CN113396296B - 自动变速控制器的自动校准和适配方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于自动校准和适配换档控制器(39)的方法。在一个方面中，该方法自动校准换档控制器(39)，其用于控制配备有安装在测功机(42)上的带有至少一个速度传感器的有级自动变速器中或安装在测功机(42)上的机动车辆中的换档序列，其中测功机(42)由测功机控制器(43)进行电子控制。序列中的每个换档包括第一阶段、第二阶段、...和第N阶段。换档控制器(39)包括为序列中的每个换档设置的第一阶段控制参数组、第二阶段控制参数组、...和第N阶段控制参数组(的初始值)，它们分别使用第一阶段学习控制器、第二阶段学习控制器、...和第N阶段学习控制器进行更新。

Description

自动变速控制器的自动校准和适配方法
相关申请
本申请要求2018年12月5日提交的美国临时专利申请No.62775618的优先权，其全部公开通过引用并入本文。
技术领域
本发明整体涉及一种用于校准和适配自动变速器中的换档控制器的方法，并且更具体地涉及一种用于自动化校准工作的基于模型的学习方法和采用该校准方法进行适配的程序。
背景技术
受控实验室环境下而不是测试轨道中的变速器控制器的校准代表了校准工作的前装，因为在该校准方法中，车辆的校准工程师在测试轨道上花费的时间和经历大幅度减少。地盘测功机价格昂贵，即使在大型开发设备中也仅有少量可使用。由此，抑制了不同车辆原型的同步开发。前装变速器校准提供了许多优势。这样的方法允许在变速器与发动机及其他车辆系统集成之前进行变速器控制器的校准。通常使用变速箱测功机完成校准的前装工作，其中能够在不同的操作条件下以受控的且自动化的方式命令换挡。基于模型的校准方法代表了更大的校准前装度，即使在变速系统的开发期间也能够使用。
至少，需要受电子控制的测功机来安排预先计划的换档顺序，用于换档控制器的自动校准。测功机或者可以是变速箱测功机，或者可以是底盘测功机。如果使用底盘测功机，则通常将车辆固定在地面上的机构具有称重传感器，用于测量换档过程中的车辆加速度，以用于客观评估换档。校准工程师使用实验设计(DoE)方法生成的测试计划预编程到测功机内，并且校准工程师使用该自动化测试期间获取的车辆传感器数据、校准参数(也称为校准标签)在不同操作条件下针对所有允许的换档进行优化后测试。典型的DoE方法涉及以不同的控制输入进行换挡，并且基于客观评估(例如1到10的等级)性能指标选择最佳值，性能指标例如为换档自发性和换档舒适度，统称为换档质量。
与具有4-5档速度的旧变速器相比，具有8、9和10档速度的自动变速器需要更多的校准工作，因为合法/允许的换档总数急剧增加。例如，允许26个换档的10速GM变速器需要22000个校准标签，而允许6个换档的4速变速器需要800个校准标签。虽然其中一些标签是标量值，但其他标签是具有多个值的二维查找表。如上所述，典型的DoE方法涉及以不同的控制输入进行换挡，结果导致在具有更多变速器速度的变速器中，换挡控制器的自动化校准需要大的换挡数量。
基于DoE的校准方法本质上是建模(系统识别)和优化(使用被识别的模型)的组合，这意味着用于变速器控制器的初始(工厂)校准的方法不能用于正常驾驶期间的适配，因为无法使用DoE方法生成因磨损和使用而随时间变化的系统模型。基于DoE的校准方法的这方面需要额外的校准工作来调试学习系统行为的自适应例程，并纠正改变的行为。
换挡控制器的自动化校准和适配的已知方法表明用于自动化校准的现有技术严重依赖于基于DoE的方法，而适配则依赖于基于规则的自适应策略。对于变速器控制，很少存在使用高复杂的模型的基于模型的学习的方法，从而导致更复杂的适配规则，并且/或者缺乏使用假定模型进行学习控制器的计算的系统方法。这些缺陷使得这些方法在实践中是无效的。
需要的是基于模型的学习方法，该方法导致自动校准程序需要大幅减少用于变速器控制校准的换档次数。这种基于模型的学习方法可以扩展并应用于车辆操作期间换档控制器的适配。
发明内容
在一个实施例中，本发明包括一种自动校准换档控制器的方法，所述换挡控制器用于控制安装在测功机上的装有至少一个速度传感器的有级自动变速器或安装在测功机上的机动车辆的换挡序列，其中测功机通过测功机控制器电子控制。序列中的每个换档包括第一阶段、第二阶段、...和第N阶段。换档控制器包括为序列中的每个换档设置的第一阶段控制参数组、第二阶段控制参数组、...和第N阶段控制参数组(的初始值)，它们分别使用第一阶段学习控制器、第二阶段学习控制器、...和第N阶段学习控制器进行更新。所述方法包括：
(a)在所述有级自动变速器或所述机动车辆中执行换档序列m次，m为大于或等于1的自然数；
(b)对于所述换挡序列中的每个所述换挡的m次重复从所述至少一个速度传感器获取数据；
(c)对所述换档序列中每个所述换档的m次重复获取的速度传感器数据进行平均，以计算所述换档序列中每个所述换档的平均速度传感器数据集；
(d)使用所述换档序列中的每个所述换档的所述平均速度传感器数据集确定所述换档控制器中的所述第一阶段控制参数组是否需要校准，其中
如果需要校准，使用所述平均速度传感器数据集和所述第一阶段学习控制器更新所述换档控制器中需要校准的所述第一阶段控制参数组，并且
如果不需要校准，则将所述换挡序列中的不需要校准所述第一阶段控制参数组的所述换挡分配到校准换挡组；
(e)对于所述第二阶段控制参数组到所述第N阶段控制参数组，对所述校准换挡组中的每个所述换挡重复步骤(d)，直到所述校准换挡组为空；以及
(f)重复步骤(a)-(e)。
该方法考虑了终止步骤(f)的不同情况。例如，当于对所述换档序列中的任何所述换档，所述第一阶段控制参数组到所述第N阶段控制参数组均不需要进行校准时，可以终止步骤(f)。在另一实例中，其中，所述第一阶段学习控制器、所述第二阶段学习控制器、...和所述第N阶段学习控制器包括在动力系统控制器中，当于对所述换档序列中的任何所述换档，所述第一阶段控制参数组到所述第N阶段控制参数组均不需要进行校准时，可以终止步骤(f)。在另一实例中，所述第一阶段学习控制器、所述第二阶段学习控制器、...和所述第N阶段学习控制器包括在能够更新动力系统控制器中的第一阶段到第N阶段控制参数组的电子控制器中，当对于所述换档序列中的任何所述换档，所述第一阶段控制参数组到所述第N阶段控制参数组均不需要进行校准时，可以终止步骤(f)。下文确定并讨论了其他终止条件。
在另一实施例中，本发明包括一种换挡控制器的适配方法，所述换挡控制器用于控制机动车辆的操作期间的换挡，所述机动车辆带有包括至少一个速度传感器的有级自动变速器。需要适配的换档包括第一阶段、第二阶段、...和第N阶段，所述换档控制器包括用于换挡的第一阶段控制参数组、第二阶段控制参数组、...和第N阶段控制参数组(的初始值)，分别使用包括在动力系统控制器中的第一阶段学习控制器、第二阶段学习控制器、...和第N阶段学习控制器更新所述第一阶段控制参数组、所述第二阶段控制参数组、…和所述第N阶段控制参数组。所述方法包括：
(a)针对所述换挡的m重复从所述至少一个速度传感器获取数据，其中m是大于或等于1的自然数；
(b)将针对所述换档的m次重复的所述速度传感器数据进行平均，以计算所述换档的平均速度传感器数据集；
(c)使用所述换档的所述平均速度传感器数据集确定所述换档控制器中的所述第一阶段控制参数组是否需要调整，其中
如果需要调整，则使用所述平均速度传感器数据集更新所述换挡控制器中的所述第一阶段控制参数组，并且所述第一阶段学习控制器包括在动力系统控制器中，
并且如果不需要调整，则执行步骤(d)；以及
(d)对所述第二阶段控制参数组至第N阶段控制参数组重复步骤(c)。
该方法考虑换档可能需要适应的不同场景。例如，换挡可能需要使用分离离合器和接合离合器来适应启动升档。在另一实例中，换挡可能需要使用分离离合器和接合离合器来适应启动降档。
下面描述根据本发明的其他实施例。
附图说明
包含在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且结合下面给出的实施例的详细描述，用于解释本发明的原理。
图1是结合本发明的一个实施例的汽车动力系统的物理架构的示意图。
图2是自动校准换挡控制器所需的物理设置的一个实施例的示意图。
图3是在启动1-2升档期间几个系统变量的示意图——发动机转速、发动机扭矩、变速器输出扭矩、指令接合和分离离合器压力以及接合和分离的离合器扭矩容量和扭矩。
图4是表示填充阶段控制的变化的变速器输出扭矩、指令接合离合器压力和接合离合器压力的示意图。
图5是用于启动升档的自动校准方法的一个实施例的示意图。
图6A和6B是存储作为发动机扭矩和速度的函数的接合离合器控制参数的查找表的一个实施例的示意图。
图7是用于启动升档的适配方法的一个实施例的示意图。
具体实施方式
图1是动力系统的架构的示意图，该动力系统具有作为原动机的发动机2、带有泵5和涡轮机6的三元变矩器、有级自动变速器40、终传动行星齿轮组18、柔性驱动轴19以及车辆惯性所集中的车轮21，有级自动变速器40包括机械系统107和离合器压力控制系统104和105。除了这些组件之外，还有分别安装在轴4、8、16和19上的速度传感器3、9、17、20。这些速度传感器3、9、17、20向动力系控制器41发送信息，该动力系控制器41包含换档控制器39和估计器38，该估计器包括编码到适当微处理器中的数学函数。速度传感器3、9、17、20分别感测泵5、涡轮机6、变速器输出和车轮21的速度。发动机2通过加速踏板1，或可替代地，节气门位置控制器(未示出)，接收来自驾驶员的节气门角度指令。动力系统控制器41基于后文描述的计算向发动机2发送节气门角度和/或点火前进命令7。并且，同样如后文所述，动力系统控制器41进行计算以生成用于控制分离离合器11和接合离合器10的电磁阀31和26的指令36、37。
继续参考图1，变速器系统40包含机械系统107和离合器压力控制系统104和105。机械系统107包括离合器-离合器(CTC)换挡中所涉及的两个离合器，更具体地，分离离合器11和接合离合器10。箱14和15代表接合和分离离合器10、11的路径中的齿轮比。接合和分离离合器10、11通过离合器压力控制系统104、105生成的离合器压力12、13而操纵。离合器压力控制系统104、105包括电磁阀26、31，其控制压力控制阀27、32，压力控制阀又控制离合器-蓄压器腔室28、33中的压力。压力控制阀27、32中的阀芯(未示出)的运动，连同由连接到储油器30的泵29产生的主管路压力一起调节离合器-蓄压器腔室28、33中的压力。
图2是实现本发明所需的物理设置的一个实施例的示意图。发动机2和自动变速器40安装在测功机42上。使用测功机控制器43电子控制测功机42生成的负载扭矩，并且使用动力系统控制器41电子控制发动机2产生的动力和自动变速器40中的换挡。两个控制器41、43协调以在没有任何人工监督的情况下以受控和自动化的方式执行预先计划的换档序列。在另一个实施例中，机动车辆安装在使用底盘测功机控制器进行电子控制的底盘测功机上，底盘测功机控制器与机动车辆内的动力系控制器协调以在机动车辆的有级自动变速器中自动化执行一系列换档。
将使用启动升档的实例详细描述本发明，并且将给出将所描述的创新应用于其他类型的换档的方向。图3是惯性阶段期间在两种情况下的1-2启动升档期间的主要系统变量的示意图——第一，在恒定发动机扭矩指令45和受控接合离合器压力指令49的情况下，以及第二，在受控发动机扭矩指令46和恒定接合离合器压力指令50的情况下。对于具有恒定且受控的发动机扭矩的情况，系统变量分别由实线和虚线表示。
这两种换档控制方法导致恒定48或可变47驱动轴扭矩和恒定52或可变51接合离合器扭矩。分离离合器控制在两种情况下保持相同，导致两种情况下的指令分离离合器压力54、分离离合器压力55和分离离合器扭矩56的相同轨迹。
在启动升档的初始，接合离合器被填充变速箱油，并且离合器活塞运动，将离合器组件的盘片之间的间隙减小到零，并标记填充阶段结束。离合器盘片之间的间隙减小到零的时刻，或盘片半接合的时刻，称为半接合点。接合离合器在半接合点之后开始传输扭矩，这标志着扭矩阶段的开始。参考图3，通常，填充阶段过程中的接合离合器压力指令(图3中的49、50)包括一个序列，该序列涉及较高振幅的脉冲，随后是较低振幅的脉冲，从而能够快速填充，然后离合器活塞平缓运动。在图3中，两个脉冲由(t1，p1)和(t2，p2)对表示。
在离合器填充阶段之后，传动系统进入扭矩阶段，此时接合离合器压力命令在t3时间单位内逐渐上升到压力p3，将负载从分离离合器转移到接合离合器。这由在扭矩阶段期间减小的分离离合器扭矩56显示，其中因为负载从较高齿轮比的路径转移到较低齿轮比的路径，所以如果涡轮扭矩在扭矩阶段45、46期间相对不变，则驱动轴扭矩47、48下降，如图3所示。在这个阶段，换档控制器将理想地保持分离离合器55的扭矩容量高于由其传递的扭矩56，并将其减小到零，即恰好当通过分离离合器传递的扭矩变为零时完全松开离合器，标志着扭矩阶段的结束和惯性阶段的开始。虽然这在配备单向离合器的旧变速器中自然发生，但通过分离离合器的电子控制实现相同结果仍然是一个挑战，特别是在由于没有扭矩传感器甚至压力传感器而导致没有包含关于负载转移进度的信息的反馈信号的情况下。如果在分离离合器扭矩变为零的时刻的稍前或稍后释放分离离合器，则发动机转速会因驱动负载的损失或超量而分别突然升高或拉低，这两种情况都会导致换档期间输出扭矩的较大下降，从而导致乘客舒适度下降。
在惯性阶段，接合离合器压力指令49在t4时间单位中进一步增加到p4，这增加了驱动轴扭矩47并使发动机减速，导致发动机转速44降低，如图3所示。由于运动学上的限制，发动机2的减速反映在接合离合器滑动的减少中，滑动变为零导致离合器锁止，此时接合离合器处的反作用扭矩53(惯性阶段期间与51相同)下降到离合器扭矩容量51以下，标记换档结束。如果离合器锁止时离合器滑动速度的变化率大，则在锁止后动力传动系统被激励，导致换档质量低。低质量的换档特征在于车辆加速度的大的变化被汽车乘客感知为颠簸。低质量换档的特征还可在于换档持续时间长，这导致对驾驶员命令的低自发性及迟钝的车辆反应，从而导致驾驶性能不佳。高质量换档的特点是低的车辆颠簸和自发的车辆响应。结果，惯性阶段控制的目标之一是确保平稳的离合器锁止。通常在惯性阶段期间减小发动机扭矩46，这导致在该阶段期间输出轴扭矩48的变化减小。换档期间发动机和液压离合器的集成控制被称为集成动力系统控制。
作为该方法的一部分，假设分离离合器控制被校准，导致分离离合器扭矩容量55根据规定的一组比率减小。使用自动校准和适配的方法，接合离合器和发动机扭矩控制参数被迭代学习，以与该分离离合器控制协调，从而产生更高质量的换档。更具体地，使用基于模型的学习技术迭代学习指定了指令接合离合器压力和发动机扭矩轨迹的控制参数p1-p4、Tδ和t1-t4。例如，在车辆运行期间的不同时间点换档的三个不同实例使用相同的接合离合器压力命令60进行控制，但是得到三组不同的驱动轴扭矩和接合离合器压力轨迹——57和61、58和62以及59和63，者可能是由于随时间推移的系统磨损和使用，如图4所示。在图4中，57和61以及59和63表示由于不加的填充阶段控制性能而导致的低质量的换挡，而58和62代表高质量的换挡。使用适配方法，参数t1/或p2可以被调整为使得离合器填充持续时间Tfill o和Tfill u迭代地收敛到Tfill *，即车辆运行期间重复出现低质量换档期间。上标o、u和*分别代表离合器过度填充、填充不足和理想填充。应该注意的是，Tfill *＝t1+t2，这意味着如果t1迭代更新，则t2也必须更新，以在用于学习的不同换档上保持Tfill *恒定。
在图5中以算法形式示出使用图2的物理设置的自动校准换档控制器的方法的一个实施例，其中，使用控制不同阶段的换档以满足诸如负载转移和速度同步这样的不同的换档规范的基本构思，以开发适用于任何和所有类型的换档的系统校准程序，包括那些涉及多个接合和分离离合器的类型。核心构思是以与不同换档阶段的发生顺序相同的顺序顺次校准控制参数组。如图5所示，顺次校准启动升档的三个阶段，即首先校准填充阶段控制参数组，且仅当在框66中填充阶段性能指标|XF-XF*|<ep时，在框68中检查扭矩阶段性能指标|XT-XT*|，并且如果需要，则更新扭矩阶段控制参数组，以此类推。
在图5中，在第j个运行条件下进行各个第i个换挡，并且使用在第j个运行条件下的第i个换挡期间的速度传感器数据，更新所需的控制参数组。重复第j个运行条件下的第i个换挡，直到没有需要校准或更新的用于第j个运行条件下的第i个换挡的控制参数组为止。在第j个运行条件下的第i个换挡的控制参数组的校准之后，在第j个运行条件下进行下一个(i+1)允许的换挡。在另一实施例中，代替一个允许的换挡，可以进行一系列允许的换挡，并且使用在进行这一系列换挡期间的速度传感器数据，可以更新系列中的各个换挡的要求的控制参数组。重复地进行该系列换挡，直到该系列的任何换挡都没有控制参数组需要校准或更新为止。在每次重复该系列换挡之后，必须系统地检查系列中的每个换挡——对于一般(多)离合器到离合器换档，为执行的换档序列中的每个换档确定换档控制器中设置的第一阶段控制参数需要校准/更新，其中，如果需要校准/更新，则使用第一阶段学习控制器更新换挡控制器中的第一阶段控制参数组，并且如果不需要校准，则将执行的一系列换挡之中的不需要校准第一阶段控制参数组的换挡分配至一个校准换挡组。然后对于该组中的各个换挡确定换挡控制器中的第二阶段控制参数组是否需要校准/更新，其中，如果需要校准/更新，则使用第二阶段学习控制器更新换挡控制器中的第二阶段控制参数组，并且如果不需要校准，则将该组中的不需要校准第二阶段控制参数组的换挡分配至一个(不同的)校准换挡组。对所有N个控制参数组重复这种检查、更新和分配的系统过程。一旦完成所有N个控制参数组，就再次执行换档序列。
在本发明的一个实施例中，图5和图7示出了针对启动升档的校准和适配方法。这两种方法的共同点是校准的顺序性，其中，首先校准填充阶段控制参数组，然后校准扭矩阶段控制参数组，再然后校准惯性阶段控制参数组。在一个实施例中，对于启动降档，必须先校准惯性阶段控制参数组，然后校准填充阶段控制参数组，再然后校准扭矩阶段控制参数组。
另一个实施例包括具有多个分离和接合离合器并且包括第一、第二、...第N个换档阶段的通用(多)离合器到离合器换档。具有第一、第二、...第N个控制参数组的换档控制器用于控制具有N个阶段的这种通用换档。
在图5中，指数i代表允许的换档，比如2-3，并且为从1到imax。指数j代表发动机扭矩和车速方面的第i个换挡的操作条件，并且jmax(i)代表校准第i个换挡所需的操作条件的总数。各个允许的换挡的控制参数作为适当的系统变量的函数存储在查找表中。例如，作为惯性阶段期间所需的总发动机速度变化，图6示出了作为发动机扭矩的函数的扭矩阶段控制参数p3和作为换挡速度的函数的惯性阶段控制参数p4的查找表的一个实施例，其中查找表中的存储的控制参数的值由圆形标记表示。在另一实施例中，对于通用(多)离合器-离合器换挡，第一阶段到第N阶段控制参数组作为适当的系统变量存入查找表中。
继续参考图5，变量XF、XT和XI分别表示填充阶段、扭矩阶段和惯性阶段的系统输出，它们需要接近各自的期望值，用星号表示，并且是i和j的函数。它们可以被选择为标量或向量——如果是后者，则图5中的框66、68和70以及图7中的框97、99和101中的用在向量上的运算符||被定义为向量的大小。应注意，这些系统输出有不止一种选择。例如，在该方法的一个实施例中，XF被选择为Tfill，但是等同地，在另一个实施例中，其被选择为填充阶段结束时涡轮轴8的加速度。相似地，在一个实施例中，XT被选择为(估计的)驱动轴扭矩轨迹，为矢量，并且在另一个实施例中，XT被选择为(估计的)涡轮加速度轨迹，为不同的矢量。无论具体系统输出如何选择，以一种方式还是其他方式，将使用由图1中的速度传感器3、9、17、20测量的信号导出。在图5中，ep表示终止迭代学习过程所必需的一个小的正数，因为X和X*之间的零差异在实践中是不可能的。
用于自动校准换档控制器的方法包括：使用测功机控制器43定义在安装在测功机42上的自动变速器40中重复执行的换档序列，并且在换档序列的两次重复之间为序列中的每个换档更新填充阶段、扭矩阶段和惯性阶段控制参数组，直到序列中的所有换档都按照性能指标|XF-XF *|、|XT-XT *|和|XI-XI *|收敛到ep(理想情况下为零)所定义的那样精确校准。例如，对于八速变速器，典型的顺序可以是在相同的发动机扭矩水平下同时启动1-2、2-3、3-4、4-5、5-6、6-7和7-8升档。为了执行该序列，发动机2由图2中的动力系统控制器41命令以产生所需的发动机扭矩水平，并且测功机42的速度由测功机控制器43电子控制，并且通过将测功机速度控制为提高，动力系统控制器41被提示根据换档安排命令自动变速器40中所需的换档顺序。对于该接合实例，imax＝7。在另一实施例中，该方法依次校准第一阶段、第二阶段、...和第N阶段控制参数组。
换档不同阶段的控制参数组使用一组学习控制器更新，使用迭代学习控制理论计算，这是基于模型的学习的既定领域。基本构思涉及使用来自重复执行的任务的最新迭代或最后几次迭代的跟踪或调节误差和控制输入轨迹，来计算下一次迭代的控制输入。对于换档控制校准和适配的应用，学习迭代被定义为需要在测功机上校准的换档序列或在需要适配的车辆操作期间发生的低换档质量的孤立换档。如果可以使用将跟踪误差或调节误差与控制输入相关联这样的系统的完美模型，则可以在一次迭代中使用该模型的逆模型(假设该逆模型是可能的)来计算产生期望的系统响应的控制输入。由于只有该完美模型的近似值可用，因此可能需要一次以上的迭代或多次重复要校准的换档序列或需要适配的换档。
图5中的框67、69和71以及图7中的框98、100和102内的更新规则针对换档的每个阶段校准/调整来自一组控制参数的一个或多个参数，同时保持其他参数固定。为了校准/适配，对于填充阶段控制参数组可行的选择为参数p1、p2、t1和t2，对于扭矩阶段控制参数组，可行的选择为参数p3和t3，并且对于惯性阶段控制参数组，可行的选择为参数p4、Tδ和t4。针对校准/适配而更新的参数将从带有用于将其与换挡阶段中的一个阶段相关联的下标的通用更新变量Y到导出或与其相同，例如，YF可潜在地表示参数p1、p2、t1或t2中的任意一者，或者替代地，可以从YF的更新值导出这些参数中的任意一者的更新值。值得指出的是，Y还可以表示在命令接合离合器和发动机扭矩轨迹的一些参数化中的时间轨迹，与图3所示的不同，在该情况下它将是一个向量。
在等式(1)中描述了校准/适配使用的通用更新规则，其中m假定了用于代表填充、扭矩和惯性阶段控制参数的值F、T和I，q表示由对(i,j)表示的换档的迭代计数器，并且Lm q是校准/适配所使用的学习控制器，如果Xm q是标量则其为标量，并且如果Xm q是矢量则其为适当尺寸的矩阵。上标q表示可能需要在每次学习迭代时计算学习控制器。等式(1)中描述的通用更新规则是线性(离散时间)动力系统，其中下一次学习迭代(q+1)的控制参数的更新值由上次迭代(q)期间的值和学习控制器对系统输出误差Xm *-Xm的操作生成的校正项确定。
Ym q+1＝Ym q+Lm q(Xm *-Xm q) (1)
在图5的框67和图7的框98中的更新规则的一个实施例中，YF被选为t1，XF被选为Tfill，并且LF，作为填充阶段学习控制器，通过假设离合器填充阶段的简单模型计算，其中离合器压力被定义为模型输出，指令离合器压力被定义为模型输入。受离合器填充的物理学的启发，假设该模型是一个积分器，并且LF的确切形式在等式(2)中描述。
Figure BDA0003195510280000121
在图5的框67和图7的框98中的更新规则的另一个实施例中，YF被选为p2，XF被选为Tfill，并且LF q，作为迭代变化的填充阶段控制器，在每次学习迭代时通过假设离合器填充阶段的简单模型来计算，其中离合器压力被定义为模型输出，指令离合器压力被定义为模型输入。受离合器填充的物理学的启发，假设该模型是一个积分器，并且LF q的确切形式在等式(3)中描述。
Figure BDA0003195510280000131
在图5的框69和图7的框100中的更新规则的一个实施例中，参数p3被选择为通用更新变量YT的最后一个元素，一个使用等式(1)更新的矢量，并且XT被选为代表在最后一次迭代的扭矩阶段估计的驱动轴扭矩轨迹的矢量。使用图1中的估计器38以矢量的形式生成估计的驱动轴扭矩轨迹，并且图5和7中的判定框中的标准运算符||表示输出误差矢量XT-XT *的大小。如前所述，在这种情况下，扭矩阶段学习控制器LT将是一个维度与XT维度兼容的方阵，并且使用基于模型的设计方法计算，该方法使用扭矩阶段的简单模型(4)，其中驱动轴扭矩TS被定义为模型输出，并且命令接合离合器压力
Figure BDA0003195510280000132
定义为模型输入。在(4)中描述的微分方程中，
Figure BDA0003195510280000133
d/dt表示关于时间t的导数，并且γT和KT是模型参数。
迭代学习控制理论应用的基本假设之一是学习迭代的持续时间应该保持不变，并且从一次学习迭代/试验到下一次学习迭代/试验不能改变。扭矩和惯性阶段控制校准/适配的应用不满足这一基本假设，因为这些阶段的持续时间是控制参数的函数，并且随着这些控制参数中的一些控制参数从一次到下一次学习迭代的更新，试验长度也从一次学习迭代到下一次学习迭代而改变。接下来描述计算LT的方法，其绕过了基本假设的需要。
为了计算LT，等式(4)中描述的连续时间模型在无量纲时间框架τ中表示，它通过等式(5)中描述的变换与(4)中的时间变量t关联，其中
Figure BDA0003195510280000134
表示在第q个学习迭代期间时间框架t中的扭矩阶段的持续时间。变换是(4)中模型的时间尺度，其中时间变量t的范围从0到
Figure BDA0003195510280000135
无量纲时间变量τ的范围从0到1，这意味着学习迭代的持续时间/试验长度在无量纲时间框架内不会改变，正如上述基本假设所要求的那样。然而，必须注意的是，(5)中的转换随着
Figure BDA0003195510280000141
从一次到下一次迭代的变化而随迭代变化，并且对于学习控制设计来说，这种转换并不是已知的。
Figure BDA0003195510280000142
在无量纲时间框架τ中得到的连续时间模型用采样时间步长τS离散化以获得无量纲时间框架(6)中的离散时间模型，其中k是从0到N运行的离散时间计数器，其中N表示在无量纲时间框架τ中迭代的离散时间试验长度。由于试验长度在无量纲时间框架τ中从一次学习迭代到下一次学习迭代没有变化，因此N没有q下标。
Figure BDA0003195510280000143
离散时间模型(6)具有相对于无量纲离散时间变化的变量和参数，由k表示，以及学习迭代，由q表示，即其在时间域和迭代域方面都具有动态性，这使得学习控制设计具有挑战性。将具有标量输出Ts的离散时间模型(6)转换为具有定义为[Ts(1)Ts(2)...Ts(N)]T的向量输出
Figure BDA0003195510280000144
的离散时间模型(7)，其中上标T表示向量或矩阵的转置，以及向量输入
Figure BDA0003195510280000145
定义为
Figure BDA0003195510280000146
在(7)中，矩阵Hq是下三角托普利兹矩阵，定义为：
Figure BDA0003195510280000147
在下三角托普利兹矩阵中，第一列的每个元素都沿对角线带复制——例如，沿着主对角线包括H(l,l)，沿着该主对角线下方的对角线包括H(2,l)，等等。也容易看出Hq的第一列是等式(6)中动力系统长度为N的离散脉冲响应。
Figure BDA0003195510280000148
系统模型Hq包括包含
Figure BDA0003195510280000149
及其幂的项。为了使用该模型，假设
Figure BDA00031955102800001410
的上限和下限，
Figure BDA00031955102800001411
对应于Hq的每个元素的上限和下限，即获得了
Figure BDA00031955102800001412
其中H、
Figure BDA00031955102800001413
是与Hq具有相同维度的矩阵，并且不等式应按元素理解。
在计算扭矩相位学习控制器LT的方法的一个实施例中，它被选择为标量乘以单位矩阵，即，LT＝l1I，其中l1是标量，而I代表适当维度的单位矩阵。如(8)中所述计算标量参数以确保在几次学习迭代中从XT到XT *迭代收敛。
Figure BDA0003195510280000151
在计算扭矩阶段学习控制器LT的方法的另一个实施例中，对(9)中的矩阵不等式进行数值求解以计算LT。在一个实施例中，(9)中的矩阵不等式被转换为一组线性矩阵不等式，可以使用免费的数值求解器有效地求解该线性矩阵不等式。
Figure BDA0003195510280000152
在图5的框71和图7的框102中的更新规则的一个实施例中，参数p4被选为通用更新变量YI的最后一个元素，一个使用等式(1)更新的向量，而XI被选为一个表示在最后一次迭代的惯性阶段测量到的接合离合器滑动速度的向量。与扭矩阶段更新规则的情况一样，在该情况下的惯性阶段学习控制器LI将是一个维度与XI的维度兼容的方阵，并使用基于模型的设计方法进行计算，所述设计方法使用惯性阶段的简单模型(10)，其中接合离合器滑动速度ωonc定义为模型输出，并且指令接合离合器压力
Figure BDA0003195510280000153
定义为模型输入。在(10)中描述的微分方程中，d/dt表示关于时间t的导数，并且γI和kI为模型参数。以类似于计算学习控制器LT所述的方法继续进行，获得用于计算惯性阶段学习控制器LI的方法的两个实施例
Figure BDA0003195510280000154
在另一个实施例中，为更新所选择的参数为Tδ，然后与上述类似，计算惯性阶段学习控制器LI的两个实施例，以在图5的框71和图7的框102的更新规则中迭代地更新参数Tδ。为此，更新参数Tδ被选为通用更新变量YI的最小元素，一个使用等式(1)更新的向量，并且XI被选择为表示在最后一次迭代的惯性阶段期间测量的接合离合器滑动速度的向量。在这种情况下，学习控制器LI将是一个维度与XI的维度兼容的方阵，且其计算类似于针对扭矩阶段控制校准描述的程序，其使用惯性阶段的简单模型(11)，其中接合离合器滑动速度ωonc定义为模型输出，并且指令发动机扭矩
Figure BDA0003195510280000155
定义为模型输入。在(11)中描述的微分方程中，d/dt表示关于时间t的导数，并且
Figure BDA0003195510280000156
和
Figure BDA0003195510280000157
为模型参数。
Figure BDA0003195510280000161
在另一个实施例中，对于包括第一、第二、...第N换档阶段的一般(多)离合器到离合器换档，第一、第二、...第N阶段学习控制器用于更新换档控制器中的第一、第二、...第N控制参数组，该换档控制器用于控制具有N个阶段的这种一般换档。
本发明考虑采用使用图2中所示的物理设置的换档控制器的自动校准方法，用于在车辆操作期间在机动车辆中调整换档控制器的应用。使用测功机自动校准与车辆适配之间的根本区别在于，在测功机上，能够准确再现要校准的换档顺序，以迭代学习期望的控制参数，而在车辆中，在正常驾驶过程中，根据驾驶员的行为而指令换挡。
上述校准和适配功能之间的根本区别要求必须分析车辆运行期间低换档质量的换档并且必须更新相关控制参数。使用图6A和6B中的查找表来描述能够做到这一点的方法的一个实施例。如前所述，控制参数如p3和p4被存储为适当操作变量的函数，见图6A和6B，其中实线和虚线表示适配之前和之后的相应查找表——在对应于图6A和6B中的方形标记80和88的操作条件下检测到低质量的换档。一旦检测到，就使用为自动校准而开发的学习控制器LT和LI在检测到低换档质量的换档的操作条件下更新p3和p4的值。然而，如图6A和6B所示，查找表仅存储在该需要更新控制参数的操作条件周围的操作条件下(由圆形标记表示)的控制参数p3和p4。与需要参数更新的操作条件周围的操作条件相对应的控制参数可以如图6A和6B中的箭头所示进行更新。
上一段中描述的更新查找表的过程是图5和7中的更新扭矩阶段控制参数设置框69与100以及更新惯性阶段控制参数设置框71与102之间仅有的区别。由于填充阶段控制参数被存储为离合器的函数而不是发动机扭矩和换档速度的操作条件的函数，所以图5和7中的更新填充阶段校准参数设置框67和98在是相同的。
下面描述换档控制器的在线适配方法。在通过框92检测到完成第j个操作条件下的第i个换档后，使用性能指标|XF-XF *|、|XT-XT *|和|XI-XI *|在框94中检查该完成的换档的换档质量，并且如果发现三者中的任何一者大于ep，则声明第j个操作条件下的第i个换挡需要调整一个以上的控制参数组。在继续应用前面描述的框98、100和102中的更新规则之前，在框95中检查在第j个操作条件下的第i个换档期间节气门位置变化和自动变速箱油(ATF)温度的最小值，并且仅当发现其分别接近零和大于阈值时，在框98、100和102中更新相关控制参数。
虽然已经通过对各种实施例的描述说明了本发明，并且虽然已经相当详细地描述了这些实施例，但发明人的意图并不是将所附权利要求的范围限制或以任何方式限制到这样的细节。本领域的技术人员将容易地明白额外的优点和修改。因此，本发明在其更广泛的方面不限于所示和描述的具体细节、代表性装置和方法以及说明性示例。因此，在不脱离申请人的总体发明概念的精神或范围的情况下，可以偏离这些细节。

Claims (12)

1.一种换挡控制器(39)的自动校准方法，所述换挡控制器用于控制安装在测功机(42)上的配备有至少一个速度传感器(3、9、17、20)的有级自动变速器(40)的换挡序列或安装在测功机(42)上的机动车辆的换档序列，其中所述测功机(42)通过测功机控制器(43)电子控制，所述序列中的每个换档均包括第一阶段、第二阶段、第三阶段、...和第N阶段，并且所述换档控制器(39)针对所述序列中的每个换挡包括第一阶段控制参数组、第二阶段控制参数组、第三阶段控制参数组、...和第N阶段控制参数组的初始值，分别使用第一阶段学习控制器、第二阶段学习控制器、第三阶段学习控制器、...和第N阶段学习控制器更新所述第一阶段控制参数组、所述第二阶段控制参数组、所述第三阶段控制参数组、…和所述第N阶段控制参数组，所述方法包括：
(a)在所述有级自动变速器(40)或所述机动车辆中执行所述换档序列m次，m为大于或等于1的自然数；
(b)对于所述换挡序列中的每个所述换挡的m次重复，从所述至少一个速度传感器(3、9、17、20)获取数据；
(c)对所述换档序列中每个所述换档的m次重复获取的速度传感器数据进行平均，以计算所述换档序列中每个所述换档的平均速度传感器数据集；
(d)使用所述换档序列中的每个所述换档的所述平均速度传感器数据集确定所述换档控制器(39)中的所述第一阶段控制参数组是否需要校准，其中
如果需要校准，使用所述平均速度传感器数据集和所述第一阶段学习控制器更新所述换档控制器(39)中需要校准的所述第一阶段控制参数组，
并且如果不需要校准，则将所述换挡序列中的不需要校准所述第一阶段控制参数组的所述换挡分配到校准换挡组；
(e)对于所述第二阶段控制参数组到所述第N阶段控制参数组，对所述校准换挡组中的每个所述换挡重复步骤(d)，直到所述校准换挡组为空；以及
(f)重复步骤(a)-(e)。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
当对于所述换档序列中的任何所述换档，所述第一阶段控制参数组到所述第N阶段控制参数组均不需要校准时，终止步骤(f)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一阶段学习控制器、所述第二阶段学习控制器、第三阶段学习控制器、...和所述第N阶段学习控制器包括在动力系统控制器(41)中，所述方法还包括：
当对于所述换档序列中的任何所述换档，所述第一阶段控制参数组到所述第N阶段控制参数组均不需要进行校准时，终止步骤(f)。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述换档序列包括启动升档，每个所述启动升档均使用分离离合器(11)和接合离合器(10)，
其中，每个所述启动升档的所述第一阶段是填充阶段，每个所述启动升档的所述第二阶段是扭矩阶段，每个所述启动升档的所述第三阶段是惯性阶段，
其中，每个所述启动升档的所述第一阶段控制参数组是填充阶段控制参数组，每个所述启动升档的所述第二阶段控制参数组是扭矩阶段控制参数组，并且每个所述启动升档的所述第三阶段控制参数组为惯性阶段控制参数组，并且
其中，所述第三阶段学习控制器是使用转换到无量纲时间框架的惯性阶段模型计算的惯性阶段学习控制器，所述第二阶段学习控制器是使用转换到无量纲时间框架的扭矩阶段模型计算的扭矩阶段学习控制器，并且所述第一阶段学习控制器是如下计算的填充阶段学习控制器：
Figure FDA0003759980330000021
其中，LF是填充阶段学习控制器，p1、p2是指令接合离合器压力和发动机扭矩轨迹的控制参数；
所述方法还包括：
当对于所述换挡序列中的任何换挡，所述填充阶段控制参数组、所述扭矩阶段控制参数组和所述惯性阶段控制参数组均不需要进行校准时，终止步骤(f)。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述换档序列包括启动降档，每个所述启动降档均使用分离离合器(11)和接合离合器(10)，
其中，每个所述启动降档的所述第一阶段是惯性阶段，每个所述启动降档的所述第二阶段是填充阶段，每个所述启动降档的所述第三阶段是扭矩阶段，
其中，每个所述启动降档的所述第一阶段控制参数组是惯性阶段控制参数组，每个所述启动降档的所述第二阶段控制参数组是填充阶段控制参数组，每个所述启动降档的所述第三阶段控制参数组是扭矩阶段控制参数组，并且
其中，所述第一阶段学习控制器是使用转换到无量纲时间框架的惯性阶段模型计算的惯性阶段学习控制器，所述第三阶段学习控制器是使用转换到无量纲时间框架的扭矩阶段模型计算的扭矩阶段学习控制器，所述第二阶段学习控制器是如下计算的填充阶段学习控制器：
Figure FDA0003759980330000031
其中，LF是填充阶段学习控制器，p1、p2是指令接合离合器压力和发动机扭矩轨迹的控制参数；
所述方法还包括：
当对于所述换挡序列中的任何换挡，所述填充阶段控制参数组、所述扭矩阶段控制参数组和所述惯性阶段控制参数组均不需要进行校准时，终止步骤(f)。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述换档序列包括启动升档，每个所述启动升档均使用分离离合器(11)和接合离合器(10)，
其中，每个所述启动升档的所述第一阶段是填充阶段，每个所述启动升档的所述第二阶段是扭矩阶段，每个所述启动升档的所述第三阶段是惯性阶段，
其中，每个所述启动升档的所述第一阶段控制参数组是填充阶段控制参数组，每个所述启动升档的所述第二阶段控制参数组是扭矩阶段控制参数组，每个所述启动升档的所述第三阶段控制参数组为惯性阶段控制参数组，并且
其中，所述第三阶段学习控制器是使用转换到无量纲时间框架的惯性阶段模型计算的惯性阶段学习控制器，所述第二阶段学习控制器是使用转换到无量纲时间框架的扭矩阶段模型计算的扭矩阶段学习控制器，并且所述第一阶段学习控制器是如下计算的填充阶段学习控制器：
Figure FDA0003759980330000032
其中，q表示迭代计数器，LF q是迭代变化的填充阶段控制器，p2、t2是指令接合离合器压力和发动机扭矩轨迹的控制参数；
所述方法还包括：
当对于所述换挡序列中的任何换挡，所述填充阶段控制参数组、所述扭矩阶段控制参数组和所述惯性阶段控制参数组均不需要进行校准时，终止步骤(f)。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述换档序列包括启动降档，每个所述启动降档均使用分离离合器(11)和接合离合器(10)，
其中，每个所述启动降档的所述第一阶段是惯性阶段，每个所述启动降档的所述第二阶段是填充阶段，每个所述启动降档的所述第三阶段是扭矩阶段，
其中，每个所述启动降档的所述第一阶段控制参数组是惯性阶段控制参数组，每个所述启动降档的所述第二阶段控制参数组是填充阶段控制参数组，每个所述启动降档的所述第三阶段控制参数组是扭矩阶段控制参数组，并且
其中，所述第一阶段学习控制器是使用转换到无量纲时间框架的惯性阶段模型计算的惯性阶段学习控制器，所述第三阶段学习控制器是使用转换到无量纲时间框架的扭矩阶段模型计算的扭矩阶段学习控制器，所述第二阶段学习控制器是如下计算的填充阶段学习控制器：
Figure FDA0003759980330000041
其中，q表示迭代计数器，LF q是迭代变化的填充阶段控制器，p2、t2是指令接合离合器压力和发动机扭矩轨迹的控制参数；
所述方法还包括：
当对于所述换挡序列中的任何换挡，所述填充阶段控制参数组、所述扭矩阶段控制参数组和所述惯性阶段控制参数组均不需要进行校准时，终止步骤(f)。
8.一种换挡控制器(39)的适配方法，所述换挡控制器用于控制机动车辆的操作期间的换挡，所述机动车辆带有包括至少一个速度传感器(3、9、17、20)的有级自动变速器(40)，需要适配的换档包括第一阶段、第二阶段、第三阶段、...和第N阶段，并且所述换档控制器(39)包括用于换挡的第一阶段控制参数组、第二阶段控制参数组、第三阶段控制参数组、...和第N阶段控制参数组的初始值，分别使用包括在动力系统控制器(41)中的第一阶段学习控制器、第二阶段学习控制器、第三阶段学习控制器、...和第N阶段学习控制器更新所述第一阶段控制参数组、所述第二阶段控制参数组、所述第三阶段控制参数组、…和所述第N阶段控制参数组，所述方法包括：
(a)针对所述换挡的m重复，从所述至少一个速度传感器(3、9、17、20)获取数据，其中m是大于或等于1的自然数；
(b)将针对所述换档的m次重复的所述速度传感器数据进行平均，以计算所述换档的平均速度传感器数据集；
(c)使用所述换档的所述平均速度传感器数据集判定在所述换档控制器(39)中的所述第一阶段控制参数组是否需要调整，其中，
如果需要调整，则使用所述平均速度传感器数据集和所述动力系统控制器(41)中包括的所述第一阶段学习控制器更新所述换档控制器(39)中的所述第一阶段控制参数组，
并且如果不需要调整，则执行步骤(d)；以及
(d)对所述第二阶段控制参数组至第N阶段控制参数组重复步骤(c)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，需要适配的所述换档是使用分离离合器(11)和接合离合器(10)的启动升档，
其中，所述第一阶段是填充阶段，所述第二阶段是扭矩阶段，所述第三阶段是惯性阶段，并且
其中，所述第三阶段学习控制器是使用转换到无量纲时间框架的惯性阶段模型计算的惯性阶段学习控制器，所述第二阶段学习控制器是使用转换到无量纲时间框架的扭矩阶段模型计算的扭矩阶段学习控制器，并且所述第一阶段学习控制器是如下计算的填充阶段学习控制器：
Figure FDA0003759980330000051
其中，LF是填充阶段学习控制器，p1、p2是指令接合离合器压力和发动机扭矩轨迹的控制参数。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，需要适配的所述换档是使用分离离合器(11)和接合离合器(10)的启动降档，
其中，所述第一阶段是惯性阶段，所述第二阶段是填充阶段，所述第三阶段是扭矩阶段，并且
其中，所述第一阶段学习控制器是使用转换到无量纲时间框架的惯性阶段模型计算的惯性阶段学习控制器，所述第三阶段学习控制器是使用转换到无量纲时间框架的扭矩阶段模型计算的扭矩阶段学习控制器，所述第二阶段学习控制器是如下计算的填充阶段学习控制器：
Figure FDA0003759980330000061
其中，LF是填充阶段学习控制器，p1、p2是指令接合离合器压力和发动机扭矩轨迹的控制参数。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，需要适配的所述换档是使用分离离合器(11)和接合离合器(10)的启动升档，
其中，所述第一阶段是填充阶段，所述第二阶段是扭矩阶段，所述第三阶段是惯性阶段，并且
其中，所述第三阶段学习控制器是使用转换到无量纲时间框架的惯性阶段模型计算的惯性阶段学习控制器，所述第二阶段学习控制器是使用转换到无量纲时间框架的扭矩阶段模型计算的扭矩阶段学习控制器，并且所述第一阶段学习控制器是如下计算的填充阶段学习控制器：
Figure FDA0003759980330000062
其中，q表示迭代计数器，LF q是迭代变化的填充阶段控制器，p2、t2是指令接合离合器压力和发动机扭矩轨迹的控制参数。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，需要适配的所述换档是使用分离离合器(11)和接合离合器(10)的启动降档，
其中，所述第一阶段是惯性阶段，所述第二阶段是填充阶段，所述第三阶段是扭矩阶段，以及
其中，所述第一阶段学习控制器是使用转换到无量纲时间框架的惯性阶段模型计算的惯性阶段学习控制器，所述第三阶段学习控制器是使用转换到无量纲时间框架的扭矩阶段模型计算的扭矩阶段学习控制器，所述第二阶段学习控制器是如下计算的填充阶段学习控制器：
Figure FDA0003759980330000063
其中，q表示迭代计数器，LF q是迭代变化的填充阶段控制器，p2、t2是指令接合离合器压力和发动机扭矩轨迹的控制参数。
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