CN100588829C - 包括力矩转换器的系统中功率转换的控制方法及机械组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在由力矩转换器，汽车牵引链的自动变速箱组成的系统中进行功率转换的控制方法，所述牵引链包括一个发动机，一个安装在发动机和变速箱之间的涡轮力矩转换器，所述变速箱与车轮联结。该控制方法的特征在于该方法包括第一步骤(7)，在该步骤时，测量和比较发动机和涡轮的转速，以便根据驾驶员请求的发动机力矩，用该方法开始进行控制；第二步骤(8)，在该步骤时，一旦开始该控制方法，就为发动机制定一个转速分布，并将该转速分布施加给该发动机，根据测量的涡轮转速和在驾驶的生动性和舒适性之间确定的协调性构成所述转速分布；和第三步骤(9)，在该步骤时，使施加给发动机的转速分布适合于能满足汽车驾驶员起初请求的发动机力矩的转速。

Description

包括力矩转换器的系统中功率转换的控制方法及机械组件
技术领域
本发明涉及的控制方法可以在穿过包括力矩转换器的机械组件上的间隙时改善其娱乐性，而且该方法不改变速率。
本发明主要涉及能保证对汽车动力装置(GMP)牵引链的输出处提供的力矩进行管理的控制系统，所述动力装置使用一个力矩转换器，特别是具有自动变速箱的传动装置。
本发明还涉及包括发动机、安装在发动机和变速箱之间的涡轮力矩转换器的汽车牵引链的机械组件，所述变速箱与车轮联接。
背景技术
已知的控制系统直接对发动机指令力矩产生作用，从而使车辆获得通常与汽车驾驶员脚踩加速器踏板的力对应的期望的加速度。
采用这种系统也存在许多不足，它会直接影响驾驶员的驾驶乐趣，在每次加速或突然改变发动机转速时，都会使驾驶员感到巅动。
例如，在汽车从所谓的“回转”模式到所谓的“拖动”模式或“牵引”模式时，也就是从位于斜坡上的汽车通过惯性带动发动机的模式到发动机加速汽车的模式时，转换GMP中的功率时就是这种情况。
由于小齿轮相对速度的改变，因而也就是由于汽车牵引链的齿轮齿的位置变化，这种颠动主要是因为各齿之间的间隙，特别是因为齿系中的间隙交叉造成的。这些变化和齿之间的间隙造成所谓的“通过”或“间隙交叉”的现象出现，在出现这种现象时，要被啮合的各个齿轮齿首先是不接触，然后是突然接触。这种现象在英语中也称作“backlash”或“clunck”。这种颠动同样也使汽车乘客感到撞击，因而使乘客感到不舒适。
现有的控制方法没有保证很好地解决这种现象。
特别是关于预防和解决对力矩控制产生作用的策略标准，这种策略既不能有效地控制间隙交叉，也不能很好地协调驾驶的生动性(精力/性能)和舒适性之间的关系。
汽车乘客感到的颠动在GMP的涡轮转速随时间变化的曲线上用峰值表示。
它所反映的是回归现象，因此我们再次发现用不同类型的发动机和/或不同控制策略的变速箱具有相同的运行状态。
发明目的
本发明的目的在于一种对包括力矩转换器的机械组件上的间隙交叉进行控制和管理的方法，该方法不改变速率。
在足以保证在不发生颠动的情况下使间隙交叉的期间内，该方法使发动机相对于涡轮的转速来讲具有稳定的转速。为此，该方法在于根据目标转速分布来控制发动机转速，而目标转速分布是根据测量的涡轮转速确定和建立的。实施本发明方法的主要优点在于改善在转换牵引链中的功率时的娱乐性。因此，当时对控制的开始进行限定，通过固定机械组件的生动性/舒适性之间的协调，便于调整娱乐性。
此外，本发明可以向精选功能或复杂功能变化，例如在运行时鉴别间隙，调整发动机的特定转速，控制转换器的连接器的功能的领航等等。
发明内容
本发明的第一个目的在于在由力矩转换器，汽车牵引链的自动变速箱组成的系统中进行功率转换的控制方法，所述牵引链包括一个发动机，一个安装在发动机和一个变速箱之间的涡轮力矩转换器，所述变速箱与车轮联接。本发明方法的特征在于，在第一步骤时，测量和比较发动机转速和涡轮转速，以便根据驾驶员请求的发动机力矩，用该方法开始进行控制，在第二步骤时，一旦开始该控制方法，就为发动机制定一个转速分布，并将该转速分布施加给该发动机，该转速分布是根据测量的涡轮转速和在生动性和舒适性之间确定的协调性建立起来的，在第三步骤时，根据汽车驾驶员起初请求的发动机力矩以及协调性使施加的转速分布适合于发动机。
根据第一特征，只要驾驶员请求的发动机力矩足以使发动机转速分别小于和大于涡轮转速时，就开始进行控制。
根据第二特征，本发明方法在于规定一个转速分布，该转速分布确定转换器输入处的发动机转速的最大斜率，根据由测量的涡轮转速计算出的发动机转速指令以及协调性的相关偏差确定该斜率。
当发动机转速应当高于涡轮转速时该偏差为正，当发动机转速应当低于涡轮转速时该偏差为负，所以偏差幅度与转换器的特性以及齿轮中的间隙有关。
在规定时间内，例如为使间隙交叉所必需的时间和/或足以使间隙交叉的时间内，一直保持该转速分布，并将该转速分布施加给发动机。由于间隙交叉，所以该方法在于应用发动机的转速分布使其与娱乐/舒适的协调性以及驾驶员开始的请求相一致。
本发明第二个目的是汽车牵引链的机械组件，该机械组件包括发动机，一个安装在发动机和一个变速箱之间的涡轮力矩转换器，所述变速箱与车轮联结。根据本发明，此机械组件的特征在于它包括用于测量和比较发动机转速和涡轮转速的设备，以便根据驾驶员请求的发动机力矩用本发明方法开始进行控制，该机械组件还包括用于限定一个转速分布并将该转速分布施加给发动机的设备，根据测量的涡轮转速以及在驾驶的娱乐性和舒适性之间确定的协调性构成所述转速分布，该机械组件还包括使施加给发动机的转速分布适合于这样一个转速，即该转速与娱乐/舒适的协调性以及驾驶员开始的请求相一致。
附图说明
通过阅读下面结合附图的详细描述将会更清楚地理解本发明的其它特征和优点，附图是作为非限定的例子给出的，其中：
图1是实施本发明方法的汽车牵引链的机械组件的示意图；
图2是本发明控制方法的三个主要步骤的示意图；
图3a和3b根据本发明方法的鉴定步骤的模拟例子；
图4a-4c表示在图3a和3b所示的鉴别以后开始本发明的控制方法；
图5表示根据本发明的控制方法实施的模拟结果的例子，所述模拟是基于图4b所示的分布做出的。
具体实施方式
图1示意性地表示了牵引链机械组件的例子，该机械组件也称作汽车动力装置(GMP)，该动力装置包括一个类似于力矩发电机的发动机1，一个力矩转换器2以及一个变速箱3。GMP通过差速器4和车轮5(仅示出一个车轮)将车头的力传递给汽车，从而可以使汽车加速。利用一个运行方块图6表示的控制方法对GMP的不同机构，即发动机1，力矩转换器2和变速箱3产生作用。
在这样的组件中，力矩转换器2的特性是将力矩传递给变速箱3，力矩与力矩转换器2的输入(发动机侧)转速和力矩转换器2的输出(变速箱侧)转速的差有关。因此力矩转换器2可以有发动机1的转速，该转速与变速箱3的输入转速不同。可以说它将发动机1与变速箱3断开。
图2根据本发明示意性地表示了3个控制过程中的理论上的步骤。
在第一步骤7时，从需要鉴别发动机和涡轮的转速在变速箱的输入处是否正交时开始，就开始实施控制方法。
因此，相对于与驾驶员在某一给定时刻的请求有关的事件来讲开始实施该方法，其实施与同一时刻对应的机械组件的状态(发动机的转速和涡轮的转速)有关。
例如这种需要出现在例如是驾驶员脚踩加速器踏板的时候。因此该方法根据发动机的转速变化，能够在发动机转速仍然小于涡轮转速但请求的力矩足以使各转速交叉时识别从“回转”向“拖动”的过渡。该方法也适用相反的例子(放松踏板)。在这种情况下，是汽车将力提供给牵引链，使发动机的转速过渡到涡轮转速以下。
在第二步骤8时，一旦需要识别，本发明方法就迫使发动机转速遵照转速分布运行，该分布是按照预先确定的策略根据涡轮转速确定的。
该策略可以先根据所使用的力矩转换器的类型规定生动性/舒适性之间的协调，然后按照该协调工作。
最后，在第三步骤9时，该方法使发动机的转速分布与生动性舒适性的协调一致，从而使转速分布与起始应力(驾驶员请求的)衔接。
图3a和3b表示用于检测上述步骤7中的稳定状况的模拟例子。
图3a和3b表示汽车仍在从回转向牵引过渡的例子中从汽车上测量到的涡轮转速Nturb和发动机Nmot随时间变化的比较例子。这些转速用转/分表示，时间用秒表示。
我们发现，这两条曲线在等同于汽车起步的过程结束时第一次相交。该过程继续下去，直至这两条曲线重新相交，该过程对应于发动机不再带动汽车的过程。
用点线表示的策略标记窗口表示本发明控制方法应当已经开始的区域。
与图3a相对应的图3b可以看到加速器踏板(驾驶员请求：加速命令)的位置和由发动机根据N.m.表示的时间提供的相应力矩。位移用％表示。
在从“回转”到“拖动”所述的例子中，发现为了满足力矩请求，发动机转速变得比涡轮转速高。
图4a到4c表示根据本发明启动控制的方法。在从回转到拖动的例子中，相对于目标转速分布来讲，对发动机和涡轮的相关力矩和转速来实施本发明方法。
图4a表示在用本发明方法控制期间提供的发动机力矩和由驾驶员请求的力矩随时间的变化。
在该图上看到，控制期间实现的力矩在第一步骤T1就像驾驶员请求的发动机力矩一样变化，基本形成一个梯形台阶，在第一步骤T1结束后，实现的力矩突然下降，在第二步骤T2到达一个恒定值，然后在第三步骤T3，实现的力矩重新增大，直至在第三步骤T3结束时重返到驾驶员请求的力矩。
与图4a相对应的图4b可以看到在用本发明方法控制期间涡轮转速和发动机转速分别随时间的变化。以驾驶员请求的名义从发动机转速开始，在步骤T1时该方法将最大转速斜率固定在力矩转换器2的输入处。在确定的时间内控制该斜率，该时间经估计认为对于间隙交叉的初始化来讲是必需的而且是足够的。该斜率可以处在根据测量的涡轮转速以及在进行转换期间的偏差计算出的指令转速上。如果发动机转速必须高于涡轮转速，则该偏差为正。如果发动机转速必须低于涡轮转速，则该偏差为负。偏差的精确值是力矩转换器的特征函数。
在第二步骤T2时，该方法根据确定的转速指令进行间隙交叉。该方法在于根据所需要的生动性/舒适性间的协调而在规定时间内遵从该指令，所谓规定时间是为完成间隙交叉所必需的和/或足够的时间。在图中，分别与控制期间涡轮转速及发动机转速变化对应的这两条曲线是平行的。在第三步骤T3时，该方法确保与初始请求衔接，也就是说与相应驾驶员的请求一致，在所述的例子中，驾驶员向下脚踩加速器踏板。
与以上两幅图相对应的图4c表示从“-角”的角度到“+角”的角度的间隙角(间隙交叉)随时间的变化。在稍微提前于步骤T1结束以前，开始间隙交叉，而且与图4b的涡轮转速曲线和发动机转速曲线的交叉同时进行。间隙交叉的结束与步骤T2的结束同时完成。
最后用大括号在时间刻度上表示本发明方法的三个步骤7，8和9，这三个步骤与上述三条曲线相对应。
图5表示根据本发明的控制方法实施的模拟结果的例子，所述模拟是基于上面描述过的以及图4b所示的分布做出的，这种模拟可以检查颠动(backlash)现象明显减小。
在该图中可以看到没有Nturbv控制的涡轮转速和具有Nturbvs控制的涡轮模拟转速以及发动机模拟转速Nmots分别随时间改变的比较，时间用秒表示。
曲线Wped对应于驾驶员在请求期间加速器踏板的位置。
在该图中还示出了本发明方法的三个步骤，即在驾驶员开始请求时的鉴别步骤7，先观察发动机转速在步骤T1时是否明显增大再在步骤T2稍微减速以后稳定下来的连续步骤8，最后就是在步骤T3时的衔接步骤9，在该步骤中发动机转速迅速增大，达到的转速对应于驾驶员请求的转速。比较一下曲线Nturbv，从该曲线发现，“backlash”现象相对摆动，曲线Nturbvs实际上不再包括摆动；本发明的控制方法的效果在于使涡轮转速平稳变化。
本发明的控制分布不限于上面所述的分布。可以根据下面的参数使用本发明的控制分布：
-在牵引链组件中的间隙值；
-在驾驶员请求时的实际间隙位置；
-发动机转速；
-发动机转速和涡轮转速之间的差；
-力矩转换器的特性；
-鉴别的驾驶类型(运动的)；
-以及汽车的其他外部参数，例如道路的倾斜度，路况等。
仍然是在汽车从回转模式过渡到拖动的例子中，可以接受的目标转速最好应当对应于比加速前的涡轮转速高的发动机稳定转速，并且在足以交叉间隙的时间内使发动机转速达到稳定。

Claims (7)

1.一种在由力矩转换器、汽车牵引链的自动变速箱组成的系统中进行功率转换的控制方法，所述牵引链包括：发动机(1)，安装在发动机(1)和变速箱(3)之间的涡轮力矩转换器(2)，所述变速箱与车轮(5)联结，其特征在于，该方法包括：
第一步骤(7)，在该步骤时，测量和比较发动机和涡轮的转速，以便根据驾驶员请求的发动机力矩，在鉴别出有使发动机转速和在变速箱输入处的涡轮转速相交的需求时，开始进行功率转换控制；
第二步骤(8)，在该步骤时，一旦开始该控制方法，就为发动机制定一个转速分布，并将该转速分布施加给该发动机(1)，根据测量的涡轮转速和在驾驶的生动性和舒适性之间确定的协调性构成所述转速分布；和
第三步骤(9)，在该步骤时，根据汽车驾驶员起初请求的发动机力矩以及协调性使施加的转速分布适合于发动机(1)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于只要驾驶员请求的发动机力矩足以使发动机转速分别小于和大于涡轮转速时，就开始控制功率转换。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，在第二步骤(8)中制定的所述转速分布用于确定转换器(2)输入处的发动机转速的最大斜率，根据由测量的涡轮转速计算出的发动机转速指令以及协调性的相关偏差确定该斜率。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于当发动机转速必将高于涡轮转速时该偏差为正，当发动机转速必将低于涡轮转速时该偏差为负，偏差幅度与转换器的特性以及各个齿轮的齿之间的间隙有关。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于在规定时间内，即为通过间隙所必需的时间和/或足以通过间隙的时间内，一直保持该转速分布，并将该转速分布施加给发动机。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于一旦间隙交叉，该方法在于使发动机的转速分布与娱乐或舒适之间的协调性以及驾驶员开始的请求相一致。
7.汽车牵引链的机械组件，该机械组件包括一个发动机(1)，一个安装在发动机(1)和一个变速箱(3)之间的涡轮力矩转换器(2)，所述变速箱与车轮(5)联结，其特征在于它包括：
用于测量和比较发动机转速和涡轮转速的设备，以便根据驾驶员请求的发动机力矩用上述权利要求之一的方法开始对功率转换进行控制；
用于限定一个转速分布并将该转速分布施加给发动机(1)的设备，以便根据测量的涡轮转速以及在驾驶的娱乐性或舒适性之间确定的协调性构成所述转速分布；和
使施加给发动机(1)的转速分布适合于这样一个转速相适应的设备，即该转速与娱乐性或舒适性之间的协调性以及驾驶员开始的请求相一致。
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