CN100532173C - 用于控制汽车并联变速器上换档的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制汽车的并联变速器中换挡、特别是牵引力升高换挡的方法和装置,该并联变速器具有两个并行地处于汽车驱动马达的从动轴和一个变速器输出轴之间的变速器分支,其中,每个变速器分支的输入轴可借助于一个分配给它的离合器与该输出轴连接,每个变速器分支的输入轴可与该输出轴以至少一个预先确定的传动比在转动方面固定地配合,从而通过打开一个离合器和关闭另一个离合器可以在从动轴和输出轴之间无牵引力中断地变换传动比,在该方法中,在变换传动比期间以预先确定的方式控制地改变可由离合器传递的扭矩,并且这样调节驱动发动机的载荷,使得保持离合器的预先确定的滑动。

Description

用于控制汽车并联变速器上换挡的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种方法和装置,用于控制汽车并联变速器上的换挡、特别是牵引力升高换挡(Zughochschaltung)。
背景技术
最近人们对在轿车上使用并联变速器的兴趣日益上升,特别是因为这种变速器与传统的行星式自动变速器相比具有消耗上的优势。
图5示出传统汽车的传动系。驱动马达2、10通过离合装置12与变速器14连接,其输出轴16在所示实施例中通过万向节轴18和差速器20与汽车的后轮22连接。
为操纵离合装置12,设有离合器执行元件24。为操纵变速器14,设有执行元件26和28。执行元件24、26、28由带有微处理器和相关存储器的电子控制装置30控制。电子控制装置30的输入端与包含在执行元件内的位置发送器以及转速传感器32、34连接,后者用于掌握例如变速器轴的转速和万向节轴18或输出轴16的转速。此外,为激活控制装置30的各种程序,控制装置30的输入端还与换档杆38的位置发送器36连接。
用于控制驱动马达10的是发动机控制装置40,与其输入端连接的分别是检测加速踏板位置的位置发送器42、检测内燃机曲轴转速的转速传感器46、检测发动机温度的温度传感器48、检测发动机其他工作温度的传感器50和检测用于驱动马达10载荷调整元件53的执行元件52位置的位置发送器。此外,为检测前轮56和后轮22的转速,还设有与发动机控制装置40连接的传感器54。发动机控制装置40通过例如CAN-总线58这样的、借助它进行数据通信的数据导线与变速器控制装置30连接。
图6示意示出离合装置12和变速器14的结构。驱动马达10的从动轴58与两个并行的变速器分支60和62无相对转动地连接,后者各自通过变速器单元64或66与输出轴16在转动关系上固定地连接。变速器单元64和66可以是传统的换挡变速器,其挡位各自以本身公知的方式通过操纵装置68或70在转动关系上固定地连接。离合器K1或K2可借助于执行元件241或242操纵。
图7示出一种双离合变速器或并联变速器的结构,它具有总计三个轴,即两个输入轴72或74,它们可通过不同的齿轮组与一个共用的输出轴16在转动关系上固定地连接。齿轮组相互持续啮合。输入轴72或74的齿轮可以本身公知的方式借助于可在这些轴上轴向移动的离合器元件76与这些轴同步并且在转动关系上固定地配合。为了使离合器元件76运动并因此换档,设置了一个带选挡元件80和换挡元件82的操纵装置78,其中,选挡元件例如可由执行元件26(图4)而换挡元件可由执行元件28以本身公知的方式操纵进行各挡位的换挡。离合器K1和K2在输入端侧与驱动马达的从动轴58无相对转动地配合。离合器K1和K2由离合器执行元件241和242(图6)操纵。
例如,如果离合器K1闭合并在从动轴58和输出轴16之间相应地在所示实施例中在第一、第三或者第五挡中存在通过变速器分支60确定的传动比,那么在离合器K2打开时可以对变速器分支62的挡位之一进行换挡,从而通过仅打开离合器K1和同时关闭离合器K2就可以从变速器分支60的一个挡位向变速器分支62的一个挡位无牵引力地改变传动比。
这种换挡或变换传动比对于汽车的驾驶员来说应尽可能舒适地完成,其中,可以根据换档杆38的位置在控制装置30中激活不同的程序,与这些程序相应尽可能动作迅速地进行换挡、尽可能柔和和舒适或者最佳地进行换挡。
离合器K1与K2和驱动马达10载荷调整元件的操纵因此与程序相应进行,这些程序例如储存在控制装置30内,从其出发通过总线58和控制装置40也可以操纵载荷调整元件53的执行元件52。
DE 101 60 308 A1公开了,在换挡或变换传动比时,由首先闭合的离合器传递的扭矩首先略有下降,而马达扭矩短时间上升超过下降的离合器扭矩,从而离合器打滑。通过在换挡期间调节离合器执行元件保持例如10-20U/min的滑动转速。传递新传动比的离合器通过其执行元件的受控制的运行被闭合,由此调节地打开开始时传递扭矩的离合器,因为其滑动转速保持恒定。只要“保持的”离合器完全打开,“新”离合器就传递发动机的全部扭矩,然后暂时不进一步闭合。因为发动机并因此还有新离合器在发动机侧的一半以变速器输入轴的转速加上滑动转速旋转,但新离合器在变速器侧的一半以变速器输入轴的转速旋转,所以通过发动机扭矩接着下降到低于新离合器的离合器扭矩,发动机转速降到新起作用的变速器输入轴的转速。发动机的制动产生一种附加的扭矩,它来自储存在发动机飞轮内的能量并通过变速器输入轴作用于变速器输出轴上。发动机扭矩的下降与由于发动机制动贡献的扭矩相同,从而通过发动机的制动在变速器输出轴上不产生附加扭矩。新离合器这时完全闭合,发动机扭矩恢复到其原始值。
DE 103 08 700 A1公开了,在并联变速器或双离合器变速器的无牵引力变换传动比时,使首先传递扭矩的离合器接近其滑动极限,而且使发动机扭矩短时间上升,从而传递扭矩的离合器利用储备量滑动,而且在从“旧”离合器过渡到“新”离合器上时新离合器不附着。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种方法和一种用于实施该方法的装置,利用该方法或该装置可以在各种条件下尽可能舒适地进行并联变速器的换挡特别是牵引升高换挡。
该目的涉及方法的部分利用一种用于控制汽车并联变速器中换挡、特别是牵引力升高换挡的方法得以实现,该并联变速器具有两个平行地处于汽车驱动马达的从动轴和变速器输出轴之间的变速器分支,其中,每个变速器分支的输入轴可借助于分配给它的离合器可与该输出轴连接,每个变速器分支的输入轴可与该输出轴以至少一个预先确定的传动比在转动方面固定地配合,从而通过打开一个离合器和关闭另一个离合器可以在从动轴和输出轴之间无牵引力中断地变换传动比,在该方法中,在变换传动比期间以预先确定的方式控制地改变可由离合器传递的扭矩,并且这样调节驱动发动机的载荷,使得保持离合器的预先规定的滑动。
因此在依据本发明的方法中,对可由离合器传递的扭矩在变换传动比期间进行控制,也就是说,根据一个预先确定地给定的程序进行改变,相反,发动机扭矩在变换传动比期间这样调节地改变,使得保持预先确定的离合器滑动。这样做的优点是,对于在变速器输出轴上起作用的扭矩的质量决定性的离合器扭矩可独立地并因此与变速器的希望的输出扭矩最佳化控制。这种调节的目的在于,保持在改变传动比开始紧前面被调节出的滑动。滑动的上升会使驾驶员不舒服地感到发动机转速转开。滑动的正负符号变换同样不舒服,因为这一点会通过变速器输出上的扭矩跳动感觉到。
因此优选一种依据本发明方法的实施方式,其中,在开始变换传动比之前,在传递旧传动比的离合器上调节在变换传动比期间所要保持的预先确定的滑动。
优选这样实施依据本发明的方法,传递旧传动比的离合器的扭矩在变换传动比期间连续变化到大致零,而传递新传动比的离合器的扭矩则连续地从大致零变化到一个预先规定的值。
优选由两个离合器可传递扭矩的总和在变换传动比期间连续地从一个起始值变化到一个最终值,并且该起始值与最终值的比基本如同旧传动比与新传动比的比。
为保持离合器的滑动,驱动马达的载荷被根据可由离合器传递的瞬时扭矩的总和预控制。
驱动马达载荷的预控制附加地根据一个附加参数控制,该附加参数至少包括下列参数之一:
-传递旧传动比的输入轴加速度的动态部分,
-在变换传动比开始时由从驱动马达和传递旧传动比的输入轴的转速的加速度之间的差产生的扭矩,
-在变换传动比开始时在传递旧传动比离合器上的离合器扭矩误差。
为保持离合器滑动恒定,驱动马达的载荷具有优点地借助于D-调节器调节,作为输入参数将当前滑动的时间上的导数输送给该调节器。
优选,可替代地或者附加地利用P-调节器调节驱动马达的载荷以便保持离合器滑动恒定,作为输入参数将瞬时滑动和变换传动比开始时的滑动的差输送给该P-调节器。
本发明目的涉及装置的部分利用一种用于控制汽车并联变速器中换挡、特别是牵引力升高换挡的装置得以实现,该并联变速器具有两个并行地处于汽车驱动马达的从动轴和变速器输出轴之间的变速器分支,其中,每个变速器分支的输入轴可借助于分配给它的离合器与所述输出轴连接,每个变速器分支的输入轴可与所述输出轴以至少一个预先确定的传动比在转动方面固定地配合,从而通过打开一个离合器和关闭另一个离合器可以在从动轴和输出轴之间无牵引力中断地变换传动比,该装置包括:
-一个用于第一变速器分支的离合器的操纵装置,
-一个用于第二变速器分支的离合器的操纵装置,
-一个用于驱动马达载荷调整元件的操纵装置,
-用于检测第一离合器和第二离合器滑动的传感器装置,以及
-一个与这些操纵装置和传感器装置连接的控制装置,用于这样控制这些操纵装置的运行,使得实施按上述方案之一所述的方法。
附图说明
下面借助示意性的附图举例对本发明进行详细说明。其中:
图1示出用于说明对驱动马达预控制重要的参数的曲线图;
图2示出用于说明发动机转矩调节的流程图;
图3示出用于利用驾驶员希望转矩的改变变换传动比的曲线图;
图4示出类似于图3的曲线图;
图5示出可实施本发明的公知的汽车传动系;
图6示出公知的并联变速器的原理图,以及;
图7示出3轴并联变速器的举例结构。
具体实施方式
在本发明的下列说明中,参阅依据图5举例的一个汽车传动系,其中,离合器执行元件24包括两个可彼此独立地由与控制装置30根据存储在那里的程序控制的执行元件,利用它们,可以彼此独立地这样操纵这两个离合器K1和K2(图5和6),使每个离合器上可传递一种确定的离合器扭矩。离合器的滑动可通过其输入转速(由转速传感器46检测)和输出轴72和74(图6)的转速(由传感器32检测),或者由输出轴16的转速(由传感器34检测)和各自起作用的挡位(由控制装置30获知)来确定。
在换档或变换传动比期间,旧挡位的离合器(旧离合器)打开,而目标挡位的离合器(新离合器)则闭合在确定的转矩上。在此,进行真正在汽车上起作用的传动比改变或换挡。通过打开旧离合器和关闭新离合器,在输出轴16上起作用的扭矩与挡位传动比相应地改变。这种无冲击过渡的前提是,在整个过程中两个离合器滑动。离合器扭矩被控制,而发动机扭矩被调节。调节这样进行,使驱动马达10通过改变从动轴58(图5)上其载荷调整元件53的位置输出扭矩,该扭矩导致受控制地被操纵的离合器滑动。载荷调整元件53位置或从动轴58扭矩的调节在受到原有的调节叠加的预控制下进行。
下面借助图1介绍所述预控制,其中,横坐标上列出了时间,图1的上部分中纵坐标上列出了不同的扭矩,下部分中纵坐标上列出了不同的转速。tPhase表示例如通过利用换挡杆激活的程序可预先规定的确定的持续时间,在该持续时间期间进行变换传动比。
图1的虚线I表示驱动马达的从动轴上预控制的扭矩;点画线的曲线II表示可由旧离合器传递的扭矩。点画线的曲线III表示可由新离合器传递的扭矩。
如所看到的那样,传动比变换的开始前旧离合器的扭矩略有下降,从而旧离合器滑动。旧离合器的在程序上可预先规定的这种起始滑动通过整个变换传动比期间发动机扭矩的改变保持在恒定值上,其中,这种滑动无论是对旧离合器还是对新离合器均有效。由旧离合器可传递的扭矩以传动比改变的开始而开始,直至传动比改变的结束相应于传动比改变的预定的持续时间tPhase线性地降低到一个很小的数值上。依据线段III,由新离合器可传递的扭矩最好直至传动比变换的结束时的一个最终值线性控制地加大,其中,在该结束时可由新离合器传递的扭矩与在传动比改变开始时可由旧离合器传递的扭矩的比,与起始传动比相对于最终传动比的比一样,也就是说,例如在牵引力升高换挡时,最终扭矩比起始扭矩大的程度,与在驱动马达转速相同的情况下,输出轴在高挡位时比在低挡位时转动得快的程度一样。产生了预控制直线IV,它等于各自瞬时可传递的离合器扭矩,即MCl,Alt+MCl,Neu的总和。
与依据线IV的预控制扭矩叠加一个扭矩MDyn,Alt,Begin,它相应于旧变速器输入轴加速度中的动态部分,也就是说,MDyn,Alt=JEng·ωAlt。该动态部分在变换传动比期间略有下降。
此外加一个项MErr,它是在相交开始时旧离合器上的离合器转矩误差,它包括摩擦系数误差以及测试点误差,并自然在传动比改变结束时降到零。
对MErr适用:MErr=MEng-MCl,Alt-MCl,Neu-MDyn,Alt,Begin-MAcc
MDyn,Alt,Begin在传动比改变开始时确定。MErr是只对旧离合器有效并且不能传递到新离合器上的扭矩。由此MErr在换挡期间降到零。
MAcc是在传动比变换开始时测量到的、由发动机转速的以及旧变速器输入轴的加速度之间的差产生的扭矩,并且该扭矩为:
MAcc=JEngAcc
对于预控制发动机扭矩因此总计得出:
M Eng , · Vorsteuer = M ′ Cl , Alt + M Cl , Neu + M Err · t phase - t t phase + M Dyn , Alt
如果在上面的公式中代入MErr的上述公式,那么对于时间点t=0得出:
MEng,Vorsteuer=MEng-MAcc,如图1所示。
对于预控制发动机扭矩MEng,Vorsteuer还要加入在传动比变换期间线性下降的扭矩MAcc
持续时间tphase可以预控制,并在传动比变换期间保持恒定。
在属于转速的曲线中,虚曲线VI表示发动机转速ωEng的变化,单点画线VII表示“旧”输入轴的转速ωalt,而双点画线VIII则表示“新”输入轴的转速ωneu
ωAcc表示发动机转速的加速度的超过加速度ωAlt的部分,也就是说:
ωAcc=ωEngalt
换挡策略的目标在于,达到发动机转速ωEng的一种加速度,它等于旧变速器输入轴的加速度,也就是说,ωAcc=0。
为保持离合器滑动的恒定,对借助图1介绍的由驱动马达输出扭矩的预控制叠加一种包括D-调节器(微分调节器)的调节,它使用当前滑动△ωAct的时间上的导数作为输入参数。与此并连一个P-调节器,其输入包括当前滑动△ωAct和阶段开始时或传动比改变△ωAnf开始时的滑动之间的差。P-调节器的任务是,防止滑动完全降低。只有在滑动的绝对值小于传动比改变开始时确定的滑动时,P-调节器才被接通。
下面借助图2的流程图介绍调节过程:
调节过程由显示上述变换传动比的控制装置30引发。如果然后开始变换传动比(t=0;步骤90),那么使起始滑动△ωAnf等于当前或瞬时滑动△ωAct。程序继续进行到步骤92,其中检查△ωAct的绝对值是否小于等于△ωAnf的绝对值。如果是这种情况,那么在步骤93中,由比例调节器按下列参数确定成比例的发动机扭矩Mp
M p = Δω Act - Δω Anf sgn ( Δω Anf ) · Δω Anf · K _ SEngTrqEngPThres , 其中,K为所储存的比例常数。
随后程序进行到步骤94,其中由微分调节器计算发动机扭矩MD=△ωAct·JEng,从而在步骤95中调节发动机扭矩MEng=MVorsteuer-MD-Mp
对于步骤92的条件不存在的情况来说,将成比例的发动机扭矩在步骤96中设为0,程序直接继续进入到步骤94。
需要指出的是,也可以是其他方式的调节,而且不强制性必须存在两个调节器、即D-调节器和P-调节器。
下面对离合器扭矩的控制进行介绍:
如借助图1所示,旧离合器(曲线II)的离合器扭矩直至其完全打开线性下降。传动比变换的相交时间或持续时间被预先确定并且取决于例如各自所选择的驾驶程序。
新离合器的离合器扭矩在传动比变换之前保持为0,由此保证该离合器在变换传动比时能够尽可能迅速地对扭矩要求做出反应并克服变速器中可能的间隙。
为了能够考虑到变换传动比期间驾驶员希望的扭矩MFB的可能的改变,将新离合器MCI,Neu的扭矩在每个中断中按下列公式重新计算(图3):
M ′ Cl , Neu = M ′ Cl , Neu + M FW - M ′ Cl , Neu t Phase - t · t step ,
其中,tPhase为相交持续时间或变换传动比持续时间,t为当前时间,tstep为步距。
图3所示为:
曲线a)驾驶员希望扭矩MFW,曲线b)旧离合器的额定扭矩MCl,Alt,Soll,曲线c)旧离合器的实际扭矩MCl,Alt,Ist,曲线d)新离合器的额定扭矩MCl,Neu,Soll,曲线e)新离合器的实际扭矩MCl,Neu,Ist
为使离合器在变换传动比开始时更快速地“响应”,与上述离合器扭矩并行地如下计算另一个离合器扭矩:
M ′ ′ Cl , Neu = min M FW 3 , 820.0 · K : _ JENG
min-功能的参数根据实验确定并与各自的汽车配合。始终采用两个扭矩M′Cl,Neu和M′′Cl,Neu中更大的。
借助图4解释扭矩MCl,Neu的计算,借助公式
M ′ Cl , Neu = M ′ Cl , Neu + M FW - M ′ Cl , Neu t Phase - t · t step
在此,相交持续时间tphase为50ms,步距tstep为10ms,驾驶员希望的扭矩MFM在开始时为100Nm,30ms后降到0。在相交之前,新离合器的离合器扭矩MCl,Neu为0。对于新的离合器扭矩MCl,Neu然后得出下列值:
在时间点t=0时:
M Cl , Neu = 0 Nm + 100 Nm - 0 N 50 ms - 0 ms · 10 ms = 20 Nm
在时间点t=10ms时:
M Cl , Neu = 20 Nm + 100 Nm - 20 Nm 50 ms - 10 ms · 10 ms = 40 Nm
在时间点t=20ms时:
M Cl , Neu = 40 Nm + 100 Nm - 40 Nm 50 ms - 20 ms · 10 ms = 60 Nm
在时间点t=30ms时(MFWM=0Nm):
M Cl , Neu = 60 Nm + 0 Nm - 60 Nm 50 ms - 30 ms · 10 ms = 30 Nm
在时间点t=40ms时(MFWM=0Nm):
M Cl , Neu = 30 Nm + 0 Nm - 30 Nm 50 ms - 40 ms · 10 ms = 0 Nm
如从上面得出的那样,通过计算确保在相交阶段结束时,新离合器的扭矩相当于驾驶员希望扭矩的值。
在发动机扭矩不再可能提高和新离合器传递的扭矩大大多于假设的全负荷换挡的情况下,会出现发动机扭矩的对预控制叠加的调节不足以阻止滑动过强的降低。在这种情况下,必须利用离合器进行反应。在识别到这种情况时,置一个二进制数位并停止新离合器的“升高斜面”或扭矩提高。
参考标号表
10 驱动马达
12 离合装
14 变速器
16 输出轴
18 万向节轴
20 差速器
22 后轮
24 离合器执行元件
26 执行元件
28 执行元件
30 控制装置
32 转速传感器
34 转速传感器
36 位置发送器
38 换档杆
40 发动机控制装置
42 位置发送器
44 加速踏板
46 转速传感器
48 温度传感器
50 传感器
52 执行元件
53 载荷调整元件
54 传感器
56 前轮
58 从动轴
60 变速器分支
62 变速器分支
64 变速器单元
66 变速器单元
68 操纵装置
70 操纵装置
72 输入轴
74 输入轴
76 离合器元件
78 操纵装置
80 轴元件
82 换档元件

Claims (11)

1、一种用于控制汽车的并联变速器中换挡的方法,该并联变速器具有两个并行地处于汽车驱动马达(10)的从动轴(58)和一个变速器输出轴(16)之间的变速器分支(60、62),其中,每个变速器分支的输入轴(72、74)借助于一个分配给它的离合器(K1、K2)可与该输出轴连接,每个变速器分支的输入轴可与该输出轴以至少一个预先确定的传动比在转动方面固定地配合,从而通过打开一个离合器和关闭另一个离合器可以在所述从动轴和所述输出轴之间无牵引力中断地变换传动比,在该方法中,在变换传动比期间以预先确定的方式控制地改变可由离合器传递的扭矩,并且这样调节驱动马达(10)的载荷,使得保持离合器的预先确定的滑动。
2、按权利要求1所述的控制换档的方法,其中,在开始变换传动比之前,在传递旧传动比的离合器上调节出在变换传动比期间所要保持的预先确定的滑动。
3、按权利要求1或2所述的控制换档的方法,其中,传递旧传动比的离合器的扭矩在变换传动比期间连续变化到大致零,而传递新传动比的离合器的扭矩则连续地从大致零变化到一个预先规定的值。
4、按权利要求3所述的控制换档的方法,其中,由两个离合器可传递扭矩的总和在变换传动比期间连续地从一个起始值变化到一个最终值,并且该起始值比最终值大致如旧传动比比新传动比。
5、按权利要求1所述的控制换档的方法,其中,驱动马达的载荷被根据可由离合器传递的瞬时扭矩的总和预控制。
6、按权利要求5所述的控制换档的方法,其中,驱动马达载荷的预控制附加地根据一个附加参数控制,该附加参数至少包括下列参数之一:
-传递旧传动比的输入轴加速度的动态部分,
-在变换传动比开始时由驱动马达和传递旧传动比的输入轴的转速的加速度之间的差产生的扭矩,
-在变换传动比开始时在传递旧传动比离合器上的离合器扭矩误差。
7、按权利要求1所述的控制换档的方法,其中,利用一个D-调节器调节驱动马达的载荷以便保持离合器滑动恒定,作为输入参数将当前滑动的时间上的导数输送给该调节器。
8、按权利要求1所述的控制换档的方法,其中,利用P-调节器调节驱动马达的载荷以便保持离合器滑动恒定,作为输入参数将瞬时滑动和变换传动比开始时的滑动的差输送给该P-调节器。
9、按权利要求1所述的控制换档的方法,其中,所述换挡是牵引力升高换挡。
10、一种用于控制汽车并联变速器中换挡的装置,该并联变速器具有两个并行地处于汽车驱动马达(10)的从动轴(58)和变速器输出轴(16)之间的变速器分支(60、62),其中,每个变速器分支的输入轴借助于分配给它的离合器(K1、K2)可与所述输出轴连接,每个变速器分支的输入轴可与所述输出轴以至少一个预先确定的传动比在转动方面固定地配合,从而通过打开一个离合器和关闭另一个离合器可以在从动轴和输出轴之间无牵引力中断地变换传动比,该装置包括:
-用于第一变速器分支的离合器的操纵装置(241),
-用于第二变速器分支的离合器的操纵装置(242),
-用于驱动马达的载荷调整元件的操纵装置(52),
-用于检测第一离合器和第二离合器的滑动的传感器装置,以及
-一个与这些操纵装置和传感器装置连接的控制装置(30),用于这样控制操纵装置的运行,使得实施按权利要求1-8之一所述的方法。
11、按权利要求10所述的控制换档的装置,其中,所述换挡是牵引力升高换挡。
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