进行，连续取样1～20秒以上,样本量要大于20～80个。可以采用如下任意方法进行数据处理。

数据处理方法1：计算采样数据的均值和方差σ；

数据处理方法2：其他统计学数据处理方法；

判断发动机信号是否满足测试条件S403，可以采用如下任意方法进行判断。

基于均值和方差的判断条件1：以采样数据均值为中心线，以为控制线得到如图6所示的控制图，根据控制图的判断方法，判断信号处于稳定状态，则进行离合器行程临界值学习值的测定，否则终止自动学习S411。

基于均值和方差的判断条件2：可以根据发动机的特点，约定均值满足x₂,x₁,x₂为常数。

基于均值和方差的判断条件3：可以根据发动机的特点，约定方差满足s₁≤σ≤s₂,s₁,s₂为常数。

判断条件4：基于其他统计学数据处理方法确认发动机是否满足测试条件。

缓慢接合离合器S404，控制器101控制执行器104直至信号拐点S405发生。

拐点的确认方法。S402计算的采用数据均值和方差σ为参考数据，如图7、图8所示，对于扭矩类信号，拐点扭矩值高于均值；对于转速类信号，拐点转速值低于均值；

对于扭矩类信号，令C₁在区间内任取一值，则拐点为发动机扭矩信号数据中第一个大于(1+C₁)·的点。

对于转速类信号，令C₂在区间内任取一值，则拐点为发动机转速信号数据中第一个小于(1+C₂)·的点。

停止接合离合器109、记录临界值的学习值S406，在信号拐点测试、记录离合器行程值为离合器临界值的学习值。如果同时采集测试发动机扭矩类信号和转速类信号，可以获得N₅个离合器临界值的学习值，作为冗余数据，记为学习值1、学习值2、...、学习值N₅；如果采集测试的是发动机扭矩或转速信号之一，则获得1个离合器临界值的学习值；

临界值的学习值冗余数据有效性判断S407。如果采集测试的是发动机扭矩或转速信号之一，则没有冗余数据，此步骤可以省略；如果同时采集发动机转速类信号和扭矩类信号，则比较学习值1、学习值2、...、学习值N₅的差异性，如果极差小于等于均值的5％～30％，则数据有效，转入S408；如果极差大于均值的5％～30％，则终止自动学习S411；

S408临界值的学习值冗余数据处理。如果采集测试的是发动机扭矩或转速信号之一，则没有冗余数据，此步骤可以省略；如果同时采集发动机转速类信号和扭矩类信号，取学习值1、学习值2、...、学习值N₅的均值作为离合器行程临界值的学习值。

判断当前学习的离合器行程临界值与历史值相比是否有效S409；

控制器101保留最近N₆次历史离合器行程临界值数据，N₆可以取5～20；如图9所示，根据历史上的N₆个数据和顺序号，进行线性拟合，拟合方程为Yc＝A﹒Xc+B，Xc为顺序号，Yc为离合器行程临界值，A，B为拟合参数，同时可以计算Yc的标准差为σ，得到曲线的控制线方程分别为：

Y_CU＝A﹒X_C+B+3σ和Y_CL＝A﹒X_C+B+3σ

设新的离合器临界值学习值为Y_C(N6+1)，将X_C(N6+1)＝N₆+1带入控制线方程，得到Y_CU和Y_CL，如果满足Y_CL≤Y_C(N6+1)≤Y_CU，则存储当前离合器临界值，自动删除最早学习值，其余N₆-1个数据存储次序顺次减一；否则，舍弃新测的值，沿用原来的数据，终止自动学习程序。

S410更新存储离合器临界值的参数，保留最近N₆次历史记录，N₆可以取5～20。S412自动学习完毕。

Claims (10)

1.一种离合器行程临界值自动学习系统，其特征在于：包括控制器、行程传感器、执行器、档位传感器，控制器与行程传感器、执行器、档位传感器电连接，线束用于读取制动信号、发动机扭矩信号和、或转速信号、输出轴转速信号，控制器用于读取档位传感器信号识别档位信息，向执行器发出控制信号，驱动离合器的分离和接合；行程传感器用于测试离合器的行程，并反馈给控制器。

2.一种离合器行程临界值自动学习方法，包括下列步骤：

第一步，控制器采集制动信号、发动机扭矩信号和、或转速信号、输出轴转速信号、档位传感器信号、行程传感器信号；

第二步，控制器自动判断满足学习条件与否，在T1条件下，即在低速档、制动、静止且保持设定时间N₁秒以上，进入自动学习程序；在T2条件下，即自动学习完毕或者终止，或者是档位、制动、静止三者之中任一条件变化，转出自动学习程序，该低速档可以是1、2、R档任一档；

第三步，满足T1条件，自动学习程序是：

S401自动学习必要性的判断，判断是否满足设定的离合器109自动学习设定标准要求，如果满足该设定标准，进入S402发动机信号数据处理，否则转入S411终止自动学习；该设定标准可以是离合器工作循环次数或工作时间；

S402发动机信号数据处理，要在S404缓慢接合离合器之前N₂秒内进行，连续取样N₃秒以上,样本量要大于N₄个；

S403判断发动机状态是否满足测试条件，离合器109接合之前，控制器101对采集的发动机信号数据连续抽样,进行处理，判断发动机106状态是否满足离合器行程临界值测试条件，如果满足测试条件，转入S404，否则转入S411，终止自动学习程序；

S404缓慢接合离合器109，控制器101控制执行器104，操纵离合器109由完全分离状态缓慢接合，直至发动机信号拐点S405出现；

S405信号拐点的确认，依S402计算的数值为判断依据，对于扭矩类信号，拐点扭矩值高于均值；对于转速类信号,拐点转速值低于均值，如果满足，转入S406停止接合离合器，记录临界值的学习值，否则转入S404；在信号拐点测试、记录离合器传感器103的数值为离合器临界值的学习值；

S407临界值的学习值冗余数据有效性判断：同时采集N₅个发动机转速信号和扭矩信号，获得N₅个离合器临界值的学习值，作为冗余数据，记为学习值1和学习值2，...,N₅,比较冗余数据差异性,如果小于设定标准，则数据有效，转入S408临界值的学习值冗余数据处理；如果数据差异性大于设定标准，则终止自动学习S411；

所述S408临界值的学习值冗余数据处理：如果获得1个学习值，省略此步骤，进入S409；如果同时获得2个以上学习值，将该N₅个学习值进行比较，如果数据差异性小于设定标准，则将N₅个数值取均值作为离合器行程临界值的学习值；如果数据差异性大于设定标准，则终止自动学习S411；

S409当前学习的离合器临界值与历史值相比较是否有效，根据控制器101保留的N₆个离合器行程临界值数据和顺序号，进行线性拟合，预测第N₆+1个离合器临界值范围；

如果当前学习的离合器临界值在预测值的范围之内，则存储当前学习的离合器临界值，自动删除最早学习值，其余N₆-1个数据存储次序顺次减一；否则，舍弃新测的值，沿用原来的数据，转入S411终止自动学习程序；

S410更新存储离合器临界值的参数，保留最近N₆次历史记录；

S412自动学习完毕。

3.根据权利要求2所述的离合器行程临界值自动学习方法，其特征在于，所述第三步中S401自动学习必要性的判断中的自动学习设定标准是离合器工作循环次数5000～10000次或工作时间为10～100天。

4.根据权利要求2所述的离合器行程临界值自动学习方法，其特征在于，所述第三步中S402发动机信号数据处理的N₂秒为30～100秒，N₃秒为1～20秒，样本量N₄为20～80个。

5.根据权利要求2所述的离合器行程临界值自动学习方法，其特征在于，所述第三步中的S402发动机信号数据处理采用如下方法进行：计算采样数据的均值和方差σ。

6.根据权利要求2所述的离合器行程临界值自动学习方法，其特征在于，所述第三步中的S403判断发动机信号是否满足测试条件采用如下任意方法进行判断：

基于均值和方差的判断条件1：以采样数据均值为中心线，以为控制线得到控制图，根据控制图的判断方法，判断信号处于稳定状态，则进行离合器行程临界值学习值的测定，否则终止自动学习S411；

基于均值和方差的判断条件2：可以根据发动机的特点，约定均值满足x₁,x₂为常数；

基于均值和方差的判断条件3：可以根据发动机的特点，约定方差满足s₁≤σ≤s₂,s₁,s₂为常数。

7.根据权利要求2所述的离合器行程临界值自动学习方法，其特征在于，所述第三步中的S405拐点的确认，按照如下方法确认：

对于扭矩类信号，令C₁在区间内任取一值，则拐点为发动机扭矩信号数据中第一个大于(1+C₁)·的点；

对于转速类信号，令C₂在区间内任取一值，则拐点为发动机转速信号数据中第一个小于(1+C₂)·的点。

8.根据权利要求2所述的离合器行程临界值自动学习方法，其特征在于，所述第三步中的S408临界值的学习值冗余数据处理，所述的设定标准为学习值1、学习值2、...、学习值N₅的极差小于等于均值的5％～30％。

9.根据权利要求2所述的离合器行程临界值自动学习方法，其特征在于，所述第三步中的S409当前学习的离合器临界值与历史值相比较是否有效，所述的控制器保留的N₆个离合器行程临界值是5～20个。

10.根据权利要求2所述的离合器行程临界值自动学习方法，其特征在于，所述第三步中的S409当前学习的离合器临界值与历史值相比较是否有效，根据历史上的N₆个数据和顺序号，进行线性拟合，拟合方程为Yc＝A﹒Xc+B，Xc为顺序号，Yc为离合器行程临界值，A、B为拟合参数，同时计算Yc的标准差为σ，得到曲线的控制线方程分别为：

Y_CU＝A﹒X_C+B+3σ和Y_CL＝A﹒X_C+B+3σ

设新的离合器临界值学习值为，将Y_C(N6+1)，将X_C(N6+1)＝N₆+1代入控制线方程，得到Y_CU和Y_CL，如果满足Y_CL≤Y_C(N6+1)≤Y_CU，则存储当前离合器临界值，自动删除最早学习值，其余N₆-1个数据存储次序顺次减一；否则，舍弃新测的值，沿用原来的数据，终止自动学习程序。