CN106015557A - 变速器输入扭矩管理 - Google Patents

Abstract

公开了一种变速器输入扭矩管理。一种操作车辆的方法包括测量变速器输出扭矩、测量泵轮和涡轮的速度、估计变速器组件扭矩以及调节发动机扭矩以避免诸如齿轮的变速器组件超载。该方法并不依赖于发动机扭矩的准确估计。此外，该方法并不依赖于每个齿轮比下的固定变速器扭矩等级。

Description

变速器输入扭矩管理

技术领域

本公开涉及车辆控制领域。更具体地，本公开涉及一种基于组件扭矩估计来减轻变速器组件损坏的方法。

背景技术

一些车辆在宽车速范围内使用，包括向前运动和倒车运动。然而，某些类型的发动机仅能在窄的车速范围内运转。因此，经常采用能够在多个传动比下有效传递动力的变速器。变速器传动比是输入轴速度与输出轴速度的比。当车辆处于低速时，变速器通常在高传动比下操作从而能够使发动机扭矩倍增以提高加速度。在高车速下，变速器在低传动比下操作允许发动机速度与安静、燃料效率巡航相关联。

常规类型的自动变速器包括齿轮箱，该齿轮箱能够交替建立固定数量的动力流动路径，每个动力流动路径均与固定的传动比关联。齿轮箱包括诸如离合器和制动器的多个换挡元件。特定的动力流动路径通过接合换挡元件的特定子集而建立。为了从一个动力流动路径切换到具有不同的传动比的另一个动力流动路径，必须释放一个或更多个换挡元件同时必须接合一个或更多个其他换挡元件。一些换挡元件是被动装置，例如单向离合器，而其他换挡元件响应于控制器的命令而接合或分离。例如，在一些自动变速器中，换挡装置是液压控制式摩擦离合器或制动器。控制器通过调节螺线管(solenoid)的电流(这可调节阀上的力，进而调节液压回路中的压力)来调节换挡元件的扭矩容量。

大部分变速器装配有起动装置。当车辆静止或行驶地非常慢时，齿轮箱输入速度小于发动机的最小运转速度。起动装置将发动机的扭矩传递至齿轮箱输入端同时允许发动机以可接受的速度旋转。常规的起动装置是变矩器，该变矩器包括由发动机驱动的泵轮和驱动齿轮箱输入端的涡轮。扭矩从泵轮液动地传递到涡轮。一些变矩器还包括液压控制式锁止离合器，该锁止离合器结合泵轮和涡轮，绕过液动动力传递路径以提高较高车速下的效率。其他变速器使用主动控制式起动离合器作为起动装置。

现代的自动变速器由每个一定时间调节每个换挡元件(包括任何锁止离合器)的扭矩容量的微处理器控制。在每个时间间隔下，控制器收集指示驾驶员意图的信息(例如，换挡器(PRNDL)、加速踏板和制动踏板的位置)。控制器还收集与车辆的当前运转状态(例如，车速)和发动机的当前运转状态相关的信息。渐增地，还可从诸如防抱死制动控制器和GPS系统的其他源获得信息。利用这样的信息，控制器确定是否保持当前建立的动力流动路径或者换挡至不同的动力流动路径。如果控制器决定换挡至不同的动力流动路径，则控制器以相协调的方式调节即将分离的换挡元件和即将接合的换挡元件的扭矩容量，以进行尽可能平稳的切换。

控制器还通过命令节气门位置、点火正时、燃料流量等来调节发动机产生的扭矩。在一些车辆中，单个微处理器可控制发动机和变速器两者。在其他车辆中，发动机和变速器可通过经由控制器局域网络(CAN)而相互通信的单独的微处理器控制。当利用单独的控制器时，发动机控制器通常基于加速踏板位置、发动机速度和车速来确定期望的扭矩水平。然而，变速器控制器在某些环境下可要求发动机控制器命令不同的扭矩水平。例如，在换挡的惯性阶段期间，变速器控制器可要求发动机扭矩降低。

发明内容

一种在驾驶循环期间操作变速器的方法包括：重复地测量变速器输出扭矩和变速器输入速度；重复地估计变速器组件扭矩；响应于所估计的组件扭矩接近预定极限值而调节发动机扭矩。组件扭矩还可基于涡轮速度的测量值和变速器输入速度的导数以及涡轮速度的导数。该方法还可被编程到变速器控制器中。当在变矩器开启的情况下以给定的发动机速度和给定的齿轮比运转时，该方法调节节气门位置以将组件扭矩保持在极限值处。不同的环境条件，例如不同的温度，会使发动机扭矩估计不同而组件扭矩保持不变。

根据本发明，一种变速器控制器包括：用于接收输出扭矩信号和变速器输入速度信号并用于发送限制发动机扭矩的请求的通信信道；控制逻辑，被配置为基于输出扭矩信号和输入速度信号估计变速器组件上的扭矩以及响应于所估计的组件扭矩达到预定极限值而请求降低发动机扭矩以避免变速器组件超载。

根据本发明的一个实施例，变速器组件上的扭矩还基于变速器输入速度的导数。

根据本发明的一个实施例，通信信道还接收涡轮速度信号，其中，控制逻辑还被配置为利用涡轮速度来估计变速器组件上的扭矩。

根据本发明的一个实施例，变速器组件是齿轮。

附图说明

图1是变速器的示意图。

图2是在变速器以固定的齿轮比操作时估计组件扭矩的流程图。

图3是在变速器换挡时估计组件扭矩的流程图。

图4是基于估计的组件扭矩值来设定发动机扭矩以避免变速器组件超载的流程图。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅是本发明的示例，其他实施例可采用各种和可选的形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，在此公开的特定结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为教导本领域技术人员以各种方式利用本发明的代表性基础。如本领域技术人员将理解的，参照任一附图描述和示出的各个特征可与一个或更多个其他附图中示出的特征结合以产生未被明确示出或描述的实施例。所示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。特征的各种组合和变型都与本公开的教导一致，然而，这些组合和变型也可期望用于特定应用或实施。

控制液压致动式自动变速器需要操纵多个压力命令来实现期望的结果。期望的结果可以是(例如)在作为时间函数的特定的扭矩和速度特征下进行升挡或降挡。例如，对于升挡，期望的结果可以是在占用了特定的时间量的扭矩传递阶段之后，在惯性阶段期间有特定的传动比随时间变化的曲线图。在开环控制中，控制器利用变速器模型来计算什么样的压力命令将产生期望的结果，然后命令这样的压力值。模型可以是基于测试代表性变速器的经验模型，或者可通过物理定律和标称(nominal)变速器特征(例如，尺寸)得出。然而，因为多种原因，变速器的实际行为会与模型不同。第一，相同设计的变速器之间存在部件与部件间的变化。第二，由于逐渐磨损或异常的事件使得特定的变速器随时间变化。第三，变速器响应诸如温度、气压等的多种环境因素。

为了在存在这些变化(称为噪声因素)的情况下改善控制，控制器可利用闭环控制。闭环控制在诸如换挡的特定事件期间改善结果。在闭环控制中，控制器测量限定期望的行为(例如，传动比)的特性。测量值与目标值之间的差称为误差。命令的压力被设定成开环项加一个或更多个闭环项。比例项(p项)与误差成比例，微分项(d项)与误差的微分成比例，积分项(i项)与误差的积分成比例。每个闭环项均具有比例系数。这些系数在校准期间设定，使得不论是否存在噪声因素，结果都朝向具有最小振荡的期望行为快速收敛。

自适应控制改善了多个事件的结果。在一个事件之后，控制利用在该事件期间进行的测量来修正模型。(有时这可隐含地完成而非明确地完成，例如通过修改开环项完成。)随着模型变得更好地表示特定的变速器和当前的条件，未来事件的开环控制变得更好。这使闭环项需要容许的误差最小。

闭环控制和自适应控制两者都需要测量或估计限定期望的行为的特性。理想情况下，这可通过针对每个特性都配有单独的传感器来完成。不幸的是，传感器使设计增加了成本和重量并会引入故障模式。此外，因为传感器可能需要埋在变速器的不易接近的位置，所以难以测量一些参数。因此，在实践中，限制传感器的数量和类型。当没有针对限定期望的行为的特性的传感器时，可利用模型基于可用的测量到的特性来估计值。在利用这些模型计算开环项时，模型会经受同一类型的噪声因素。此外，模型可包括假设，即，使其仅在某些操作条件下有效，例如当处于2挡时。为了在所有相关的操作条件下估计特性，控制器可能会需要利用多个模型。在一些操作条件下，一个以上的模型会是有效的，这导致可能相矛盾的估计。在这样的情况下，控制器必须确定信任哪个估计。控制器可利用信任的模型修正其他模型，以在信任的模型不可用的操作条件下改善估计。

将参照特定的变速器布置描述多个模型。参照可用的传感器读数的特定集合描述利用这些模型来估计未测量的参数的方法。最后讨论修正模型的方法。虽然描述是参照特定的变速器布置和传感器阵列的，但是本领域技术人员可将所描述的方法应用到不同的变速器布置和传感器阵列。

图1示出了代表性的前轮驱动式自动变速器。变速器被包含在固定到车架的壳体10中。输入轴12由车辆发动机驱动。输入轴可经由将变速器与发动机扭矩脉动隔离的阻尼器连接到发动机。输出元件14驱动车轮。输出元件14可经由主减速器和差速器而可驱动地连接到车轮。主减速器将动力传递到平行轴并使使扭矩倍增至固定的主减速比(final drive ratio)倍。主减速器可包括副轴齿轮、链和链轮和/或行星齿轮传动。差速器在左前轮和右前轮之间分配动力，同时在车辆转弯时允许轻微的速度差异。一些车辆可包括将动力传递到后轮的取力(power take-off)单元。

变矩器16具有固定到输入轴12的泵轮18和固定到涡轮轴22的涡轮20。变矩器16将扭矩从输入轴12传递到涡轮轴22同时允许涡轮轴22比输入轴12旋转地慢。当涡轮轴22大体上比输入轴12旋转地慢时，变矩器导轮24通过单向离合器26保持不旋转，使得施加到涡轮轴22的扭矩是在输入轴12处供应的扭矩的倍数。当涡轮轴22的速度接近输入轴12的速度时，单向离合器26超越(overrun)。变矩器16还包括选择性地将输入轴12连接到涡轮轴22的锁止离合器28。

齿轮箱30在涡轮轴22和输出元件14之间建立多个传动比。具体地，齿轮箱30具有三个行星齿轮组和五个换挡元件，建立六个前进传动比和一个倒车传动比。简单行星齿轮组40、50和60均具有绕公共轴线旋转的中心齿轮42、52、62、行星架44、54、64和环形齿轮46、56、66。每个行星齿轮组还包括相对于行星架旋转并与中心齿轮和环形齿轮两者啮合的多个行星齿轮48、58、68。行星架44固定地连接到环形齿轮66和输出元件14，行星架54固定地连接到环形齿轮46，环形齿轮56固定地连接到行星架64，中心齿轮52固定地连接到涡轮轴22。

通过接合换挡元件的多个组合而建立多个传动比。选择性地保持齿轮元件不旋转的换挡元件可称为制动器，而选择性地将两个旋转元件彼此连接的换挡元件可称为离合器。离合器72和74分别选择性地将涡轮轴22连接到行星架64和中心齿轮62。制动器76和78分别选择性地保持中心齿轮62和中心齿轮42不旋转。制动器80择性地保持行星架64不旋转。最后，单向离合器82被动地保持行星架64沿一个方向不旋转同时允许沿相反方向旋转。表1示出了接合哪些换挡元件来建立每个传动比。

表1

换挡元件72至80可以是液压致动的多片湿式摩擦离合器或制动器。控制器84控制流向每个换挡元件的变速器流体的压力。该控制器可调节供至一个或更多个可变力螺线管的电流以控制供应至每个离合器的压力。当增压流体首先被供应到换挡元件时，会使活塞运动至冲程位置。然后，活塞迫使摩擦片挤压在一起而使换挡元件传递扭矩。扭矩容量是可忽略的直到活塞达到冲程位置。一旦活塞达到冲程位置，扭矩容量随着流体压力几乎线性增大。当压力释放时，复位弹簧使活塞运动到释放位置(非冲程位置)。控制器从涡轮速度传感器(Spd)86、输出速度传感器(Spd)88和输出扭矩传感器(Tq)90接收信号。

为了相对于传感器86、88和90测量的值估计特定元件的速度和特定元件上的扭矩，需要模型。这样的模型可基于不考虑任何寄生动力损失的每个组件的速度和扭矩的关系而得到。如果相互固定的一组组件被建模为刚性元件，则在这组组件(称为轴)上施加的扭矩和与轴的旋转加速度成比例。比例系数称为转动惯量J，其可基于尺寸和材料密度而估计得到或者可通过实验测量到。

Στ＝Ja

图1的齿轮箱30具有六个这样的轴：涡轮轴22和中心齿轮52；中心齿轮42；输出元件14、行星架44和环形齿轮66；行星架54和环形齿轮46；行星架64和环形齿轮56；以及中心齿轮62。

不考虑寄生损失时，行星齿轮组的元件的速度及其相关的扭矩与中心齿轮上的齿数N_中心齿轮和环形齿轮上的齿数N_环形齿轮相关。具体地，对于简单地行星齿轮组而言：

N_中心齿轮ω_中心齿轮+N_环形齿轮ω_环形齿轮＝(N_中心齿轮+N_环形齿轮)ω_行星架

N_环形齿轮τ_中心齿轮＝N_中心齿轮τ_环形齿轮

τ_中心齿轮+τ_行星架+τ_环形齿轮＝0

对于双小齿轮(double-pinion)行星齿轮组而言：

N_环形齿轮ω_环形齿轮-N_中心齿轮ω_中心齿轮＝(N_环形齿轮-N_中心齿轮)ω_行星架

N_环形齿轮τ_中心齿轮＝-N_中心齿轮τ_环形齿轮

τ_中心齿轮+τ_行星架+τ_环形齿轮＝0

摩擦离合器选择性地连接两个元件，称为毂(hub)和壳(shell)。在此处的示例中，虽然选择是任意的，但是图1中的离合器符号的上边缘将被视为壳，而符号的下边缘将被视为毂。施加到每个元件的扭矩是离合器扭矩容量τ_cap和元件的相对速度的函数。具体地，

τ_毂+τ_壳＝0

不考虑寄生损失时，释放的离合器的扭矩容量为零。

对于图1的齿轮箱30，三个行星齿轮中的每个均提供与六个轴的速度相关的一个方程。当齿轮箱在特定齿轮比下接合(未换挡)时，两个接合的离合器均提供与轴的速度相关的一个方程。利用六个轴和五个方程，我们必须具有测量到的一个速度，以能够计算出所有的速度。这个额外的速度可由涡轮速度传感器86或者由输出速度传感器88提供。例如，当3挡接合(离合器74和制动器78接合)时，可通过同时解六个方程来确定六个轴的速度。

N₄₂ω₄₂+N₄₆ω_46,54＝(N₄₂+N₄₆)ω_14,44,46(来自齿轮组40)

N₅₂ω_22,52+N₅₆ω_56,64＝(N₅₂+N₅₆)ω_46,54(来自齿轮组50)

N₆₂ω₆₂+N₆₆ω_14,44,66＝(N₆₂+N₆₆)ω_56,64(来自齿轮组60)

ω_22,52＝ω₆₂(来自接合的离合器74)

ω₄₂＝0(来自接合的制动器78)

ω_14,44,66＝测量值

第二速度传感器可用于确认3挡实际上是接合的。每个速度均与测量到的速度成比例。可提前解方程以获得针对每个齿轮比的每个轴的比例系数。

对于齿轮箱30，要计算21个元件扭矩，其中针对每个行星齿轮组计算3个元件扭矩，针对每个换挡元件计算2个元件扭矩，再加上输入扭矩和输出扭矩。三个行星齿轮组中的每个提供两个扭矩方程。五个换挡元件中的每个均提供一个扭矩方程。六个轴中的每个均提供一个扭矩方程。(传统地，输出扭矩被定义为齿轮箱施加在输出上的扭矩，而其它扭矩被定义为组件施加在轴上的扭矩。因此，输出扭矩相对于组件扭矩位于轴扭矩方程的相对侧。)每个轴方程均需要通过对轴速度进行数值微分而确定的轴加速度。这总共提供17个扭矩方程。当齿轮箱在特定齿轮比下接合时，三个分离的离合器均提供额外的扭矩方程。因此，需要一个感测的扭矩，其由扭矩传感器90提供。例如，当接合3挡时，可通过同时解21个方程来确定扭矩。

N₄₆τ₄₂＝N₄₂τ₄₆

τ₄₂+τ₄₄+τ₄₆＝0

N₅₆τ₅₂＝N₅₂τ₅₆

τ₅₂+τ₅₄+τ₅₆＝0

N₆₆τ₆₂＝N₆₂τ₆₆

τ₆₂+τ₆₄+τ₆₆＝0

τ_毂72+τ_壳72＝0

τ_毂74+τ_壳74＝0

τ_毂76+τ_壳76＝0

τ_毂78+τ_壳78＝0

τ_毂80+τ_壳80＝0

τ_输入+τ₂₂+τ_壳72+τ_毂74＝J_22,52a_22,52

τ₄₂+τ_毂78＝J₄₂a₄₂

τ₄₄+τ₆₆＝τ_输出+J_14,44,66a_14,44,66

τ₄₆+τ₅₄＝J_46,54a_46,54

τ₅₆+τ₆₄+τ_毂72+τ_毂80＝J_56,64a_56,64

τ₆₂+τ_壳74+τ_毂76＝J₆₂a₆₂

τ_毂72＝0(来自分离的离合器72)

τ_毂76＝0(来自分离的制动器76)

τ_毂80＝0(来自分离的制动器80)

τ_输出＝测量值

可对这些方程进行处理(manipulate)使得每个扭矩被表示为两项(其中一项与测量到的扭矩成比例，另一项与测量到的加速度成比例)之和。对于每个齿轮比，可提前确定比例系数。所应用的换挡元件(在本示例中为74和78)的毂和壳的扭矩指示各个换挡元件扭矩容量的下限。然而，实际的扭矩容量可不利用这个模型确定。

上述模型不考虑寄生损失。然而，可修正模型以考虑一些类型的寄生损失。例如，分离的换挡元件不必使扭矩容量为零。可通过根据毂和壳的速度或者根据速度差来计算分离的离合器的扭矩容量，而在模型中考虑这种类型的寄生阻力。可通过在每个轴扭矩方程中增加风阻项，来考虑风阻损失，其中风阻项是轴速度的函数。可通过在将中心齿轮扭矩和环形齿轮扭矩相关的方程中稍微增加或减少齿数，来考虑啮合效率。齿数是增加还是减少取决于相对速度和扭矩的方向。当损失按照这种方式建模时，虽然不能预先简化方程，但仍然可基于单个测量到的速度和单个测量到的扭矩来计算各个组件扭矩。

对寄生损失建模的可选的方法是进行齿轮箱的总计损失建模。可根据测量到的速度和测量到的扭矩和诸如流体温度的其他可能的因素，将齿轮箱的总计动力损失制成表。可使用功率计，使用具体的组件模型，或者两者的一些组合来对该表进行经验填充。使用总计损失模型的一个缺点是不能像组件损失模型计算具体的组件那样来可靠地计算各个组件扭矩。

在传动比之间换挡期间，必须修正组件扭矩的计算。典型的升挡包括三个阶段：准备阶段，扭矩传递(transfer)阶段和惯性阶段。在准备阶段期间，压力被命令到即将接合的换挡元件以使活塞冲程从而使即将接合的换挡元件准备接合。此外，即将分离的换挡元件的扭矩容量可从大大超过所传递的扭矩的保持容量降低至接近实际传递的扭矩的值。在扭矩传递阶段期间，即将分离的换挡元件的扭矩容量逐渐降低而即将接合的换挡元件的扭矩容量逐渐增大。在该阶段期间，在即将分离的换挡元件上几乎不存在或不存在打滑，而在即将接合的换挡元件上有可相当大的打滑。当即将分离的换挡元件的扭矩容量达到零时，与升挡后的挡位相关联的动力流动路径建立。因此，扭矩比等于升挡后的扭矩比。然而，传动比仍等于或几乎等于原传动比。当即将分离的换挡元件完全释放时，扭矩传递阶段结束，惯性阶段开始。在惯性阶段期间，控制即将接合的换挡元件的扭矩容量，以消除即将接合的换挡元件的打滑，并使传动比以受控的方式变成升挡后的传动比。

降挡也包括惯性阶段和扭矩传递阶段，但是它们以相反的顺序发生。在惯性阶段，控制即将分离的换挡元件的扭矩容量，以使传动比以受控的方式变成降挡后的传动比，这包含即将分离的换挡元件的打滑逐渐增大。可通过命令压力以使活塞具有冲程，使即将接合的换挡元件准备接合。在惯性阶段期间，即将接合的换挡元件的扭矩容量逐渐增大同时即将分离的换挡元件的扭矩容量降低至零。

在换挡期间，可既不假设即将接合的换挡元件的打滑为零也不假设即将分离的换挡元件的打滑为零。虽然在升挡的扭矩阶段期间可预期即将分离的换挡元件的打滑为零，并且在降挡的扭矩阶段期间可预期即将接合的换挡元件的打滑为零，但是控制器不能假设这就是事实。因此，组件速度方程中的在变速器处于固定挡位时使用的一个组件速度方程在换挡期间不可用。因此，速度传感器86和88两者协助构建速度方程。在一些换挡中，一个以上的离合器释放且一个以上的离合器接合。在这样的换挡中，必须利用传感器来确定两个以上的轴速度。

类似地，在换挡期间，可既不假设即将接合的换挡元件的扭矩容量为零也不假设即将分离的换挡元件的扭矩容量为零。虽然在升挡的准备阶段期间以及降挡的惯性阶段期间可预期即将接合的换挡元件的扭矩容量为零，但是控制器不能假设这就是事实。有时，仅仅意在使活塞具有冲程的压力实际上会使扭矩容量增大。因此，组件扭矩方程中的在变速器处于固定挡位时使用的一个组件扭矩方程在换挡期间并不可用。如果变速器未装配有第二扭矩传感器，那么可使用模型来估计输入扭矩以提供额外的组件扭矩方程。

τ_输入＝τ_涡轮+τ_毂28

当变矩器锁止离合器28分离时，锁止离合器28的毂处的扭矩为零。因此，变矩器的模型可提供在换挡期间所需要的额外的扭矩估计。对于特定的变矩器几何结构(直径、叶片角等)，在变矩器的元件上施加的液动扭矩是涡轮速度和泵轮速度的函数。诸如流体温度的环境因素也会在一定程度上影响该关系。在第2013/0345022号的美国专利公开中描述了适当的变矩器模型，在此通过引用将其包含于其中。具体地，

τ_涡轮+τ_泵轮+τ_导轮＝0

函数f1和f2可通过经验确定并可被控制器存储为表格。涡轮速度直接利用传感器86测量。泵轮速度等于发动机曲轴速度，并可使用第三速度传感器或者通过与发动机控制器通信而获得。

另一方面，当锁止离合器28接合时，发动机扭矩的模型可提供在换挡期间所需要的额外的扭矩估计。变速器控制器可从保持发动机扭矩模型的发动机控制器要求获得当前的发动机扭矩估计。

τ_发动机+τ_泵轮+τ_壳28＝J₁₂a₁₂

当锁止离合器28被完全接合时，泵轮扭矩为零。当锁止离合器打滑时，上述的液动模型可以被用来估计泵轮扭矩。

在换挡期间，扭矩容量的精确控制是重要的以实现平稳换挡。例如，在扭矩传递阶段期间，即将接合的换挡元件的扭矩容量的增大必须与即将分离的换挡元件的扭矩容量的减小仔细协调。如果相对于输入扭矩和即将分离的换挡元件的扭矩容量的减小速率而言即将接合的换挡元件的扭矩容量斜坡上升得太慢，则发生发动机爆发(flare)。另一方面，如果即将接合的换挡元件的扭矩斜坡上升过快，则发生绑定条件(tie-up condition)。两种情况均导致输出扭矩的过度下降。

换挡的开环控制通过具有针对每个换挡元件的模型进行辅助。每个离合器的扭矩容量通过调节供到阀体中的螺线管的电流而调节。阀体中的阀通过调节流体回路中与由螺线管产生的力成比例的压力而作出响应。流体被引导到离合器应用室，在离合器应用室，流体推动活塞来压迫带有交错摩擦片和分隔片的离合器片组。当压力被释放时，复位弹簧迫使活塞返回。在液压致动式摩擦离合器或制动器的示例性稳态模型中，扭矩容量是所供给的电流的函数。这个函数通常具有两部分。在第一部分中，从零电流到克服复位弹簧的力所需的电流，扭矩容量为零。超过克服复位弹簧所需的电流，扭矩容量相对于电流线性增加。在替代模型中，流体压力是电流的函数，扭矩容量是流体压力的函数。如果压力传感器可用于提供压力反馈信号，则替代模型可能是有用的。在一些模型中，可以考虑诸如温度的其它因素。液压致动的换挡元件的动力学模型可以考虑活塞从释放位置移动到冲程位置的时间延迟。

在每个时间步骤中，控制器确定每个换挡元件的期望的扭矩容量，然后使用换挡元件模型确定命令多大的电流到相应的螺线管。但是，这种开环控制的方法受制于由各种噪声因素导致的不准确度。当基于测量的扭矩容量估计是可用的时，可使用闭环项降低不准确度。当离合器打滑时，诸如处在升挡的扭矩阶段的即将接合的换挡元件或处在降挡的扭矩阶段的即将分离的元件，上述的齿轮箱模型提供这样的估计。此外，估计的扭矩容量可用于适应性地修正换挡元件模型。因此，即使是当换挡元件不打滑时，诸如处在升挡期间的即将分离的元件或处在降挡期间的即将接合的元件，控制也被改善。

当变速器处于固定齿轮比时，存在预测齿轮箱输入扭矩的多个模型。这可提供适应性地改进一个或两个模型的机会。通过齿轮箱模型与扭矩传感器读数和速度传感器读数组合而产生一个估计。这种模型可包括组件寄生损失模型或总计寄生损失模型。当锁止离合器28完全接合时，第二齿轮箱输入扭矩估计是基于发动机模型的。发动机模型可基于诸如节气门设置、点火正时和发动机速度等的发动机操作参数。发动机模型趋向于易受噪声因素(例如，未被考虑的环境条件、磨损以及部件与部件间的变化性)的影响。类似地，当锁止离合器28分离时，第二齿轮箱输入扭矩估计是基于变矩器模型的。如果估计有所不同，则变矩器模型、总计齿轮箱损失模型或者两者可被修改以使估计更加接近。

上述若干模型可以在控制器84中表示为一个或更多个查找表。查找表存储针对一个或更多个模型输入变量的值的各种组合的模型输出变量的预测值。当只有一个输入变量时，查找表被称为一维的。例如，一维查找表可用于通过存储各种命令压力下的离合器扭矩容量的值来表示离合器传递函数模型。当输出变量取决于多个输入变量时，使用较高维的查找表。例如，用于三挡的总计齿轮箱损失模型可被表示为基于齿轮箱输入扭矩、齿轮箱输入速度和温度的三维查找表。如果模型包括多个输出变量，它可以由多个查找表来表示。例如，变矩器模型可以具有用于泵轮扭矩的一个查找表和用于涡轮扭矩的另一个查找表。

为了找到基于模型输入变量的特定值的模型输出变量的值，控制器找到与特定值最接近的存储的点，然后进行内插。例如，为了找到1200rpm输入速度和75Nm输入扭矩下的预测的齿轮箱损失，控制器可以在(1000rpm，70Nm)、(1500rpm，70Nm)、(1000rpm，80Nm)和(1500rpm，80Nm)处的所存储的损失值之间插值。为了找到对应于期望的输出变量的输入变量，使用反向插值。例如，为了找到用于95Nm的期望的离合器扭矩容量的开环压力命令，控制器可在产生92Nm的存储点和产生96Nm的存储点之间进行内插。这种反向插值只有当底层函数是单调的时产生唯一解。或者，模型可以被重新用公式表示使得扭矩容量是输入变量而命令压力是输出变量。

已知若干种方法适应性地更新被表示为查找函数的模型。这些方法包括随机修正(stochastic adaptation)方法和周期修正(periodic adaptation)方法。随机修正方法响应于各个观察到的结果更新查找表中的值。在第EP1712767A1号的欧洲专利申请中描述了一种这样的方法，其通过引用包含于此。当所观察的结果与查找表估计的值不同时，用于模型输入变量附近值的存储值被修改，使得对于相同的模型输入值的新的预测更接近所观察的结果。在上面的示例中，在(1000rpm，70Nm)、(1500rpm，70Nm)、(1000rpm，80Nm)和(1500rpm，80Nm)处的存储的齿轮箱损失估计被用来预测在1200rpm输入速度和75Nm输入扭矩处的齿轮箱损失。如果插值产生1.5Nm的损失估计，而所观察的损失为2.5Nm，则那四个存储值可以各自增加0.2Nm，使得在相同的操作点处的新估计是1.7Nm。为了稳定，修正不允许一次对存储值更改得太多。修正可被以各种方式加以限制。例如，仅当操作点足够接近存储值中的一个时可以允许修正。在本示例中，对于在1200rpm和75Nm处的观察，可不执行修正，但相对于其中一个存储值2Nm、100rpm内的操作点，可允许修正。此外，可存在预定义的边界，超过该边界不执行修正。例如，在齿轮箱损失模型中，存储值可能不允许成为负值，因为实际的损失永远不会是负值。在周期修正方法中，存储多个观察值，然后执行曲线拟合过程来计算用于模型参数的新值。正如随机修正方法，对修正率可能存有限制，并可能有边界，超过该边界不允许修正。

在变速器操作期间，存在若干操作条件，在所述条件中一个以上的模型可用于预测特定参数。在这样的情况下，控制器可以选择估计中的一个作为信任值。这个选择可基于关于哪个模型倾向于更准确的先验信息。该选择也可以基于其它标准，例如，当输入到一个模型的输入相对恒定，而输入到其它模型的输入迅速改变，使得前者模型更值得信赖时。控制器可以利用信任值来修正低信任模型，使得低信任模型在其它情况下更值得信赖。或者，控制器可选择多个估计的加权平均值，具有基于每个模型的信任度的加权因子。在这种情况下，这两种模型可能会受到修正，使得估计更接近于选择的值。如果每个模型在其它情况下还基于独立模型被修正，这种方法是最有用的。如果一个模型是正确的，而另一个模型是不准确的，则在那些其它情况下正确的模型将朝着其原始预测重新修正。

图2示出了当变矩器锁止离合器被完全分离并且变速器保持处于当前齿轮比时用于操作变速器(诸如图1的变速器)的过程。该过程每隔一定时间重复，同时变速器保持在这种状态下。在102处，使用例如扭矩传感器90测量齿轮箱输出扭矩。在104处，使用例如速度传感器86测量涡轮速度。涡轮的加速率可通过对涡轮速度信号进行数值微分来确定，或者可以由单独的传感器来测量。在130处，测量泵轮速度和加速度。由于泵轮速度和发动机速度是相等的，所以可以使用发动机速度传感器来代替泵轮速度传感器。在106处，利用具体的齿轮箱模型估计每个感兴趣的变速器组件(诸如齿轮和换挡元件)的扭矩。这些扭矩可与102处测量的齿轮箱输出扭矩成比例，为了获得基于104处测量到的速度的寄生损失和基于104处测量到的加速度的惯性作用，齿轮箱输出扭矩被校正。在110处利用总计齿轮箱损失模型基于测量到的齿轮箱输出扭矩、涡轮速度和涡轮加速度来产生涡轮扭矩估计。在132处，利用变矩器模型使用测量到的泵轮速度和测量到涡轮速度来估计涡轮扭矩。因为有两个涡轮扭矩估计，所以在138处执行裁决，以选择一个值。在140和116处可分别使用所选择的值来修正变矩器模型和总计齿轮箱损失模型。

图3示出了在变矩器锁止离合器完全分离时换挡期间操作变速器的过程。该过程在换挡期间每隔一定时间重复。与图2中相同的步骤使用相同的标号。在118处，利用具体的齿轮箱模型估计每个感兴趣的变速器组件(诸如齿轮和换挡元件)的扭矩。在换挡期间，具体的齿轮箱模型需要两个输入扭矩值，所以利用102处测量的扭矩和132处估计的涡轮扭矩。在120处计算产生期望的换挡平顺性所需要的期望的离合器扭矩容量。在122处，利用针对每个离合器的离合器模型计算产生期望的扭矩所需要的压力，这是用作离合器压力控制的开环项。在124处，使用期望的离合器扭矩容量和来自118的相应估计之间的差来计算闭环项。在126处，所述控制命令等于开环项以及闭环项之和的压力。在128处，可使用126处的命令压力和118处的所估计的换挡元件扭矩来修正离合器模型，使得未来的换挡由于减少了对闭环反馈的依赖而被改善。

传递扭矩的变速器组件(诸如轴、齿轮、离合器等)均具有它们所能够传递的最大扭矩量。在摩擦离合器的情况下，尝试传递比最大扭矩大的扭矩会导致离合器打滑。在齿轮、轴和单向离合器的情况下，使组件经受比最大扭矩大的扭矩会导致中间组件破坏或加速退化和最终破坏。理想情况下，变速器组件可设计成在所有操作条件下传递发动机能够产生的最大扭矩。然而，这通常是不可行的。发动机扭矩和组件扭矩之间的关系在各齿轮比之间明显不同。例如，在倒挡，特定齿轮所传递的扭矩可以是涡轮扭矩的三倍，而涡轮扭矩自身可以是发动机扭矩的两倍。为了容许这种状况，该齿轮可能需要被设计成传递最大发动机扭矩的六倍。然而，车轮通常会在这种水平的扭矩下失去牵引，所以除非在非常罕见的情况下(例如当车轮陷在泥中)否则这实际上不可能发生。将齿轮设计成承受那样大的扭矩在其他操作条件下会增加成本和重量并降低效率。作为另一示例，首先可将变速器设计成与发动机一起产生200Nm的最大扭矩。稍后，可改进发动机以产生250Nm的扭矩。修改齿轮可能是不切实际的。车辆制造商可利用该变速器与改进的发动机，因为变速器可在大部分条件下传递250Nm的扭矩，下一个更大尺寸的变速器实际上更昂贵、效率更低，或者并不能装配在车辆中。作为第三示例，车主可在购车之后修改发动机以产生额外的动力。

因此，变速器制造商可在每个操作条件下确定哪个组件是最弱的一环并针对不同的操作条件提供不同的输入扭矩等级。然后车辆制造商限制发动机扭矩以避免超过当前操作条件下的额定容量。具体地，每当发动机模型预定的发动机扭矩接近该操作条件下的额定极限，控制器都限制发动机扭矩或换挡至不同的操作条件，例如不同的齿轮比或变矩器锁止状态。为了避免损坏，变速器制造商必须设定额定扭矩容量，以保护每个组件免受会将组件扭矩增大到稳态的发动机扭矩的倍数之上的情况影响。例如，在换挡的惯性阶段期间，组件扭矩会受到输入惯性的影响。因此，在许多情况下，组件可能实际上能够传递比额定输入扭矩大的扭矩。此外，发动机模型受制于会使发动机扭矩估计与实际的发动机扭矩不同的多个噪声因素。为保守起见，控制器可将发动机扭矩降低至比额定扭矩容量小的极限。例如，如果当前操作条件下的额定扭矩容量是200Nm且发动机扭矩模型精准至10Nm内，则控制器可限制发动机扭矩使得估计不超过190Nm。有时，发动机在那种情况下可能实际上仅产生180Nm。

图2和图3的过程提供了基于输出扭矩传感器、泵轮速度传感器和涡轮速度传感器以及多个模型来计算齿轮箱内的齿轮和换挡元件的扭矩估计的能力。该过程还提供了修正模型的能力使得它们准确地表示系统的当前行为而不论部件与部件之间的变化和组件随时间的变化。图4示出了利用准确的组件扭矩估计来避免变速器组件超载的过程。图4的过程在利用具体的齿轮箱模型计算齿轮和换挡元件扭矩之后启动，其可根据齿轮箱是处于固定挡位还是正在换挡而在106或118处发起。在180处，控制器通过从针对每个感兴趣的组件的预定极限扭矩减去估计的组件扭矩来计算这个组件的余量。选择极限扭矩以提供相对于组件损坏而言安全的一些余量。在182处，对于每个组件，计算发动机扭矩，其可将组件扭矩保持在预定极限附近。使用基于余量计算(与基于测量到误差进行计算相反)的闭环项来计算这些扭矩。闭环项可包括比例项、微分项和积分项。在184处，控制器通过采用在182处计算的针对所有感兴趣的组件的发动机扭矩中的最小发动机扭矩来计算极限扭矩。在186处，控制器基于驾驶员需求扭矩和当前齿轮比来计算标称发动机扭矩。该标称扭矩是通常被命令的扭矩。在188处，控制器命令发动机传递标称扭矩和极限扭矩中较小者。

虽然以上描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了由权利要求包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且可以理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。如前所述，各个实施例的特征可以组合以形成可能未被明确地描述或示出的本发明进一步的实施例。虽然各个实施例可能已被描述为提供优点或在一个或更多个预期特性方面比其它实施例或现有技术的实施方式更为优选，但是本领域的普通技术人员认识到，可以折衷一个或更多个特征或特性以实现期望的整体系统的属性，这依赖于特定应用和实施方式。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式合意的实施例并非在本公开的范围之外，并且可以期望用于特定应用。

Claims (6)

1.一种在驾驶循环期间操作车辆的方法，包括：

重复地测量变速器输出扭矩；

重复地测量变速器输入速度；

基于输出扭矩测量值和输入速度测量值，重复地估计变速器组件上的扭矩；

响应于所估计的组件扭矩接近预定极限值而调节发动机扭矩，以避免变速器组件超载。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，估计变速器组件上的扭矩还是基于变速器输入速度的导数的。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括重复地测量涡轮速度，其中，估计变速器组件上的扭矩还是基于涡轮速度测量值的。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，变速器组件是齿轮。

5.一种操作车辆的方法，包括：

在变矩器开启的情况下以给定的齿轮比和给定的发动机速度在第一温度下操作时，调节节气门位置以保持齿轮或离合器传递的扭矩在扭矩极限处，同时基于节气门位置的发动机扭矩估计处在第一水平；

在变矩器开启的情况下以所述给定的齿轮比和所述给定的发动机速度在第二温度下操作时，调节节气门位置以保持齿轮或离合器传递的扭矩在所述扭矩极限处，同时发动机扭矩估计处在与第一水平不同的第二水平。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：

测量输出扭矩；

测量发动机速度；

测量涡轮速度；

基于所测量的输出扭矩、所测量的发动机速度和所测量的涡轮速度，估计齿轮或离合器传递的扭矩。