自动变速箱离合器扭矩控制系统及其控制方法
阅读说明：本技术 自动变速箱离合器扭矩控制系统及其控制方法 (Automatic gearbox clutch torque control system and control method thereof ) 是由 曾威 王鹏 杜强 陈功利 王路路 于 2021-05-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种自动变速箱离合器扭矩控制系统,包括运行参数获取模块、目标离合器扭矩控制模块和离合器,目标离合器扭矩计算模块分别与运行参数获取模块和离合器连接；运行参数获取模块用于获取发动机和离合器的运行参数；目标离合器扭矩控制模块包括目标发动机转速计算模块、离合器被动端惯性扭矩计算模块、离合器扭矩调节量计算模块、驱动系统控制扭矩计算模块和目标离合器扭矩计算模块。本发明还提供一种自动变速箱离合器扭矩控制系统的控制方法,包括获取发动机和离合器运行参数,计算目标离合器扭矩,调节离合器离合程度,对实际离合器扭矩进行PID反馈控制。本发明消除扭矩波动冲击,提高舒适性；提高了扭矩的动态响应。(The invention discloses a clutch torque control system of an automatic gearbox, which comprises an operating parameter acquisition module, a target clutch torque control module and a clutch, wherein the target clutch torque calculation module is respectively connected with the operating parameter acquisition module and the clutch; the operating parameter acquisition module is used for acquiring operating parameters of the engine and the clutch; the target clutch torque control module comprises a target engine rotating speed calculation module, a clutch driven end inertia torque calculation module, a clutch torque regulating quantity calculation module, a driving system control torque calculation module and a target clutch torque calculation module. The invention also provides a control method of the automatic gearbox clutch torque control system, which comprises the steps of obtaining the running parameters of the engine and the clutch, calculating the target clutch torque, adjusting the clutch engaging degree of the clutch and carrying out PID feedback control on the actual clutch torque. The invention eliminates torque fluctuation impact and improves comfort; the dynamic response of the torque is improved.)
技术领域
本发明涉及变速箱扭矩控制
技术领域
，具体地指一种自动变速箱离合器扭矩控制系统及其控制方法。背景技术
对于自动变速箱离合器扭矩控制，一般最直接的解决方案是完全按照发动机输出扭矩大小来控制，这种控制虽然实现了扭矩的完全传递，但容易因扭矩波动带来的冲击，严重影响离合器寿命及驾驶舒适性。因此，当前流行的解决方案是对离合器进行简单的微滑摩控制，较为典型的是以离合器转速差为输入的PID控制。该方案，虽然减小了传动冲击，但动态响应慢，在发动机扭矩频繁波动和精度低的情况下，控制效果差。
中国专利CN102278391B公开了一种基于转速的离合器控制方法，在离合器滑摩阶段采用离合器MAP图控制策略，根据离合器输出转矩和离合器输入轴与输出轴转速差进行MAP图查表计算，控制离合器的位置，根据发动机油门大小及其变化率判断驾驶员的驾驶意图输出离合器转速目标值曲线。离合器转速目标值与实际值经过 PID计算，对离合器位置进行微调。该专利是根据MAP图查表计算来控制离合器，其并没有考虑到惯性扭矩的影响。
中国专利CN109131304A公开了一种换挡过程中发动机与离合器的协调控制方法、系统及装置，其中目标发动机的转速通过引入离合器滑移率和发动机怠速转速计算而来，使用目标发动机转速和发动机飞轮端输出扭矩作为输入，通过查询预先存储的发动机扭矩特性曲线获取油门的开度。该专利根据发动机飞轮端输出扭矩计算出离合开度，通过施加在离合器上的压力实现离合器的分离和结合动作，虽然涉及到扭矩的计算，但是也没有详细的指明是否涉及到惯性扭矩的计算。
发明内容
本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，提供一种自动变速箱离合器扭矩控制系统及其控制方法，该系统和方法针对离合器处于微滑摩状态，通过对目标离合器扭矩的动态控制，实现了以滑摩转速为目标的离合器微滑摩传动，在保证较高传动效率的基础上消除了因扭矩波动带来的冲击，同时具备较高的动态响应和抗干扰能力，从而提升了驾驶舒适性。
为实现上述目的，本发明提供一种自动变速箱离合器扭矩控制系统，包括运行参数获取模块、目标离合器扭矩控制模块和离合器；
所述运行参数获取模块用于获取包括海拔高度、油门开度、发动机水温、手动变速开关状态、发动机负载、实际发动机转速、实际发动机扭矩和实际离合器扭矩在内的发动机和离合器的运行参数；
所述目标离合器扭矩控制模块包括目标发动机转速计算模块、离合器被动端惯性扭矩计算模块、离合器扭矩调节量计算模块、驱动系统控制扭矩计算模块和目标离合器扭矩计算模块；
所述离合器被动端惯性扭矩计算模块用于根据目标发动机转速得到离合器被动端惯性扭矩；
所述离合器扭矩调节量计算模块用于根据目标发动机转速与实际发动机转速之差进行比例微分控制得到离合器扭矩调节量；
所述驱动系统控制扭矩计算模块用于根据实际发动机扭矩得到离合器主动端惯性扭矩，并根据离合器主动端惯性扭矩和实际离合器扭矩损耗得到驱动系统控制扭矩；
所述目标离合器扭矩计算模块用于根据实际发动机扭矩、驱动系统控制扭矩、离合器被动端惯性扭矩和离合器扭矩调节量得到目标离合器扭矩。
进一步地，所述目标发动机转速计算模块用于获取目标起步转速与目标离合器转速的最大值，其中目标离合器转速为目标微滑摩转速与目标离合器转速初始值之和。
进一步地，所述目标发动机转速计算模块包括目标微滑摩转速计算模块和目标离合器转速初始值计算模块，所述目标微滑摩转速计算模块用于根据发动机负载标定目标微滑摩转速，所述目标离合器转速初始值计算模块用于根据离合器转速计算模型得到目标离合器转速初始值。
本发明还提供一种基于上述所述自动变速箱离合器扭矩控制系统的控制方法，包括：
获取发动机和离合器的运行参数，分别得到离合器被动端惯性扭矩、发动机转速差、离合器主动端惯性扭矩、实际离合器扭矩损耗和实际发动机扭矩；
对发动机转速差进行比例微分控制得到基于发动机转速差的离合器扭矩调节量；
获取离合器主动端惯性扭矩与实际离合器扭矩损耗之差，经过低通滤波得到驱动系统控制扭矩；
根据实际发动机扭矩、驱动系统控制扭矩、离合器被动端惯性扭矩和离合器扭矩调节量得到目标离合器扭矩；
调节离合器的离合程度，使实际离合器扭矩跟随目标离合器扭矩。
进一步地，发动机和离合器的运行参数包括，海拔高度、油门开度、发动机水温、手动变速开关状态、发动机负载、实际发动机转速、实际发动机扭矩和实际离合器扭矩。
进一步地，所述目标离合器扭矩的确定方法包括，将实际发动机扭矩与驱动系统控制扭矩之和减去离合器被动端惯性扭矩与离合器扭矩调节量之和，得到目标离合器扭矩初始值，根据上一计算周期的目标离合器扭矩以及目标离合器扭矩变化率的限值得到当前计算周期的目标离合器扭矩限值，对目标离合器扭矩初始值进行限值处理得到目标离合器扭矩。
进一步地，所述离合器被动端惯性扭矩的确定方法包括，根据目标发动机转速和惯性扭矩计算模型得到，离合器被动端惯性扭矩初始值，然后对离合器被动端惯性扭矩初始值进行低通滤波；所述离合器主动端惯性扭矩的确定方法包括，根据实际发动机转速和惯性扭矩计算模型得到。
进一步地，所述目标发动机转速的获取方法包括，取目标起步转速和目标离合器转速的最大值。
进一步地，所述目标离合器转速的确定方法包括，根据发动机负载标定目标微滑摩转速，根据离合器转速计算模型得到目标离合器转速初始值，取目标微滑摩转速和目标离合器转速初始值之和。
进一步地，所述目标起步转速的确定方法包括，根据海拔高度标定第一目标起步转速，根据油门开度标定第二目标起步转速，根据发动机水温标定第三目标起步转速，根据手动变速开关的开启状态标定第四目标起步转速，取上述四个目标起步转速的最大值。
进一步地，所述实际离合器扭矩损耗的确定方法包括，获取实际发动机扭矩与实际离合器扭矩之差。
本发明的有益效果：
1、消除扭矩波动冲击，提高舒适性。本发明通过目标离合器扭矩计算模块得到的目标离合器扭矩考虑了离合器主动端和被动端的惯性扭矩之差、发动机转速差以及离合器扭矩损耗的影响，消除了因发动机扭矩精度低带来的扭矩波动冲击，提升了离合器响应发动机扭矩时的平顺性，提高了驾乘舒适性。
2、提高了扭矩的动态响应。通过加入离合器主动端和被动端的惯性扭矩的计算，可以提高离合器扭矩的动态响应。
3、提升了抗干扰性和鲁棒性。在计算离合器被动端惯性扭矩和离合器主动端惯性扭矩时，均对计算结果进行通滤波处理，同时，对最终的目标离合器扭矩进行变化率限制，这样提高了控制系统对突变扭矩的抗干扰能力和鲁棒性。
附图说明
图1为本发明离合器微滑摩扭矩控制系统的结构示意图。
图2为本发明离合器微滑摩扭矩控制方法的流程图。
图中各部件标号如下：运行参数获取模块100、目标离合器扭矩控制模块200、目标发动机转速计算模块210、目标微滑摩转速计算模块211、目标离合器转速初始值计算模块212、目标起步转速计算模块213、离合器被动端惯性扭矩计算模块220、离合器扭矩调节量计算模块230、驱动系统控制扭矩计算模块240、目标离合器扭矩计算模块250、离合器300。
具体实施方式
下面具体实施方式用于对本发明的权利要求技术方案作进一步的详细说明，便于本领域的技术人员更清楚地了解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下面具体的实施例。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
如图1所示，一种自动变速箱离合器扭矩控制系统，包括运行参数获取模块100、目标离合器扭矩控制模块200和离合器300，目标离合器扭矩控制模块200分别与运行参数获取模块100和离合器 300连接；运行参数获取模块100用于获取发动机和离合器的运行参数，包括目标发动机转速、发动机负载、实际发动机转速、实际发动机扭矩和实际离合器扭矩。
目标离合器扭矩控制模块200包括目标发动机转速计算模块210、离合器被动端惯性扭矩计算模块220、离合器扭矩调节量计算模块230、驱动系统控制扭矩计算模块240和目标离合器扭矩计算模块250；
离合器被动端惯性扭矩计算模块220用于根据目标发动机转速和惯性扭矩计算模型得到离合器被动端惯性扭矩；
离合器扭矩调节量计算模块230用于根据目标发动机转速与实际发动机转速之差进行比例微分控制得到离合器扭矩调节量；
驱动系统控制扭矩计算模块240用于根据实际发动机扭矩和惯性扭矩计算模型得到离合器主动端惯性扭矩，并根据离合器主动端惯性扭矩和实际离合器扭矩损耗得到驱动系统控制扭矩；
目标离合器扭矩计算模块250用于根据实际发动机扭矩、驱动系统控制扭矩、离合器被动端惯性扭矩和离合器扭矩调节量得到目标离合器扭矩。
目标发动机转速计算模块210用于获取目标起步转速与目标离合器转速的最大值，其中目标离合器转速为目标微滑摩转速与目标离合器转速初始值之和。
目标发动机转速计算模块210包括目标微滑摩转速计算模块 211、目标离合器转速初始值计算模块212和目标起步转速计算模块 213，目标微滑摩转速计算模块211用于根据发动机负载标定目标微滑摩转速，目标离合器转速初始值计算模块212用于根据离合器转速计算模型得到目标离合器转速初始值；目标起步转速计算模块213 用于根据发动机运行参数确定目标起步转速。
如图2所示，上述自动变速箱离合器扭矩控制系统的控制方法如下：
1、获取发动机和离合器的运行参数，包括海拔高度、油门开度、发动机水温、手动变速开关状态、发动机负载、实际发动机转速、实际发动机扭矩和实际离合器扭矩。
2、确定目标发动机转速
目标发动机转速为目标起步转速和目标离合器转速的最大值。之所以取最大值是因为考虑到了发动机在从起步阶段到正常运行阶段，离合器经历了从完全打开状态到半结合状态再到完全结合状态，一旦完全结合了就进入了离合器微滑摩状态，即离合器的主动端压盘与被动端压盘存在较小的滑动摩擦状态，也就是本发明离合器微滑摩扭矩控制系统适用的状态。在车辆起步时，车速为0，目标离合器转速为0，发动机的目标起步转速一般稍高于发动机怠速转速，如果取两者的最小值，也就是取目标离合器转速，离合器输出扭矩在实际发动机扭矩基础上还会补充一个大的扭矩，导致离合器压的太紧，发动机转速会降低很多，显然这是不合理的；如果取两者的最大值，则离合器扭矩在发动机扭矩基础上损耗一个较小的扭矩，导致离合器压的松一点，保证发动机转速上升到其目标转速。
目标起步转速的确定方法包括，根据海拔高度标定第一目标起步转速，如表1所示，海拔高度影响了发动机的进气密度和进气量，因此影响了目标起步转速；根据油门开度标定第二目标起步转速，如表2所示；根据发动机水温标定第三目标起步转速，如表3所示；根据手动变速开关的开启状态标定第四目标起步转速，取上述四个目标起步转速的最大值。
表1海拔高度与目标起步转速标定表
表2油门开度与目标起步转速标定表
表3发动机水温与目标起步转速标定表
目标离合器转速的确定方法为，根据发动机负载标定目标微滑摩转速，详见表4，目标微滑摩转速表征了离合器主动端和被动段转速之差；根据离合器转速计算模型得到目标离合器转速初始值，离合器转速初始值为离合器被动端的转速，目标离合器转速为目标微滑摩转速和目标离合器转速初始值之和，表征离合器主动端目标转速。
离合器转速计算模型为：n＝v*i/(r*η)
式中n为目标离合器转速，单位rad/s，v为车速，单位m/s，i 为离合器到车轮传动比，r为车轮滚动半径，单位m，η为离合器到车轮的传动效率。
表4发动机负载与目标微滑摩转速的标定表
发动机负载(NM)
0
50
100
150
200
目标微滑摩转速(rpm)
0
7
9
12
10
3、分别确定离合器被动端惯性扭矩、离合器扭矩调节量和驱动系统控制扭矩
3.1确定离合器被动端惯性扭矩
离合器被动端连接着减速箱、主减、半轴和车轮等传动系统。离合器被动端惯性扭矩的确定方法为，首先根据目标发动机转速得到目标发动机角速度，根据目标发动机角速度和惯性扭矩计算模型得到离合器被动端惯性扭矩初始值，然后对离合器被动端惯性扭矩初始值进行低通滤波，减小目标发动机转速高频波动影响。
离合器被动端惯性扭矩Mb计算模型为：
其中，Jtrans为传动系统在离合器被动端的等效转动惯量，wm为目标发动机角速度。
3.2确定离合器扭矩调节量
离合器微滑摩控制要求快速响应，减小超调，同时允许存在较小的静差，根据该控制特性，也为了减小成本，选择比例微分控制，该模块功能是根据目标发动机转速和实际发动机转速的差，经过比例微分控制得到基于发动机转速差的离合器扭矩调节量。该方法可以减小发动机转速差对目标离合器扭矩的影响。
3.3确定驱动系统控制扭矩
驱动系统包括发动机曲柄连杆，发动机输出轴，飞轮和离合器主动端。根据实际发动机转速得到实际发动机角速度，再根据实际发动机角速度和惯性扭矩计算模型得到离合器主动端惯性扭矩。
离合器主动端惯性扭矩MZ计算模型为：
其中，Jdirve为传动系统在离合器主动端的等效转动惯量，ws为实际发动机角速度。
实际离合器扭矩损耗为实际发动机扭矩与实际离合器扭矩之差，为了减小这种偏差带来的扭矩波动冲击，将离合器主动端惯性扭矩减去实际离合器扭矩损耗，然后经过低通滤波得到驱动系统控制扭矩。
4、确定目标离合器扭矩
目标离合器扭矩的确定方法包括，将实际发动机扭矩与驱动系统控制扭矩之和减去离合器被动端惯性扭矩与离合器扭矩调节量之和，得到目标离合器扭矩初始值，根据上一计算周期的目标离合器扭矩以及目标离合器扭矩变化率的限值得到当前计算周期的目标离合器扭矩限值，对目标离合器扭矩初始值进行限值处理得到目标离合器扭矩。所得到的目标离合器扭矩消除了因发动机扭矩精度低带来的扭矩波动冲击，提升了离合器响应发动机扭矩时的平顺性，提高了驾乘舒适性。
5、调节实际离合器扭矩
将目标离合器扭矩作为离合器扭矩控制的输入，以实际离合器扭矩为负反馈，通过调节离合器的膜片弹簧的压力调节离合器的离合程度，采用PID控制使实际离合器扭矩能够快速高精度的响应目标离合器扭矩，从而实现离合器两端始终工作在目标微滑摩转速下，即完成了离合器微滑摩控制的目标。
上述离合器微滑摩扭矩控制系统的控制过程分为如下六种工况：
一、稳态时，即当标发动机转速和实际发动机转速不变时，离合器被动端惯性扭矩计算模块输出为零，离合器性扭矩调节量计算模块输出为零，驱动系统控制扭矩计算模块输出为实际离合器扭矩与实际发动机扭矩之差，目标离合器扭矩计算模块输出为实际离合器扭矩，即实际离合器扭矩等于目标离合器扭矩，且等于发动机实际扭矩，系统保持稳态。
二、当目标离合器转速目标发动机转速增大时，如遇下坡或目标起步转速增大等工况，目标发动机转速计算模块输出增大，离合器被动端惯性扭矩计算模块输出正值，离合器性扭矩调节量计算模块输出正值，目标离合器扭矩计算模块输出减小，发动机因受到阻力增小而转速增大，直到接近目标发动机转速计算模块输出，进而达到稳态。
三、当目标离合器转速目标发动机转速减小时，如遇刹车，上坡或目标起步转速降低等工况，目标发动机转速计算模块输出减小，离合器被动端惯性扭矩计算模块输出负值，离合器性扭矩调节量计算模块输出负值，目标离合器扭矩计算模块输出增大，发动机因受到阻力增大而转速减小，直到接近目标发动机转速计算模块输出，进而达到稳态。
四、当实际发动机转速增大时，如遇踩油门加速等工况，离合器性扭矩调节量计算模块输出负值，驱动系统控制扭矩计算模块中惯性扭矩输出正值，目标离合器扭矩计算模块输出增大，离合器被动端因受驱动力增加而转速增加，进而使得目标发动机转速计算模块输出增大，直到接近实际发动机转速，最终达到稳态。
五、当实际发动机转速减小时，如遇减小油门等工况，离合器性扭矩调节量计算模块输出正值，驱动系统控制扭矩计算模块中惯性扭矩输出负值，目标离合器扭矩计算模块输出减小，离合器被动端因受驱动力减小而转速减小，进而使得目标发动机转速计算模块输出减小，直到接近实际发动机转速，最终达到稳态。
六、当实际发动机扭矩增大或减小时，目标离合器扭矩相应地增大或减小。当实际发动机扭矩小范围波动，且不影响其转速时，如遇发动机扭矩滤波效果差，或发动机扭矩精度低等工况，综合计算驱动系统控制扭矩计算模块与目标离合器扭矩计算模块，目标离合器扭矩等于实际离合器扭矩，其不因实际发动机扭矩小幅波动的影响。系统保持稳态。