CN111692238A - 离合器扭矩传递特性自适应优化控制方法 - Google Patents

Abstract

一种离合器扭矩传递特性自适应优化控制方法，通过实时检测离合器工况并判断当离合器扭矩传递特性曲线满足自适应采点的激活条件且离合器满足预设工况条件时进行采点计算，得到基于离合器全位置段划分出的多个位置段的参考采样点，同时计算这些参考采样点的离合器实际传递的扭矩值；当测试点满足自适应激活条件时，进行测试点的位置计算得到可以使离合器扭矩特性函数算得最优扭矩值的参数值，并通过自适应算法，得到基于自适应策略的离合器扭矩传递函数并用于对离合器扭矩传递特性进行控制。本发明能够准确识别扭矩图曲线并适应到采样点当中，且奇偶数轴离合器的“实际”传递扭矩曲线较为收敛，证明了文章所述的方法的正确性与可行性。

Description

离合器扭矩传递特性自适应优化控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种汽车自动变速器换挡控制领域的技术，具体是一种离合器扭矩传递特性自适应优化控制方法。

背景技术

双离合自动变速器是在自动手动变速器的基础上增加了离合器，两个离合器分别对应奇偶挡位。在换挡时，目标挡位可以预先挂档，然后通过两个离合器的交互及发动机转矩与转速挡位控制实现无动力无冲击的换挡。双离合自动变速器具有传动效率高、换挡品质优良且成本适中的优点。此外，双离合自动变速器的控制技术能够从自动手动变速器控制技术上接续发展。在离合器扭矩交接过程中，两个离合器的扭矩并不能直接测得，而是需要通过压力传感器或位置传感器进行间接测量，因此离合器的压力或位置关系便作为离合器扭矩交接过程扭矩的参考，若离合器扭矩传递特性不准确，则会降低换挡品质，反之，则会对换挡品质的提升起到重大作用。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷和不足，提出一种离合器扭矩传递特性自适应优化控制方法，能够准确识别扭矩图曲线并适应到采样点当中，且奇偶数轴离合器的“实际”传递扭矩曲线较为收敛，证明了文章所述的方法的正确性与可行性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明通过实时检测离合器工况并判断当离合器扭矩传递特性曲线满足自适应采点的激活条件且离合器满足预设工况条件时进行采点计算，得到基于离合器全位置段划分出的多个位置段的参考采样点，同时计算这些参考采样点的离合器实际传递的扭矩值；当测试点满足自适应激活条件时，进行测试点的位置计算得到可以使离合器扭矩特性函数算得最优扭矩值的参数值，并通过自适应算法，得到基于自适应策略的离合器扭矩传递函数并用于对离合器扭矩传递特性进行控制。

所述的离合器工况包括：发动机转速、输入轴转速、离合器位置、离合器工作温度。

所述的离合器扭矩传递特性曲线是指：基于离合器扭矩特性函数和实际采样扭矩值的最小二乘误差构成的目标函数，采用Levenberg-Marquardt最小二乘算法获得使目标函数为最小值的离合器扭矩传递函数的参数值并计算得到离合器扭矩传递特性曲线，其中扭矩传递特性的显性方程为

其中：T为离合器传递扭矩，最优扭矩值的参数值包括：p₁为离合器扭矩传递曲线能够达到的最大扭矩增长率，P₂为离合器的测试点，P₃、P₄和P₅为影响离合器传递扭矩曲线的形状系数，P₃+P₅为扭矩传递曲线增长率的变化率的最大值，P₄为修正系数。

所述的离合器扭矩特性函数即扭矩传递特性的显性方程的简写函数：T＝f(u，p₁，p₂，p₃，p₄，p₅)；离合器扭矩特性函数和实际采样扭矩值T_i的最小二乘误差为：S_i＝(f(u_i，p₁，p₂，p₃，p₄，p₅)-T_i)²；所述的目标函数为：

所述的最大扭矩增长率，在干式离合器中为极限值；在湿式离合器中为线性增长点以上的曲线斜率。

所述的修正系数，当离合器为干式离合器时为(0，0.1)；当离合器为湿式离合器时为0。

所述的自适应采点的激活条件包括：1)发动机扭矩为正且稳定；2)输入轴的转速稳定；3)离合器的位置稳定；4)输入轴与发动机存在稳定转速差且在小幅度范围内；5)当前为单离合器工作；6)离合器的温度在正常工作范围内。

所述的预设工况条件包括：1)离合器的扭矩传递特性在短时间内变化微小；2)离合器的温度在短时间内变化不大；3)在有限的温度范围内，离合器的扭矩传递特性变化微小。

所述的自适应采点是指：在离合器全位置段或全压力段进行划分的方式划分出n个位置段，每位置段设立参考采点(u_i，T_i)，其中：i＝1～n。

所述的采点计算是指：

和

其中：K_Sample为滤波常数，K_Filter为滤波系数，u_i为位置参考采样点，u_[i-1]为前一个周期更新的位置参考采样点，T_i为扭矩参考采样点，T_[i-1]为前一个周期更新的扭矩参考采样点，u_New为本周期采样得到的位置，T_New为本周期采样得到的扭矩。

所述的自适应激活条件包括：1)发动机的扭矩稳定；2)输入轴的转速稳定；3)当前的离合器处于非工作状态；4)输入轴与发动机存在较大的转速差；5)离合器的温度处于正常范围内。

所述的测试点的位置计算是通过公式：

其中：T_Clu为离合器实际传递扭矩，

为离合器测试点自适应结束时的输入轴转速变化率，

为自适应开始时的输入轴转速变化率，J_in为输入轴转动惯量。

技术效果

与现有技术相比，本发明能够识别出准确的扭矩图曲线，并增强扭矩图自适应的鲁棒性。

附图说明

图1为本发明流程示意图；

图2为实施例效果示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的具体实施分为以下步骤：

1)获取离合器扭矩图(Torque Map)的显性方程：根据离合器传递扭矩的理论方程：

其中：T为离合器传递扭矩；r₂为离合器盘压面半径；r₁为离合器盘孔径；F为作用到离合器摩擦片上的压力，该压力与作用到膜片弹簧的力呈现非线性的关系；μ为离合器摩擦片摩擦系数。湿式双离合器多采用压力传感器作为F*μ的检测；干式双离合器多采用位移传感器作为F*μ的检测。因此，以变量u作为离合器压力与位移统一的变量，得到隐性函数：T＝f(u)＝f(F*μ)，将其表达为显性的形式：

其中：T为离合器传递扭矩，p₁为离合器扭矩传递曲线能够达到的最大扭矩增长率，p₂为离合器的测试点且在上式中T(P₂)＝0，P₃、P₄和P₅为影响离合器传递扭矩曲线的形状系数，P₃+P₅为扭矩传递曲线增长率的变化率的最大值，P₄为修正系数。

所述的最大扭矩增长率，在干式离合器中为极限值；在湿式离合器中为线性增长点以上的曲线斜率。

所述的修正系数：为干式离合器时，取值范围在(0，0.1)；为湿式离合器时，取值为0。

2)判断离合器扭矩传递特性曲线是否满足以下自适应采点的激活条件：

a.发动机扭矩为正且稳定；

b.输入轴的转速稳定；

c.离合器的位置稳定；

d.输入轴与发动机存在稳定转速差且在0rpm～50rpm范围内；

e.当前为单离合器工作；

f.离合器的温度在-30℃～200℃内；

3)选取采样点：在离合器全位置段或全压力段进行划分的方式划分出n个位置段，每位置段设立参考采点(u_i，T_i)，其中：i＝1～n；

4)判断采样点的计算是否符合假设：由于实际驾驶时，同一位置段会采集许多的采样点，也会在相同位置采取到不同离合器实际传递扭矩值，针对这种情况，采样点的计算需要符合：

a.离合器的扭矩传递特性在30s时间内变化微小；

b.离合器的温度在30s时间内变化不大；

c.在30℃范围内，离合器的扭矩传递特性变化在±10Nm范围内；

5)计算采样点：通过公式

和

其中：K_Sample为滤波常数，K_Filter为滤波系数，u_i为位置参考采样点，u_[i-1]为前一个周期更新的位置参考采样点，T_i为扭矩参考采样点，T_[i-1]为前一个周期更新的扭矩参考采样点，u_New为本周期采样得到的位置，T_New为本周期采样得到的扭矩；

6)自适应算法，具体包括：

6.1)获取公式：

通过Levenberg-Marquardt算法对Torque Map自适应实现Gauss-Newtont算法：

简写为：H*ΔP＝ΔT*J，其中：H为f针对各个参数的偏导求和矩阵，J为f针对各个参数的偏导矩阵，ΔP为求解的待估向量P的偏差；ΔT为扭矩误差之和；为了使公式正定，引入阻尼量λ，则公式为：(H+λI)*ΔP＝ΔT*J，其中λ值的确定是根据目标函数F的变化趋势而变化，若离合器全位置段目标函数值F值变小，则将λ减小继续进行迭代，若F值减增大，则将λ增大继续进行迭代。当目标函数F小于系统可接受的允许误差，或求解的步长ΔP小于0.0001s时则停止迭代计算，求解出的待估向量P则为最优解；

6.2)判断测试点是否满足以下自适应条件：

a.发动机的扭矩稳定；

b.输入轴的转速稳定；

c.当前的离合器处于非工作状态；

d.输入轴与发动机转速差在0rpm～50rpm范围内；

e.离合器的温度处于-30℃～200℃范围内；

6.3)计算测试点的位置：通过公式：

其中：T_Clu为离合器实际传递扭矩，

为离合器测试点自适应结束时的输入轴转速变化率，

为自适应开始时的输入轴转速变化率，J_in为输入轴转动惯量；

6.4)判断测试点计算是否成功，当成功时，将结果输入步骤6.1)；当不成功，则记录故障；

7)判断步骤6.1)计算是否成功，当成功时，将结果进行输出；当不成功，则返回步骤2)。

将上述方法在Simulink中搭建模型，使用Targetlink生成C代码，集成出可执行代码文件HEX和A2L。

与现有技术相比本发明的优势在于：专利[CN108869574 A]通过检测每一次离合器结合阶段内发动机转速与变速箱转速之差，获得下一次离合器结合控制的补偿系数，从而自动适应离合器传递扭矩特性的变化，该方法具有一定的迟滞性，不具有基于当前离合器特性参数的变化适时调整扭矩传递的特性；专利[CN109163087 A]根据换挡过程中充油阶段和扭矩阶段的输入轴转速变化率、换挡时间、当前档位和目标档位动态调整结合离合器压力修正量，以此来提高换挡质量，该方法在离合器扭矩调整过程中具有一定的局限性，只能适用于特定工况。

针对目前由于离合器摩擦片上的压力与膜片弹簧的力呈现非线性的关系以及摩擦系数与转速差、温度等因素在一定摩擦系数范围内随机变化的趋势造成的现有技术离合器扭矩传递不精确导致换挡品质下降的问题，本文发明了一种采用Levenberg-Marquardt最小二乘算法推演出的基于自适应策略的离合器扭矩传递函数并用于对离合器扭矩传递特性进行控制。本文所发明的方法较现有技术的优势在于：(1)只要满足离合器采点条件，本文所述的方法就可以在离合器全扭段进行自适应；(2)鲁棒性较好，抗干扰能力强；(3)适应场景多，可拓展性较强，可拓展应用在工业相关领域。

如图2所示，为基于搭载的干式双离合器自动变速箱测得的实车数据，a为奇数轴离合器的Torque Map自适应结果曲线，奇数离合器“实际”传递扭矩为依据Torque Map线与离合器实际位置计算得到的扭矩值，是离合器需求扭矩的滞后，这种滞后是因为系统执行端的结果；b为偶数轴离合器的Torque Map自适应结果曲线，结果表明基于自适应策略的离合器扭矩传递函数得到的扭矩曲线能够很好的自适应并稳定到采样点当中，且奇偶数轴离合器的“实际”传递扭矩曲线较为收敛，提升了离合器扭矩传递的精确性，证明了文章所述的方法的正确性与可行性。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (10)

1.一种离合器扭矩传递特性自适应优化控制方法，其特征在于，通过实时检测离合器工况并判断当离合器扭矩传递特性曲线满足自适应采点的激活条件且离合器满足预设工况条件时进行采点计算，得到基于离合器全位置段划分出的多个位置段的参考采样点，同时计算这些参考采样点的离合器实际传递的扭矩值；当测试点满足自适应激活条件时，进行测试点的位置计算得到可以使离合器扭矩特性函数算得最优扭矩值的参数值，并通过自适应算法，得到基于自适应策略的离合器扭矩传递函数并用于对离合器扭矩传递特性进行控制；

所述的离合器工况包括：发动机转速、输入轴转速、离合器位置、离合器工作温度；

所述的离合器扭矩传递特性曲线是指：基于离合器扭矩特性函数和实际采样扭矩值的最小二乘误差构成的目标函数，采用Levenberg-Marquardt最小二乘算法获得使目标函数为最小值的离合器扭矩传递函数的参数值并计算得到离合器扭矩传递特性曲线。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的扭矩传递特性的显性方程为

其中：T为离合器传递扭矩，最优扭矩值的参数值包括：p₁为离合器扭矩传递曲线能够达到的最大扭矩增长率，P₂为离合器的测试点，P₃、P₄和P₅为影响离合器传递扭矩曲线的形状系数，P₃+P₅为扭矩传递曲线增长率的变化率的最大值，P₄为修正系数；

所述的离合器扭矩特性函数即扭矩传递特性的显性方程的简写函数：T＝f(u，p₁，p₂，p₃，p₄，p₅)；离合器扭矩特性函数和实际采样扭矩值T_i的最小二乘误差为：S_i＝(f(u_i，p₁，p₂，p₃，p₄，p₅)-T_i)²；所述的目标函数为：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的最大扭矩增长率，在干式离合器中为极限值；在湿式离合器中为线性增长点以上的曲线斜率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的修正系数，当离合器为干式离合器时为(0，0.1)；当离合器为湿式离合器时为0。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的自适应采点的激活条件包括：1)发动机扭矩为正且稳定；2)输入轴的转速稳定；3)离合器的位置稳定；4)输入轴与发动机存在稳定转速差且在小幅度范围内；5)当前为单离合器工作；6)离合器的温度在正常工作范围内。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的预设工况条件包括：1)离合器的扭矩传递特性在短时间内变化微小；2)离合器的温度在短时间内变化不大；3)在有限的温度范围内，离合器的扭矩传递特性变化微小。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的自适应采点是指：在离合器全位置段或全压力段进行划分的方式划分出n个位置段，每位置段设立参考采点(u_i，T_i)，其中：i＝1～n，

和

其中：K_Sample为滤波常数，K_Filter为滤波系数，u_i为位置参考采样点，u_[i-_1]为前一个周期更新的位置参考采样点，T_i为扭矩参考采样点，T_[i-_1]为前一个周期更新的扭矩参考采样点，u_New为本周期采样得到的位置，T_New为本周期采样得到的扭矩。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的自适应激活条件包括：1)发动机的扭矩稳定；2)输入轴的转速稳定；3)当前的离合器处于非工作状态；4)输入轴与发动机存在较大的转速差；5)离合器的温度处于正常范围内。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的自适应算法，具体包括：

6.1)获取公式：通过Levenberg-Marquardt算法对Torque Map自适应实现Gauss-Newtont算法：

简写为：H*ΔP＝ΔT*J，其中：H为f针对各个参数的偏导求和矩阵，J为f针对各个参数的偏导矩阵，ΔP为求解的待估向量P的偏差；ΔT为扭矩误差之和；为了使公式正定，引入阻尼量λ，则公式为：(H+λI)*ΔP＝ΔT*J，其中λ值的确定是根据目标函数F的变化趋势而变化，若离合器全位置段目标函数值F值变小，则将λ减小继续进行迭代，若F值减增大，则将λ增大继续进行迭代，当目标函数F小于系统可接受的允许误差，或求解的步长ΔP小于0.0001s时则停止迭代计算，求解出的待估向量P则为最优解；

6.2)判断测试点是否满足以下自适应条件：

a.发动机的扭矩稳定；

b.输入轴的转速稳定；

c.当前的离合器处于非工作状态；

d.输入轴与发动机转速差在0rpm～50rpm范围内；

e.离合器的温度处于-30℃～200℃范围内；

6.3)计算测试点的位置：通过公式：

其中：T_Clu为离合器实际传递扭矩，

为离合器测试点自适应结束时的输入轴转速变化率，

为自适应开始时的输入轴转速变化率，J_in为输入轴转动惯量；

6.4)判断测试点计算是否成功，当成功时，将结果输入步骤6.1)；当不成功，则记录故障。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的测试点的位置计算是通过公式：

其中：T_Clu为离合器实际传递扭矩，

为离合器测试点自适应结束时的输入轴转速变化率，

为自适应开始时的输入轴转速变化率，J_in为输入轴转动惯量。

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