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原文传递基于模型预测的推进系统控制中的换挡管理

专利名称：	基于模型预测的推进系统控制中的换挡管理
摘要：	一种推进系统、控制系统、以及方法，其使用模型预测控制系统来生成多个可能命令值集合并且确定每个可能命令值集合的成本。具有最低成本的可能命令值集合被确定和定义为选择命令值集合。在一些情况下，MPC确定的命令值可以由基于超控输入的另一传动比命令取代。最小和最大传动比是基于超控输入来确定，并且由此确定约束(或者仲裁)传动比。约束或仲裁传动比用于确定是否应用MPC确定的传动比或者基于仲裁传动比的传动比来确定最终命令传动比。将压力命令至变速器滑轮组件，该变速器滑轮组件配置为实施最终命令传动比。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	美国;US
申请人：	通用汽车环球科技运作有限责任公司
发明人：	P·G·奥塔内斯;M·李维斯兹;C·J·温格兹;C·莱因霍尔德;M·T·萨兹姆斯基;M·M·诺瓦克;B·帕提帕提
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-02T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-25T00:00:00+0800
申请号：	CN201910262887.4
公开号：	CN110371124A
代理机构：	广州嘉权专利商标事务所有限公司
代理人：	林伟峰
分类号：	B60W30/18(2012.01);B;B60;B60W;B60W30
申请人地址：	美国密歇根州
主权项：	1.一种用于控制具有变速器和发动机的机动车辆的推进系统的控制系统，所述控制系统包括：第一控制模块，所述第一控制模块具有：参考发生器，所述参考发生器配置为生成包括初始请求传动比的多个请求值； MPC模块，所述MPC模块配置为：生成包括可能命令传动比的多个可能命令值集合，至少基于第一预定加权值、第二预定加权值、多个预测值、以及所述多个请求值中的至少一个请求值来确定所述多个可能命令值集合中的每个可能命令值集合的成本，确定所述多个可能命令值集合中的哪个可能命令值集合具有最低成本，以及选择具有所述最低成本的所述可能命令值集合以限定包括MPC选择命令传动比的选择命令值集合；以及第二控制模块，所述第二控制模块具有：约束模块，所述约束模块配置为基于多个超控输入来确定最大传动比和最小传动比，所述第二控制模块配置为基于将所述最大传动比和所述最小传动比应用至所述初始请求传动比来确定仲裁请求传动比；接管模块，所述接管模块配置为确定所述仲裁请求传动比是否处于接管范围内；以及比例控制模块，所述比例控制模块配置为：如果所述仲裁请求传动比在所述接管范围内，则基于所述仲裁请求传动比来设定最终命令传动比；如果所述仲裁请求传动比在MPC控制范围内，则将所述最终命令传动比设定为所述MPC选择命令传动比，所述MPC控制范围和所述接管范围相互排斥；以及将至少一个压力命令至变速器滑轮组件，所述变速器滑轮组件配置为实施所述最终命令传动比。 2.根据权利要求1所述的控制系统，每个可能命令值集合包括可能命令发动机输出转矩，每个选择命令值集合包括选择命令发动机输出转矩，所述MPC模块配置为进一步基于所述最终命令传动比来确定所述成本，所述控制系统进一步包括比例率仲裁模块，所述比例率仲裁模块配置为确定最大传动比变化率，所述比例控制模块配置为如果所述仲裁请求传动比从处于所述接管范围变为处于所述MPC控制范围则使所述最终命令传动比从所述仲裁请求传动比过渡至所述MPC选择命令传动比，所述控制系统配置为在所述比例控制模块使最终命令传动比从所述仲裁请求传动比过渡至所述MPC选择命令传动比时基于所述最大传动比变化率来限制所述最终命令传动比的变化。 3.根据权利要求2所述的控制系统，其中：在所述接管范围内，所述约束模块配置为将所述仲裁请求传动比设定为等于所述最大传动比和所述最小传动比，其中，所述约束模块配置为在所述MPC控制范围的无限制部分内将所述最大传动比确定为等于变速机最大比并且将所述最小传动比确定为等于变速机最小比，其中，所述约束模块配置为确定所述最大传动比、所述最小传动比、以及所述仲裁请求传动比等于所述初始请求传动比加上所述接管范围的非性能换挡部分内的偏移，其中，所述约束模块配置为确定所述最大传动比、所述最小传动比、以及所述仲裁请求传动比等于所述接管范围的性能换挡部分内的性能换挡比，所述偏移是第一偏移，所述约束模块进一步配置为在所述MPC控制范围的局部限制部分内确定所述最小传动比等于所述变速机最小比加上第二偏移并且所述最大传动比等于所述变速机最大比加上第三偏移。 4.根据权利要求3所述的控制系统，所述最大传动比变化率针对升挡是基于预定驾驶性能限制和泵流量能力模型中的较小者来确定，并且所述最大传动比变化率针对降挡是基于所述预定驾驶性能限制和所述泵流量能力模型中的较大者来确定，其中，所述多个超控输入选自如下：点上点下输入(TUTD)、发动机温度调节、变速器温度调节、驾驶模式的选择、倒挡方向的实施、锯齿比例模式的实施、变速器使用中超控、手动上手动下输入(MUMD)、默认值、高度偏移、加热器性能调节、踏板不稳定性的检测、驾驶员脚抬起时比例保持的实施、降挡比限制、动力系统制动、牵引力控制、空挡比模式的选择、惯性滑行的检测、驾驶员意图的变化的检测、忙步驾驶条件的检测、制动补偿条件、至少一个预定条件下的制动检测、发动机保护模式的确定、预定临界操纵的检测、比例漂移控制、降挡以退出选择驾驶模式、实时约束比例确定方案的实施、以及发动机超速保护。 5.根据权利要求4所述的控制系统，其中，所述MPC模块配置为利用如下成本方程来确定所述多个成本：成本＝∑(y(i\|k)-yref)TQY(y(i\|k)-yref)+(u(i\|k)-uref)TQU(u(i\|k)-uref)+Δu(i\|k)TQΔuΔu(i\|k) 其中， Te_a＝预测实际发动机输出转矩； FR_a＝预测实际燃油消耗率； Rat_a＝预测实际传动比； Ta_a＝预测实际车轴转矩； Te_r＝请求发动机输出转矩； FR_r＝请求燃油消耗率； Rat_r＝如下其中一个：所述初始请求传动比和所述最终命令传动比； Ta_r＝请求车轴转矩； Te_c＝可能命令发动机输出转矩； Rat_c＝如下其中一个：可能命令传动比和所述最终命令传动比； Qy＝所述第一预定加权值； Qu＝所述第二预定加权值； QΔu＝第三预定加权值； i＝索引值； k＝预测步骤；以及 T＝转置矢量；以及其中，所述MPC模块配置为利用如下方程式集合来确定所述预测实际发动机输出转矩(Te_a)、所述预测实际燃油消耗率(FR_a)、所述预测实际传动比(Rat_a)、以及所述预测实际车轴转矩(Ta_a)：其中， xk+1＝在预测步骤k+1处的状态变量； xk＝在预测步骤k处的所述状态变量； A＝状态矩阵； B＝输入矩阵； Te_ck＝在所述预测步骤k处的可能命令发动机输出转矩； Rat_ck＝如下其中一个：在所述预测步骤k处的可能命令传动比和所述最终命令传动比； KKF＝卡尔曼滤波器增益； Te_ak＝在所述预测步骤k处的预测实际发动机输出转矩； FR_ak＝在所述预测步骤k处的预测实际燃油消耗率； Rat_ak＝在所述预测步骤k处的预测实际传动比； Ta_ak＝在所述预测步骤k处的预测实际车轴转矩； Te_mk＝在所述预测步骤k处的测量发动机输出转矩； FR_mk＝在所述预测步骤k处的测量燃油消耗率； Rat_mk＝在所述预测步骤k处的测量传动比； Ta_mk＝在所述预测步骤k处的测量车轴转矩； Ta_ak+1＝在所述预测步骤k+1处的预测实际车轴转矩； FR_ak+1＝在所述预测步骤k+1处的预测实际燃油消耗率； C＝输出矩阵； v＝过程噪声；以及 w＝测量噪声。 6.一种用于控制机动车辆的推进系统的方法，所述方法包括：确定初始请求传动比；基于多个超控输入来确定最大传动比和最小传动比；基于将所述最大传动比和所述最小传动比应用至所述初始请求传动比来确定仲裁请求传动比；确定所述仲裁请求传动比是否处于接管范围内；如果所述仲裁请求传动比在所述接管范围内，则基于所述仲裁请求传动比来确定最终命令传动比；如果所述仲裁请求传动比超出所述接管范围，则通过生成多个可能命令值集合来确定所述最终命令传动比，每个可能命令值集合包括可能命令传动比，基于第一预定加权值、第二预定加权值、多个预测值、以及包括所述初始请求传动比的多个请求值来确定所述多个可能命令值集合中的每个可能命令值集合的成本，确定所述多个可能命令值集合中的哪个可能命令值集合具有最低成本，以及选择具有所述最低成本的所述可能命令值集合以限定包括所述最终命令传动比的选择命令值集合；以及将至少一个预定压力命令至变速器滑轮组件以基于所述最终命令传动比来实施所述最终命令传动比。 7.根据权利要求6所述的方法，所述方法进一步包括：提供包括可能命令发动机输出转矩的每个可能命令值集合；提供包括选择命令发动机输出转矩的每个选择命令值集合；进一步基于所述最终命令传动比来确定所述成本；在所述接管范围内，将所述仲裁请求传动比设定为等于所述最大传动比和所述最小传动比；在MPC控制范围的无限制部分内，所述MPC控制范围超出所述接管范围，将所述最大传动比确定为等于变速机最大比并且将所述最小传动比确定为等于变速机最小比；在所述接管范围的非性能换挡部分内，确定所述最大传动比、所述最小传动比、以及所述仲裁请求传动比等于所述初始请求传动比加上第一偏移；在所述接管范围的性能换挡部分内，确定所述最大传动比、所述最小传动比、以及所述仲裁请求传动比等于性能换挡比；在所述MPC控制范围的局部限制部分内，确定所述最小传动比等于所述变速机最小比加上第二偏移并且所述最大传动比等于所述变速机最大比加上第三偏移；确定最大传动比变化率；以及在所述最终命令传动比从所述仲裁请求传动比过渡至所述MPC选择命令传动比时基于所述最大传动比变化率来限制所述最终命令传动比的变化。 8.根据权利要求7所述的方法，所述方法进一步包括：针对升挡，基于预定驾驶性能限制和泵流量能力模型中的较小者来确定所述最大传动比变化率；以及针对降挡，基于所述预定驾驶性能限制和所述泵流量能力模型中的较大者来确定所述最大传动比变化率，其中，所述多个超控输入选自如下：点上点下输入(TUTD)、发动机温度调节、变速器温度调节、驾驶模式的选择、倒挡方向的实施、锯齿比例模式的实施、变速器使用中超控、手动上手动下输入(MUMD)、默认值、高度偏移、加热器性能调节、踏板不稳定性的检测、驾驶员脚抬起时比例保持的实施、降挡比限制、动力系统制动、牵引力控制、空挡比模式的选择、惯性滑行的检测、驾驶员意图的变化的检测、忙步驾驶条件的检测、制动补偿条件、至少一个预定条件下的制动检测、发动机保护模式的确定、预定临界操纵的检测、比例漂移控制、降挡以退出选择驾驶模式、实时约束比例确定方案的实施、以及发动机超速保护，所述方法进一步包括：利用如下成本方程来确定所述多个成本：成本＝∑(y(i\|k)-yref)TQY(y(i\|k)-yref)+(u(i\|k)-uref)TQU(u(i\|k)-uref)+Δu(i\|k)TQΔuΔu(i\|k) 其中， Te_a＝预测实际发动机输出转矩； FR_a＝预测实际燃油消耗率； Rat_a＝预测实际传动比； Ta_a＝预测实际车轴转矩； Te_r＝请求发动机输出转矩； FR_r＝请求燃油消耗率； Rat_r＝如下其中一个：所述MPC控制范围内的所述初始请求传动比和所述接管范围内的所述最终命令传动比； Ta_r＝请求车轴转矩； Te_c＝可能命令发动机输出转矩； Rat_c＝如下其中一个：所述MPC控制范围内的可能命令传动比和所述接管范围内的所述最终命令传动比； Qy＝所述第一预定加权值； Qu＝所述第二预定加权值； QΔu＝第三预定加权值； i＝索引值； k＝预测步骤；以及 T＝转置矢量；以及利用如下方程式集合来确定所述预测实际发动机输出转矩(Te_a)、所述预测实际燃油消耗率(FR_a)、所述预测实际传动比(Rat_a)、以及所述预测实际车轴转矩(Ta_a)：其中， xk+1＝在预测步骤k+1处的状态变量； xk＝在预测步骤k处的所述状态变量； A＝状态矩阵； B＝输入矩阵； Te_ck＝在所述预测步骤k处的可能命令发动机输出转矩； Rat_ck＝如下其中一个：所述MPC控制范围内的在所述预测步骤k处的可能命令传动比和所述接管范围内的所述最终命令传动比； KKF＝卡尔曼滤波器增益； Te_ak＝在所述预测步骤k处的预测实际发动机输出转矩； FR_ak＝在所述预测步骤k处的预测实际燃油消耗率； Rat_ak＝在所述预测步骤k处的预测实际传动比； Ta_ak＝在所述预测步骤k处的预测实际车轴转矩； Te_mk＝在所述预测步骤k处的测量发动机输出转矩； FR_mk＝在所述预测步骤k处的测量燃油消耗率； Rat_mk＝在所述预测步骤k处的测量传动比； Ta_mk＝在所述预测步骤k处的测量车轴转矩； Ta_ak+1＝在所述预测步骤k+1处的预测实际车轴转矩； FR_ak+1＝在所述预测步骤k+1处的预测实际燃油消耗率； C＝输出矩阵； v＝过程噪声；以及 w＝测量噪声。 9.一种用于机动车辆的推进系统，所述推进系统包括：发动机，所述发动机可操作用于给所述机动车辆提供动力，所述发动机具有配置为传递发动机输出转矩的发动机输出轴；无级变速器，所述无级变速器具有变速机组件，所述变速机组件包括第一滑轮和第二滑轮，所述第一滑轮和所述第二滑轮通过可旋转构件可旋转地联接，所述第一滑轮和所述第二滑轮中的至少一个包括可移动槽轮，所述可移动槽轮可沿着轴线平移以便选择性地改变所述发动机输出轴与变速器输出轴之间的传动比；以及发动机控制模块，所述发动机控制模块包括：参考发生器，所述参考发生器配置为生成包括初始请求传动比的多个请求值；以及 MPC模块，所述MPC模块配置为：生成包括可能命令传动比的多个可能命令值集合，至少基于第一预定加权值、第二预定加权值、多个预测值、以及所述多个请求值中的至少一个请求值来确定所述多个可能命令值集合中的每个可能命令值集合的成本，确定所述多个可能命令值集合中的哪个可能命令值集合具有最低成本，以及选择具有所述最低成本的所述可能命令值集合以限定包括MPC选择命令传动比的选择命令值集合；以及变速器控制模块，所述变速器控制模块包括：约束模块，所述约束模块配置为基于多个超控输入来确定最大传动比和最小传动比，所述变速器控制模块配置为基于将所述最大传动比和所述最小传动比应用至所述初始请求传动比来确定仲裁请求传动比；接管模块，所述接管模块配置为确定所述仲裁请求传动比是否处于接管范围内；以及比例控制模块，所述比例控制模块配置为：如果所述仲裁请求传动比在所述接管范围内，则基于所述仲裁请求传动比来设定最终命令传动比；如果所述仲裁请求传动比在MPC控制范围内，则将所述最终命令传动比设定为所述MPC选择命令传动比，所述MPC控制范围和所述接管范围相互排斥；以及将多个压力命令至变速器滑轮组件，所述变速器滑轮组件配置为实施所述最终命令传动比。 10.根据权利要求9所述的推进系统，每个可能命令值集合包括可能命令发动机输出转矩，每个选择命令值集合包括选择命令发动机输出转矩，所述MPC模块配置为进一步基于所述最终命令传动比来确定所述成本，其中，在所述接管范围内，所述约束模块配置为将所述仲裁请求传动比设定为等于所述最大传动比和所述最小传动比，其中，在所述MPC控制范围的无限制部分内，所述约束模块配置为将所述最大传动比确定为等于变速机最大比并且将所述最小传动比确定为等于变速机最小比，其中，在所述接管范围的非性能换挡部分内，所述约束模块配置为确定所述最大传动比、所述最小传动比、以及所述仲裁请求传动比等于所述初始请求传动比加上第一偏移，其中，在所述接管范围的性能换挡部分内，所述约束模块配置为确定所述最大传动比、所述最小传动比、以及所述仲裁请求传动比等于性能换挡比，其中，在所述MPC控制范围的局部限制部分内，所述约束模块配置为确定所述最小传动比等于所述变速机最小比加上第二偏移并且所述最大传动比等于所述变速机最大比加上第三偏移，其中，所述变速器控制模块进一步包括比例率仲裁模块，所述比例率仲裁模块配置为确定最大传动比变化率，所述推进系统配置为在所述最终命令传动比从所述仲裁请求传动比过渡至所述MPC选择命令传动比时基于所述最大传动比变化率来限制所述最终命令传动比的变化，所述最大传动比变化率针对升挡是基于预定驾驶性能限制和泵流量能力模型中的较小者来确定，并且所述最大传动比变化率针对降挡是基于所述预定驾驶性能限制和所述泵流量能力模型中的较大者来确定，其中，所述多个超控输入选自如下：点上点下输入(TUTD)、发动机温度调节、变速器温度调节、驾驶模式的选择、倒挡方向的实施、锯齿比例模式的实施、变速器使用中超控、手动上手动下输入(MUMD)、默认值、高度偏移、加热器性能调节、踏板不稳定性的检测、驾驶员脚抬起时比例保持的实施、降挡比限制、动力系统制动、牵引力控制、空挡比模式的选择、惯性滑行的检测、驾驶员意图的变化的检测、忙步驾驶条件的检测、制动补偿条件、至少一个预定条件下的制动检测、发动机保护模式的确定、预定临界操纵的检测、比例漂移控制、降挡以退出选择驾驶模式、实时约束比例确定方案的实施、以及发动机超速保护，其中，所述MPC模块配置为利用如下成本方程来确定所述多个成本：成本＝∑(y(i\|k)-yref)TQY(y(i\|k)-yref)+(u(i\|k)-uref)TQU(u(i\|k)-uref)+Δu(i\|k)TQΔuΔu(i\|k) 其中， Te_a＝预测实际发动机输出转矩； FR_a＝预测实际燃油消耗率； Rat_a＝预测实际传动比； Ta_a＝预测实际车轴转矩； Te_r＝请求发动机输出转矩； FR_r＝请求燃油消耗率； Rat_r＝如下其中一个：所述初始请求传动比和所述最终命令传动比； Ta_r＝请求车轴转矩； Te_c＝可能命令发动机输出转矩； Rat_c＝如下其中一个：可能命令传动比和所述最终命令传动比； Qy＝所述第一预定加权值； Qu＝所述第二预定加权值； QΔu＝第三预定加权值； i＝索引值； k＝预测步骤；以及 T＝转置矢量，以及其中，所述MPC模块配置为利用如下方程式集合来确定所述预测实际发动机输出转矩(Te_a)、所述预测实际燃油消耗率(FR_a)、所述预测实际传动比(Rat_a)、以及所述预测实际车轴转矩(Ta_a)：其中， xk+1＝在预测步骤k+1处的状态变量； xk＝在预测步骤k处的所述状态变量； A＝状态矩阵； B＝输入矩阵； Te_ck＝在所述预测步骤k处的可能命令发动机输出转矩； Rat_ck＝如下其中一个：在所述预测步骤k处的可能命令传动比和所述最终命令传动比； KKF＝卡尔曼滤波器增益； Te_ak＝在所述预测步骤k处的预测实际发动机输出转矩； FR_ak＝在所述预测步骤k处的预测实际燃油消耗率； Rat_ak＝在所述预测步骤k处的预测实际传动比； Ta_ak＝在所述预测步骤k处的预测实际车轴转矩； Te_mk＝在所述预测步骤k处的测量发动机输出转矩； FR_mk＝在所述预测步骤k处的测量燃油消耗率； Rat_mk＝在所述预测步骤k处的测量传动比； Ta_mk＝在所述预测步骤k处的测量车轴转矩； Ta_ak+1＝在所述预测步骤k+1处的预测实际车轴转矩； FR_ak+1＝在所述预测步骤k+1处的预测实际燃油消耗率； C＝输出矩阵； v＝过程噪声；以及 w＝测量噪声。
所属类别：	发明专利