CN101713455B - 变速器中的顺序降挡控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变速器中的顺序降挡控制。公开一种在变速器中执行降挡的方法，包括分离第一元件和开始分离第二元件；在接合第三元件之前通过增加第四元件的扭矩容量到低扭矩容量促使第三元件到同步速度；接合第三元件和第四元件。通过本发明，消除了精密同步的需要，可易于校准且提供快速平滑的降挡。

Description

变速器中的顺序降挡控制

技术领域

本发明基本上涉及机动车辆的自动变速器，具体地涉及包括由摩擦控制元件操作的行星齿轮组的变速器。

背景技术

在自动变速器中很难在顺序降挡即连续降挡如6-4-3或5-3-2降挡中实现令人满意的换挡质量，因为在从换挡的第一部分切换到第二部分中会发生扭矩干扰。为了平滑地执行切换，第二换挡的分开(offgoing)控制元件(离合器或制动器)必须在第一换挡的结合(oncoming)元件获得扭矩容量之前滑动。

换挡很难稳健地校准。若分开元件滑动过早，在接近换挡结束时发生空挡间隔。相反，若分开元件滑动过晚，当第一换挡的结合元件获得扭矩容量时发生扭矩扰动(bump)。

为获得令人满意的感觉，结合元件和分开元件必须精密同步。但很难在所有的工况下实现精确的同步。

使用常规控制技术在邻近的挡位之间执行连续降挡所需要的时间为难以接受的约1.2秒以完成这样的降挡。在工业中需要允许平滑地完成连续降挡且在可接受的较短时间内的控制策略。

发明内容

一种在变速器中执行顺序降挡的方法包括分离第一元件，开始分离第二元件，在接合第三元件之前通过增加第四元件的扭矩容量到低扭矩容量促使第三元件到同步转速，及接合第三元件和第四元件。

根据另一方面，提供一种在包括由可变压力驱动的元件的变速器中执行顺序降挡的方法。该方法包括(a)分离第一元件并通过降低所述元件中的压力开始分离第二元件；(b)增压第三元件和第四元件中的压力到冲击压力；(c)通过增加第四元件到低扭矩容量促使第三元件到同步速度；(d)稳定增加在第三元件和第四元件中的压力到相应的完全接合的扭矩容量。

还根据又一方面，提供一种在变速器中执行顺序降挡的方法。该方法包括(a)通过分离第一元件和第二元件及部分地接合在低扭矩容量的第四元件降挡到中间挡位；(b)在接合第三元件之前促使第三元件到同步速度；(c)完全接合第三元件和第四元件。

还根据另一方面，提供一种在变速器中执行顺序降挡的方法。该方法包括分离第一元件，减少第二元件的扭矩容量；使用第二元件促使第三元件到同步速度；释放第二元件；完全结合第三元件和第四元件。

对于该控制策略，没有必要精确地同步第一换挡的结合元件和第二换挡的分开元件。换挡时间相当于6-2直接换挡的时间，在降挡的动力上提供更大的连贯性。

该控制在传动比变化中保持输出扭矩，且考虑改变主意到中间挡位。若驾驶员在换挡中足够早地放开，应用第一结合元件，取消第二换挡。此外，若在降挡过程中驾驶员进入到6-4或5-3降挡中，最终结合元件可以前置以允许连续的传动比变化。

第二结合元件的较早应用增加了能量损耗，然而，离合器应用的时间明显小于在使用另一种控制策略的等价降挡中的时间。

不再需要执行单步互锁降挡以实现高换挡质量。在降挡中换挡时间较短且提供更大的连贯性。该控制稳健易于校准且提供快速平滑的降挡。

该控制策略消除了精密同步的需要，允许足够晚地释放第二换挡的分开元件以避免空挡间隔。此外，来自最终结合元件的扭矩有助于传动比变化以进行通过中间传动比。该方法保持输出扭矩且考虑改变主意到中间挡位。若驾驶员在换挡中足够早地放开，应用第一结合元件，取消第二换挡。

参考本文的具体实施方式、权利要求及附图优选实施例的应用范围将更为直观。应理解说明和具体的示例，尽管指示本发明的优选实施例，但仅通过示例给出。描述的实施例和示例的各种修改和改变对本领域技术人员来说是显而易见的。

参考本文说明，结合所属附图将更容易理解本发明。

附图说明

图1是示出自动变速器的运动学设置的示意图；

图2示出摩擦元件的选择表；图2是图1中所示的设备的视图；

图3A和图3B示意性地示出图1的拉威挪齿轮组(Ravigneaux gearset)；

图4A和图4B示意性地示出图1的拉威挪齿轮组的简单行星部分；

图5A和图5B示意性地示出图1的拉威挪齿轮组的复合行星部分；

图6是示出图1的拉威挪齿轮组的行星部分的运动学的杠杆；

图7是示出图1的拉威挪齿轮组的复合行星部分的运动学的杠杆；

图8是示出图1的拉威挪齿轮组且源自图6和图7的杠杆；

图9示出具有自动变速器应用的数字关系的图6的杠杆；

图10是示出具有图9的变速器应用的数字关系的图1的拉威挪齿轮组的杠杆示意图；

图11是示出在降挡中的图1的拉威挪齿轮组的突然输出扭矩干扰的示图；

图12是示出在CL/B获得容量晚于CL/A的降挡中的图1的拉威挪齿轮组的离合器和制动器扭矩的变化的示图；

图13是示出在CL/A快速关闭的降挡中的图1的拉威挪齿轮组的离合器和制动器扭矩的变化的示图；

图14是示出在CL/B获得容量早于CL/A的降挡中的图1的拉威挪齿轮组的输出扭矩的变化的示图；

图15是示出在CL/B获得容量早于CL/A的降挡中的图1的拉威挪齿轮组的离合器和制动器扭矩的变化的示图；

图16是示出在降挡中的图1的拉威挪齿轮组中的元件速度的变化的示图；

图17-图20是示出在图16中所示的降挡中的元件速度和元件扭矩的逐步变化的图1的拉威挪齿轮组的杠杆示意图；

图21是示出控制变速器中的降挡的步骤的控制逻辑的示意图。

具体实施方式

现参考附图，在图1中示出自动变速器的运动学设置。变矩器10包括连接到内燃发动机的曲轴14的叶轮12、具有叶片的涡轮16、及具有叶片的定子轮18。叶轮、定子、及涡轮界定环形流体流路，从而叶轮液体流动地连接到涡轮。定子18可转动地支撑在静止的定子套轴20上，超速制动器22将定子固定到轴20上以防止定子在叶轮的转向相反的方向上旋转，但是允许在相反方向上的惯性滑行运动。

变矩器总成包括位于变矩器叶轮壳体26中的锁止离合器或旁通离合器24。当离合器24接合时，涡轮和叶轮机械连接；当离合器24分离时，涡轮和叶轮液体流动地连接且机械地分离。在变矩器10中包含的流体从油泵总成30的输出供应并返回到油底壳，泵的入口液压连接到油底壳。

行星齿轮装置包括第一简单的行星齿轮组32和第二拉威挪行星齿轮组34。第一齿轮组32包括太阳轮38、齿圈40、齿轮架42、及支撑在齿轮架42上与太阳轮38和齿圈40啮合的行星小齿轮44。太阳轮38固定防止旋转。齿圈40连续地连接到输入轴45和超速离合器即CL/E。齿轮架连续地连接到前进挡离合器即CL/A和直接离合器即CL/B，CL/B连接到中间制动器即CL/C。

第二齿轮组34包括第一太阳轮46、第二太阳轮47、齿圈48、齿轮架50、及可旋转地支撑在齿轮架50上的第一行星小齿轮52和第二行星小齿轮53。行星小齿轮52与太阳轮46啮合。行星小齿轮53与太阳轮47、齿圈48、及行星小齿轮52啮合。太阳轮46连续地连接到中间制动器CL/C。齿圈48连续地连接到输出轴58。齿轮架50连续地连接到低速挡-倒挡制动器即CL/D和CL/E。太阳轮47连续地连接到前进挡离合器CL/A。直接离合器CL/B连接到中间制动器CL/C。

现参考图1和图2，当离合器CL/A和制动器CL/D接合时产生第一前进挡。以齿轮组32产生的速度比驱动太阳轮47，齿轮架50保持防止旋转。以双行星齿轮组34的低减速比驱动输出轴58。

在第二前进挡，离合器CL/A和制动器CL/C接合。以齿轮组32产生的速度比驱动太阳轮47，太阳轮46保持防止旋转。以双行星齿轮组34的中间减速比驱动输出轴58。

在第三前进挡，离合器CL/A和离合器CL/B接合。以齿轮组32产生的速度比驱动太阳轮46、47。齿轮组34锁止，以齿轮组32产生的速度比驱动输出轴58。

在第四前进挡，离合器CL/A和离合器CL/E接合。以齿轮组32产生的速度比驱动太阳轮47，以输入轴45的速度驱动齿轮架50。以中间速度比驱动输出轴58。

在第五前进挡，离合器CL/B和离合器CL/E接合。以输入轴45的速度驱动齿轮架50，以齿轮组32产生的速度比驱动太阳轮46。以通过齿轮组34的中间超速比驱动输出轴58。

在第六挡位，离合器CL/E和制动器CL/C接合。以输入轴45的速度驱动齿轮架50，太阳轮46由制动器CL/C固定防止旋转。以齿轮组34的整体超速比驱动输出轴58。

在反向传动中，离合器CL/B和制动器CL/D接合。制动器CL/D保持齿轮架50固定防止旋转，以齿轮组32产生的速度比驱动太阳轮46。以齿轮组34的反向传动比驱动输出轴58。

通过仅改变在当前挡位中接合的两个摩擦元件中的一个产生从当前挡位到下一个更高的挡位或到接近更高的挡位的每次升挡，及从当前挡位到下一个更低的挡位或到接近最低的挡位的每次降挡。

以离合器CL/E和制动器CL/C接合的第六挡开始6-4-3降挡，通过分离制动器CL/C，接合离合器CL/A并保持离合器CL/E接合进行到第四挡，及通过分离离合器CL/E、接合离合器CL/B、及保持离合器CL/A接合在第三挡结束。

对于6-4-3降挡，第一控制元件是制动器CL/C，第二控制元件是离合器CL/E，第三控制元件是离合器CL/A，第四控制元件是离合器CL/B。

以离合器CL/B和离合器CL/E接合的第五挡开始5-3-2降挡，通过分离离合器CL/E，接合离合器CL/A和离合器CL/B进行到第三挡，及通过分离离合器CL/B、接合制动器CL/C、及保持离合器CL/A接合在第二挡结束。

对于5-3-2降挡，第一控制元件是离合器CL/E，第二控制元件是离合器CL/B，第三控制元件是离合器CL/A，第四控制元件是制动器CL/C。

图3A-图9示出涉及杠杆模拟的拉威挪齿轮组34产生的多步降挡的运动学。图3A和图3B示出通过结合图4A-图4B和图5A-图5B中所示的两个齿轮组形成齿轮组34。

假设：

N_S1＝太阳轮1的齿数

θ_s1＝S₁的角位移

N_S2＝太阳轮2的齿数

θ_s2＝S₂的角位移

N_R＝齿圈的齿数

从图3A和图3B，若齿轮架50接地，即保持防止旋转，太阳轮1(太阳轮46)旋转θ_s1弧度，太阳轮1行进的周向距离为θ_s1*N_S1因为在齿轮之间未发生滑动，太阳轮2(太阳轮47)必须行进相同的周向距离(θ_s1*N_S1)，但是在相反方向上。在太阳轮1和太阳轮2之间的角位移比可以如下表示：

${\mathrm{\θ}}_{s1}*N_{S1}=-{\mathrm{\θ}}_{s2}*N_{S2}\→\frac{{\mathrm{\θ}}_{S_2}}{{\mathrm{\θ}}_{S_1}}=-\frac{N_{S1}}{N_{S2}}$ (方程1)

从图4A和图4B，杠杆可以如图6所示构造。若C(齿轮架50)保持，太阳轮1为输入，则R(齿圈48)为输出，该齿轮组的角度比为：

$\frac{{\mathrm{\θ}}_R}{{\mathrm{\θ}}_{S1}}=-\frac{N_{S1}}{N_R}$ (方程2)

从图5A和图5B，若C保持，太阳轮2和R在相同方向旋转或太阳轮2和R在杠杆的相同侧。此外，R的切向速度低于太阳轮2的切向速度。因此图5A的齿轮组的杠杆如图7所示构造。

角位移可以如下所示：

$\frac{{\mathrm{\θ}}_R}{{\mathrm{\θ}}_{S2}}=\frac{N_{S1}}{X}$ (方程3)

从方程2和方程3：

(方程4)

用方程1替代方程4：

$-\frac{X}{N_R}=-\frac{N_{S1}}{N_{S2}}\→X=N_R\frac{N_{S1}}{N_{S2}}$

最后，从图6和图7，表示拉威挪齿轮组34的杠杆60如图8所示。

图9示出具体变速器应用的数字关系。因为齿圈48连接到输出轴58，在齿轮组34中的任何相对运动造成杠杆60围绕输出轴58转动。

图10的杠杆示意图有助于理解该机构，通过该机构较早地应用最终结合元件消除了由于第一结合元件的扭矩传递造成的扭矩干扰。图10示出拉威挪齿轮组34的几何关系。

因为齿圈48连接到输出轴58，在齿轮组34中的任何相对运动造成杠杆60在点62围绕齿圈48转动。如图2所示，离合器CL/B、制动器CL/C及太阳轮46在点64连接到杠杆60。离合器CL/E和齿轮架50在点66连接到杠杆60。离合器CL/A和太阳轮47在点68连接到杠杆60。相比较于离合器CL/A或离合器CL/E，离合器CL/B和制动器CL/C对于输出58具有明显的机械优点。

如图11所示，若离合器CL/A在离合器CL/B之前获得扭矩容量，则发生明显的扭矩干扰。因为离合器CL/E具有较大的扭矩容量，离合器CL/A将变速器拉回到第四挡位。在图中，DS_TRQ意味着传动轴扭矩，TQT_WO_TQMOD意味着无扭矩调制的变速器输入扭矩。

如图12所示，离合器CL/B获得扭矩容量明显晚于离合器CL/A。

如图13所示，离合器CL/A快速关闭，造成图11的扭矩干扰，离合器CL/B在离合器CL/B关闭之后不久关闭。

图14的模拟扭矩轨迹精密地匹配较早地应用离合器CL/B的车辆扭矩轨迹。图14示出在比离合器CL/B的冲击压力高约4psi的压力处较早地应用离合器CL/B的6-4-3换挡。

图15示出离合器CL/B在离合器CL/A上的扭矩传递之前较佳地获得一些扭矩容量，离合器CL/A在速度通过同步速度时在低扭矩容量关闭。

图16示出接近换挡结束时的太阳轮46、太阳轮47及齿轮架50的速度。来自离合器CL/B的扭矩促使拉威挪齿轮组34朝向第三挡位同步比移动，实际上，当离合器CL/A上的扭矩传递在约14.75秒开始时，离合器CL/B关闭。

图16-图20示出逐步接近6-4-3降挡的结束，当从第四挡位换挡到第三挡位时，拉威挪齿轮组34的元件速度和元件扭矩的变化。如图16和图17所示，在14.7秒，在数据记录开始之后，离合器CL/A和太阳轮47的速度为1325rpm，离合器CL/B、制动器CL/C、及太阳轮46的速度为2582rpm，该速度如图16所示继续分离。在齿轮组34上的净扭矩为-39.2ft-1bs。

由于其机械或杠杆的优点，来自离合器CL/B的扭矩导致在齿轮组34上的扭矩几乎等于离合器CL/E传送的扭矩。在该点中，来自离合器CL/A的扭矩辅助离合器CL/B移动齿轮组到最终比(1∶1)。

如图16和图18所示，在14.75秒，离合器CL/B具有足够的扭矩容量用于离合器CL/A和离合器CL/B的速度结合。在齿轮组34上的净扭矩为+430ft-1bs。

如图16和图19所示，在14.8秒，当齿轮组元件速度通过同步速度时，离合器CL/A在低扭矩容量关闭。离合器CL/A的速度未在14.75秒从1240rpm改变。来自离合器CL/B的扭矩具有足够的容量对抗来自离合器CL/A的扭矩，这已经改变到正向。在齿轮组34上的净扭矩为+493.5ft-1bs。

如图16和图20所示，在14.85秒，降挡接近完成。来自离合器CL/B的扭矩具有足够的容量对抗来自离合器CL/A的上升的扭矩。在齿轮组上的净扭矩为+512.4ft-1bs。

现参考图21的控制步骤的逻辑流程图，在步骤70，变速器控制器发出用于顺序降挡如6-4-3降挡的指令。

在步骤72，检查以确定指令的降挡是否要求控制输出扭矩的干扰。若测试72的结果为逻辑真，控制进行到步骤74，执行常规的降挡控制。

若测试72的结果为逻辑假，在步骤76在分离第一元件(制动器CL/C)之后分离第二元件(离合器CL/E)开始指令的降挡。在增压目标第三挡位的初始结合元件(离合器CL/B)中的驱动压力之后增压目标第三挡位的后来的结合元件(离合器CL/B)中的驱动压力。增压压力即冲击压力促使相应的元件的活塞在其伺服液压缸中移动到离合器盘基本上封闭在伺服液压缸中的所有间隙，而没有在元件中产生扭矩传递容量。

在步骤78，在分离第二分开元件(离合器CL/E)之后，第四元件(离合器CL/B)进行到低扭矩容量。

在接合第三元件(离合器CL/A)之前，开始接合在低扭矩容量的第四元件(离合器CL/B)，从而在完全接合第三元件(离合器CL/A)和第四元件(离合器CL/B)之前促使第三元件(离合器CL/A)到目标挡位的同步速度。

在步骤80，检查以确定车辆驾驶员是否改变主意在降挡到第四挡位完成之前换挡。若测试80的结果为逻辑真，控制进行到步骤82，在步骤82中离合器CL/A保持扭矩容量，取消随后的换挡，同时执行顺序降挡控制策略。

若测试80的结果为逻辑假，在步骤84，优选地同时完全接合在高扭矩容量的第四元件(离合器CL/B)和第三元件(离合器CL/A)完成指令的降挡。在完全接合在高扭矩容量的第四元件(离合器CL/B)和第三元件(离合器CL/A)之前，通过在约100兆秒减少发动机输出扭矩到约当前发动机扭矩的50-60％执行单个扭矩调制事件。

顺序降挡如6-4-3或5-3-2降挡的控制策略在传动比变化中保持输出扭矩并考虑改变主意换挡到中间挡位。若驾驶员在降挡中足够早地放开加速器踏板，应用第一结合元件，取消第二换挡。此外，若驾驶员进入到6-4或5-3降挡，同时较早地进行降挡，最终结合控制元件可以前置以允许连续传动比变化。

较早地应用第二结合控制元件(离合器CL/B)增加能量损耗。然而，控制元件应用的时间明显短于使用常规控制策略的等价降挡中的时间。

该技术方案提供校准连续降挡和明显减少扭矩干扰的手段。来自最终结合元件、离合器CL/B的对抗扭矩用来消除第一结合元件、离合器CL/A上的扭矩传递的初始部分。仅在第一换挡的结束的扭矩传递之前，第二降挡的结合元件即离合器CL/B增压和进行到低扭矩容量。因为第二换挡的结合元件、离合器CL/B具有低扭矩容量，仅消除扭矩传递的初始部分。第二降挡的分开元件、离合器CL/E必须在第一换挡的结合元件、离合器CL/B比第二换挡的结合元件获得明显更大的扭矩容量之前开始第二传动比变化。

根据专利法的规定描述了优选实施例。然而应注意可以实施不同于具体示出和描述的替代的实施例。

Claims (6)

1.一种在变速器中执行顺序降挡的方法，包括：

(a)分离第一元件并开始分离第二元件；

(b)增压第三元件和第四元件中的驱动压力到冲击压力；

(c)通过增加第四元件到低扭矩容量促使第三元件到同步速度；

(d)稳定增加在第三元件和第四元件中的压力到相应的完全接合的扭矩容量，随后同时地接合第三元件和第四元件；

其中，第一元件为第一换挡的分开元件，第二元件为第二换挡的分开元件，第三元件为第一换挡的结合元件，第四元件为第二换挡的结合元件。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在开始分离第二元件之后和在开始接合第三元件之前执行步骤(c)。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以大于第四元件的冲击压力的压力提供驱动压力增加第四元件的扭矩容量。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在高的扭矩容量接合第三元件和第四元件。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在执行步骤(d)时通过减少动力源的输出扭矩执行扭矩调制，且随后增加动力源的输出扭矩。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在执行步骤(d)时减少连接到变速器的动力源的输出扭矩到在当前输出扭矩的50％和60％之间的范围。