用於檢測動力系轉矩輸出的方法

2023-09-12 00:15:45 4

專利名稱：用於檢測動力系轉矩輸出的方法
技術領域：
本發明涉及傳動系工作和確定車輛動力系的轉矩輸出。
背景技術：
本節陳述只是提供與本發明相關的背景信息，並且可能不構成現有技術。車輛駕駛性能的一個考慮是動力系輸出和車輛對該輸出的響應。動力系輸出能夠被稱作扭力，通稱轉矩。轉矩是從內燃機或其它轉矩源例如電動機產生的扭力以推進車輛。在車輛或帶有驅動輪的其它車輛的情況下，轉矩可以通過變速器進行傳遞、被差速器分解並且提供給車輪以向車輛提供牽弓I力。轉矩信息可用於多種動力系控制方案，例如，離合器填充時間檢測、發動機轉矩估計、換檔平穩等等，這些對車輛駕駛性能有幫助。因此，轉矩信息能被用於動力系的附加控制。例如，在加速和減速期間，車輛乘客可能察覺到轉矩傳遞的變化，例如在變速器換檔期間。能夠採用控制變速器換檔的控制方案來最小化換檔期間的轉矩波動。一種閉環控制方案能用於變速器換檔，允許控制模塊根據特定RPM下發動機應當產生的轉矩量估計在當前變速器傳動比下產生的轉矩量。然而，這是理論轉矩，並且不一定代表著傳遞的實際轉矩。能夠發明一種根據專用轉矩傳感器進行發動機和變速器控制的控制方案。專用轉矩傳感器能夠檢測傳遞的轉矩的實際量並且提供該實際轉矩信息給控制模塊用於根據當前狀態確定變速器換檔方案。然而，在成品車輛中使用專用轉矩傳感器增大了成本、零件容量、配線複雜性、質量和可靠性問題。

發明內容
一種動力系包括與傳動系相連的變速器。一種用於監控傳動系轉矩的方法，包括監控來自位於沿著傳動系隔開距離的傳動系的相應的第一和第二旋轉耦合位置上的第一和第二旋轉傳感器的信號、通過所述信號確定在第一和第二旋轉耦合位置處傳動系的旋轉、確定由第一和第二旋轉耦合位置處的傳動系的旋轉之間的差值導出的扭轉角、計算與扭轉角相對應的傳動系轉矩以及響應於傳動系轉矩控制動力系的工作。本發明提供下列技術方案。技術方案I :一種用於監控包含與傳動系相連的變速器的動力系中的轉矩的方法，該方法包括
監控來自位於沿著所述傳動系隔開一距離的傳動系的相應的第一和第二旋轉耦合位置處的第一和第二旋轉傳感器的信號；
通過所述信號確定在所述第一和第二旋轉耦合位置處所述傳動系的旋轉； 確定由所述第一和第二旋轉耦合位置處的傳動系的旋轉之間的差值導出的扭轉角； 計算與所述扭轉角相對應的傳動系轉矩；以及 響應於所述傳動系轉矩控制所述動力系的工作。技術方案2 :如技術方案I所述的方法，其中，來自所述旋轉傳感器的信號包括周期性信號，並且其中，通過所述信號確定在所述第一和第二旋轉耦合位置處所述傳動系的旋轉包括，對每個相應的旋轉稱合位置來說，
確定預定採樣窗口內對應於初始信號的初始相位角；
確定所述預定採樣窗口內對應於終了信號的終了相位角；
確定對應於所述初始信號與終了信號之間的全信號數量的中間相位角；以及確定相應的旋轉耦合位置處所述傳動系的所述旋轉為所述初始相位角、終了相位角和中間相位角的總和。技術方案3 :如技術方案2所述的方法，其中，所述預定採樣窗口內的所述初始信號包括局部信號。技術方案4:如技術方案2所述的方法，其中，所述預定採樣窗口內的所述終了信 號包括局部信號。技術方案5 :如技術方案2所述的方法,其中,所述初始信號和終了信號都包括各自的局部信號。技術方案6 :如技術方案5所述的方法，其中，所述初始相位角和所述終了相位角的總和等於與全信號對應的角度。技術方案7 :如技術方案I所述的方法，其中，所述傳動系的所述第一旋轉耦合位置包括變速器輸出構件上最接近所述變速器的位置，並且其中，所述傳動系的所述第二旋轉耦合位置包括半軸上的位置。技術方案8 :如技術方案I所述的方法，其中，所述傳動系的所述第一旋轉耦合位置包括變速器輸出構件上最接近所述變速器的位置，並且其中，所述傳動系的所述第二旋轉耦合位置包括所述變速器輸出構件上相對所述第一旋轉耦合位置遠離的位置。技術方案9 :如技術方案I所述的方法，其中，所述動力系還包括電機並且所述第一旋轉傳感器包括構造成監控所述電機旋轉的旋轉變壓器。技術方案10 :如技術方案I所述的方法，其中，確定由所述第一和第二旋轉稱合位置處的傳動系的旋轉之間的差值導出的扭轉角包括由調製函數確定誤差修正。技術方案11 :如技術方案10所述的方法，其中，利用所述調製函數的所述修正包括比較所述第一和第二位置處的旋轉之間的物理關係。技術方案12 : —種用於監控包含與傳動系相連的變速器的動力系中的轉矩的方法，該方法包括
監控來自位於所述傳動系的相應的第一和第二旋轉耦合位置處的第一和第二旋轉傳感器的周期性信號，所述第一旋轉耦合位置位於變速器輸出構件上最接近所述變速器，並且所述第二旋轉耦合位置位於半軸上；
為每個相應的旋轉傳感器確定對應於預定米樣窗口內相應的初始信號的相應的初始相位角；
為每個相應的旋轉傳感器確定對應於預定米樣窗口內相應的終了信號的相應的終了相位角；
為每個相應的旋轉傳感器確定對應於所述相應的初始信號與相應的終了信號之間的相應的全信號數量的相應的中間相位角；
確定相應的旋轉稱合位置處所述傳動系的所述旋轉為所述相應的初始相位角、所述相應的終了相位角和所述相應的中間相位角的總和；
從所述第一和第二旋轉耦合位置處的傳動系的旋轉之間的差值確定扭轉角；
計算與所述扭轉角相對應的傳動系轉矩；以及 響應於所述傳動系轉矩控制所述動力系的工作。技術方案13 :如技術方案12所述的方法，其中，所述預定採樣窗口內的所述初始信號包括局部信號，其中，所述預定採樣窗口內的所述終了信號包括局部信號，並且其中，所述初始相位角和所述終了相位角的所述總和等於與全信號對應的角度。技術方案14 :一種用於監控包含與傳動系相連的變速器的動力系中的轉矩的方法，該方法包括
監控來自位於所述傳動系的相應的第一和第二旋轉耦合位置處的第一和第二旋轉傳感器的周期性信號，所述第一旋轉耦合位置位於變速器輸出構件上最接近所述變速器， 並且所述第二旋轉耦合位置位於所述變速器輸出構件上與所述第一旋轉耦合位置相對遠離；
為每個相應的旋轉傳感器確定對應於預定米樣窗口內相應的初始信號的相應的初始相位角；
為每個相應的旋轉傳感器確定對應於預定米樣窗口內相應的終了信號的相應的終了相位角；
為每個相應的旋轉傳感器確定對應於所述相應的初始信號與相應的終了信號之間的相應的全信號數量的相應的中間相位角；
確定相應的旋轉稱合位置處所述傳動系的所述旋轉為所述相應的初始相位角、所述相應的終了相位角和所述相應的中間相位角的總和；
從所述第一和第二旋轉耦合位置處的傳動系的旋轉之間的差值確定扭轉角；
計算與所述扭轉角相對應的傳動系轉矩；以及 響應於所述傳動系轉矩控制所述動力系的工作。技術方案15 :如技術方案14所述的方法，其中，所述預定採樣窗口內的所述初始信號包括局部信號，其中，所述預定採樣窗口內的所述終了信號包括局部信號，並且其中，所述初始相位角和所述終了相位角的所述總和等於與全信號對應的角度。


現在將通過舉例的方式參照附圖描述一個或多個實施例，其中
圖I是根據本發明的包括內燃機和電動發電機(或多個)的混合動力系統的示意 圖2是根據本發明的在指定時間段期間來自旋轉傳感器的示例性數據的圖示；
圖3描述根據本發明實施例的用於從旋轉傳感器數據計算轉矩的示例性控制方案；
圖4是根據本發明的從在變速器從一檔調高到四檔期間在節氣門微開下車輛工作期間的本發明實施例的工作獲得的圖解數據，包括隨時間變化的計算轉矩、測量轉矩和計算轉矩偏差；和
圖5是根據本發明的從在包含變速器換高速檔的一檔和二檔下的工作期間在節氣門全開下車輛工作期間的本發明實施例的工作獲得的圖解數據，包括隨時間變化的計算轉矩、計算轉矩偏差和測量轉矩。
具體實施例方式現在參照這些圖，其中，這些展示只是為了圖解某些示例性實施例，而不是為了限制這些實施例，圖I示意性地示出了包括內燃機10和電動發電機(或多個)12的混合動力系統26。應當注意，該混合動力系是本發明的舉例並且將不會看作限制，因為本文考慮不同類型的混合動力系和非混合動力系。發動機10能夠連接到變速裝置14以傳遞牽引轉矩給車輛的傳動系16。在一個實施例中，傳動系16包括機械連接的輸出構件24、差速齒輪裝置18、機械地分別與第一和第二車輪22和23相連的第一和第二半軸20和21。通過第一和第二車輪22、23，傳動系16在變速器14和路面之間傳遞牽引力。混合動力系統26包括儲能裝置(ESD) 28，例如蓄電池，其儲存電能並且電連接到一個或多個電動發電機(或多個)12以在它們之間傳遞動力。變速器功率變換器控制模塊(TPHO30安置在ESD 28與電動發電機(或多個)12之間並且用來把電池電力從直流電轉換成交流電和從交流電轉換回直流電。電動發電機(或多個)12將儲存能量轉換為機械動力 以及將機械動力轉換為能夠儲存在ESD 28中的能量。發動機10把燃料轉換為機械動力。電動發電機(或多個)12優選地包括三相交流電機(或多個)，具有定子、轉子和旋轉變壓器(或多個)32。電動發電機(或多個)12的電動機定子接地到變速箱的外部，並且包括定子鐵心，有纏繞的電繞組從定子鐵心伸出。電動發電機(或多個)12的轉子(或多個)固定成把通過變速器14的轉矩經由軸15傳遞給傳動系16。旋轉變壓器(或多個)32優選包括具有旋轉變壓器定子和旋轉變壓器轉子的可變磁阻裝置。旋轉變壓器(或多個)32適當地安置和組裝在電動發電機(或多個)12上。旋轉變壓器(或多個)32的相應的定子(或多個)連接到電動發電機(或多個)12的定子(或多個)上。旋轉變壓器轉子連接到電動發電機(或多個)12的轉子上。旋轉變壓器(或多個)32信號地且操作性地連接到TPM 30並且檢測和監控旋轉變壓器轉子相對於旋轉變壓器定子的旋轉位置，從而提供電動發電機(或多個)12的實際旋轉位置。另外，對從旋轉變壓器(或多個)32輸出的信號進行解譯以提供電動發電機(或多個)12的轉速。當純電動模式提供轉矩給傳動系16時,旋轉變壓器能夠類似於旋轉傳感器提供旋轉信息。作為從燃料或儲存在ESD 28內的電位能的能量轉換的結果，產生了來自發動機10的輸入轉矩和來自電動發電機(或多個)12的電動機轉矩。ESD 28經由DC傳輸導線34高電壓直流耦合到TPM 30。傳輸導線34提供了 ESD 28與TPM 30之間的可換向的電流流動。TPM 30響應於電動機轉矩請求通過傳輸導線36往返於電動發電機(或多個)12傳輸電力以滿足轉矩指令。根據ESD 28是在充電還是放電而往返於ESD 28傳輸電流。來自發動機10的機械動力能夠經由軸13傳遞到變速器14。來自電動發電機(或多個)12的機械動力能夠傳遞到變速器14。來自傳動系16的機械動力能夠通過輸出構件24經由變速器14傳遞到發動機10和扭矩機械(或多個)16。利用發動機10與電動發電機(或多個)12聯合以傳遞轉矩給傳動系16，由此提供牽引轉矩通過第一和第二車輪22、23。傳遞的機械動力能夠是用於車輛推進的牽引轉矩形式和用於與再生制動功能有關的車輛制動的反作用轉矩形式。正如將對本領域普通技術人員顯而易見的，可以使用其它的混合動力配置例如串聯式混合動力、並聯式混合動力或複合混合動力驅動，非混合動力配置和電動車輛，而不背離本發明的範圍。
輸出旋轉傳感器38安置在輸出構件24上,優選為在變速器14附近。在第一實施例中，第一旋轉傳感器40與輸出旋轉傳感器38相對遠端地安置在一個半軸上。意識到，輸出旋轉傳感器38旋轉地與第一旋轉傳感器40相連，與輸出構件24和差速器18面對面。在第二實施例中，另外的第二旋轉傳感器42與輸出旋轉傳感器相對遠端地安置在另一個半軸上。意識到，輸出旋轉傳感器38旋轉地與第一和第二旋轉傳感器40、42相連，與輸出構件24和差速器18面對面。為了描述方便，第一旋轉傳感器40對應於第一半軸20，第二旋轉傳感器42對應於第二半軸21。第一和第二旋轉傳感器40、42優選為安置成接近對應的第一和第二車輪22、23。在又一個第三實施例中，作為 對第一或第二實施例的替代，旋轉傳感器安置在與輸出旋轉器38相對的遠端，但是仍然在輸出構件24上(例如接近差速器18)。因此，意識到，在所有實施例中，輸出旋轉傳感器38旋轉地與至少一個另外的遠端安置的旋轉傳感器相連。輸出旋轉傳感器38、第一旋轉傳感器40和第二旋轉傳感器42信號地連接到控制模塊5以向其提供信號。當混合動力系統26正以純電動模式工作時，旋轉變壓器32能夠提供輸出旋轉傳感器38的旋轉信息，此時，計算與此有關的傳輸損耗。控制模塊5信號地且操作性地連接到發動機10和TPM 30用於在它們之間提供通訊和對它們的控制。輸出、第一和第二旋轉傳感器38、40、42都是能從它們獲得轉速的旋轉傳感器。在傳動系的恆定或穩態旋轉期間，來自這些旋轉傳感器的信號基本上是周期性的。一種示例性旋轉傳感器可以包括固定到旋轉元件例如旋轉軸上的由鐵磁材料製造的齒輪，其經過霍爾效應傳感器。經過傳感器的每個輪齒都產生信號，這些信號能夠在數量上、根據持續時間、暫停以及幅度進行辨別。全信號對應於輪齒時間間隔(即從輪齒的起點或終點到相鄰輪齒的同類起點或終點)。局部信號對應於輪齒時間間隔的一部分。因為齒輪上的輪齒數目是已知的，能夠通過計數採樣窗口內產生的全和局部信號來計算速度。其它的示例性傳感器是產生周期信號的無軸承輪組、輪組脈衝發生器、光學和類似的齒輪旋轉傳感器。控制模塊、模塊、控制器、控制單元、處理器和類似術語意味著專用集成電路(ASIC)(或多個)中的一個或多個、電子電路(或多個)、執行一個或多個軟體或固件程序的中央處理器(或多個)(優選為微處理器(或多個))和相關存儲器和貯存器(只讀的、可編程只讀的、隨機存取的、硬碟驅動器等)、組合邏輯電路(或多個)、輸入/輸出電路(或多個)和裝置、適當的信號調節和緩衝電路以及其它的提供所述功能的適當部件中的任何適用的一個或它們的組合。控制模塊5具有一組控制算法，包括存儲在存儲器中且執行以提供期望功能的常駐軟體程序指令和標定。優選地，在預定循環期間執行這些算法。算法由例如中央處理器執行，並且可操作成監控來自傳感裝置及其它網絡控制模塊的輸入以及執行控制和診斷程序來控制致動器的工作。可以規定時間隔執行這些循環，例如在正在進行的發動機和車輛工作期間，每3. 125、6. 25、12. 5、25和100毫秒。可替代地，可以響應於事件的出現而執行算法。控制模塊5能夠控制混合動力系統26以響應於駕駛員轉矩請求產生轉矩。控制模塊5聯合控制發動機10、電動發電機(或多個)12和變速器14以產生駕駛員轉矩請求。控制模塊5能夠命令發動機10和電動發電機(或多個)12單獨或組合產生請求的轉矩。變速器14受到控制以選擇性地傳輸轉矩到傳動系16並且包括多個傳動比，這些傳動比用作轉矩乘數以實現最終的駕駛員轉矩請求。轉矩輸出可用於響應於駕駛員轉矩請求使用適當的轉矩控制方案控制混合動力系統26的工作。
圖2是在指定時間段期間例如25毫秒內來自與包含齒輪的可旋轉元件信號地相連的示例性旋轉傳感器的示例性數據的圖示。示例性旋轉傳感器包括輸出、第一和第二旋轉傳感器38、40、42，示例性可旋轉元件包括輸出構件24、第一半軸20和第二半軸21。當可旋轉元件旋轉時，齒輪旋轉。當每個輪齒經過旋轉傳感器時，產生信號50。全信號具有包括起點52、頂點54、終點56和暫停70的分布圖。起點52與終點56之間的經過時間是信號持續時間72。單個輸出信號50的終點56與相鄰的下一輸出信號50的起點52之間的經過時間是暫停70。信號持續時間72與暫停70的組合是信號周期60。當可旋轉元件以等速旋轉時，出現周期性圖形。當轉速增大時，每個檢測輪齒之間的信號持續時間72與暫停70減小，由此引起較短的信號周期例如60』。當轉速增大時，特定採樣窗口 68期間檢測到的輪齒數量增量也增大。當轉速降低時，每個輸出信號之間的信號持續時間72與暫停70增大，由此引起較長的信號周期。當轉速降低時，特定採樣窗口 68期間檢測到的輪齒數量也減少。對於輸出、第一和第二旋轉傳感器38、40、42中的每一個，能夠根據共同的採樣窗口例如25毫秒的比較結果確定每個傳感器的旋轉角 。旋轉角 是以度數角度計量的軸旋轉幅度。能使用其它適當的度量例如弧度。通過比較來自兩個旋轉傳感器例如輸出旋轉傳感器38和第一旋轉傳感器40的旋轉角 ，能夠確定它們之間的扭轉角並且與計算轉矩值建立聯繫。能夠通過確定分別為0init和0final的初始信號和終了信號的相位角0以及在採樣窗口 68內的中間信號的數量來計算旋轉角G0通過知曉第一信號周期tl 64(從採樣窗口 68的起點到第一檢測輪齒輸出的終點測量的)、基準全信號周期(優選為下一或前一相鄰信號周期-例如從第一全檢測輪齒輸出的起點到下一檢測輪齒輸出的起點測量的P1，或者可替代地，瞬時接近的下一或前一信號周期)和所確定的傳感器上的輪齒總數Nt通過下列方程式確定初始相位角0init。將意識到，第一信號周期tl 64可以只包含全信號周期的一部分。
權利要求
1.一種用於監控包含與傳動系相連的變速器的動力系中的轉矩的方法，該方法包括 監控來自位於沿著所述傳動系隔開一距離的傳動系的相應的第一和第二旋轉耦合位置處的第一和第二旋轉傳感器的信號； 通過所述信號確定在所述第一和第二旋轉耦合位置處所述傳動系的旋轉； 確定由所述第一和第二旋轉耦合位置處的傳動系的旋轉之間的差值導出的扭轉角； 計算與所述扭轉角相對應的傳動系轉矩；以及 響應於所述傳動系轉矩控制所述動力系的工作。
2.如權利要求I所述的方法，其中，來自所述旋轉傳感器的信號包括周期性信號，並且其中，通過所述信號確定在所述第一和第二旋轉耦合位置處所述傳動系的旋轉包括，對每個相應的旋轉耦合位置來說， 確定預定採樣窗口內對應於初始信號的初始相位角； 確定所述預定採樣窗口內對應於終了信號的終了相位角； 確定對應於所述初始信號與終了信號之間的全信號數量的中間相位角；以及確定相應的旋轉耦合位置處所述傳動系的所述旋轉為所述初始相位角、終了相位角和中間相位角的總和。
3.如權利要求2所述的方法，其中，所述預定採樣窗口內的所述初始信號包括局部信號。
4.如權利要求2所述的方法，其中，所述預定採樣窗口內的所述終了信號包括局部信號。
5.如權利要求2所述的方法，其中，所述初始信號和終了信號都包括各自的局部信號。
6.如權利要求5所述的方法，其中，所述初始相位角和所述終了相位角的總和等於與全信號對應的角度。
7.如權利要求I所述的方法，其中，所述傳動系的所述第一旋轉耦合位置包括變速器輸出構件上最接近所述變速器的位置，並且其中，所述傳動系的所述第二旋轉耦合位置包括半軸上的位置。
8.如權利要求I所述的方法，其中，所述傳動系的所述第一旋轉耦合位置包括變速器輸出構件上最接近所述變速器的位置，並且其中，所述傳動系的所述第二旋轉耦合位置包括所述變速器輸出構件上相對所述第一旋轉耦合位置遠離的位置。
9.一種用於監控包含與傳動系相連的變速器的動力系中的轉矩的方法，該方法包括 監控來自位於所述傳動系的相應的第一和第二旋轉耦合位置處的第一和第二旋轉傳感器的周期性信號，所述第一旋轉耦合位置位於變速器輸出構件上最接近所述變速器，並且所述第二旋轉耦合位置位於半軸上； 為每個相應的旋轉傳感器確定對應於預定米樣窗口內相應的初始信號的相應的初始相位角； 為每個相應的旋轉傳感器確定對應於預定米樣窗口內相應的終了信號的相應的終了相位角； 為每個相應的旋轉傳感器確定對應於所述相應的初始信號與相應的終了信號之間的相應的全信號數量的相應的中間相位角；確定相應的旋轉稱合位置處所述傳動系的所述旋轉為所述相應的初始相位角、所述相應的終了相位角和所述相應的中間相位角的總和； 從所述第一和第二旋轉耦合位置處的傳動系的旋轉之間的差值確定扭轉角； 計算與所述扭轉角相對應的傳動系轉矩；以及 響應於所述傳動系轉矩控制所述動力系的工作。
10.一種用於監控包含與傳動系相連的變速器的動力系中的轉矩的方法，該方法包括 監控來自位於所述傳動系的相應的第一和第二旋轉耦合位置處的第一和第二旋轉傳感器的周期性信號，所述第一旋轉耦合位置位於變速器輸出構件上最接近所述變速器，並且所述第二旋轉耦合位置位於所述變速器輸出構件上與所述第一旋轉耦合位置相對遠離； 為每個相應的旋轉傳感器確定對應於預定米樣窗口內相應的初始信號的相應的初始相位角； 為每個相應的旋轉傳感器確定對應於預定米樣窗口內相應的終了信號的相應的終了相位角； 為每個相應的旋轉傳感器確定對應於所述相應的初始信號與相應的終了信號之間的相應的全信號數量的相應的中間相位角； 確定相應的旋轉稱合位置處所述傳動系的所述旋轉為所述相應的初始相位角、所述相應的終了相位角和所述相應的中間相位角的總和； 從所述第一和第二旋轉耦合位置處的傳動系的旋轉之間的差值確定扭轉角； 計算與所述扭轉角相對應的傳動系轉矩；以及 響應於所述傳動系轉矩控制所述動力系的工作。
全文摘要
本發明涉及用於檢測動力系轉矩輸出的方法，提供一種動力系包括與傳動系相連的變速器。一種用於監控傳動系轉矩的方法，包括監控來自位於沿著傳動系隔開距離的傳動系的相應的第一和第二旋轉耦合位置處的第一和第二旋轉傳感器的信號、通過所述信號確定在第一和第二旋轉耦合位置處傳動系的旋轉、確定從第一和第二旋轉耦合位置處的傳動系的旋轉之間的差值獲取的扭轉角、計算與扭轉角相對應的傳動系轉矩以及響應於傳動系轉矩控制動力系的工作。
文檔編號F16H63/40GK102705506SQ20111029517
公開日2012年10月3日 申請日期2011年9月28日 優先權日2010年9月28日
發明者C.J.李, C-K.考, D.李, F.薩米, K.V.赫貝爾, M.曹 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司