專利名稱：閉環的基于閥的變速器控制算法的制作方法
技術領域：
本發明涉及閥的閉環壓力控制，其中，閥例如為車輛變速器中的閥。
背景技術：
眾所周知，為了在自動變速器的離合器中獲得期望的液壓流體壓力，使用微處理器以控制閥。現有的系統使用啟發式規則(heuristic rules)，其假設將閥打開某一時間段與變速器離合器中的期望壓力成比例，即成線性關系。因而，一旦將這種線性關系編入邏輯控制器，則系統被強制假設為產生某一閥動作被正確地校準到離合器內結果得到的壓力。然而，即使校準在最初時是準確的，隨著時間的推移，由于變速器中部件的磨損、變速器流體的減少、系統運行的固有非線性等原因，該校準變得較不準確。另外，由于電氣負荷變動、壓力脈動以及其它的系統非線性，現有的系統在運行中本身容易出錯。
簡言之，在運行期間，現有的變速器控制系統不能對其預先設計的啟發式規則進行再校準或實施修正。也就是說，現有的變速器控制系統可能以“開環”為特征，這是因為它們向變速器提供輸入但不能利用變速器系統可作為輸出提供的信息。因此，存在對這樣一種變速器壓力控制系統的需要該系統解釋實際上存在于每一這種系統中的非線性。人們進一步還可期望在這種系統中消除或明顯減少穩態誤差。
此外，我們知道，車輛性能、特別是變速器性能隨著時間推移由于例如變速器部件等車輛部件的老化和磨損而改變。然而，因為它們是開環的，現有的變速器控制系統不能將變速器離合器中施加的壓力校準到變速器當前的老化和磨損。現有的開環系統根本不能解釋變速器部件的磨損和老化。
因此，在車輛中具有這樣的變速器控制系統是非常有利的該系統在變速器離合器上施加適合于變速器的老化和磨損的壓力量。這樣的變速器控制系統將具有提高的燃料經濟性以及更好的“可驅動性(drivability)”的優點，即與具有傳統的開環控制系統的變速器相比，該變速器能夠更平滑地變速(shift)。另外，這樣的變速器控制系統的優點在于能使變速器中的部件在老化時積累較少的磨損。此外，這樣的變速器控制系統的優點還在于降低了變速器中部件的成本。這是因為與現今的變速器部件相比，要求這些部件具有對于壓力和其它力的波動的較低的耐受性，因而降低了設計和制造成本。
因此，存在對這種變速器壓力控制系統的需求該系統使用關于變速器中的壓力狀態的信息，以便通過期望壓力校準閥的動作。
發明內容
一種用于控制變速器中的壓力的系統包括變速器控制單元，接收來自變速器控制單元的、作為輸入的期望壓力的閥控制器，閥驅動器，調節變速器離合器中的流體量的閥，以及讀取變速器離合器中的壓力并將壓力讀數輸出到閥控制器的壓力變送器，其中，閥控制器包括用于將控制該閥的指令輸出給閥驅動器的邏輯，該指令用期望壓力和壓力讀數表示。
此外，一種用于控制變速器中的壓力的方法包括在閥控制器中接收來自變速器控制單元的期望壓力，并將控制變速器中的閥的指令輸出到閥驅動器，該指令用期望壓力和變速器離合器中實際壓力的讀數表示。
圖1提供了對本發明的系統的介紹；圖2提供了本發明的系統的控制邏輯的詳細視圖；圖3為第一曲線圖，其示出本發明的系統在變速器離合器中成功地產生了期望的壓力；圖4為第二曲線圖，其示出本發明的系統在變速器離合器中成功地產生了期望的壓力。
具體實施例方式
參照圖1，變速器控制單元102將變速器離合器106的期望壓力輸出到閥控制器104。使用預定的啟發式規則，閥控制器104指示閥驅動器108釋放某個電壓，其中，閥驅動器108為能生成期望電壓的激發驅動器(excitation driver)。閥控制器104中執行的啟發式規則包括可變增益控制結構，將在下文中參照圖2對該可變增益控制結構進行更詳細的討論。在一些實施例中，例如在圖1所示的實施例中，變速器控制單元102和閥控制器104各自包括至少一個微處理器。然而，在其它實施例中，變速器控制單元102和閥控制器104被結合在一起并共同包括一個微處理器。通常，變速器控制單元102為例如現有技術中已知的裝置，而閥控制器104呈現出幾個新的特征，這些特征包括但絕不限于接收作為輸入、與變速器離合器壓力狀態有關的信息的能力，以及應用啟發式規則指示閥驅動器108至少在某些程度上基于前述信息生成某一電壓的能力。接收來自閥驅動器108的電壓的電磁線圈110是閥112的部件，閥112又被布置在變速器歧管114中。
來自變速器油箱(sump)116的液壓流體通過變速器泵118經由供給口120被泵入變速器歧管114中。液壓流體經過控制口122排出變速器歧管。閥112的狀態決定在給定時間段內從控制口122排出變速器歧管114的液壓流體量。因而，閥112打開或關閉的程度決定了進入變速器離合器126的液壓流體量，即施加到變速器離合器126上的壓力。為便于在此進行討論，當所有或一些流過變速器歧管114的液壓流體被指向通過控制口122時，閥112可被視為“打開”或“部分打開”。類似地，當沒有或一些流過變速器歧管114的液壓流體被指向通過控制口122時，閥112可被視為“關閉”或“部分關閉”。
例如，壓力變送器128為本領域技術人員所公知的一種變送器，其被布置為接近變速器離合器106或被布置在變速器離合器106內部。壓力變送器128向閥控制器104提供輸入，閥控制器104使其對閥驅動器108的指令至少在某種程度上基于對變速器離合器106內當前壓力的判定。也就是說，閥控制器104接收作為輸入的、來自變速器控制單元102的期望壓力值，并接收來自壓力變送器128的測量壓力值。閥控制器104中所實現的控制邏——下文將參照圖2對其進行詳細說明——的目標在于為了使變速器離合器106中的測量壓力等于或更加接近地近似于由變速器控制單元102確定的期望壓力，判定對閥112進行何種調節。
閥112可以為任何類型的比例閥，例如可變排放電磁線圈(VBS)閥或可變力電磁線圈(VFS)閥。閥112還可以為壓力寬度調制(PWM)閥。VBS、VFS和PWM閥在本領域是公知的。VBS和VFS閥也叫比例閥，因為它們基于被打開或被部分打開的閥調節壓力。與之相比，PWM閥在工作周期(duty cycle)上運行，工作周期由一段時間內閥被打開的時間的百分比構成。通過在工作周期期間打開以及關閉，PWM閥模擬VBS閥的穩態運行。眾所周知，PWM閥的運行效率更高，但需要更大的帶寬。
圖2介紹了可在閥控制器104中實現的控制邏輯。在圖2所示的實施例中，閥控制器104的控制邏輯使用比例加積分控制，也稱為比例-積分控制或PI控制。比例加積分控制為本領域技術人員所公知。本發明的其它實施例使用比例-積分-微分(PID)控制、比例-微分(PD)控制或前饋控制，所有這些都是本領域所公知的。此外，本領域的技術人員將會明了，此處介紹的控制邏輯是已被經驗顯示在減小或差不多消除穩態誤差方面有效的控制邏輯，然而，啟發式規則而非此處所述的將與本發明的精神和范圍一致。在本發明經實踐的一個實施例中，馬薩諸塞州(Massachusetts)內蒂克(Natick)的Mathworks公司所發售的SIMULINK軟件程序已被用于對該啟發式規則建立模型。
閥控制器104接收作為輸入的兩個壓力值。PC202代表接收自變速器控制器102的期望壓力，有時稱作指令壓力或控制壓力。PT204代表來自壓力變送器128的壓力讀數，也即當前在變速器離合器126中施加的實際壓力。通過計算PC202和PT204之間的差值，模塊206計算采樣誤差208。
環路增益209向可變增益模塊210的輸入提供簡單增益(simple gain)。本領域技術人員將意識到通過使可變增益模塊210中的計算更加精確，增加環路增益209的大小將減小誤差。當然，還將明了的是，一旦環路增益209的大小增加到超過某個點，系統會變得不穩定。
可變增益模塊210應用啟發式規則以產生從閥控制器104的適當輸出。采樣誤差208作為輸入212被提供給比例增益213，比例增益213又為乘法模塊214提供輸入。PC202作為輸入215被提供給查詢表模塊216，查詢表模塊216使用查詢表來確定采樣誤差214應當被乘以的常數值。使用這種查詢表獲得增益安排(gain scheduling)，從而補償閥的非線性。本領域技術人員將會意識到通過記錄與采樣誤差208的相應值對應的哪些常數值會產生具有最小響應時間的、閥112的最準確控制，可經驗性地確定查詢表中的值。模塊214將采樣誤差208乘以模塊216中確定的常數值以產生輸出218。
采樣誤差208作為輸入219被提供給積分增益220，積分增益220將采樣誤差208乘以已被憑經驗確定為會產生具有最小響應時間的閥112的最準確控制的常數。離散時間積分器222為由積分增益220修正過的采樣誤差208求積分，產生輸出224。離散時間積分為本領域技術人員所公知。通常，僅在車輛熄火又接著被重新啟動時重啟離散時間積分器222。在一個經實踐的實施例中，本發明使用離散時間積分的梯形(Trapezoidalmethod)法，其在SIMULINK軟件程序中實現。除其它一些方法外，離散時間積分的梯形法在Mathworks公司的Simulink Reference(第五版)的第2-114到2-121頁進行了介紹，其包含在此作為參考。本領域技術人員將會明了，其它的離散時間積分方法也可用在離散時間積分器222中，包括在Simulink Reference中也進行了介紹的前向歐拉法(Forward Eulermethod)和后向歐拉法(Backward Euler method)。
輸出218和輸出224在模塊226中相加，相加的結果通過環路增益227放大，并接著被提供給飽和模塊228。已經知道除非給電容器足夠的時間進行放電，它可能會出現電壓“飽和”，這意味著對電容器的進一步的輸入將不具有期望的效果，并且，用于限制這種飽和效應的方法也為人們所公知。因此，本領域技術人員將會明了，飽和模塊228判定在向閥驅動器208提供輸入之前需要什么樣的延時230。
在延時230之后，閥控制器104將輸入232提供給閥驅動器108。在閥112為VBS閥的情況下，到閥驅動器108的輸入232使得閥112以在變速器離合器126中產生期望壓力PC202所需的量被打開。在閥112為PWM閥的情況下，到閥驅動器208的輸入將工作周期設定為適合在變速器離合器126中產生期望壓力PC202的等級。
圖3和圖4均為曲線圖，其示出了本發明的系統將期望壓力PC202非常接近地匹配到變速器離合器126中的實際壓力PT204。通過實現期望壓力PC202與變速器離合器126中的實際壓力PT204的密切匹配，本發明實現了優于現有技術的許多有價值的優點。通過使期望壓力PC202適合于車輛變速器中的部件的老化和磨損，本發明有利地提供了變速器部件的改進的磨損性能。盡管現有技術中的開環變速器控制系統能夠準確地將期望壓力PC202與實際壓力PT204匹配到10磅每平方英寸(PSI)之內，而本發明已顯示出具有高達正負2磅PSI的準確度。因此，本發明能夠實現更好的燃料節約性、更長且更好的變速器部件磨損性能、更好的車輛驅動性即與先前可能的相比更為平滑的檔位切換，并使變速器部件的更低的設計與制造成本成為可能。
上述的介紹僅僅是示例性的，而不是限定性的。通過閱讀上述說明，對本領域技術人員來說，除所提供實例之外的許多實施例和應用將會是顯而易見的。本發明的范圍不應參照上述的說明確定，而是應參照所附權利要求以及這些權利要求的等價物的整體范圍來確定。可以預期，在變速器控制系統領域將出現未來的發展，且這些系統和方法將被包含在這些未來的實施例中。因此，應當明了，本發明能夠進行修改和變形并僅通過所附權利要求進行限定。
權利要求
1.一種用于控制變速器中的壓力的系統，該系統包括變速器控制單元102；從所述變速器控制單元102接收作為輸入的期望壓力202的閥控制器104；閥驅動器108；調節變速器離合器106中的流體量的閥112；以及讀取所述變速器離合器106中的壓力并將壓力讀數204輸出到所述閥控制器104的壓力變送器；其中，所述閥控制器104包括用于將控制所述閥112的指令輸出到所述閥驅動器108的邏輯，所述指令用所述期望壓力202和所述壓力讀數204表示。
2.根據權利要求1的系統，其中，所述閥112是壓力寬度調制(PWM)閥。
3.根據權利要求1的系統，其中，所述閥112是比例閥。
4.根據權利要求1的系統，其中，所述指令用比例加積分控制表示。
5.根據權利要求1的系統，其中，所述指令用比例-積分-微分控制表示。
6.根據權利要求1的系統，其中，所述指令用前饋控制表示。
7.根據權利要求1的系統，其中，所述指令用比例-微分控制表示。
8.根據權利要求1的系統，其中，所述閥控制器104包括用于判定所述系統是否到達飽和點的邏輯。
9.根據權利要求8的系統，其中，所述飽和點包括電容器所能容納的電壓的最大量。
10.一種用于控制變速器中的壓力的方法，該方法包括在閥控制器104中接收來自變速器控制單元102的期望壓力202；以及將用于控制變速器中的閥112的指令輸出到閥驅動器108，所述指令用所述期望壓力202和變速器離合器106中實際壓力的讀數表示。
11.根據權利要求10的方法，其中，所述閥112是壓力寬度調制(PWM)閥。
12.根據權利要求10的方法，其中，所述閥112是比例閥。
13.根據權利要求10的方法，其中，所述指令用比例加積分控制表示。
14.根據權利要求10的方法，其中，所述指令用比例-積分-微分控制表示。
15.根據權利要求10的方法，其中，所述指令用比例-微分控制表示。
16.根據權利要求10的方法，其中，所述指令用前饋控制表示。
17.根據權利要求10的方法，其中，所述閥控制器104包括用于判定系統是否到達飽和點的邏輯。
18.根據權利要求17的方法，其中，所述飽和點包括電容器所能容納的電壓的最大量。
全文摘要
一種用于控制變速器中的壓力的系統，該系統包括變速器控制單元(102)、從變速器控制單元(102)接收作為輸入的期望壓力(202)的閥控制器(104)、閥驅動器(108)、調節變速器離合器(106)中的流體量的閥(112)、讀取變速器離合器(106)中的壓力并將壓力讀數(204)輸出到閥控制器(104)的壓力變送器；其中，閥控制器(104)包括用于將控制閥(112)的指令輸出到閥驅動器(108)的邏輯，該指令用期望壓力(202)和壓力讀數(204)表示。
文檔編號G06F7/00GK1973147SQ200580020655
公開日2007年5月30日 申請日期2005年6月10日 優先權日2004年6月22日
發明者A·蘇里亞那雷安安, D·R·索斯諾夫斯基, M·L·德萊瓦, P·M·雅各布森, E·O·巴羅斯 申請人:伊頓公司