闭环的基于阀的变速器控制算法.pdf

一种用于控制变速器中的压力的系统，该系统包括变速器控制单元(102)、从变速器控制单元(102)接收作为输入的期望压力(202)的阀控制器(104)、阀驱动器(108)、调节变速器离合器(106)中的流体量的阀(112)、读取变速器离合器(106)中的压力并将压力读数(204)输出到阀控制器(104)的压力变送器；其中，阀控制器(104)包括用于将控制阀(112)的指令输出到阀驱动器(108)的逻辑，该指令用期望压力(202)和压力读数(204)表示。

1.  一种用于控制变速器中的压力的系统，该系统包括：
变速器控制单元102；
从所述变速器控制单元102接收作为输入的期望压力202的阀控制器104；
阀驱动器108；
调节变速器离合器106中的流体量的阀112；以及
读取所述变速器离合器106中的压力并将压力读数204输出到所述阀控制器104的压力变送器；
其中，所述阀控制器104包括用于将控制所述阀112的指令输出到所述阀驱动器108的逻辑，所述指令用所述期望压力202和所述压力读数204表示。

2.  根据权利要求1的系统，其中，所述阀112是压力宽度调制(PWM)阀。

3.  根据权利要求1的系统，其中，所述阀112是比例阀。

4.  根据权利要求1的系统，其中，所述指令用比例加积分控制表示。

5.  根据权利要求1的系统，其中，所述指令用比例-积分-微分控制表示。

6.  根据权利要求1的系统，其中，所述指令用前馈控制表示。

7.  根据权利要求1的系统，其中，所述指令用比例-微分控制表示。

8.  根据权利要求1的系统，其中，所述阀控制器104包括用于判定所述系统是否到达饱和点的逻辑。

9.  根据权利要求8的系统，其中，所述饱和点包括电容器所能容纳的电压的最大量。

10.  一种用于控制变速器中的压力的方法，该方法包括：
在阀控制器104中接收来自变速器控制单元102的期望压力202；以及
将用于控制变速器中的阀112的指令输出到阀驱动器108，所述指令用所述期望压力202和变速器离合器106中实际压力的读数表示。

11.  根据权利要求10的方法，其中，所述阀112是压力宽度调制(PWM)阀。

12.  根据权利要求10的方法，其中，所述阀112是比例阀。

13.  根据权利要求10的方法，其中，所述指令用比例加积分控制表示。

14.  根据权利要求10的方法，其中，所述指令用比例-积分-微分控制表示。

15.  根据权利要求10的方法，其中，所述指令用比例-微分控制表示。

16.  根据权利要求10的方法，其中，所述指令用前馈控制表示。

17.  根据权利要求10的方法，其中，所述阀控制器104包括用于判定系统是否到达饱和点的逻辑。

18.  根据权利要求17的方法，其中，所述饱和点包括电容器所能容纳的电压的最大量。

闭环的基于阀的变速器控制算法
本申请涉及2003年12月23日提交的申请号为no.10/327,792、名称为“CLOSED LOOP CONTROL OF SHIFTING CLUTCH ACTUATORSIN AN AUTOMATIC SPEED CHANGE TRANSMISSION”(“自动变速器中切换离合器致动器的闭环控制”)的待准美国专利申请，上述申请被转让给了本发明的受让人。
技术领域
本发明涉及阀的闭环压力控制，其中，阀例如为车辆变速器中的阀。
背景技术
众所周知，为了在自动变速器的离合器中获得期望的液压流体压力，使用微处理器以控制阀。现有的系统使用启发式规则(heuristic rules)，其假设将阀打开某一时间段与变速器离合器中的期望压力成比例，即成线性关系。因而，一旦将这种线性关系编入逻辑控制器，则系统被强制假设为：产生某一阀动作被正确地校准到离合器内结果得到的压力。然而，即使校准在最初时是准确的，随着时间的推移，由于变速器中部件的磨损、变速器流体的减少、系统运行的固有非线性等原因，该校准变得较不准确。另外，由于电气负荷变动、压力脉动以及其它的系统非线性，现有的系统在运行中本身容易出错。
简言之，在运行期间，现有的变速器控制系统不能对其预先设计的启发式规则进行再校准或实施修正。也就是说，现有的变速器控制系统可能以“开环”为特征，这是因为它们向变速器提供输入但不能利用变速器系统可作为输出提供的信息。因此，存在对这样一种变速器压力控制系统的需要：该系统解释实际上存在于每一这种系统中的非线性。人们进一步还可期望在这种系统中消除或明显减少稳态误差。
此外，我们知道，车辆性能、特别是变速器性能随着时间推移由于例如变速器部件等车辆部件的老化和磨损而改变。然而，因为它们是开环的，现有的变速器控制系统不能将变速器离合器中施加的压力校准到变速器当前的老化和磨损。现有的开环系统根本不能解释变速器部件的磨损和老化。
因此，在车辆中具有这样的变速器控制系统是非常有利的：该系统在变速器离合器上施加适合于变速器的老化和磨损的压力量。这样的变速器控制系统将具有提高的燃料经济性以及更好的“可驱动性(drivability)”的优点，即与具有传统的开环控制系统的变速器相比，该变速器能够更平滑地变速(shift)。另外，这样的变速器控制系统的优点在于能使变速器中的部件在老化时积累较少的磨损。此外，这样的变速器控制系统的优点还在于降低了变速器中部件的成本。这是因为与现今的变速器部件相比，要求这些部件具有对于压力和其它力的波动的较低的耐受性，因而降低了设计和制造成本。
因此，存在对这种变速器压力控制系统的需求：该系统使用关于变速器中的压力状态的信息，以便通过期望压力校准阀的动作。
发明内容
一种用于控制变速器中的压力的系统包括：变速器控制单元，接收来自变速器控制单元的、作为输入的期望压力的阀控制器，阀驱动器，调节变速器离合器中的流体量的阀，以及读取变速器离合器中的压力并将压力读数输出到阀控制器的压力变送器，其中，阀控制器包括用于将控制该阀的指令输出给阀驱动器的逻辑，该指令用期望压力和压力读数表示。
此外，一种用于控制变速器中的压力的方法包括：在阀控制器中接收来自变速器控制单元的期望压力，并将控制变速器中的阀的指令输出到阀驱动器，该指令用期望压力和变速器离合器中实际压力的读数表示。
附图说明
图1提供了对本发明的系统的介绍；
图2提供了本发明的系统的控制逻辑的详细视图；
图3为第一曲线图，其示出本发明的系统在变速器离合器中成功地产生了期望的压力；
图4为第二曲线图，其示出本发明的系统在变速器离合器中成功地产生了期望的压力。
具体实施方式
参照图1，变速器控制单元102将变速器离合器106的期望压力输出到阀控制器104。使用预定的启发式规则，阀控制器104指示阀驱动器108释放某个电压，其中，阀驱动器108为能生成期望电压的激发驱动器(excitation driver)。阀控制器104中执行的启发式规则包括可变增益控制结构，将在下文中参照图2对该可变增益控制结构进行更详细的讨论。在一些实施例中，例如在图1所示的实施例中，变速器控制单元102和阀控制器104各自包括至少一个微处理器。然而，在其它实施例中，变速器控制单元102和阀控制器104被结合在一起并共同包括一个微处理器。通常，变速器控制单元102为例如现有技术中已知的装置，而阀控制器104呈现出几个新的特征，这些特征包括但绝不限于：接收作为输入、与变速器离合器压力状态有关的信息的能力，以及应用启发式规则指示阀驱动器108至少在某些程度上基于前述信息生成某一电压的能力。接收来自阀驱动器108的电压的电磁线圈110是阀112的部件，阀112又被布置在变速器歧管114中。
来自变速器油箱(sump)116的液压流体通过变速器泵118经由供给口120被泵入变速器歧管114中。液压流体经过控制口122排出变速器歧管。阀112的状态决定在给定时间段内从控制口122排出变速器歧管114的液压流体量。因而，阀112打开或关闭的程度决定了进入变速器离合器126的液压流体量，即施加到变速器离合器126上的压力。为便于在此进行讨论，当所有或一些流过变速器歧管114的液压流体被指向通过控制口122时，阀112可被视为“打开”或“部分打开”。类似地，当没有或一些流过变速器歧管114的液压流体被指向通过控制口122时，阀112可被视为“关闭”或“部分关闭”。
例如，压力变送器128为本领域技术人员所公知的一种变送器，其被布置为接近变速器离合器106或被布置在变速器离合器106内部。压力变送器128向阀控制器104提供输入，阀控制器104使其对阀驱动器108的指令至少在某种程度上基于对变速器离合器106内当前压力的判定。也就是说，阀控制器104接收作为输入的、来自变速器控制单元102的期望压力值，并接收来自压力变送器128的测量压力值。阀控制器104中所实现的控制逻——下文将参照图2对其进行详细说明——的目标在于：为了使变速器离合器106中的测量压力等于或更加接近地近似于由变速器控制单元102确定的期望压力，判定对阀112进行何种调节。
阀112可以为任何类型的比例阀，例如可变排放电磁线圈(VBS)阀或可变力电磁线圈(VFS)阀。阀112还可以为压力宽度调制(PWM)阀。VBS、VFS和PWM阀在本领域是公知的。VBS和VFS阀也叫比例阀，因为它们基于被打开或被部分打开的阀调节压力。与之相比，PWM阀在工作周期(duty cycle)上运行，工作周期由一段时间内阀被打开的时间的百分比构成。通过在工作周期期间打开以及关闭，PWM阀模拟VBS阀的稳态运行。众所周知，PWM阀的运行效率更高，但需要更大的带宽。
图2介绍了可在阀控制器104中实现的控制逻辑。在图2所示的实施例中，阀控制器104的控制逻辑使用比例加积分控制，也称为比例-积分控制或PI控制。比例加积分控制为本领域技术人员所公知。本发明的其它实施例使用比例-积分-微分(PID)控制、比例-微分(PD)控制或前馈控制，所有这些都是本领域所公知的。此外，本领域的技术人员将会明了，此处介绍的控制逻辑是已被经验显示在减小或差不多消除稳态误差方面有效的控制逻辑，然而，启发式规则而非此处所述的将与本发明的精神和范围一致。在本发明经实践的一个实施例中，马萨诸塞州(Massachusetts)内蒂克(Natick)的Mathworks公司所发售的SIMULINK软件程序已被用于对该启发式规则建立模型。
阀控制器104接收作为输入的两个压力值。P_C202代表接收自变速器控制器102的期望压力，有时称作指令压力或控制压力。P_T204代表来自压力变送器128的压力读数，也即当前在变速器离合器126中施加的实际压力。通过计算P_C202和P_T204之间的差值，模块206计算采样误差208。
环路增益209向可变增益模块210的输入提供简单增益(simple gain)。本领域技术人员将意识到：通过使可变增益模块210中的计算更加精确，增加环路增益209的大小将减小误差。当然，还将明了的是，一旦环路增益209的大小增加到超过某个点，系统会变得不稳定。
可变增益模块210应用启发式规则以产生从阀控制器104的适当输出。采样误差208作为输入212被提供给比例增益213，比例增益213又为乘法模块214提供输入。P_C202作为输入215被提供给查询表模块216，查询表模块216使用查询表来确定采样误差214应当被乘以的常数值。使用这种查询表获得增益安排(gain scheduling)，从而补偿阀的非线性。本领域技术人员将会意识到：通过记录与采样误差208的相应值对应的哪些常数值会产生具有最小响应时间的、阀112的最准确控制，可经验性地确定查询表中的值。模块214将采样误差208乘以模块216中确定的常数值以产生输出218。
采样误差208作为输入219被提供给积分增益220，积分增益220将采样误差208乘以已被凭经验确定为会产生具有最小响应时间的阀112的最准确控制的常数。离散时间积分器222为由积分增益220修正过的采样误差208求积分，产生输出224。离散时间积分为本领域技术人员所公知。通常，仅在车辆熄火又接着被重新启动时重启离散时间积分器222。在一个经实践的实施例中，本发明使用离散时间积分的梯形(Trapezoidalmethod)法，其在SIMULINK软件程序中实现。除其它一些方法外，离散时间积分的梯形法在Mathworks公司的Simulink Reference(第五版)的第2-114到2-121页进行了介绍，其包含在此作为参考。本领域技术人员将会明了，其它的离散时间积分方法也可用在离散时间积分器222中，包括在Simulink Reference中也进行了介绍的前向欧拉法(Forward Eulermethod)和后向欧拉法(Backward Euler method)。
输出218和输出224在模块226中相加，相加的结果通过环路增益227放大，并接着被提供给饱和模块228。已经知道：除非给电容器足够的时间进行放电，它可能会出现电压“饱和”，这意味着对电容器的进一步的输入将不具有期望的效果，并且，用于限制这种饱和效应的方法也为人们所公知。因此，本领域技术人员将会明了，饱和模块228判定在向阀驱动器208提供输入之前需要什么样的延时230。
在延时230之后，阀控制器104将输入232提供给阀驱动器108。在阀112为VBS阀的情况下，到阀驱动器108的输入232使得阀112以在变速器离合器126中产生期望压力P_C202所需的量被打开。在阀112为PWM阀的情况下，到阀驱动器208的输入将工作周期设定为适合在变速器离合器126中产生期望压力P_C202的等级。
图3和图4均为曲线图，其示出了本发明的系统将期望压力P_C202非常接近地匹配到变速器离合器126中的实际压力P_T204。通过实现期望压力P_C202与变速器离合器126中的实际压力P_T204的密切匹配，本发明实现了优于现有技术的许多有价值的优点。通过使期望压力P_C202适合于车辆变速器中的部件的老化和磨损，本发明有利地提供了变速器部件的改进的磨损性能。尽管现有技术中的开环变速器控制系统能够准确地将期望压力P_C202与实际压力P_T204匹配到10磅每平方英寸(PSI)之内，而本发明已显示出具有高达正负2磅PSI的准确度。因此，本发明能够实现更好的燃料节约性、更长且更好的变速器部件磨损性能、更好的车辆驱动性即与先前可能的相比更为平滑的档位切换，并使变速器部件的更低的设计与制造成本成为可能。
上述的介绍仅仅是示例性的，而不是限定性的。通过阅读上述说明，对本领域技术人员来说，除所提供实例之外的许多实施例和应用将会是显而易见的。本发明的范围不应参照上述的说明确定，而是应参照所附权利要求以及这些权利要求的等价物的整体范围来确定。可以预期，在变速器控制系统领域将出现未来的发展，且这些系统和方法将被包含在这些未来的实施例中。因此，应当明了，本发明能够进行修改和变形并仅通过所附权利要求进行限定。