专利名称：用于检测动力系转矩输出的方法
技术领域：
本发明涉及传动系工作和确定车辆动力系的转矩输出。
背景技术：
本节陈述只是提供与本发明相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。车辆驾驶性能的一个考虑是动力系输出和车辆对该输出的响应。动力系输出能够被称作扭力，通称转矩。转矩是从内燃机或其它转矩源例如电动机产生的扭力以推进车辆。在车辆或带有驱动轮的其它车辆的情况下，转矩可以通过变速器进行传递、被差速器分解并且提供给车轮以向车辆提供牵弓I力。转矩信息可用于多种动力系控制方案，例如，离合器填充时间检测、发动机转矩估计、换档平稳等等，这些对车辆驾驶性能有帮助。因此，转矩信息能被用于动力系的附加控制。例如，在加速和减速期间，车辆乘客可能察觉到转矩传递的变化，例如在变速器换档期间。能够采用控制变速器换档的控制方案来最小化换档期间的转矩波动。一种闭环控制方案能用于变速器换档，允许控制模块根据特定RPM下发动机应当产生的转矩量估计在当前变速器传动比下产生的转矩量。然而，这是理论转矩，并且不一定代表着传递的实际转矩。能够发明一种根据专用转矩传感器进行发动机和变速器控制的控制方案。专用转矩传感器能够检测传递的转矩的实际量并且提供该实际转矩信息给控制模块用于根据当前状态确定变速器换档方案。然而，在成品车辆中使用专用转矩传感器增大了成本、零件容量、配线复杂性、质量和可靠性问题。
发明内容
一种动力系包括与传动系相连的变速器。一种用于监控传动系转矩的方法，包括监控来自位于沿着传动系隔开距离的传动系的相应的第一和第二旋转耦合位置上的第一和第二旋转传感器的信号、通过所述信号确定在第一和第二旋转耦合位置处传动系的旋转、确定由第一和第二旋转耦合位置处的传动系的旋转之间的差值导出的扭转角、计算与扭转角相对应的传动系转矩以及响应于传动系转矩控制动力系的工作。本发明提供下列技术方案。技术方案I :一种用于监控包含与传动系相连的变速器的动力系中的转矩的方法，该方法包括
监控来自位于沿着所述传动系隔开一距离的传动系的相应的第一和第二旋转耦合位置处的第一和第二旋转传感器的信号；
通过所述信号确定在所述第一和第二旋转耦合位置处所述传动系的旋转； 确定由所述第一和第二旋转耦合位置处的传动系的旋转之间的差值导出的扭转角； 计算与所述扭转角相对应的传动系转矩；以及 响应于所述传动系转矩控制所述动力系的工作。技术方案2 :如技术方案I所述的方法，其中，来自所述旋转传感器的信号包括周期性信号，并且其中，通过所述信号确定在所述第一和第二旋转耦合位置处所述传动系的旋转包括，对每个相应的旋转稱合位置来说，
确定预定采样窗口内对应于初始信号的初始相位角；
确定所述预定采样窗口内对应于终了信号的终了相位角；
确定对应于所述初始信号与终了信号之间的全信号数量的中间相位角；以及确定相应的旋转耦合位置处所述传动系的所述旋转为所述初始相位角、终了相位角和中间相位角的总和。技术方案3 :如技术方案2所述的方法，其中，所述预定采样窗口内的所述初始信号包括局部信号。技术方案4:如技术方案2所述的方法，其中，所述预定采样窗口内的所述终了信 号包括局部信号。技术方案5 :如技术方案2所述的方法,其中,所述初始信号和终了信号都包括各自的局部信号。技术方案6 :如技术方案5所述的方法，其中，所述初始相位角和所述终了相位角的总和等于与全信号对应的角度。技术方案7 :如技术方案I所述的方法，其中，所述传动系的所述第一旋转耦合位置包括变速器输出构件上最接近所述变速器的位置，并且其中，所述传动系的所述第二旋转耦合位置包括半轴上的位置。技术方案8 :如技术方案I所述的方法，其中，所述传动系的所述第一旋转耦合位置包括变速器输出构件上最接近所述变速器的位置，并且其中，所述传动系的所述第二旋转耦合位置包括所述变速器输出构件上相对所述第一旋转耦合位置远离的位置。技术方案9 :如技术方案I所述的方法，其中，所述动力系还包括电机并且所述第一旋转传感器包括构造成监控所述电机旋转的旋转变压器。技术方案10 :如技术方案I所述的方法，其中，确定由所述第一和第二旋转稱合位置处的传动系的旋转之间的差值导出的扭转角包括由调制函数确定误差修正。技术方案11 :如技术方案10所述的方法，其中，利用所述调制函数的所述修正包括比较所述第一和第二位置处的旋转之间的物理关系。技术方案12 : —种用于监控包含与传动系相连的变速器的动力系中的转矩的方法，该方法包括
监控来自位于所述传动系的相应的第一和第二旋转耦合位置处的第一和第二旋转传感器的周期性信号，所述第一旋转耦合位置位于变速器输出构件上最接近所述变速器，并且所述第二旋转耦合位置位于半轴上；
为每个相应的旋转传感器确定对应于预定米样窗口内相应的初始信号的相应的初始相位角；
为每个相应的旋转传感器确定对应于预定米样窗口内相应的终了信号的相应的终了相位角；
为每个相应的旋转传感器确定对应于所述相应的初始信号与相应的终了信号之间的相应的全信号数量的相应的中间相位角；
确定相应的旋转稱合位置处所述传动系的所述旋转为所述相应的初始相位角、所述相应的终了相位角和所述相应的中间相位角的总和；
从所述第一和第二旋转耦合位置处的传动系的旋转之间的差值确定扭转角；
计算与所述扭转角相对应的传动系转矩；以及 响应于所述传动系转矩控制所述动力系的工作。技术方案13 :如技术方案12所述的方法，其中，所述预定采样窗口内的所述初始信号包括局部信号，其中，所述预定采样窗口内的所述终了信号包括局部信号，并且其中，所述初始相位角和所述终了相位角的所述总和等于与全信号对应的角度。技术方案14 :一种用于监控包含与传动系相连的变速器的动力系中的转矩的方法，该方法包括
监控来自位于所述传动系的相应的第一和第二旋转耦合位置处的第一和第二旋转传感器的周期性信号，所述第一旋转耦合位置位于变速器输出构件上最接近所述变速器， 并且所述第二旋转耦合位置位于所述变速器输出构件上与所述第一旋转耦合位置相对远离；
为每个相应的旋转传感器确定对应于预定米样窗口内相应的初始信号的相应的初始相位角；
为每个相应的旋转传感器确定对应于预定米样窗口内相应的终了信号的相应的终了相位角；
为每个相应的旋转传感器确定对应于所述相应的初始信号与相应的终了信号之间的相应的全信号数量的相应的中间相位角；
确定相应的旋转稱合位置处所述传动系的所述旋转为所述相应的初始相位角、所述相应的终了相位角和所述相应的中间相位角的总和；
从所述第一和第二旋转耦合位置处的传动系的旋转之间的差值确定扭转角；
计算与所述扭转角相对应的传动系转矩；以及 响应于所述传动系转矩控制所述动力系的工作。技术方案15 :如技术方案14所述的方法，其中，所述预定采样窗口内的所述初始信号包括局部信号，其中，所述预定采样窗口内的所述终了信号包括局部信号，并且其中，所述初始相位角和所述终了相位角的所述总和等于与全信号对应的角度。
现在将通过举例的方式参照附图描述一个或多个实施例，其中
图I是根据本发明的包括内燃机和电动发电机(或多个)的混合动力系统的示意 图2是根据本发明的在指定时间段期间来自旋转传感器的示例性数据的图示；
图3描述根据本发明实施例的用于从旋转传感器数据计算转矩的示例性控制方案；
图4是根据本发明的从在变速器从一档调高到四档期间在节气门微开下车辆工作期间的本发明实施例的工作获得的图解数据，包括随时间变化的计算转矩、测量转矩和计算转矩偏差；和
图5是根据本发明的从在包含变速器换高速档的一档和二档下的工作期间在节气门全开下车辆工作期间的本发明实施例的工作获得的图解数据，包括随时间变化的计算转矩、计算转矩偏差和测量转矩。
具体实施例方式现在参照这些图，其中，这些展示只是为了图解某些示例性实施例，而不是为了限制这些实施例，图I示意性地示出了包括内燃机10和电动发电机(或多个)12的混合动力系统26。应当注意，该混合动力系是本发明的举例并且将不会看作限制，因为本文考虑不同类型的混合动力系和非混合动力系。发动机10能够连接到变速装置14以传递牵引转矩给车辆的传动系16。在一个实施例中，传动系16包括机械连接的输出构件24、差速齿轮装置18、机械地分别与第一和第二车轮22和23相连的第一和第二半轴20和21。通过第一和第二车轮22、23，传动系16在变速器14和路面之间传递牵引力。混合动力系统26包括储能装置(ESD) 28，例如蓄电池，其储存电能并且电连接到一个或多个电动发电机(或多个)12以在它们之间传递动力。变速器功率变换器控制模块(TPHO30安置在ESD 28与电动发电机(或多个)12之间并且用来把电池电力从直流电转换成交流电和从交流电转换回直流电。电动发电机(或多个)12将储存能量转换为机械动力 以及将机械动力转换为能够储存在ESD 28中的能量。发动机10把燃料转换为机械动力。电动发电机(或多个)12优选地包括三相交流电机(或多个)，具有定子、转子和旋转变压器(或多个)32。电动发电机(或多个)12的电动机定子接地到变速箱的外部，并且包括定子铁心，有缠绕的电绕组从定子铁心伸出。电动发电机(或多个)12的转子(或多个)固定成把通过变速器14的转矩经由轴15传递给传动系16。旋转变压器(或多个)32优选包括具有旋转变压器定子和旋转变压器转子的可变磁阻装置。旋转变压器(或多个)32适当地安置和组装在电动发电机(或多个)12上。旋转变压器(或多个)32的相应的定子(或多个)连接到电动发电机(或多个)12的定子(或多个)上。旋转变压器转子连接到电动发电机(或多个)12的转子上。旋转变压器(或多个)32信号地且操作性地连接到TPM 30并且检测和监控旋转变压器转子相对于旋转变压器定子的旋转位置，从而提供电动发电机(或多个)12的实际旋转位置。另外，对从旋转变压器(或多个)32输出的信号进行解译以提供电动发电机(或多个)12的转速。当纯电动模式提供转矩给传动系16时,旋转变压器能够类似于旋转传感器提供旋转信息。作为从燃料或储存在ESD 28内的电位能的能量转换的结果，产生了来自发动机10的输入转矩和来自电动发电机(或多个)12的电动机转矩。ESD 28经由DC传输导线34高电压直流耦合到TPM 30。传输导线34提供了 ESD 28与TPM 30之间的可换向的电流流动。TPM 30响应于电动机转矩请求通过传输导线36往返于电动发电机(或多个)12传输电力以满足转矩指令。根据ESD 28是在充电还是放电而往返于ESD 28传输电流。来自发动机10的机械动力能够经由轴13传递到变速器14。来自电动发电机(或多个)12的机械动力能够传递到变速器14。来自传动系16的机械动力能够通过输出构件24经由变速器14传递到发动机10和扭矩机械(或多个)16。利用发动机10与电动发电机(或多个)12联合以传递转矩给传动系16，由此提供牵引转矩通过第一和第二车轮22、23。传递的机械动力能够是用于车辆推进的牵引转矩形式和用于与再生制动功能有关的车辆制动的反作用转矩形式。正如将对本领域普通技术人员显而易见的，可以使用其它的混合动力配置例如串联式混合动力、并联式混合动力或复合混合动力驱动，非混合动力配置和电动车辆，而不背离本发明的范围。
输出旋转传感器38安置在输出构件24上,优选为在变速器14附近。在第一实施例中，第一旋转传感器40与输出旋转传感器38相对远端地安置在一个半轴上。意识到，输出旋转传感器38旋转地与第一旋转传感器40相连，与输出构件24和差速器18面对面。在第二实施例中，另外的第二旋转传感器42与输出旋转传感器相对远端地安置在另一个半轴上。意识到，输出旋转传感器38旋转地与第一和第二旋转传感器40、42相连，与输出构件24和差速器18面对面。为了描述方便，第一旋转传感器40对应于第一半轴20，第二旋转传感器42对应于第二半轴21。第一和第二旋转传感器40、42优选为安置成接近对应的第一和第二车轮22、23。在又一个第三实施例中，作为 对第一或第二实施例的替代，旋转传感器安置在与输出旋转器38相对的远端，但是仍然在输出构件24上(例如接近差速器18)。因此，意识到，在所有实施例中，输出旋转传感器38旋转地与至少一个另外的远端安置的旋转传感器相连。输出旋转传感器38、第一旋转传感器40和第二旋转传感器42信号地连接到控制模块5以向其提供信号。当混合动力系统26正以纯电动模式工作时，旋转变压器32能够提供输出旋转传感器38的旋转信息，此时，计算与此有关的传输损耗。控制模块5信号地且操作性地连接到发动机10和TPM 30用于在它们之间提供通讯和对它们的控制。输出、第一和第二旋转传感器38、40、42都是能从它们获得转速的旋转传感器。在传动系的恒定或稳态旋转期间，来自这些旋转传感器的信号基本上是周期性的。一种示例性旋转传感器可以包括固定到旋转元件例如旋转轴上的由铁磁材料制造的齿轮，其经过霍尔效应传感器。经过传感器的每个轮齿都产生信号，这些信号能够在数量上、根据持续时间、暂停以及幅度进行辨别。全信号对应于轮齿时间间隔(即从轮齿的起点或终点到相邻轮齿的同类起点或终点)。局部信号对应于轮齿时间间隔的一部分。因为齿轮上的轮齿数目是已知的，能够通过计数采样窗口内产生的全和局部信号来计算速度。其它的示例性传感器是产生周期信号的无轴承轮组、轮组脉冲发生器、光学和类似的齿轮旋转传感器。控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器和类似术语意味着专用集成电路(ASIC)(或多个)中的一个或多个、电子电路(或多个)、执行一个或多个软件或固件程序的中央处理器(或多个)(优选为微处理器(或多个))和相关存储器和贮存器(只读的、可编程只读的、随机存取的、硬盘驱动器等)、组合逻辑电路(或多个)、输入/输出电路(或多个)和装置、适当的信号调节和缓冲电路以及其它的提供所述功能的适当部件中的任何适用的一个或它们的组合。控制模块5具有一组控制算法，包括存储在存储器中且执行以提供期望功能的常驻软件程序指令和标定。优选地，在预定循环期间执行这些算法。算法由例如中央处理器执行，并且可操作成监控来自传感装置及其它网络控制模块的输入以及执行控制和诊断程序来控制致动器的工作。可以规定时间隔执行这些循环，例如在正在进行的发动机和车辆工作期间，每3. 125、6. 25、12. 5、25和100毫秒。可替代地，可以响应于事件的出现而执行算法。控制模块5能够控制混合动力系统26以响应于驾驶员转矩请求产生转矩。控制模块5联合控制发动机10、电动发电机(或多个)12和变速器14以产生驾驶员转矩请求。控制模块5能够命令发动机10和电动发电机(或多个)12单独或组合产生请求的转矩。变速器14受到控制以选择性地传输转矩到传动系16并且包括多个传动比，这些传动比用作转矩乘数以实现最终的驾驶员转矩请求。转矩输出可用于响应于驾驶员转矩请求使用适当的转矩控制方案控制混合动力系统26的工作。
图2是在指定时间段期间例如25毫秒内来自与包含齿轮的可旋转元件信号地相连的示例性旋转传感器的示例性数据的图示。示例性旋转传感器包括输出、第一和第二旋转传感器38、40、42，示例性可旋转元件包括输出构件24、第一半轴20和第二半轴21。当可旋转元件旋转时，齿轮旋转。当每个轮齿经过旋转传感器时，产生信号50。全信号具有包括起点52、顶点54、终点56和暂停70的分布图。起点52与终点56之间的经过时间是信号持续时间72。单个输出信号50的终点56与相邻的下一输出信号50的起点52之间的经过时间是暂停70。信号持续时间72与暂停70的组合是信号周期60。当可旋转元件以等速旋转时，出现周期性图形。当转速增大时，每个检测轮齿之间的信号持续时间72与暂停70减小，由此引起较短的信号周期例如60’。当转速增大时，特定采样窗口 68期间检测到的轮齿数量增量也增大。当转速降低时，每个输出信号之间的信号持续时间72与暂停70增大，由此引起较长的信号周期。当转速降低时，特定采样窗口 68期间检测到的轮齿数量也减少。对于输出、第一和第二旋转传感器38、40、42中的每一个，能够根据共同的采样窗口例如25毫秒的比较结果确定每个传感器的旋转角 。旋转角 是以度数角度计量的轴旋转幅度。能使用其它适当的度量例如弧度。通过比较来自两个旋转传感器例如输出旋转传感器38和第一旋转传感器40的旋转角 ，能够确定它们之间的扭转角并且与计算转矩值建立联系。能够通过确定分别为0init和0final的初始信号和终了信号的相位角0以及在采样窗口 68内的中间信号的数量来计算旋转角G0通过知晓第一信号周期tl 64(从采样窗口 68的起点到第一检测轮齿输出的终点测量的)、基准全信号周期(优选为下一或前一相邻信号周期-例如从第一全检测轮齿输出的起点到下一检测轮齿输出的起点测量的P1，或者可替代地，瞬时接近的下一或前一信号周期)和所确定的传感器上的轮齿总数Nt通过下列方程式确定初始相位角0init。将意识到，第一信号周期tl 64可以只包含全信号周期的一部分。
权利要求
1.一种用于监控包含与传动系相连的变速器的动力系中的转矩的方法，该方法包括 监控来自位于沿着所述传动系隔开一距离的传动系的相应的第一和第二旋转耦合位置处的第一和第二旋转传感器的信号； 通过所述信号确定在所述第一和第二旋转耦合位置处所述传动系的旋转； 确定由所述第一和第二旋转耦合位置处的传动系的旋转之间的差值导出的扭转角； 计算与所述扭转角相对应的传动系转矩；以及 响应于所述传动系转矩控制所述动力系的工作。
2.如权利要求I所述的方法，其中，来自所述旋转传感器的信号包括周期性信号，并且其中，通过所述信号确定在所述第一和第二旋转耦合位置处所述传动系的旋转包括，对每个相应的旋转耦合位置来说， 确定预定采样窗口内对应于初始信号的初始相位角； 确定所述预定采样窗口内对应于终了信号的终了相位角； 确定对应于所述初始信号与终了信号之间的全信号数量的中间相位角；以及确定相应的旋转耦合位置处所述传动系的所述旋转为所述初始相位角、终了相位角和中间相位角的总和。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述预定采样窗口内的所述初始信号包括局部信号。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述预定采样窗口内的所述终了信号包括局部信号。
5.如权利要求2所述的方法，其中，所述初始信号和终了信号都包括各自的局部信号。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述初始相位角和所述终了相位角的总和等于与全信号对应的角度。
7.如权利要求I所述的方法，其中，所述传动系的所述第一旋转耦合位置包括变速器输出构件上最接近所述变速器的位置，并且其中，所述传动系的所述第二旋转耦合位置包括半轴上的位置。
8.如权利要求I所述的方法，其中，所述传动系的所述第一旋转耦合位置包括变速器输出构件上最接近所述变速器的位置，并且其中，所述传动系的所述第二旋转耦合位置包括所述变速器输出构件上相对所述第一旋转耦合位置远离的位置。
9.一种用于监控包含与传动系相连的变速器的动力系中的转矩的方法，该方法包括 监控来自位于所述传动系的相应的第一和第二旋转耦合位置处的第一和第二旋转传感器的周期性信号，所述第一旋转耦合位置位于变速器输出构件上最接近所述变速器，并且所述第二旋转耦合位置位于半轴上； 为每个相应的旋转传感器确定对应于预定米样窗口内相应的初始信号的相应的初始相位角； 为每个相应的旋转传感器确定对应于预定米样窗口内相应的终了信号的相应的终了相位角； 为每个相应的旋转传感器确定对应于所述相应的初始信号与相应的终了信号之间的相应的全信号数量的相应的中间相位角；确定相应的旋转稱合位置处所述传动系的所述旋转为所述相应的初始相位角、所述相应的终了相位角和所述相应的中间相位角的总和； 从所述第一和第二旋转耦合位置处的传动系的旋转之间的差值确定扭转角； 计算与所述扭转角相对应的传动系转矩；以及 响应于所述传动系转矩控制所述动力系的工作。
10.一种用于监控包含与传动系相连的变速器的动力系中的转矩的方法，该方法包括 监控来自位于所述传动系的相应的第一和第二旋转耦合位置处的第一和第二旋转传感器的周期性信号，所述第一旋转耦合位置位于变速器输出构件上最接近所述变速器，并且所述第二旋转耦合位置位于所述变速器输出构件上与所述第一旋转耦合位置相对远离； 为每个相应的旋转传感器确定对应于预定米样窗口内相应的初始信号的相应的初始相位角； 为每个相应的旋转传感器确定对应于预定米样窗口内相应的终了信号的相应的终了相位角； 为每个相应的旋转传感器确定对应于所述相应的初始信号与相应的终了信号之间的相应的全信号数量的相应的中间相位角； 确定相应的旋转稱合位置处所述传动系的所述旋转为所述相应的初始相位角、所述相应的终了相位角和所述相应的中间相位角的总和； 从所述第一和第二旋转耦合位置处的传动系的旋转之间的差值确定扭转角； 计算与所述扭转角相对应的传动系转矩；以及 响应于所述传动系转矩控制所述动力系的工作。
全文摘要
本发明涉及用于检测动力系转矩输出的方法，提供一种动力系包括与传动系相连的变速器。一种用于监控传动系转矩的方法，包括监控来自位于沿着传动系隔开距离的传动系的相应的第一和第二旋转耦合位置处的第一和第二旋转传感器的信号、通过所述信号确定在第一和第二旋转耦合位置处传动系的旋转、确定从第一和第二旋转耦合位置处的传动系的旋转之间的差值获取的扭转角、计算与扭转角相对应的传动系转矩以及响应于传动系转矩控制动力系的工作。
文档编号F16H63/40GK102705506SQ20111029517
公开日2012年10月3日 申请日期2011年9月28日 优先权日2010年9月28日
发明者C.J.李, C-K.考, D.李, F.萨米, K.V.赫贝尔, M.曹 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司