基于離合器傳遞力矩估計(jì)的車輛起步過程優(yōu)化控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種車輛控制領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種基于離合器傳遞力矩估計(jì) 的車輛起步過程優(yōu)化控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，隨著人們對(duì)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性和駕駛舒適性要求的提高，機(jī)械自動(dòng)變速器 (AMT)和雙離合自動(dòng)變速器（DCT)在汽車自動(dòng)變速器中的占有率逐漸提高。
[0003] AMT和DCT均無液力變矩器，用離合器實(shí)現(xiàn)起步。在起步過程中，離合器的力矩控 制對(duì)這兩類變速器的起步性能有著重要影響，適時(shí)獲取起步過程中離合器的力矩信息，對(duì) 提高離合器的起步控制能力有重要意義。但限于成本和安裝空間的限制，無法安裝力矩傳 感器實(shí)時(shí)測(cè)量起步過程中離合器傳遞的力矩。因此，通過軟測(cè)量方法實(shí)時(shí)估計(jì)離合器傳遞 的力矩對(duì)提高AMT、DCT的控制品質(zhì)有重要意義。
[0004] 經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號(hào)CN104318083A，公告日2015. 1. 28， 公開了一種利用車輛發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩實(shí)時(shí)估計(jì)離合器傳遞扭矩的方法，通過推導(dǎo)車輛法定即離 合器系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間模型，采用經(jīng)典離散卡爾曼濾波算法，由發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)角速 度、發(fā)動(dòng)機(jī)角加速度實(shí)時(shí)計(jì)算離合器傳遞扭矩的估計(jì)值。但該技術(shù)依賴對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的測(cè) 量及估計(jì)，而對(duì)離合器傳遞扭矩的其他因素未包含在方法內(nèi)，使得到的離合器傳遞扭矩的 估計(jì)值可靠性降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種基于離合器傳遞力矩估計(jì)的車輛 起步過程優(yōu)化控制方法，通過構(gòu)建估計(jì)狀態(tài)方程和測(cè)量方程，經(jīng)過線性化和校正處理，輸出 離合器傳遞力矩估計(jì)值，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)估計(jì)離合器的傳遞力矩。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明通過實(shí)時(shí)采集車輛運(yùn)行狀態(tài)信息和車輛屬性信息，根據(jù)車輛縱向動(dòng)力學(xué)方 程，建立估計(jì)模型，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波器對(duì)估計(jì)模型進(jìn)行校正得到離合器傳遞力矩估計(jì) 值，最后通過TCU (自動(dòng)變速箱控制單元，Transmission Control Unit)實(shí)現(xiàn)對(duì)離合器的狀 態(tài)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)目標(biāo)力矩的需求判斷是否需要對(duì)離合器的輸出力矩進(jìn)行補(bǔ)償。
[0008] 所述的車輛運(yùn)行狀態(tài)信息包括：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、離合器輸出轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)名義力矩與 實(shí)際輸出力矩誤差值、車輛傳動(dòng)軸的輸出力矩、車輪轉(zhuǎn)速和離合器傳遞力矩。
[0009] 所述的車輛屬性信息包括：發(fā)動(dòng)機(jī)名義力矩、一擋傳動(dòng)比、主減速器傳動(dòng)比、車輪 半徑和半軸與輪胎的當(dāng)量扭轉(zhuǎn)剛度、輪胎滾動(dòng)阻力矩、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、一擋時(shí)等效轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量、車輛質(zhì)量、路面坡度和滾動(dòng)阻力系數(shù)。
[0010] 所述的輪胎滾動(dòng)阻力矩八=(mgsin Θ+mgfcos Θ )Rw，其中：m為車輛質(zhì)量，Θ為路 面坡度，f為輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)，g為重力加速度，Rw為車輪半徑。
[0011] 所述的估計(jì)模型包括：估計(jì)狀態(tài)方程和測(cè)量方程，其中：
[0012] 估計(jì)狀態(tài)方程是指
，其中：Te為發(fā)動(dòng) 機(jī)名義力矩，Tw為輪胎滾動(dòng)阻力矩，為發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，JvS車輛等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，τ。 為離合器傳遞力矩估計(jì)值，△ 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際力矩與名義力矩誤差，J為一擋時(shí)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量，Ttl為車輛傳動(dòng)軸的輸出力矩，i gl為一擋傳動(dòng)比，i Μ為主減速器傳動(dòng)比，Ca為常系數(shù)，Rw 為車輪半徑，為車輪旋轉(zhuǎn)角速度，K ^為半軸與輪胎的當(dāng)量扭轉(zhuǎn)剛度，ω &為即將結(jié)合的 離合器角速度，?,為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一階導(dǎo)數(shù)，為離合器角速度一階導(dǎo)數(shù)，< 為車輪旋轉(zhuǎn)角 速度一階導(dǎo)數(shù)，&為車輛傳動(dòng)軸輸出力矩的一階導(dǎo)數(shù)，Aii為發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出力矩與名義力 矩差值的一階導(dǎo)數(shù)，t為離合器傳遞力矩的一階導(dǎo)數(shù)；
[0013] 測(cè)量方程是指 技術(shù)效果
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所需要的信息可從批量生產(chǎn)的車輛中直接獲得，無需額 外增加傳感器，只需修改自動(dòng)變速器控制器中的程序，即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)估計(jì)，并可有效克服發(fā) 動(dòng)機(jī)名義力矩信息不準(zhǔn)確對(duì)離合器力矩估計(jì)產(chǎn)生的影響。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明流程圖；
[0016] 圖2為實(shí)施例效果示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。 實(shí)施例1
[0018] 如圖1所示，本實(shí)施例包括以下步驟：
[0019] 步驟1、采集車輛運(yùn)行狀態(tài)信息和車輛屬性信息。
[0020] 所述的車輛運(yùn)行狀態(tài)信息包括：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、離合器輸出轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)名義力矩與 實(shí)際輸出力矩誤差值、車輛傳動(dòng)軸的輸出力矩、車輪轉(zhuǎn)速和離合器傳遞力矩。
[0021] 所述的車輛屬性信息包括：發(fā)動(dòng)機(jī)名義力矩、一擋傳動(dòng)比、主減速器傳動(dòng)比、車輪 半徑和半軸與輪胎的當(dāng)量扭轉(zhuǎn)剛度、輪胎滾動(dòng)阻力矩、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、一擋時(shí)等效轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量、車輛質(zhì)量、路面坡度和滾動(dòng)阻力系數(shù)。
[0022] 步驟2、根據(jù)車輛縱向動(dòng)力學(xué)方程，建立估計(jì)模型，對(duì)估計(jì)模型進(jìn)行線性化、離散化 處理，然后采用擴(kuò)展卡爾曼濾波器對(duì)估計(jì)模型進(jìn)行校正，得到離合器傳遞力矩估計(jì)值。
[0023] 對(duì)所述的估計(jì)狀態(tài)方程進(jìn)行一階近似離散化處理后得到的新的估計(jì)狀態(tài)Xk的方 程為：
示由k-Ι時(shí)刻的狀態(tài)變量和輸入變量到k時(shí)刻的狀態(tài)變量的映射關(guān)系。 所述的步驟2產(chǎn)生的新的測(cè)量方程為：yk= Hx k，其中：

[0025] 所述的基于擴(kuò)展的卡爾曼濾波器對(duì)估計(jì)模型進(jìn)行校正，具體包括如下步驟：
[0026] 2. 1)初始化：
[0027]狀態(tài)估計(jì)值初始值 = [1 0() 0 () 0 () 0]7';
[0028] 誤差協(xié)方差矩陣初始值Ptl= 10001 ;
[0029] 過程噪聲協(xié)方差矩陣Qk，一般由標(biāo)定得到，如取Qk= diag([5 ;5 ;5 ;40 ;35 ; 45])2;
[0030] 測(cè)量噪聲協(xié)方差矩陣Rk，一般由標(biāo)定得到，如取Rk= diag([5 ;5 ;5]) 2;
[0031] 2. 2)時(shí)間更新方程：
(I-KkHk)Pk^,其中：Γ是噪聲輸入矩陣，Φ是過程方程離散化后的雅可比矩陣，P是誤差協(xié) 方差矩陣，K是卡爾曼增益，I為單位矩陣，下標(biāo)k代表k時(shí)刻，下標(biāo)k-Ι代表k-Ι時(shí)刻。
[0035] 2· 4)重復(fù)當(dāng)前離合器傳遞力矩值進(jìn)行修正，可得離合器傳遞力矩估計(jì)值T。，當(dāng)發(fā) 動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出力矩與發(fā)動(dòng)機(jī)名義力矩的誤差ΔΕ為有色噪聲（均值為10,協(xié)方差為10)時(shí)， 力矩估計(jì)效果如圖2所示。
[0036] 步驟3、自動(dòng)變速器（TCU)依據(jù)步驟2得到的離合器傳遞力矩的估計(jì)值實(shí)現(xiàn)對(duì)離合 器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)目標(biāo)力矩的需求，判斷是否需要對(duì)離合器輸出力矩進(jìn)行補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn) 車輛起步過程中對(duì)離合器傳遞力矩的精準(zhǔn)控制，提高AMT或DCT車輛的起步性能。
[0037] 本實(shí)施例中需要的信息都可從車輛中直接采集，不用額外增加傳感器，只需調(diào)整 控制器即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)估計(jì)。
[0038] 所述的擴(kuò)展卡爾曼濾波對(duì)控制內(nèi)存要求不高，可實(shí)施性強(qiáng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于離合器傳遞力矩估計(jì)的車輛起步過程優(yōu)化控制方法，其特征在于，通過實(shí) 時(shí)采集車輛運(yùn)行狀態(tài)信息和車輛屬性信息，根據(jù)車輛縱向動(dòng)力學(xué)方程，建立估計(jì)模型，采用 擴(kuò)展卡爾曼濾波器對(duì)估計(jì)模型進(jìn)行校正得到離合器傳遞力矩估計(jì)值，最后通過TCU實(shí)現(xiàn)對(duì) 離合器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)目標(biāo)力矩的需求判斷是否需要對(duì)離合器的輸出力矩進(jìn)行補(bǔ)償； 所述的車輛運(yùn)行狀態(tài)信息包括：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、離合器輸出轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)名義力矩與實(shí)際 輸出力矩誤差值、車輛傳動(dòng)軸的輸出力矩、車輪轉(zhuǎn)速和離合器傳遞力矩； 所述的車輛屬性信息包括：發(fā)動(dòng)機(jī)名義力矩、一擋傳動(dòng)比、主減速器傳動(dòng)比、車輪半徑 和半軸與輪胎的當(dāng)量扭轉(zhuǎn)剛度、輪胎滾動(dòng)阻力矩、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、一擋時(shí)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量、車輛質(zhì)量、路面坡度和滾動(dòng)阻力系數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的估計(jì)模型包括：估計(jì)狀態(tài)方程和測(cè)量 方程，其中：估計(jì)狀態(tài)方程是指其中為發(fā) 動(dòng)機(jī)名義力矩，Tw為輪胎滾動(dòng)阻力矩，Tw= (mg sin θ+mgf cos 0)Rw，其中：m為車輛質(zhì)量， Θ為路面坡度，f為輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)，g為重力加速度，Rw為車輪半徑，為發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，1為車輛等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，T。為離合器傳遞力矩估計(jì)值，△ E為發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際力矩與 名義力矩誤差，Jca為一擋時(shí)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，T ^為車輛傳動(dòng)軸的輸出力矩，igl為一擋傳動(dòng)比， icu為主減速器傳動(dòng)比，Ca為常系數(shù)，Rw為車輪半徑，ω w為車輪旋轉(zhuǎn)角速度，Ktl為半軸與輪 胎的當(dāng)量扭轉(zhuǎn)剛度，《^為即將結(jié)合的離合器角速度，4為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一階導(dǎo)數(shù)，^^為離 合器角速度一階導(dǎo)數(shù)，< 為車輪旋轉(zhuǎn)角速度一階導(dǎo)數(shù)，$為車輛傳動(dòng)軸輸出力矩的一階導(dǎo) 數(shù)，為發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出力矩與名義力矩差值的一階導(dǎo)數(shù)，尤為離合器傳遞力矩的一階導(dǎo) 數(shù)；測(cè)量方程是指3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，所述的校正，即根據(jù)車輛縱向動(dòng)力學(xué)方程， 建立估計(jì)模型，對(duì)估計(jì)模型進(jìn)行線性化、離散化處理，然后采用擴(kuò)展卡爾曼濾波器對(duì)估計(jì)模 型進(jìn)行校正，得到離合器傳遞力矩估計(jì)值。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是，所述的離散化處理，即一階近似離散化處 理，得到的新的估計(jì)狀態(tài)方程為：xk= ；^(111，1115_1，0)，其中：5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是，所述的校正，具體包括如下步驟：2. 1)初始化：狀態(tài)估計(jì)值A(chǔ) =[1〇〇 〇 〇 〇 〇 〇]7，誤差協(xié)方差矩陣：Ptl= 10001，過程噪聲 協(xié)方差矩陣 Qk= diag([5 ;5 ;5 ;40 ;35 ;45]) 2,測(cè)量噪聲協(xié)方差矩陣 Rt= diag([5 ;5 ;5]) 2; 2. 2)時(shí)間更新方程： 2.3)測(cè)量更新方程 Ptk= (I-KkHk)Ptk+其中：Γ是噪聲輸入矩陣，Φ是過程方程離散化后的雅可比矩陣，P是 誤差協(xié)方差矩陣，K是卡爾曼增益，I為單位矩陣，下標(biāo)k代表k時(shí)刻，下標(biāo)k_l代表k_l時(shí)2. 4)重復(fù)迭代過程對(duì)當(dāng)前離合器傳遞力矩值進(jìn)行修正，即得離合器傳遞力矩估計(jì)值 Tc。
【專利摘要】一種基于離合器傳遞力矩估計(jì)的車輛起步過程優(yōu)化控制方法，通過實(shí)時(shí)采集車輛運(yùn)行狀態(tài)信息和車輛屬性信息，根據(jù)車輛縱向動(dòng)力學(xué)方程，建立估計(jì)模型，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波器對(duì)估計(jì)模型進(jìn)行校正得到離合器傳遞力矩估計(jì)值，最后通過TCU實(shí)現(xiàn)對(duì)離合器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)目標(biāo)力矩的需求判斷是否需要對(duì)離合器的輸出力矩進(jìn)行補(bǔ)償；本發(fā)明所需要的信息可直接從量產(chǎn)的車輛中獲得，只需修改控制器中的程序，并可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)估計(jì)，并可有效克服發(fā)動(dòng)機(jī)力矩信息不準(zhǔn)確對(duì)離合器力矩估計(jì)產(chǎn)生的影響。
【IPC分類】F16H61/00
【公開號(hào)】CN104976337
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510459028
【發(fā)明人】魯統(tǒng)利, 張建武, 郝洪濤, 李育, 黃明禮, 任飛多
【申請(qǐng)人】上海汽車變速器有限公司, 上海交通大學(xué)
【公開日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年7月30日