用于估计双离合器变速器的输入扭矩的装置和方法
用于估计双离合器变速器的输入扭矩的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于估计车辆双重离合器变速器的输入扭矩的装置，所述变速器包括内输入轴和关于所述内输入轴同心地布置的外输入轴，所述装置进一步包括连接所述轴至发动机的输出轴的双重离合器部件。
【背景技术】
[0002]在重型运输车辆领域，这样的车辆可被提供以布置有双重离合器的变速器单元是已知的。根据已知技术，双重离合器变速器基于这样的原则，即两个单一盘或多盘离合器用于操作多个齿轮的原则。例如，两个离合器可被同心地布置，用这样的方式，外离合器驱动变速器的单数的齿轮而内离合器驱动变速器的双数的齿轮。
[0003]双离合器变速器内的齿轮之间的换挡可通过将来自车辆的发动机的扭矩应用的到两个离合器之一，同时扭矩被与另一个离合器分离来实现。用这种方式，可执行齿轮间的换挡，通常不断开传输到驱动车轮的扭矩。而且，换挡可比单一离合器形式的变速器更快地执行。
[0004]先前已知，双离合器变速器可被布置为具有两个输入轴，每一个连接至摩擦离合器且也连接到车辆发动机的输出。在功能上，这相当于具有两个平行的常规变速器，即两个平行子变速器，并且每次使用一个用于动力传输。适宜地，两个输入轴以同心的方式被布置，即以便第一输入轴构成在外输入轴内部延伸的内输入轴。
[0005]不被使用而因此暂时空转的子变速器，可具有啮合齿轮并且为后来的换挡做准备。这种换挡通过同时不啮合先前使用的子变速器的摩擦离合器和啮合先前空转的子变速器的摩擦离合器来执行。
[0006]为了以最佳方式操作双离合器变速器，需要通过计算机化的变速器控制单元来控制变速器。这样的单元使用来自多个传感器的信号，并且也使用从发动机控制单元的输入，以便确定变换齿轮的定时和影响换挡操作的其它参数。该过程被优化，以便获得，例如，高水平的性能、燃料经济和车辆处理。
[0007]为了优化双离合器变速器的齿轮变换过程，指示作用在两个输入轴上的输入扭矩的输入信号是需要的。一个常规的扭矩传感器是昂贵的元件，且其也是变速器单元中难于安装的相当大的元件。因此，可选的解决方案是基于某些参数，诸如注入到车辆发动机的燃料量、发动机速度、温度和其它参数，来估计扭矩-即，代替真实地测量扭矩。这给出了输入扭矩的估计，其足够精确以便以适宜的方式操作变速器。
[0008]代表作用在变速器上的直接感测的输入扭矩的信号使得多种功能能够被实现，诸如，例如在变速器的离合器内的传送扭矩的反馈控制；离合器诊断；发动机诊断；和变速器控制的改善的耐用性(关于齿轮换挡、齿轮选择等)。
[0009]总的来说，在用于车辆的双离合器变速器中，两个同心布置的输入轴被使用。为了用最佳方式控制变速器，代表作用在每一个输入轴上的输入扭矩的信号可以凭借扭矩传感器而提供。可选地，基于某些参数确定扭矩的估计。
[0010]在传统的单一输入轴变速器上实施扭矩传感器是简单的。但是，对于具有双同心输入轴的变速器来说，测量内输入轴上的扭矩是非常困难的。这主要因为在内输入轴(即外输入轴的内部)上安装传感器的困难。现有的可用的解决方案将太贵或者将不精确。
[0011]先前已知使用如上所述的估计扭矩。但是，这样已知的方法不具有用于多种想要的功能(例如发动机诊断)的所需的精度的分辨率。因此，关于先前已知的解决方案存在的一个问题是用于估计扭矩的已知的原则不够精确。而且，不可能使用包括两个分开的传感器的装置，即每个内轴上一个传感器。
[0012]现有技术的一个问题因而是其并不为重型运输车辆提供作用在双离合器变速器的两个输入轴上的扭矩的精确的基于传感器的测量的任何解决方案。
【发明内容】
[0013]因此，本发明的一个目的是解决上述问题并提供一种用于估计双离合器变速器的输入扭矩的装置和方法，其中作用在双离合器变速器的输入轴上的输入扭矩的精确值可通过可靠和成本有效的方式获得。
[0014]根据本发明，上述目的通过用于估计车辆的双离合器变速器的输入扭矩的装置获得，所述变速器包括内输入轴和关于所述内输入轴同心地布置的外输入轴，所述装置进一步包括连接所述轴至发动机的输出轴的双离合器部件。本发明包括被布置在所述外输入轴上且连接到变速器控制单元的扭矩传感器；所述装置被布置用于通过所述扭矩传感器，在所述外输入轴的操作期间提供测量扭矩值，和用于在所述内输入轴的操作期间提供估计扭矩值。
[0015]借助于本发明，使用只测量外输入轴上的扭矩的扭矩传感器并使用在内输入轴的操作期间的估计扭矩值，获得用于实现内输入轴扭矩的精确的估计的方法。
[0016]用这种方式，仅使用一个扭矩传感器，关于变速器的控制和发动机的诊断的多个功能可被实施到双输入轴变速器上。
[0017]根据一个实施例，本发明被布置以便变速器控制单元被布置用于通过观察器功能计算估计扭矩值，该观察器功能在外输入轴的所述操作期间被激发。该观察器功能例如是卡尔曼滤波器的形式，但本发明不只局限为这种功能。
[0018]而且，根据一个实施例，扭矩传感器也连接到发动机控制单元。适宜地，发动机控制单元被布置为提供所述发动机的操作的诊断。
[0019]本发明还涉及一种用于估计车辆的双离合器变速器的输入扭矩的方法，其中，所述变速器包括内输入轴和关于所述内输入轴同心地布置的外输入轴，并且其中所述轴经由双离合器部件连接至发动机的输出轴。根据本发明的这个方面，该方法包括:在所述外输入轴上布置扭矩传感器；连接所述扭矩传感器到变速器控制单元；当只通过所述外输入轴传送发动机输出扭矩时，通过所述扭矩传感器，提供对应于测量扭矩值的值；和当只通过所述内输入轴传送发动机输出扭矩时，提供对应于估计扭矩值的值。
【附图说明】
[0020]本发明现在将在下面关于实施例和附图而被描述，其中:
[0021]图1是其中可使用本发明的车辆变速器和发动机装置的示意图。
【具体实施方式】
[0022]图1以示例和简化的方式图示出，根据本发明的一个实施例的装置。本发明想要结合双离合器形式的变速器I使用，其通常是已知的并且其可被用于重型商业车辆。
[0023]这样的双离合器变速器的功能通常是已知的，并且已被上述广义的术语描述，并且因为这个原因在这里不再详细描述。
[0024]变速器I被提供有第一输入轴2和第二输入轴3。根据本实施例，并且依据已知技术，该输入轴2、3同心地布置，使得第一输入轴2组成内输入轴并且使得第二输入轴3组成外输入轴，其中内输入轴2被布置在第二输入轴3的内部。
[0025]进一步，轴2、3的端部与双离合器部件4相关联，该双离合器部件4包括与内输入轴2相关联的第一离合器5和与外输入轴3相关联的第二离合器6。
[0026]双离合器部件4连接到车辆发动机8的输出轴7，其适当地以适于重型车辆的常规柴油发动机的形式，但其它原动机也可以，例如电动原动机。以常规的方式，发动机8被布置为经由离合器部件5、内输入轴2和外输入轴3向变速器I传输动力。
[0027]为了控制变速器I的操作，例如为了获得齿轮间的正确换挡，变速器控制单元9被布置为连接变速器I。为了实现高水平的性能、燃料经济和换挡的定时，变速器控制单元9被供给与变速器I相关联的多个输入信号。变速 器控制单元9也产生输出信号以根据车辆驾驶者的请求控制变速器1，同时在变速器I的燃料消耗、效率和性能方面优化换挡操作。这种输入信号和输出信号的传送在图1中通过附图标记10以示意的方式指示，其指示第一通信线。
[0028]从变速器I到变速器控制单元9的这种输入信号的示例如下:车辆速度(其用于确定何时应该发生齿轮变换)、轮子速度、旋转速度和变速器中的致动器位置、需要的驱动扭矩、变速器流体温度、刹车灯开关和车辆牵引控制系统。这样的信号和传感器是已知的，并且因此在这里不对其进行详细描述。
[0029]进一步，从变速器控制单元9输出信号的示例如下:用于换挡螺线管(其在给定时刻被激活以及时变换齿轮)的信号、压力控制螺线管和其他电子控制器。变速器控制单元9也可被布置为控制换挡锁定(shiftlock)螺线管和液压控制螺线管，该换挡锁定(shiftlock)螺线管适于如果刹车踏板没有被踩下时阻止某些驾驶范围被选择。
[0030]以相似的方式，车辆的发动机8连接至发动机控制单元11，如通过图1中的附图标记12指示，其指示第二通信线。更准确地，发动机控制单元11被布置用于从传感器(图1中未示出)接收输入信号，所述传感器诸如加速器踏板位置传感器、冷却剂温度传感器、空燃比计、曲轴位置传感器和与发动机8相关联的其他形式的传感器。进一步，发动机控制单元11被布置用于控制多个致动器以控制参数，诸如空燃比、点火定时、阀定时和发动机8的其它功能。参照图1，发动机控制单元11和发动机8之间的信号组成第二通信线12。
[0031]进一步，根据实施例，在变速器控制单元9和发动机控制单元11之间存在第三通信线13。例如，其适于变速器控制单元9向发动机控制单元11发送输出信号，该输出信号关于点火定时或发动机缸的燃料量的控制。
[0032]变速器控制单元9也可使用来自发动机8上的传感器的信号，以确定什么时候和如何换挡。
[0033]本发明基于如下原则，扭矩传感器14被提供以便提供测量扭矩值Tm，即对应于作用在外输入轴3上的扭矩值。更准确地，根据本发明，扭矩传感器14与外输入轴3相关联，并且代表测量扭矩值Tm的信号被传送到变速器控制单元9。扭矩传感器14的操作可例如，基于铁磁材料的磁致弹性特性，即施加到磁性材料上的磁化和张力之间的相互作用。这是先前众所周知的。相应地，作用在外输入轴3上的实际的扭矩引起磁通量的改变，其反过来被用于产生输出信号，其与实际扭矩成比例。该输出信号被传输到变速器控制单元9，如图1所指示。
[0034]进一步，从扭矩传感器14的测量-反映作用在外输入轴3上的扭矩-也可用作估计作用在内输入轴2上的扭矩的基础。如开始所述，已知在变速器的内输入轴上安装物理的扭矩传感器具有困难，并且因为这个原因，本发明基于这样的原则，扭矩传感器14安装在外输入轴3上，并且也用于估计作用在内输入轴2上的扭矩。这将在下面更详细描述。
[0035]如已提到的，扭矩传感器14测量作用在外输入轴3上的扭矩Tm。而且，双离合形式的变速器单元1，被布置为其被操作用于以这样的方式使齿轮换挡，即来自发动机8的扭矩被应用于两个离合器之一，同时扭矩被与另一个离合器(在其上没有应用扭矩)分离。因此，齿轮换挡可执行，通常没有中断到车辆的轮子的扭矩的传输。这也意味着内输入轴2将在某些时间段期间被操作并且外输入轴3将在其它的时间段被操作。
[0036]可预期，来自发动机8的扭矩在车辆被操作的大约50%的时间将应用在外输入轴3。这归因于这样的事实，可预期与外输入轴3相关联的变速器I中的那些齿轮在车辆被操作的大约50%的时间被选择。
[0037]本发明的一个重要特征是，在操作外输入轴3期间提供测量扭矩值Tm，和在操作内输入轴2期间提供估计扭矩值Te。该测量扭矩值Tm以瞬时测量值Tm的形式从扭矩传感器14传送至变速器控制单元9，而估计值Te采用某些原则计算，如将在下面描述。
[0038]根据一个实施例，变速器控制8被布置为通过所谓的观察器功能中的校准过程计算所述估计扭矩值Te。观察器功能是一个系统，其给出作用在内输入轴2上扭矩的估计值，即，在没有安装扭矩传感器的地方。这种估计的提供基于外输入轴3上的测量扭矩Tm。
[0039]先前已知的一个观察器功能是卡尔曼滤波器，其是可被用于以递归方式产生未知变量的估计的算法。更准确地，卡尔曼滤波器被布置为通过使用引入的测量和数学过程模型随时间的推移以递归方式计算真实测量的估计值。
[0040]换句话说，卡尔曼滤波器产生以扭矩形式的变量的估计，其基于这个变量的测量(其进而组成混合了噪音和未知因素的测量扭矩值)，其以使用加权平均的方式更新，以提供在统计上处理过的输出信号。
[0041]在本发明中，诸如卡尔曼滤波器的观察器功能可被与以扭矩Tm的实际测量形式的实时的输入信号一起使用，如前所述。该输入信号在车辆被操作的大约50%的时间是可用的。该估计扭矩Te被用作在内输入轴2活动的时间段期间作用在输入轴2上的扭矩测量。即使没有作用在内输入轴2上的实际扭矩的实时测量，根据本发明的估计的扭矩Te依然足够的精确以被变速器I使用，以控制换挡和其它功能，即甚至当外输入轴3被释放离合器。
[0042]总的来说，变速器控制单元9适宜被布置为通过观察器功能的方式计算估计扭矩值Te，该观察器功能在外输入轴3操作期间被激活，即当发动机输出扭矩只通过外输入轴3传送时。
[0043]通常地，本发明不限制为使用卡尔曼滤波器形式的观察器功能。事实上，本发明可使用不同形式的观察器或估计器功能实施以使用测量扭矩值Tm(代表作用在外输入轴3上的扭矩)以确定足够精确的估计扭矩值Te (代表作用在内输入轴2上的扭矩)。换句话说，本发明可通过允许在只有外输入轴3被操作的时间段期间估计扭矩值Te在控制单元中以一些合适的方式被校准而以不同的方式实施。
[0044]根据一个实施例，估计扭矩值Te在诸如变速器控制单元的控制单元中被确定，并且当测量扭矩值Tm是可用的时，即当外输入轴3操作时，估计扭矩值Te关于测量扭矩值Tm被校准。
[0045]总的来说，控制单元9包括提供估计扭矩值Te的计算模型。而且，扭矩传感器14被提供在外输入轴3上，这意味着估计扭矩值Te和测量扭矩值Tm在外输入轴3操作时均是可用的。在这些测量扭矩值Tm是可用的场合期间，这些测量扭矩值Tm可与估计值Te相比较。在这些场合期间，计算模型可被校准，以使估计扭矩值Te接近测量扭矩值Tm。这种校准过程可通过观察器提供，例如卡尔曼滤波器，而且，在这些测量扭矩值Tm不可用的场合(即当内输入轴2是在操作中时)期间，估计扭矩值Te被使用。这个过程给出高度精确的估计扭矩值Te。因此，在车辆操作期间，两个下列的操作模式将被使用:
[0046]a)(外输入轴3被使用，即校准模式):
[0047]i)需要高度精确扭矩测量的功能(例如某些诊断功能)被激活；
[0048]ii)用于估计扭矩的计算模型被校准；和
[0049]iii)测量扭矩值被传达到各种控制功能；
[0050]b)(内输入轴2被使用，即计算模式):
[0051]i)需要高度精确扭矩值的功能被去激活；
[0052]ii)扭矩通过计算模型被估计；
[0053]iii)估计扭矩值被传达到 某些功能。
[0054]作为以上描述的替换，扭矩传感器14也可被连接到发动机控制单元11。根据另一实施例，扭矩传感器14也可被连接到发动机控制单元11和变速器控制单元9 二者。所有这些实施例的共同特征是扭矩值被传输到发动机控制单元8。
[0055]借助于本发明，获得了某些优势。测量实际扭矩一和使用该测量值作为估计扭矩值的基础一以更高的分辨率给出了关于时间和扭矩两者更精确的扭矩值，这能够实现多种功能:在离合器中反馈控制传送的扭矩；离合器诊断；和改善变速器控制的耐用性(齿轮换挡、齿轮选择等)。
[0056]本发明的一个特别的特征涉及发动机控制单元11被布置为产生发动机8的操作的诊断的事实。这基于这样的事实，即存在对于发动机诊断功能的需求，其基于与作用在变速器I上的扭矩相关的测量。例如，在发动机诊断期间，检测在很长一段时间内发生的发动机行为的趋势是重要的。这些发动机测量的示例，例如个别缸的运行超时的性能、检测个别缸的不点火、优化燃料消耗和其它参数。
[0057]本发明提供某些优势。第一，值得注意的是，本发明与基于两个分开的扭矩传感器的解决方案相比复杂性低。本发明还比使用两个传感器以更少的成本被实施。而且，发动机和变速器控制的宽度范围和由输入轴扭矩测量实现的诊断功能可被实施到双输入轴变速器上。
[0058]本发明基于这样的原则，在操作所述外输入轴3期间提供测量扭矩值Tm，和在操作所述内输入轴2期间提供估计扭矩值Te，其中用于估计扭矩值Te的模型在测量扭矩值Tm可用时被校准。本发明可通过包括程序代码组件的计算机程序实施，该程序代码组件用于执行进行以上限定的方法所需的多个步骤。本发明还可是计算机程序产品的形式，其包括存储在计算机可读介质上的程序代码组件，该程序代码组件用于在程序产品在计算机上运行时执行这些步骤。本发明还可由计算机系统组成，该计算机系统用于实施用于估计前面所述的双离合器变速器的输入扭矩的方法。
[0059]本发明不局限于上面描述的实施例，而是可在后面的权利要求的范围内变化。
【主权项】
1.一种用于估计车辆的双离合器变速器(I)的输入扭矩的装置，所述变速器(I)包括内输入轴(2)和关于所述内输入轴(2)同心地布置的外输入轴(3)，所述装置进一步包括双离合器部件(4)，所述双离合器部件(4)将所述轴(2、3)连接至发动机(8)的输出轴(7)，其特征在于，其包括扭矩传感器(14)，所述扭矩传感器(14)被布置在所述外输入轴(3)上并且被连接到变速器控制单元(9);所述装置被布置用于在所述外输入轴(3)的操作期间，通过所述扭矩传感器(14)提供测量扭矩值(Tm)，和用于在所述内输入轴(2)的操作期间提供估计扭矩值(Te)。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述估计扭矩值(Te)在所述变速器控制单元(9)中被确定，并且在所述外输入轴(3)的操作期间，所述估计扭矩值(Te)相对于所述测量扭矩值(Tm)被校准。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述变速器控制单元(9)被布置用于，通过在所述外输入轴(3)的所述操作期间被激活的观察器功能，来计算所述估计扭矩值(Te)ο4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述观察器功能由卡尔曼滤波器组成。5.根据前述权利要求的任一项所述的装置，其特征在于，所述变速器控制单元(9)被布置用于控制所述变速器(I)的操作。6.根据前述权利要求的任一项所述的装置，其特征在于，所述扭矩传感器(14)被连接至发动机控制单元(U)。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述发动机控制单元(11)被布置用于提供所述发动机(8)的操作的诊断。8.—种车辆，包括根据权利要求1-7任一项所述的装置。9.一种用于估计车辆的双离合器变速器(I)的输入扭矩的方法，其中所述变速器(I)包括内输入轴(2)和关于所述内输入轴(2)同心地布置的外输入轴(3)，并且其中所述轴(2,3)经由双离合器部件(4)连接至发动机(8)的输出轴(7)，其特征在于，所述方法包括: -在所述外输入轴(3)上提供扭矩传感器(14); -连接所述扭矩传感器(14)到变速器控制单元(9); -当只通过所述外输入轴(3)传送发动机输出扭矩时，通过所述扭矩传感器(14)提供对应于测量扭矩值(Tm)的值；以及 -当只通过所述内输入轴(2)传送发动机输出扭矩时，提供对应于估计扭矩值(Te)的值。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述估计扭矩值(Te)在所述变速器控制单元(9)中被确定，并且在所述外输入轴(3)的操作期间，所述估计扭矩值(Te)相对于所述测量扭矩值(Tm)被校准。11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，其包括:通过在所述外输入轴(3)的所述操作期间被激活的观察器功能，来计算所述估计扭矩值(Te)。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，计算所述估计扭矩值(Te)的所述步骤通过卡尔曼滤波器执行。13.根据权利要求9-12的任一项所述的方法，其特征在于，其包括:通过所述变速器控制单元(9)控制所述变速器⑴的操作。14.根据权利要求9-13的任一项所述的方法，其特征在于，其包括:当只通过所述外输入轴传送发动机输出扭矩时，提供所述发动机(8)的操作的诊断。15.一种计算机程序，包括程序代码组件，所述程序代码组件用于在所述程序在计算机上运行时执行权利要求9-14的任一项所述的所有步骤。16.一种计算机程序产品，包括存储在计算机可读介质上的程序代码组件，所述程序代码组件用于当所述程序产品在计算机上运行时执行权利要求9-14的任一项所述的所有步骤。17.一种用于实施用于估计车辆的双离合器变速器(I)的输入扭矩的方法的计算机系统，其中所述变速器⑴包括内输入轴⑵和关于所述内输入轴⑵同心地布置的外输入轴(3)，其中所述轴(2、3)经由双离合器部件⑷连接至发动机⑶的输出轴(7)，并且其中扭矩传感器(14)被提供在所述外输入轴(3)上；所述计算机系统包括处理器，所述处理器操作用于:建立从所述扭矩传感器(14)到变速器控制单元(9)的连接；在所述外输入轴(3)的操作期间，通过所述扭矩传感器，提供对应于测量扭矩值(Tm)的值；以及，在所述内输入轴(2)的操作期间，提供对应于估计扭矩值(Te)的值。
【专利摘要】本发明涉及一种用于估计车辆的双离合器变速器(1)的输入扭矩的装置，所述变速器(1)包括内输入轴(2)和关于所述内输入轴(2)同心地布置的外输入轴(3)。该装置进一步包括连接所述轴(2、3)至发动机(8)的输出轴(7)的双离合器部件(4)。本发明包括被布置在所述外输入轴(3)上且连接到变速器控制单元(9)的扭矩传感器(14)。本发明被布置用于通过所述扭矩传感器(14)，在所述外输入轴(3)的操作期间提供测量扭矩值(Tm)，和用于在所述内输入轴(2)的操作期间提供估计扭矩值(Te)。
【IPC分类】F16H61/688, F16H59/14
【公开号】CN104903629
【申请号】CN201280077571
【发明人】马蒂亚斯·阿兹博加德, 弗雷德里克松·克里斯特
【申请人】沃尔沃卡车集团
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2012年12月7日
【公告号】EP2929218A1, US20150308565, WO2014086382A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于估计车辆双重离合器变速器的输入扭矩的装置，所述变速器包括内输入轴和关于所述内输入轴同心地布置的外输入轴，所述装置进一步包括连接所述轴至发动机的输出轴的双重离合器部件。
【背景技术】
[0002]在重型运输车辆领域，这样的车辆可被提供以布置有双重离合器的变速器单元是已知的。根据已知技术，双重离合器变速器基于这样的原则，即两个单一盘或多盘离合器用于操作多个齿轮的原则。例如，两个离合器可被同心地布置，用这样的方式，外离合器驱动变速器的单数的齿轮而内离合器驱动变速器的双数的齿轮。
[0003]双离合器变速器内的齿轮之间的换挡可通过将来自车辆的发动机的扭矩应用的到两个离合器之一，同时扭矩被与另一个离合器分离来实现。用这种方式，可执行齿轮间的换挡，通常不断开传输到驱动车轮的扭矩。而且，换挡可比单一离合器形式的变速器更快地执行。
[0004]先前已知，双离合器变速器可被布置为具有两个输入轴，每一个连接至摩擦离合器且也连接到车辆发动机的输出。在功能上，这相当于具有两个平行的常规变速器，即两个平行子变速器，并且每次使用一个用于动力传输。适宜地，两个输入轴以同心的方式被布置，即以便第一输入轴构成在外输入轴内部延伸的内输入轴。
[0005]不被使用而因此暂时空转的子变速器，可具有啮合齿轮并且为后来的换挡做准备。这种换挡通过同时不啮合先前使用的子变速器的摩擦离合器和啮合先前空转的子变速器的摩擦离合器来执行。
[0006]为了以最佳方式操作双离合器变速器，需要通过计算机化的变速器控制单元来控制变速器。这样的单元使用来自多个传感器的信号，并且也使用从发动机控制单元的输入，以便确定变换齿轮的定时和影响换挡操作的其它参数。该过程被优化，以便获得，例如，高水平的性能、燃料经济和车辆处理。
[0007]为了优化双离合器变速器的齿轮变换过程，指示作用在两个输入轴上的输入扭矩的输入信号是需要的。一个常规的扭矩传感器是昂贵的元件，且其也是变速器单元中难于安装的相当大的元件。因此，可选的解决方案是基于某些参数，诸如注入到车辆发动机的燃料量、发动机速度、温度和其它参数，来估计扭矩-即，代替真实地测量扭矩。这给出了输入扭矩的估计，其足够精确以便以适宜的方式操作变速器。
[0008]代表作用在变速器上的直接感测的输入扭矩的信号使得多种功能能够被实现，诸如，例如在变速器的离合器内的传送扭矩的反馈控制；离合器诊断；发动机诊断；和变速器控制的改善的耐用性(关于齿轮换挡、齿轮选择等)。
[0009]总的来说，在用于车辆的双离合器变速器中，两个同心布置的输入轴被使用。为了用最佳方式控制变速器，代表作用在每一个输入轴上的输入扭矩的信号可以凭借扭矩传感器而提供。可选地，基于某些参数确定扭矩的估计。
[0010]在传统的单一输入轴变速器上实施扭矩传感器是简单的。但是，对于具有双同心输入轴的变速器来说，测量内输入轴上的扭矩是非常困难的。这主要因为在内输入轴(即外输入轴的内部)上安装传感器的困难。现有的可用的解决方案将太贵或者将不精确。
[0011]先前已知使用如上所述的估计扭矩。但是，这样已知的方法不具有用于多种想要的功能(例如发动机诊断)的所需的精度的分辨率。因此，关于先前已知的解决方案存在的一个问题是用于估计扭矩的已知的原则不够精确。而且，不可能使用包括两个分开的传感器的装置，即每个内轴上一个传感器。
[0012]现有技术的一个问题因而是其并不为重型运输车辆提供作用在双离合器变速器的两个输入轴上的扭矩的精确的基于传感器的测量的任何解决方案。
【发明内容】
[0013]因此，本发明的一个目的是解决上述问题并提供一种用于估计双离合器变速器的输入扭矩的装置和方法，其中作用在双离合器变速器的输入轴上的输入扭矩的精确值可通过可靠和成本有效的方式获得。
[0014]根据本发明，上述目的通过用于估计车辆的双离合器变速器的输入扭矩的装置获得，所述变速器包括内输入轴和关于所述内输入轴同心地布置的外输入轴，所述装置进一步包括连接所述轴至发动机的输出轴的双离合器部件。本发明包括被布置在所述外输入轴上且连接到变速器控制单元的扭矩传感器；所述装置被布置用于通过所述扭矩传感器，在所述外输入轴的操作期间提供测量扭矩值，和用于在所述内输入轴的操作期间提供估计扭矩值。
[0015]借助于本发明，使用只测量外输入轴上的扭矩的扭矩传感器并使用在内输入轴的操作期间的估计扭矩值，获得用于实现内输入轴扭矩的精确的估计的方法。
[0016]用这种方式，仅使用一个扭矩传感器，关于变速器的控制和发动机的诊断的多个功能可被实施到双输入轴变速器上。
[0017]根据一个实施例，本发明被布置以便变速器控制单元被布置用于通过观察器功能计算估计扭矩值，该观察器功能在外输入轴的所述操作期间被激发。该观察器功能例如是卡尔曼滤波器的形式，但本发明不只局限为这种功能。
[0018]而且，根据一个实施例，扭矩传感器也连接到发动机控制单元。适宜地，发动机控制单元被布置为提供所述发动机的操作的诊断。
[0019]本发明还涉及一种用于估计车辆的双离合器变速器的输入扭矩的方法，其中，所述变速器包括内输入轴和关于所述内输入轴同心地布置的外输入轴，并且其中所述轴经由双离合器部件连接至发动机的输出轴。根据本发明的这个方面，该方法包括:在所述外输入轴上布置扭矩传感器；连接所述扭矩传感器到变速器控制单元；当只通过所述外输入轴传送发动机输出扭矩时，通过所述扭矩传感器，提供对应于测量扭矩值的值；和当只通过所述内输入轴传送发动机输出扭矩时，提供对应于估计扭矩值的值。
【附图说明】
[0020]本发明现在将在下面关于实施例和附图而被描述，其中:
[0021]图1是其中可使用本发明的车辆变速器和发动机装置的示意图。
【具体实施方式】
[0022]图1以示例和简化的方式图示出，根据本发明的一个实施例的装置。本发明想要结合双离合器形式的变速器I使用，其通常是已知的并且其可被用于重型商业车辆。
[0023]这样的双离合器变速器的功能通常是已知的，并且已被上述广义的术语描述，并且因为这个原因在这里不再详细描述。
[0024]变速器I被提供有第一输入轴2和第二输入轴3。根据本实施例，并且依据已知技术，该输入轴2、3同心地布置，使得第一输入轴2组成内输入轴并且使得第二输入轴3组成外输入轴，其中内输入轴2被布置在第二输入轴3的内部。
[0025]进一步，轴2、3的端部与双离合器部件4相关联，该双离合器部件4包括与内输入轴2相关联的第一离合器5和与外输入轴3相关联的第二离合器6。
[0026]双离合器部件4连接到车辆发动机8的输出轴7，其适当地以适于重型车辆的常规柴油发动机的形式，但其它原动机也可以，例如电动原动机。以常规的方式，发动机8被布置为经由离合器部件5、内输入轴2和外输入轴3向变速器I传输动力。
[0027]为了控制变速器I的操作，例如为了获得齿轮间的正确换挡，变速器控制单元9被布置为连接变速器I。为了实现高水平的性能、燃料经济和换挡的定时，变速器控制单元9被供给与变速器I相关联的多个输入信号。变速 器控制单元9也产生输出信号以根据车辆驾驶者的请求控制变速器1，同时在变速器I的燃料消耗、效率和性能方面优化换挡操作。这种输入信号和输出信号的传送在图1中通过附图标记10以示意的方式指示，其指示第一通信线。
[0028]从变速器I到变速器控制单元9的这种输入信号的示例如下:车辆速度(其用于确定何时应该发生齿轮变换)、轮子速度、旋转速度和变速器中的致动器位置、需要的驱动扭矩、变速器流体温度、刹车灯开关和车辆牵引控制系统。这样的信号和传感器是已知的，并且因此在这里不对其进行详细描述。
[0029]进一步，从变速器控制单元9输出信号的示例如下:用于换挡螺线管(其在给定时刻被激活以及时变换齿轮)的信号、压力控制螺线管和其他电子控制器。变速器控制单元9也可被布置为控制换挡锁定(shiftlock)螺线管和液压控制螺线管，该换挡锁定(shiftlock)螺线管适于如果刹车踏板没有被踩下时阻止某些驾驶范围被选择。
[0030]以相似的方式，车辆的发动机8连接至发动机控制单元11，如通过图1中的附图标记12指示，其指示第二通信线。更准确地，发动机控制单元11被布置用于从传感器(图1中未示出)接收输入信号，所述传感器诸如加速器踏板位置传感器、冷却剂温度传感器、空燃比计、曲轴位置传感器和与发动机8相关联的其他形式的传感器。进一步，发动机控制单元11被布置用于控制多个致动器以控制参数，诸如空燃比、点火定时、阀定时和发动机8的其它功能。参照图1，发动机控制单元11和发动机8之间的信号组成第二通信线12。
[0031]进一步，根据实施例，在变速器控制单元9和发动机控制单元11之间存在第三通信线13。例如，其适于变速器控制单元9向发动机控制单元11发送输出信号，该输出信号关于点火定时或发动机缸的燃料量的控制。
[0032]变速器控制单元9也可使用来自发动机8上的传感器的信号，以确定什么时候和如何换挡。
[0033]本发明基于如下原则，扭矩传感器14被提供以便提供测量扭矩值Tm，即对应于作用在外输入轴3上的扭矩值。更准确地，根据本发明，扭矩传感器14与外输入轴3相关联，并且代表测量扭矩值Tm的信号被传送到变速器控制单元9。扭矩传感器14的操作可例如，基于铁磁材料的磁致弹性特性，即施加到磁性材料上的磁化和张力之间的相互作用。这是先前众所周知的。相应地，作用在外输入轴3上的实际的扭矩引起磁通量的改变，其反过来被用于产生输出信号，其与实际扭矩成比例。该输出信号被传输到变速器控制单元9，如图1所指示。
[0034]进一步，从扭矩传感器14的测量-反映作用在外输入轴3上的扭矩-也可用作估计作用在内输入轴2上的扭矩的基础。如开始所述，已知在变速器的内输入轴上安装物理的扭矩传感器具有困难，并且因为这个原因，本发明基于这样的原则，扭矩传感器14安装在外输入轴3上，并且也用于估计作用在内输入轴2上的扭矩。这将在下面更详细描述。
[0035]如已提到的，扭矩传感器14测量作用在外输入轴3上的扭矩Tm。而且，双离合形式的变速器单元1，被布置为其被操作用于以这样的方式使齿轮换挡，即来自发动机8的扭矩被应用于两个离合器之一，同时扭矩被与另一个离合器(在其上没有应用扭矩)分离。因此，齿轮换挡可执行，通常没有中断到车辆的轮子的扭矩的传输。这也意味着内输入轴2将在某些时间段期间被操作并且外输入轴3将在其它的时间段被操作。
[0036]可预期，来自发动机8的扭矩在车辆被操作的大约50%的时间将应用在外输入轴3。这归因于这样的事实，可预期与外输入轴3相关联的变速器I中的那些齿轮在车辆被操作的大约50%的时间被选择。
[0037]本发明的一个重要特征是，在操作外输入轴3期间提供测量扭矩值Tm，和在操作内输入轴2期间提供估计扭矩值Te。该测量扭矩值Tm以瞬时测量值Tm的形式从扭矩传感器14传送至变速器控制单元9，而估计值Te采用某些原则计算，如将在下面描述。
[0038]根据一个实施例，变速器控制8被布置为通过所谓的观察器功能中的校准过程计算所述估计扭矩值Te。观察器功能是一个系统，其给出作用在内输入轴2上扭矩的估计值，即，在没有安装扭矩传感器的地方。这种估计的提供基于外输入轴3上的测量扭矩Tm。
[0039]先前已知的一个观察器功能是卡尔曼滤波器，其是可被用于以递归方式产生未知变量的估计的算法。更准确地，卡尔曼滤波器被布置为通过使用引入的测量和数学过程模型随时间的推移以递归方式计算真实测量的估计值。
[0040]换句话说，卡尔曼滤波器产生以扭矩形式的变量的估计，其基于这个变量的测量(其进而组成混合了噪音和未知因素的测量扭矩值)，其以使用加权平均的方式更新，以提供在统计上处理过的输出信号。
[0041]在本发明中，诸如卡尔曼滤波器的观察器功能可被与以扭矩Tm的实际测量形式的实时的输入信号一起使用，如前所述。该输入信号在车辆被操作的大约50%的时间是可用的。该估计扭矩Te被用作在内输入轴2活动的时间段期间作用在输入轴2上的扭矩测量。即使没有作用在内输入轴2上的实际扭矩的实时测量，根据本发明的估计的扭矩Te依然足够的精确以被变速器I使用，以控制换挡和其它功能，即甚至当外输入轴3被释放离合器。
[0042]总的来说，变速器控制单元9适宜被布置为通过观察器功能的方式计算估计扭矩值Te，该观察器功能在外输入轴3操作期间被激活，即当发动机输出扭矩只通过外输入轴3传送时。
[0043]通常地，本发明不限制为使用卡尔曼滤波器形式的观察器功能。事实上，本发明可使用不同形式的观察器或估计器功能实施以使用测量扭矩值Tm(代表作用在外输入轴3上的扭矩)以确定足够精确的估计扭矩值Te (代表作用在内输入轴2上的扭矩)。换句话说，本发明可通过允许在只有外输入轴3被操作的时间段期间估计扭矩值Te在控制单元中以一些合适的方式被校准而以不同的方式实施。
[0044]根据一个实施例，估计扭矩值Te在诸如变速器控制单元的控制单元中被确定，并且当测量扭矩值Tm是可用的时，即当外输入轴3操作时，估计扭矩值Te关于测量扭矩值Tm被校准。
[0045]总的来说，控制单元9包括提供估计扭矩值Te的计算模型。而且，扭矩传感器14被提供在外输入轴3上，这意味着估计扭矩值Te和测量扭矩值Tm在外输入轴3操作时均是可用的。在这些测量扭矩值Tm是可用的场合期间，这些测量扭矩值Tm可与估计值Te相比较。在这些场合期间，计算模型可被校准，以使估计扭矩值Te接近测量扭矩值Tm。这种校准过程可通过观察器提供，例如卡尔曼滤波器，而且，在这些测量扭矩值Tm不可用的场合(即当内输入轴2是在操作中时)期间，估计扭矩值Te被使用。这个过程给出高度精确的估计扭矩值Te。因此，在车辆操作期间，两个下列的操作模式将被使用:
[0046]a)(外输入轴3被使用，即校准模式):
[0047]i)需要高度精确扭矩测量的功能(例如某些诊断功能)被激活；
[0048]ii)用于估计扭矩的计算模型被校准；和
[0049]iii)测量扭矩值被传达到各种控制功能；
[0050]b)(内输入轴2被使用，即计算模式):
[0051]i)需要高度精确扭矩值的功能被去激活；
[0052]ii)扭矩通过计算模型被估计；
[0053]iii)估计扭矩值被传达到 某些功能。
[0054]作为以上描述的替换，扭矩传感器14也可被连接到发动机控制单元11。根据另一实施例，扭矩传感器14也可被连接到发动机控制单元11和变速器控制单元9 二者。所有这些实施例的共同特征是扭矩值被传输到发动机控制单元8。
[0055]借助于本发明，获得了某些优势。测量实际扭矩一和使用该测量值作为估计扭矩值的基础一以更高的分辨率给出了关于时间和扭矩两者更精确的扭矩值，这能够实现多种功能:在离合器中反馈控制传送的扭矩；离合器诊断；和改善变速器控制的耐用性(齿轮换挡、齿轮选择等)。
[0056]本发明的一个特别的特征涉及发动机控制单元11被布置为产生发动机8的操作的诊断的事实。这基于这样的事实，即存在对于发动机诊断功能的需求，其基于与作用在变速器I上的扭矩相关的测量。例如，在发动机诊断期间，检测在很长一段时间内发生的发动机行为的趋势是重要的。这些发动机测量的示例，例如个别缸的运行超时的性能、检测个别缸的不点火、优化燃料消耗和其它参数。
[0057]本发明提供某些优势。第一，值得注意的是，本发明与基于两个分开的扭矩传感器的解决方案相比复杂性低。本发明还比使用两个传感器以更少的成本被实施。而且，发动机和变速器控制的宽度范围和由输入轴扭矩测量实现的诊断功能可被实施到双输入轴变速器上。
[0058]本发明基于这样的原则，在操作所述外输入轴3期间提供测量扭矩值Tm，和在操作所述内输入轴2期间提供估计扭矩值Te，其中用于估计扭矩值Te的模型在测量扭矩值Tm可用时被校准。本发明可通过包括程序代码组件的计算机程序实施，该程序代码组件用于执行进行以上限定的方法所需的多个步骤。本发明还可是计算机程序产品的形式，其包括存储在计算机可读介质上的程序代码组件，该程序代码组件用于在程序产品在计算机上运行时执行这些步骤。本发明还可由计算机系统组成，该计算机系统用于实施用于估计前面所述的双离合器变速器的输入扭矩的方法。
[0059]本发明不局限于上面描述的实施例，而是可在后面的权利要求的范围内变化。
【主权项】
1.一种用于估计车辆的双离合器变速器(I)的输入扭矩的装置，所述变速器(I)包括内输入轴(2)和关于所述内输入轴(2)同心地布置的外输入轴(3)，所述装置进一步包括双离合器部件(4)，所述双离合器部件(4)将所述轴(2、3)连接至发动机(8)的输出轴(7)，其特征在于，其包括扭矩传感器(14)，所述扭矩传感器(14)被布置在所述外输入轴(3)上并且被连接到变速器控制单元(9);所述装置被布置用于在所述外输入轴(3)的操作期间，通过所述扭矩传感器(14)提供测量扭矩值(Tm)，和用于在所述内输入轴(2)的操作期间提供估计扭矩值(Te)。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述估计扭矩值(Te)在所述变速器控制单元(9)中被确定，并且在所述外输入轴(3)的操作期间，所述估计扭矩值(Te)相对于所述测量扭矩值(Tm)被校准。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述变速器控制单元(9)被布置用于，通过在所述外输入轴(3)的所述操作期间被激活的观察器功能，来计算所述估计扭矩值(Te)ο4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述观察器功能由卡尔曼滤波器组成。5.根据前述权利要求的任一项所述的装置，其特征在于，所述变速器控制单元(9)被布置用于控制所述变速器(I)的操作。6.根据前述权利要求的任一项所述的装置，其特征在于，所述扭矩传感器(14)被连接至发动机控制单元(U)。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述发动机控制单元(11)被布置用于提供所述发动机(8)的操作的诊断。8.—种车辆，包括根据权利要求1-7任一项所述的装置。9.一种用于估计车辆的双离合器变速器(I)的输入扭矩的方法，其中所述变速器(I)包括内输入轴(2)和关于所述内输入轴(2)同心地布置的外输入轴(3)，并且其中所述轴(2,3)经由双离合器部件(4)连接至发动机(8)的输出轴(7)，其特征在于，所述方法包括: -在所述外输入轴(3)上提供扭矩传感器(14); -连接所述扭矩传感器(14)到变速器控制单元(9); -当只通过所述外输入轴(3)传送发动机输出扭矩时，通过所述扭矩传感器(14)提供对应于测量扭矩值(Tm)的值；以及 -当只通过所述内输入轴(2)传送发动机输出扭矩时，提供对应于估计扭矩值(Te)的值。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述估计扭矩值(Te)在所述变速器控制单元(9)中被确定，并且在所述外输入轴(3)的操作期间，所述估计扭矩值(Te)相对于所述测量扭矩值(Tm)被校准。11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，其包括:通过在所述外输入轴(3)的所述操作期间被激活的观察器功能，来计算所述估计扭矩值(Te)。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，计算所述估计扭矩值(Te)的所述步骤通过卡尔曼滤波器执行。13.根据权利要求9-12的任一项所述的方法，其特征在于，其包括:通过所述变速器控制单元(9)控制所述变速器⑴的操作。14.根据权利要求9-13的任一项所述的方法，其特征在于，其包括:当只通过所述外输入轴传送发动机输出扭矩时，提供所述发动机(8)的操作的诊断。15.一种计算机程序，包括程序代码组件，所述程序代码组件用于在所述程序在计算机上运行时执行权利要求9-14的任一项所述的所有步骤。16.一种计算机程序产品，包括存储在计算机可读介质上的程序代码组件，所述程序代码组件用于当所述程序产品在计算机上运行时执行权利要求9-14的任一项所述的所有步骤。17.一种用于实施用于估计车辆的双离合器变速器(I)的输入扭矩的方法的计算机系统，其中所述变速器⑴包括内输入轴⑵和关于所述内输入轴⑵同心地布置的外输入轴(3)，其中所述轴(2、3)经由双离合器部件⑷连接至发动机⑶的输出轴(7)，并且其中扭矩传感器(14)被提供在所述外输入轴(3)上；所述计算机系统包括处理器，所述处理器操作用于:建立从所述扭矩传感器(14)到变速器控制单元(9)的连接；在所述外输入轴(3)的操作期间，通过所述扭矩传感器，提供对应于测量扭矩值(Tm)的值；以及，在所述内输入轴(2)的操作期间，提供对应于估计扭矩值(Te)的值。
【专利摘要】本发明涉及一种用于估计车辆的双离合器变速器(1)的输入扭矩的装置，所述变速器(1)包括内输入轴(2)和关于所述内输入轴(2)同心地布置的外输入轴(3)。该装置进一步包括连接所述轴(2、3)至发动机(8)的输出轴(7)的双离合器部件(4)。本发明包括被布置在所述外输入轴(3)上且连接到变速器控制单元(9)的扭矩传感器(14)。本发明被布置用于通过所述扭矩传感器(14)，在所述外输入轴(3)的操作期间提供测量扭矩值(Tm)，和用于在所述内输入轴(2)的操作期间提供估计扭矩值(Te)。
【IPC分类】F16H61/688, F16H59/14
【公开号】CN104903629
【申请号】CN201280077571
【发明人】马蒂亚斯·阿兹博加德, 弗雷德里克松·克里斯特
【申请人】沃尔沃卡车集团
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2012年12月7日
【公告号】EP2929218A1, US20150308565, WO2014086382A1
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