CN104936845A - 估计车辆变速器下游的转矩的方法 - Google Patents

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Abstract

一种估计传递至位于车辆传动系统(1)下游的结构(32)的转矩(T；H)的方法，所述车辆包括用于产生转矩(M)的发动机(2)、构成为将由所述发动机(2)产生出的转矩(M)的一部分(W)传递至车辆的多个车轮(3)并且将由所述发动机(2)产生出的转矩(M)的另一部分(T+H)传递至所述结构(32)的传动系统，所述传动系统(1)包括：设在所述发动机(2)和所述结构(32)之间的轴装置(12)；由所述轴装置(12)支撑的行星齿轮传动装置(22)；与所述轴装置(12)平行布置的变速器单元(5)，其中根据以下一组参数估计出传递至所述结构(32)的转矩(T；H；W)：在所述传动系统(1)上游处的转矩(M)；所述轴装置(12)的扭转量(Δθ)；表示在所述变速器单元(5)的输出处的输出转速和在所述变速器单元(5)的输入处的输入转速之间的比值的参数(α)。

Description

估计车辆变速器下游的转矩的方法
技术领域
本发明涉及用于估计车辆尤其是作业车辆例如拖拉机、挖掘机等的变速器下游的转矩的方法。
背景技术
拖拉机已知包括有传动系统，它包括用于从内燃机将转矩传递至驱动轴并且因此传递至车轮的无级变速器(CVT)。已知的无级变速器可以包括静液压传动装置，它包括静液压单元。后者又包括与液压马达连接的变容式液压泵。通过改变液压泵的容积，从而可以将车轮速度设定为所期望的值。
除了静液压传动装置之外，已知的拖拉机的传动系统还包括有介于发动机和车轮之间的行星齿轮传动装置。
对于从发动机将转矩传递至传动系统下游的位置而言，根据由驾驶员所选择的变速比，可以限定有不同转矩路径。这些转矩路径可以穿过或不穿过静液压传动装置，或者它们可以涉及在行星齿轮传动装置中的不同齿轮。
在传动系统下游可以设有动力输出装置。必要时，可以将一个或多个器具连接至动力输出装置，并且通过传动系统接收来自发动机的动力。
已知的拖拉机可以包括在器具与动力输出装置连接时从发动机请求额外的动力的动力增强装置，以便确保车轮仍然能够得到足够的动力。动力增强装置当在动力增强装置处的转矩超过了启动阈值时被启动，并且当在动力输出装置处的转矩低于关闭阈值时被禁用。
因此为了在适当的时刻启动以及禁用动力增强装置，重要的是要估计出在动力输出装置处的转矩的当前值。
为此，已经提出了这样的计算方法，它试图根据两个参数即在传动系统上游测量出的转矩值和在传动系统的驱动轴的两个位置之间测量出的扭转值来估计出在动力输出装置处的转矩。扭转值为表示在传动系统的上游和下游的转速之间的相位差的角度。
这些已知的计算方法其缺点在于它们相当不精确，尤其在某些工作点处。
发明内容
本发明的目的在于改善估计在车辆传动系统下游尤其是在作业车辆例如拖拉机的动力输出装置处的转矩的方法。
另一个目的在于提供用于估计在车辆传动系统下游处的转矩的方法，该方法在多个工作点处具有良好的精度。
另一个目的在于提供用于估计在传动系统下游的转矩的方法，该方法具有可承受的计算成本。
另一个目的在于提供采用来自已经由于其它目的而设在车辆上的传感器的数据来估计在车辆传动系统下游处的转矩的方法。
另一个目的在于确保车辆的动力增强装置在需要的情况下被正确启动并且在不再需要使用它时被禁用。
根据本发明，提供了一种估计传递至位于车辆传动系统下游的结构的转矩的方法，所述车辆包括用于产生转矩的发动机、构成为将由所述发动机产生出的一部分转矩传递至车辆的多个车轮并且将由所述发动机产生出的另一部分转矩传递至所述结构的传动系统，所述传动系统包括：
设在所述发动机和所述结构之间的轴装置；
由所述轴装置支撑的行星齿轮传动装置；
与所述轴装置平行布置的变速器单元，
其特征在于，根据以下一组参数估计出传递至所述结构的转矩：
在所述传动系统上游处的转矩；
所述轴装置的扭转量；
表示在变速器单元的输出处的输出转速和在所述变速器单元的输入处的输入转速之间的比值的参数。
根据本发明，可以非常精确的估计出传递至位于所述传动系统下游的结构的转矩。
具体地说，通过考虑表示在所述变速器单元的所述输出转速和所述输入转速之间的比值的参数，从而与只是基于转矩和扭转量的已知方法相比，可以实现更高的精度。
表示在所述变速器单元的所述输出转速和所述输入转速之间的比值的参数一般是已知的。
一般可以通过为了其它目的而设在车辆上的检测器元件来测量出在所述传动系统的输入处的转矩和所述轴装置的扭转量。因此，根据本发明的方法能够在不用在车辆上设置额外的检测器元件的情况下实施。
能够估计出在那里的转矩的位于传动系统下游的结构例如可以为可与一个或多个器具连接并且布置成给这些器具提供动力的动力输出装置。在该情况下，根据本发明的方法可以用于确定动力增强装置是否应该启动以便从发动机获得额外的动力。
能够估计出在那里的转矩的位于传动系统下游的结构也可以不是动力输出装置，并且例如可以包括一个或多个辅助泵，用于给一个或多个辅助装置提供液压动力。在该情况下，根据本发明的方法可以用来确定为了多个目的传递至所述辅助泵的转矩。
附图说明
参照附图将更好的理解本发明，这些附图显示出本发明的一些示例性且非限定性的实施方案，其中：
图1为车辆的传动系统的示意图；
图2显示出三位表面，显示出在车辆动力输出装置处的给定转矩如何能够与所确定的几个参数的组合相关联；
图3为曲线图，示意性地显示出传动系统的轴装置的扭转量在动力输出装置处的变速比和转矩恒定的情况下如何根据传动系统上游的转矩变化；
图4为与图2类似的曲线图，显示出基准面和两个阈值表面；
图5为与图4类似的曲线图，其中只是显示出一个阈值表面；
图6为曲线图，显示出如何通过离散程序估计出在动力输出装置处的转矩；
图7为曲线图，显示出对于在动力输出装置处转矩的不同值而言轴装置的扭转量如何根据在传动系统上游的转矩变化；
图8为与图7类似的曲线图，显示出与某些工况对应的工作点；
图9显示出在旋转状态下的图8的曲线图；
具体实施方式
图1示意性地显示出车辆尤其是作业车辆例如拖拉机或挖掘机20的传动系统1。
该车辆包括内燃机2尤其是柴油发动机，用于旋转驱动发动机轴4。发动机轴4可以为发动机2的曲柄轴。
传动系统1包括设在车辆的发动机2和多个车轮3之间的无级变速器(CVT)，它在图1中只是示意性地显示出。该无级变速器包括具有静液压单元5的静液压传动装置，其轮廓已经由在图1中的虚线示意性地显示出。静液压单元5又包括液压泵6和构成为由液压泵6驱动的液压马达7。
液压泵6具有输入轴11，而液压马达7具有输出轴17。液压泵6可以为变容泵。具体地说，液压泵6可以为轴流泵，并且可以包括与多个轴向活塞协作的斜盘。
设有调节装置8来调节斜盘的位置，即调节斜盘的旋转角度并且因此调节液压泵6的容积。调节装置8例如可以包括电动阀。
通过改变液压泵6的斜盘位置，可以改变在静液压单元5的输出速度和输入速度之间的比值，这可以由适当的参数来表示。具体地说，可以限定参数α来表示在输出轴17的转速和输入轴11的转速之间的比值。
在未示出的实施方案中，液压泵6可以为变容泵，并且液压马达6可以为变容马达。在该情况下，参数α考虑了所选的液压泵6的旋转角度和所选的液压马达7的旋转角度。
液压泵6和液压马达7通过第一管线9和第二管线10相互连接。液压流体可以从液压泵6通过第一管线9输送给液压马达7。在该情况下，液压流体通过第二管线10从液压马达7返回到液压泵6。第一管线9因此为高压管线，而第二管线10为低压管线，因为在第一管线9中的液压流体的压力要高于在第二管线10中的液压流体的压力。
但是如果液压泵6的轴的旋转方向反向，同时所有其它工况保持不变，则液压流体也可以通过第二管线10从液压泵6输送给液压马达7，并且通过第一管线9返回到液压泵6。在该情况下，第一管线9为低压管线，而第二管线10为高压管线。
设有缓冲组件31来将发动机轴4连接至传动系统1的传动轴12。发动机轴4用作驱动轴，因为它通过缓冲组件31旋转驱动传动轴12。
缓冲组件31用来偏转并且因此吸收由发动机2产生出的动力脉冲，从而输送给传动轴12的转矩在发动机循环上更加恒定。
缓冲组件31可以包括与发动机轴4连接的第一转动元件和与传动轴12连接的第二转动元件。第二转动元件可以为缓冲器13，例如包括沿着圆周方向作用以施加缓冲作用的多个弹性元件。
第一转动元件例如可以为飞轮。
在EP0741286中可以找到涉及缓冲器13的结构的更详细信息，该文献涉及机械缓冲器。在可选方案中，可以采用其它类型的缓冲器，例如粘性阻尼器。
液压泵6的输入轴11与发动机2机械连接，从而输入轴11可以由发动机2转动驱动。输入轴11可以通过机械连接例如相对于输入轴11固定的齿轮14与发动机2连接。
齿轮14与相对于传动轴12固定的另一个齿轮15啮合。在齿轮14和另一个齿轮15之间可以设置中间齿轮16。
液压马达7的输出轴17适用于在将液压流体传输到液压马达7中时转动。
设有传感器18来检测输出轴17的速度，尤其是其转速。传感器18可以与相对于输出轴17固定的嵌齿轮19相关联，从而传感器18用来测量嵌齿轮19的转速以及因此输出轴17的转速。
可以设置检测器20来检测在传动系统1上游尤其是在缓冲器13处的一个或多个工作参数。检测器20可以构成为检测通过检测器13传递至传动轴12的转矩，即在传动系统1上游的转矩M。
离合器21使得车轮3能够选择地与发动机2连接或断开。在发动机2和离合器21之间设有机械传动装置。在图1中所示的实施方案中，机械传动装置包括行星齿轮传动装置22。
静液压单元5与支撑着行星齿轮传动装置22的传动轴12平行地布置。
行星齿轮传动装置22包括能够由静液压传动装置的输出轴17转动的环形件或外环23。为此，外环23可以相对于布置成与嵌齿轮19、20啮合的中间齿轮24固定。
行星齿轮传动装置22还包括由行星齿轮架26支撑的多个行星齿轮25。
行星齿轮传动装置22还包括可以相对于传动轴12固定的太阳齿轮27。还设有能够与行星齿轮啮合的另一个太阳齿轮28。
动力任选可以通过行星齿轮架26或通过另一个太阳齿轮28传递至车轮3，在该情况下行星齿轮架26自由地转动。
在行星齿轮传动装置22和离合器21之间设有同步装置29，用来使得传动系统1的各个齿轮能够平滑啮合。
可以设有一个以上的同步装置，但是它们没有显示出，因为它们对于执行下面所述的方法而言不相关。例如，未示出的另一个同步装置可以与相对于另一个太阳齿轮28固定的管状元件30相关联。
由发动机2产生出的转矩分成两个转矩部分，它们通过两个不同的输入转矩路径达到行星齿轮25。第一输入转矩路径从发动机2经由发动机轴4通向传动轴12，然后通过齿轮14、15通向静液压单元5，并且最终通过嵌齿轮19和中间齿轮24到达行星齿轮传动装置22的外环23。第二输入转矩路径从发动机轴4通过传动轴12和太阳齿轮27通向行星齿轮架26。这两个输入转矩路径在行星齿轮25处相互连接。
转矩通过两个可选的输出转矩路径离开行星齿轮。第一输出转矩路径穿过行星齿轮架26、管状元件30和同步装置29。第二输出转矩路径从另一个太阳齿轮28通向未示出的另一个同步装置。
在可选的实施方案中，可以提供不同配置的转矩路径以通过行星齿轮传动装置22传递转矩。
在图1中示意性地显示出的动力输出装置32可以设在传动系统下游。一个或多个器具可以与动力输出装置32连接以便通过传动系统接收动力而由发动机2驱动。
设有检测元件33来检测传动轴12的扭转量Δθ。扭转量Δθ表示由于发动机2所施加的转矩而导致的传动轴12的扭转角。
通过将来自检测器20的信号与来自检测元件33的另一个信号组合来计算出扭转量Δθ。
该车辆可以包括布置成给多个辅助装置例如提升装置或一个或多个分配器提供液压动力的辅助泵。这些辅助泵与传动轴12连接以便由后者驱动。
该车辆可以包括动力增强装置，用于在转矩在动力输出装置32下游传递时从发动机2请求额外的动力以便驱动与动力输出装置32连接的器具。动力增强装置在动力输出装置32处的转矩T克服了预定阈值时被启动，并且在动力输出装置32处的转矩低于预定阈值时被禁用。
启动阈值可以与关闭阈值不同。例如，启动阈值可以大于关闭阈值。
因此，为了正确地启动和禁用动力增强装置，重要的是要确定传递至动力输出装置32的转矩T的值。
在传动系统的上游和下游的转矩之间限定有下面的关系：
M＝T+W+H
其中M为传动轴1上游的转矩。具体地说，M表示例如由检测器20在缓冲器13处测量出的由发动机2产生出并且传递至传动轴12的转矩。T为传递至动力输出装置32的转矩。W表示传递至车轮3的转矩。H为传递至辅助泵的转矩，如果有的话。从实际角度看，如果动力输出装置32正在作用，则基本上可以忽略有辅助泵所给出的贡献。
虽然检测器20和检测元件33使得能够测量出传动轴3的扭转量Δθ，但是该测量不会给出任何指示，例如传递至车轮3的转矩引起多少扭转量Δθ，传递至动力输出装置32的转矩引起多少扭转量Δθ，以及由传递至辅助泵的转矩引起多少扭转量Δθ，如果有的话。
为此，单独从扭转量Δθ不能推导出由传动系统1施加在动力输出装置32上的转矩T。
试验已经表明，在动力输出装置32处在传动系统下游的转矩T为三个参数的函数，即：
由发动机2在传动系统1上游尤其是由检测器20在缓冲器13处测量出的转矩M；
传动轴12的扭转量Δθ，尤其是由在缓冲器13处的检测器20和在动力输出装置32处的检测元件33测量出的扭转量；
例如由参数α表示的在静液压单元5的输出速度和输入速度之间的比值。
这已经通过数学计算进行确认，这已经表明，在由三个轴即传动系统1上游的转矩M、扭转量Δθ和参数α限定的三维空间中，在动力输出装置32处具有相同转矩值T的所有位置都位于三位表面例如曲面上。在图2中显示出该表面。换句话说，如图3所示，对于在动力输出装置32处的给定转矩T，扭转量Δθ根据对于参数α的不同值而不同的曲线根据在传动系统1上游的转矩M变化。
因此，在其中扭转量Δθ相对于传动系统1上游的转矩M和参数α画出的三维空间中，第一表面SON显示出对于在动力输出装置32处转矩的给定值而言尤其是对于与阈值即要启动动力增强装置的值的转矩值T而言扭转量Δθ如何根据转矩M和参数α变化。在相同的三维空间中，可以限定第二表面SOFF，它绘制出对于在动力输出装置32处转矩的给定值而言尤其是对于与阈值即要禁用动力增强装置的值的转矩值T而言相对于转矩M和参数α变化的扭转量Δθ。最后，可以限定出基准面SREF，它连接着与在动力输出装置32处的转矩T的基准值对应的位置。例如，基准值可以为零。在图4中显示出SON、SOFF和SREF。
已经表明，如果动力输出装置32和辅助泵不在工作从而由发动机2所产生出的基本上所有转矩都传递至车轮3，则在传动系统1上游的转矩M、扭转量Δθ和参数α之间存在非线性关系。基本上，静液压单元5担负起这种非线性的关系。如果动力输出装置32现在被启动，同时辅助泵仍然未启用，则上述非线性关系继续存在，并且仅仅在三维空间M-α-Δθ中线性偏移。动力输出装置32担负起这种线性偏移。
因此，这些表面SON、SOFF和SREF具有相同的形状。该形状受到用来从发动机2将转矩传递至车轮3的转矩路径的影响。具体地说，这些表面SON、SOFF和SREF在转矩通过行星齿轮架26到达车轮3的情况下具有预定的形状，并且在转矩通过另一个太阳齿轮28到达车轮3的情况下具有不同的形状。第一表面SON是通过使得基准面SREF沿着转矩M轴偏移一个转矩偏差Δx1并且沿着扭转量Δθ轴偏移一个扭转偏差Δy1而得到的。同样，第二表面SOFF是通过使得基准面SREF沿着转矩M轴偏移一个转矩偏差Δx2并且沿着扭转量Δθ轴偏移一个扭转偏差Δy2而得到的。扭转偏差Δy1、Δy2和转矩偏差Δx1、Δx2可以通过试验来确定。
车辆的工况可以由在三维空间M-α-Δθ中的工作点P来表示，如图5所示。工作点P的坐标为由检测器20测量出的在传动系统1上游的转矩MP、从来自检测器20和检测元件33的信号测量出的传动轴12的扭转量ΔθP以及也是已知的参数αP。除了表面SON、SOFF和SREF之外，通过显示出在三维空间M-α-Δθ中的工作点P，可以估计出工作点是否高于或低于第一表面SON和第二表面SOFF，并且因此确定动力增强装置应该是什么状态。
但是，从计算角度看该程序相当复杂，因为它需要计算出通过使得基准面SREF的点偏置而获得的所有点的位置以便画出第一表面SON和第二表面SOFF。这样复杂的程序不会在车辆的控制单元上运行。
因此，提出只是使得工作点P偏置，而不是使得整个表面SON和SOFF偏置。
例如，如果对于工作点P而言期望知道在动力输出装置32处的转矩TP是否高于或低于启动阈值，则可以如上所述一样进行。
首先，通过从测量出的转矩值MP中减去第一表面SON的转矩偏差Δx1来计算出在传动系统上游的工作点P的偏移转矩MS。
同样，通过从测量出的扭转值ΔθP中减去第一表面SON的扭转偏差Δy1来计算出在传动系统下游的工作点P的偏移扭转量ΔθS。
工作点P的参数αP照旧留下。
换句话说，偏移的工作点PS限定为具有以下坐标：
MS＝MP-Δx1
ΔθS＝ΔθP-Δy1
αS＝αP
确定工作点P是否高于启动阈值(即第一表面SON)等同于确定偏移工作点PS是否高于基准面SREF，即偏移的扭转量ΔθS是否大于ΔθREF，其中θREF为对于在传动系统上游的等于MS的转矩值在基准面SREF上计算出的扭转量值Δθ。
从实际角度看，这可以如下来实现。在车辆的控制单元中已经制备并且存储有表格，该表格具有三列，即传动系统1上游的偏移工作点的转矩MS，工作点的参数αP以及扭转量的基准值ΔθREF，该基准值确保了对于所考虑的MS和αP的值而言，在动力输出装置32处的转矩T等于预定的基准值，例如等于零。
该表格具有多排，每排对应于特定的工作点P并且因此对应于特定的偏移工作点PS。该表格因此从表面SREF的离散映射而推导出。
传动系统1上游的偏移工作点的转矩MS以及工作点αP的参数用作上述表格的输入要素。如果在该表格的各排中不存在MS和αP的正确值，则可以采用线性或非线性插值来在出现在该表格中的各个值之间插值。根据这两种输入要素，该表格给出扭转量基准值ΔθREF作为输出，这确保了在传动系统下游的转矩T等于预定的基准值，例如等于零。
代替采用从表面SREF的离散映射推导出的表格，可以直接采用表面SREF的数学方程以便计算出扭转量基准值ΔθREF。该数学方程例如可以为4阶或五阶方程。
在获得扭转量基准值ΔθREF之后，可以将该基准值与偏移的工作点的扭转量ΔθS进行比较，以便确定偏移工作点的扭转量ΔθS是否大于或小于扭转量基准值ΔθREF。
如果发现偏移的工作点的扭转量ΔθS大于扭转量基准值ΔθREF，则工作点P高于第一表面SON，即在工作点P中在动力输出装置32处的转矩T大于启动阈值。动力增强装置因此应该启动，因为动力正在传递至与动力输出装置连接的装置。
这对应于在图5中所示的实施例。另一方面，如果发现偏移工作点的ΔθS小于扭转量基准值ΔθREF，则工作点P低于第一表面SON，即在工作点P中在动力输出装置32处的转矩T小于启动阈值。在该情况下，如果动力增强装置处于禁用状态，则它应该留在该状态中。
可以采用类似的方法来确定工作点P是否高于或低于第二表面SOFF，即在该工作点P中在动力输出装置32处的转矩T是否高于或低于关闭阈值。在该情况下，通过从其坐标中相应地减去第二表面SOFF的转矩偏差Δx2和扭转偏差Δy2来使得工作点P偏移。
然后，如下面参照图6所提出的一样，可以针对在动力输出装置32的转矩T给出离散即非连续的估计。
图6在横轴上显示出在动力输出装置32处的转矩T的实际值TREAL。该实际值TREAL对应于在动力输出装置32处对于任意可能的工作点P的实际转矩TP。在纵坐标上，显示出在动力输出装置处的转矩T的估计值TEST。转矩T的实际启动阈值和关闭阈值分别表示为TON和TOFF。在图6中还画有直线L，它相对于水平方向倾斜45°。
如果，通过上面参照图6所披露的程序发现在工作点P中在动力输出装置32处的转矩大于启动阈值，则在动力输出装置32处估计的转矩赋予估计值T1，其中T1>TON。换句话说，在动力输出装置32处的转矩大于启动阈值时，在动力输出装置32处的估计转矩总是赋予恒定值T1>TON。
如果发现在动力输出装置32处的转矩低于关闭阈值，则在动力输出装置32处的估计转矩赋予恒定值T2，其中T2<TOFF。
最后，如果发现在动力输出装置32处的转矩大于关闭阈值但是小于启动阈值，则在动力输出装置32处的估计转矩赋予恒定值T3，其中：
TOFF<T3<TON
在已经确定在动力输出装置32处估计转矩值时，将估计值发送给车辆的控制单元，从而控制单元能够决定是否应该启动动力增强装置。具体地说，如果在动力输出装置32处的估计转矩值为T1，则控制单元确保动力增强装置处于启动状态。如果在动力输出装置32处的估计转矩值为T2，则控制单元确保动力推动处于禁用状态。如果在动力输出装置32处的估计转矩值为T3，则控制单元将动力增强装置留在其中它之前所处的状态中。
即使上面所述的程序仅仅给出了在动力输出装置32处下游的估计转矩的三个离散的值，并且因此不能正确确定出有效的转矩值，但是它对于所期望的目的而言足够精确，即使得动力增强装置能够在实际需要时启动并且在不需要的情况下禁用。
另外，从计算视角看上面的程序不是太复杂并且甚至可以通过在车辆上常用类型的控制单元来成功实施。
在传动系统上游的偏移工作点的转矩MS和工作点的参数αP作为输入要素输入在该表格中时，在控制单元中存储将扭转基准值ΔθREF赋予为输出的表格就足够了。
然后通过两次简单的减法来计算出偏移工作点PS的坐标。仅需要的另一个数学计算是在扭转基准值ΔθREF之间的比较操作。根据该比较的结果，将T1、T2或T3选择作为在动力输出装置32处的估计转矩。
最后，可以通过从为了其它目的而已经设在车辆上的检测元件中获取的数据来实施上面的程序。检测器20和检测元件33在所披露类型的车辆上一般都有，从而不必安装特殊的传感器。
在一些情况下，需要连续估计出在动力输出装置32处转矩T如何变化。某些用途需要表示在动力输出装置32处的转矩T如何变化的连续信号。在这些情况下，只是给出在动力输出装置32处的估计转矩的三个离散值的上述程序是不够的，并且必须采用不同的程序。
现在将描述根据不同实施方案的方法。在该情况下，可以部分采用上述程序来获得在动力输出装置32处的转矩的连续估计。为此，要计算出在偏移工作点的扭转量ΔθS和扭转量基准值ΔθREF之间的差值DΔθ。然后将该差值除以表示传动系统1的弹性的系数，由此获得在动力输出装置32的转矩T的估计值。实际上，传动系统1上游的转矩取决于扭转量Δθ除以传动系统1的弹性系数。
这是容易理解的，因为如果传动轴12更加弹性，则更大的扭转量Δθ将与预设定的传动系统1下游的转矩相关联。
一旦直到传动系统1的几何形状和构成传动轴12的材料的特性，就能够计算出传动系统1的弹性系数。作为可选的方案，也可以根据试验结果来确定弹性系数。
下面将参照图7至9来说明用来确定在动力输出装置32处的转矩T如何变化的另一个更精确的程序。如上所述，对于给定的参数值α，在动力输出装置32处具有预定转矩值T的位置可以由在二维空间中的线条表示，在该二维空间中相对于传动系统1上游的转矩M画出传动轴12的扭转量Δθ。图7涉及这样的实施例，其中对于给定的参数值α，在二维空间M-Δθ中已经显示出三条线L1、L2、L3(分别对应于在动力输出装置32处0Nm、100NM和200Nm的转矩T)。为了简化起见，这些直线L1、L2、L3显示为直线，但是它们也可以为曲线。
如图7所示，这些线条L2、L3通过使得线条L1沿着直线R偏移而得到。换句话说，在将这些位置与在动力输出装置32处的恒定转矩值T连接的不同线条之间的偏差彼此线性变化。
直线R因此可以被称为偏置线，因为其位置对应于在不同转矩线L1、L2、L3等之间的偏差。
图8在二维空间M-Δθ中显示出基准线LREF，它连接着所有位置，这些位置对于给定的参数值α具有在动力输出装置32处的等于预选基准值例如零的转矩T。基准线LREF在图8中表示为直线，但是它也可以具有不同的形态。
还显示出偏置线R，它表示在连接着在动力输出装置32处具有恒定转矩值T的位置的不同线条之间的偏差变化。作为直线的线条R可以根据测试结果绘制出。具体地说，偏置线R显示出对于给定的参数值α而言在没有向车轮施加任何转矩时扭转量Δθ如何根据在动力输出装置32出的转矩T变化。
还显示出工作点P，它对应于车辆的某些工况，尤其是传动系统下游的扭转量ΔθP和传动轴12的转矩MP。为了在对应于工作点的工况中确定出在动力输出装置32出的转矩，可以在基准线LREF上使得工作点P偏移。具体地说，可以如下进行偏移：
确定与线条R平行并且穿过工作点P的直线RP；
确定在直线RP和基准线LREF之间的交点PS(或偏移工作点)；
计算出交点PS的坐标；
计算出在工作点P和交点PS(或偏移的工作点)之间的距离。从该距离可以确定对于该工作点P在动力输出装置32出的转矩T。
上述四个步骤可以按照如下面参照图9所给出的简化方式实施。
首先，使得平面M-Δθ这样转动，从而偏置线R与垂直或纵轴线一致。换句话说，通过使得偏置线R转动，得到转动后的偏置线RR，它与垂直轴线一致。
因此将与偏置线R平行的穿过工作点P的线条RP转换成与垂直轴线平行的旋转后的线条RPR。
将工作点P和偏移的工作点PS转变成旋转后的工作点PR和旋转后的工作点PSR。由于工作点P和偏移的工作点PS处于相同的直线RP上，所以旋转后的工作点PR和旋转后的工作点PSR将具有相同的横坐标MR。
由于基准线LREF连接着具有等于零的转矩T的位置，所以对于与该工作点P对应的工况而言，在旋转后的工作点PR的坐标ΔθPR和旋转后的偏移工作点PSR的ΔθPSR之间的差值DΔθR与在动力输出装置32出的转矩T成正比。为了针对与工作点P对应的工况获得在动力输出装置32出的转矩值TP，将差值DΔθR除以弹性系数就足够了，该弹性系数如上所述表示传动系统1的弹性。
这个程序能够精确计算出在动力输出装置32处的转矩T。从传动系统上游的转矩和传动系统下游的扭转量Δθ的测量值，可以计算出旋转后的值MR、ΔθR和ΔθPSR。这可以按照从数学角度看简单的方式完成，并且乘法以及加法或减法数量较少。
之后，也是非常简单计算出的差值DΔθR＝ΔθR-ΔθPSR表示在动力输出装置32处的转矩T，并且只需除以弹性系数。
从实际角度看，这可以采用与上面参照离散程序所描述的表格类似的表格来完成。该表面具有三列，即：
传动系统1上游的旋转后的偏移工作点PSR的转矩MR；
旋转后的偏移工作点PSR的参数α(等同于工作点P的参数α，因为在旋转或没有旋转的平面M-Δθ上的所有位置其参数α的值恒定)；
旋转后的偏移工作点PSR的扭转量ΔθPSR，它位于连接着具有等于零的转矩T的位置的旋转后的基准线上。
该表面具有多排，每排对应于特定的工作点P，并且因此对应于特定的旋转后的偏移工作点PSR。因此该表格从这样一个表面的离散映射得出，该表面连接着其在动力输出装置32处的旋转后转矩TR的值等于基准值例如零的所有位置。
将传动系统1上游的旋转后偏移工作点PSR的转矩MR和旋转后偏移工作点PSR的参数α用作上述表格的输入要素。如果在表格的每一排中没有MR和α的正确值，则可以采用线性或非线性插值来在出现在该表格中的各个值之间插值。
从该表格中取出旋转后偏移工作点的扭转量基准值ΔθPSR作为输出要素。之后，计算出在旋转后工作点PR的坐标ΔθPR和旋转后偏移工作点PSR的ΔθPSR之间的差值DΔθR。将该差值除以弹性系数以便得到在动力输出装置32处的转矩T。
代替采用上述表格，可以通过直接采用连接着其在动力输出装置32处的旋转后转矩值TR等于基准值例如零的所有位置的表面的数学方程。该数学方程例如可以为4阶或5阶方程。
在不同的实施方案中，代替采用具有上述三列的表格，可以通过下面的方程计算出旋转后偏移工作点的扭转量ΔθPSR：
ΔθPSR＝k(α)×MR+k0
其中：
k(α)为随着参数α变化而变化的系数，并且对于给定的参数值α，给出了在传动系统1的输入处的转矩和传动轴12的扭转之间的关系；
k0为能够通过试验确定的常数；
MR为传动系统1上游的旋转后偏移工作点PSR的转矩。
可以通过具有分别对应于参数α和相应的系数k(α)的两列的表格来确定系数k(α)。
该表格具有多排，对应于参数α的不同值。可以采用线性或非线性插值来计算出在表格中不存在的参数α的值的系数k(α)。
在已经计算出旋转后的偏移工作点的扭转量ΔθPSR之后，如上所述一样对它进行处理以便确定出在动力输出装置32处的转矩T。
采用涉及k(α)的关系的方法的实施方案其计算成本少于以前所披露的方法的计算成本，因为采用更不复杂的表格。
代替基于MR、α和ΔθPSR的三列表格，采用基于α和k(α)的两列表格就足够了。后面的表格也可以具有数量更少的排。因此，可以节省计算资源，但是该方法尤其对于某些非线性系统而言比采用三列表格的方法更不精确。
上述程序能够通过采用次数更少的简单数学计算来连续估计出在动力输出装置32处的转矩T。该估计方法相当精确并且依赖于由为了其它目的而通常已经设置在车辆上的传感器检测出的数据。
在未示出的实施方案中，代替静液压单元5，可以采用不同类型的传动单元，例如机械或电子变速器。在后面的情况中，参数α不会收到液压泵6的斜盘的旋转角度影响，但是表示了传动单元的输出转速和输入转速的比例。
代替传动轴12，可以设置更复杂的轴装置，例如包括沿着共同轴线一个接一个布置的可能具有不同直径的多根不同的轴。即使在必须采用传动系统的不同弹性系数的情况下，该方法仍然如前面所述一样工作。
代替由位于缓冲器13处的检测器20测量，可以在发动机2和传动系统1之间的任意其它位置中测量传动系统上游的转矩M。
上面的说明一直涉及估计在动力输出装置32处的转矩T。更准确的说，实际估计的是在动力输出装置32处的转矩T和在辅助泵处的转矩H的总和。但是，在动力输出装置32启用时，实际上可以将辅助泵的贡献忽略不计。为此，准确的说，上面所述的方法能够估计出在动力输出装置32处的转矩T。
另一方面如果动力输出装置32未启用，则可以将转矩H发送给辅助泵。在该情况下，上面所披露的方法可以用了在估计在辅助泵处的转矩H，因为在总和T+H中T的贡献基本上可忽略。可以遵循如上所述的相同程序，但是应该采用不同的弹性系数。这是由于插入在发动机2和动力输出装置32之间的部件的弹性与插入在发动机2和辅助泵之间的部件的弹性不同。
因此，可以说，上面所披露的方法用来估计传递至位于传动系统下游的结构的转矩，其中该结构例如可以为动力输出装置32或辅助泵。
另外，上面所披露的方法也可以用来估计在车轮3处发送的转矩。为此，可以从由在缓冲器13处的检测器20测量出的传动系统1上游的转矩M减去传动系统1所估计的总和T+H的值。因此得到转矩W，它表示传递至车轮3的转矩。为了得到传递至车轮3的转矩的确切值，将转矩W除以传动比。
因此，可以说，所披露的方法能够确定在传动系统下游的选定位置处的转矩，其中选定位置可以为动力输出装置32或辅助泵或车轮3。

Claims (15)

1.一种估计传递至位于车辆传动系统(1)下游的结构(32)的转矩(T；H)的方法，所述车辆包括用于产生转矩(M)的发动机(2)、构成为将由所述发动机(2)产生出的转矩(M)的一部分(W)传递至车辆的多个车轮(3)并且将由所述发动机(2)产生出的转矩(M)的另一部分(T+H)传递至所述结构(32)的传动系统(1)，所述传动系统(1)包括：
设在所述发动机(2)和所述结构(32)之间的轴装置(12)；
由所述轴装置(12)支撑的行星齿轮传动装置(22)；
与所述轴装置(12)平行布置的变速器单元(5)，
其特征在于，根据以下一组参数估计出传递至所述结构(32)的转矩(T；H；W)：
在所述传动系统(1)上游处的转矩(M)；
所述轴装置(12)的扭转量(Δθ)；
表示在所述变速器单元(5)的输出处的输出转速和在所述变速器单元(5)的输入处的输入转速之间的比值的参数(α)。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述变速器单元包括静液压单元(5)，所述静液压单元(5)至少包括液压变容泵(6)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中在由工作点(P)表示的某些工况中估计出传递至所述结构(32)的转矩(T；H)，所述方法包括计算出所述工作点(P)相对于基准要素(SREF；LREF)的移动位置(PS；PR)的步骤，所述基准要素(SREF；LREF)连接着其传递至所述结构(32)的转矩(T；H)为恒定值的多个点，所述恒定值例如等于零。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述基准要素(SREF；LREF)为在由下面轴线所限定的三维空间中的基准面(SREF)：所述传动系统(1)上游的转矩(M)的轴线；所述轴装置(12)的扭转量(Δθ)的轴线；以及所述参数(α)的轴线。
5.如权利要求3或4所述的方法，其中通过减去相对于在所述传动系统(1)上游测量出的所述工作点(P)的转矩(MP)的转矩偏差(Δx1；Δx2)并且减去相对于在所述工作点(P)中测量出的扭转量的值(ΔθP)的扭转量偏差(Δy1；Δy2)，计算出所述工作点(P)的偏移位置，针对所述工作点(P)的所述参数(α)的值(αP)不变，所述转矩偏差(Δx1；Δx2)和所述扭转量偏差(Δy1；Δy2)限定了至少一个阈值面(SON；SOFF)在所述三维空间中相对于所述基准面(SREF)如何定位，所述至少一个阈值面(SON；SOFF)连接着其在所述传动系统(1)下游的转矩(T；H；W)等于阈值(TON；TOFF)的多个点。
6.如前面权利要求中任一项所述的方法，其中所述结构包括所述车辆的动力输出装置(32)。
7.如引用权利要求5的权利要求6所述的方法，其中考虑了两个阈值面(SON；SOFF)，第一阈值面(SON)对应于在所述动力输出装置(32)处的转矩的启动阈值(TON)，高于该启动阈值将启动动力增强装置以便提供额外的动力，第二阈值面(SOFF)对应于在所述动力输出装置(32)处的转矩的关闭阈值(TOFF)，低于该关闭阈值将禁用所述动力增强装置。
8.如权利要求3所述的方法，其中所述基准要素(SREF；LREF)为在由下面轴线限定的二维空间中的基准曲线(LREF)：所述传动系统(1)上游的转矩(M)的轴线；所述轴装置(12)的扭转量(Δθ)的轴线，所述二维空间针对所述参数(α)的给定值而被限定。
9.如权利要求8所述的方法，其中在所述二维空间中限定有偏置直线(R)，所述偏置直线(R)显示出在传递至所述车轮(3)的那部分转矩(W)为零时所述轴装置(12)的扭转量(Δθ)如何根据在所述传动系统(1)上游的转矩(M)变化，所述工作点(P)的偏移位置(PR)是通过使得所述二维空间转动以便使得所述偏置直线(R)与纵轴线一致而计算出的。
10.如权利要求3至9中任一项所述的方法，其中采用下面数据作为表格的输入要素：
在传动系统(1)上游的所述工作点(P)的偏移位置中的转矩(MP；MR)；
针对所述工作点(P)的所述参数(α)的值(αP)，所述表格将确保传递至所述结构(32)的转矩(T)等于所述恒定值的扭转量的基准值(ΔθREF；ΔθPSR)作为输出要素给出。
11.如权利要求10所述的方法，还包括将在所述工作点(P)的偏移位置中的所述扭转量(ΔθP)与从所述表格中得到的所述扭转量的基准值(ΔθREF)进行比较的步骤，以便确定传递至所述结构(32)的转矩(T；H)是否大于所述恒定值。
12.如权利要求9所述的方法，其中将所述参数(α)用作表格的输入要素，所述表格作为输出给出系数(k(α))，该系数建立在由所述发动机(2)产生出的转矩(M)和所述轴装置(12)的扭转量(Δθ)之间的关系，从而能通过将所述系数乘以在所述传动系统(1)上游的工作点(P)的偏移位置(PR)中的转矩(MR)，然后加上恒定值(k0)，而计算出确保传递至所述结构(32)的转矩(T)等于所述恒定值的所述扭转量的基准值(ΔθPSR)。
13.如权利要求10或12所述的方法，还包括以下步骤：
计算在所述工作点的偏移位置中的扭转量(ΔθPR)和所述扭转量的基准值(ΔθPSR)之间的差值(DΔθ；DΔθR)；
将所述差值(DΔθ；DΔθR)除以表示所述传动系统(1)的弹性的弹性系数，以便估计出传递至所述结构(32)的转矩(T；H)。
14.如权利要求6所述的方法或者如引用权利要求6的权利要求7至13中任一项所述的方法，其中所述结构还包括至少一个辅助泵，由此：
在所述动力输出装置(32)启用时，所估计出的传递至所述结构的转矩(T；H)表示传递至所述动力输出装置(32)的转矩(T)；
在所述动力输出装置(32)未启用时，所估计出的传递至所述结构的转矩(T；H)表示传递至所述辅助泵的转矩(H)。
15.如前面权利要求中任一项所述的方法，其中在所述结构(32)处估计出的转矩(T；H)和由所述发动机(2)产生出的转矩(M)之间计算出转矩差，将所述转矩差除以传动比，以便计算出传递至所述车辆的车轮(3)的转矩的部分。
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