CN101879897B - 依赖温度的最小变速器输入速度 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于基于机动车油液温度来调节最小变速器输入速度的系统和方法。该系统包括用于感应自动变速器油液温度的温度传感器和用于基于自动变速器油液温度设置发动机的最小发动机速度的控制器。可以减小变速器泵的尺寸，而泵仍然能够向摩擦元件和多个传动比供应足够的自动变速器油液以提供润滑，并使得摩擦元件执行机构能够以及时有效的方式咬合和释放摩擦元件。在本发明的优选实施例中，当自动变速器油液的温度低于210°F时，最小发动机速度设置为不高于900rpm；当自动变速器油液的温度高于210°F时，最小发动机速度设置为不低于1000rpm。

Description

依赖温度的最小变速器输入速度
技术领域
本发明涉及控制系统技术，更具体地，涉及用于控制机动车辆变速器以响应流过变速器的自动变速器油液(Automatic Transmission Fluid，ATF)的温度变化的系统和方法。
背景技术
机动车辆常具有自动变速器，其位于从发动机向车辆的牵引轮传递动力的动力传动系统中。当车辆从静止加速时，变速器自动改变从发动机接收动力的变速器输入轴和从变速器向动力传动系统下游元件并最终向车轮传递动力的变速器输出轴的相对比。该比的变化(ratio changes)通常是通过使用摩擦元件将互联行星齿轮组的组件选择性地制动或者将齿轮组的组件选择性地咬合到齿轮组的其它组件来执行。齿轮组安装在外壳中，该外壳还包含用于摩擦元件的执行机构。泵用于向摩擦元件执行机构供应自动变速器油液以使它们能够执行齿轮变换功能，并且还向齿轮组提供油液(fluid)以使它们适当地润滑。
现有技术中需要确保机动车变速器允许整个动力传动系统尽可能的高效。然而，由于自动变速器油液的温度升高时恰当管理变速器运行需要调整，就会牺牲效率。升高的温度导致自动变速器油液粘度降低，这进而又导致泵效率降低，并导致油液在变速器各处移动时有更多的油液泄露。为了维持需要的润滑流(lubrication flow)和油液压力来供给摩擦元件执行机构，使得它们可以以及时有效的方式控制摩擦元件，必须提高最小容许泵速。因为泵通常从发动机获取动力，所以也必须提高最小容许发动机速度。提高最小容许泵速和最小容许发动机速度增加了燃油消耗，恶化了燃油经济性。
一般来说，现有技术对供应足够具有升高温度的自动变速器油液的问题的解决方案将注意力集中在要求最小发动机速度上，这会在最坏情况的温度条件下提供足够的油液供应。这些技术方案的优点是简单，因为一旦设置了最小容许发动机速度，就不需要进一步的控制。而且，其它因素如驾驶性能、车辆噪音和平顺性所需要的最小发动机速度往往高于因机动车油液温度升高所需要的最小值，所以当设法降低发动机速度时，升高的温度不是主要因素。然而，为了降低变速器油液泵所导致的能量寄生损失，变速器设计师正在降低变速器泵排量(transmission pump displacements)，这又要求更高的泵速。因此，提供足够变速器油液供应的需要会变成最小发动机速度的控制性因素。
现有技术其它解决方案都是针对通过解决不同的问题来提高燃油效率。例如，日本专利文件JP 4066337公开了一种直接连接到发动机的油泵。当油温到达某一水平时，提高发动机的怠速。从根本上说，这种安排与在变速器传动比变换时设置最小发动机速度无关，而是集中在调节发动机怠速上。
现有技术另一种解决方案公开在美国专利号为5,556,349的专利文件中，它讨论了一种公知的具有常温变换模式和高温变换模式的自动变速器。旨在使自动控制器持续监测变速器油液温度，并通过切换到高温变换模式来防止变速器油液温度过热。高温变换模式和常温变换模式一样地避免加热变速器油液，因为高温模式比常温模式在更高的速度下变换到高档。这增加了力矩转换器平均速度并降低了力矩转换器平均力矩，这两个变化降低了生成的热量，尤其是通过开放式力矩转换器(open torqueconverter)。
从上面的描述可以看到，现有技术中的系统需要在换档时有效地降低最小容许发动机速度要求，而同时仍然能提供足够的用于润滑和用于摩擦元件执行机构的自动变速器油液量。
发明内容
本发明是针对应用在车辆中的变速器油液供应系统方法，该车辆具有发动机、变速器和泵，其中发动机用于提供动力，变速器包括多个传动比和摩擦元件，摩擦元件具有相关联的执行机构用于咬合及释放摩擦元件以在多个传动比之间变换变速器，泵由发动机驱动。系统基于自动变速器油液温度通过调节最小变速器输入速度来改善车辆效率。系统包括温度传感器和控制器，温度传感器用于感应自动变速器油液的温度，控制器用于基于自动变速器油液的温度设置发动机的最小发动机速度。这种布置可以使泵的尺寸减小，而泵仍然能够向摩擦元件和传动比供应足够的自动变速器油液以提供润滑并向执行机构供应足够的自动变速器油液以使执行机构能够以及时有效的方式咬合和释放摩擦元件。
根据本发明的优选实施例，当自动变速器油液的温度低于210°F时，设置最小发动机速度不高于900转每分钟(rpm)。当自动变速器油液的温度高于210°F时，设置最小发动机速度不低于1000rpm。因此，系统通过感应自动变速器油液的温度和设置发动机的最小发动机速度基于自动变速器油液的温度运行，由此相比于已知的泵的布置，可以减小泵的尺寸，而仍然能够向摩擦元件和传动比供应自动变速器油液以提供润滑并向执行机构供应自动变速器油液以使执行机构能够以及时有效的方式咬合和释放摩擦元件。
从下面优选实施例的详细说明并结合附图(其中在各个视图中相似的附图标记表示对应的部件)，本发明其它的目的、特点和优点将变得更显而易见。
附图说明
图1是表示根据本发明加有用于改善车辆性能的系统的车辆的示意图；
图2是图1中系统的原理示意图；
图3是表示根据本发明的优选实施例应用在图1的系统中的控制程序的基本流程图；
图3A是表示应用在图1的系统中的控制程序的另一个优选实施例的详细流程图；
图4是表示根据本发明的变速器升档的图表；以及
图5是表示根据本发明的变速器降档的图表。
具体实施方式
先参考图1，其表示了具有车身11和发动机12的机动车辆10。来自发动机12的动力传递到变速器18，然后传递到动力传动系统20的其它部分，并最终传递到驱动车轮22。车辆10表示为后轮驱动车辆，但是也可以应用任意类型的动力传动系统布置，包括前轮或全轮驱动系统。而且，尽管发动机12表示为内燃机，但是也可以使用其它类型的驱动布置，包括混合动力驱动系统。控制器25由通信线27和28分别连接到发动机12和变速器18。根据本发明，控制器25用以基于机动车油液温度设置最小发动机速度，这在下面有更详细的说明。
变速器18与控制器25概略地表示在图2中，其中传动比的变化由摩擦元件CL/A-CL/E作用于单个齿轮元件(gear elements)来控制。来自发动机12的力矩分配到液动力矩转换器(hydrokinetic torque converter)32的力矩输入元件30。力矩转换器32的叶轮34以已知的方式在涡轮机36上增进涡轮机力矩。涡轮机力矩分配到涡轮机轴，该涡轮机轴也是变速器输入轴38。叶轮34连接到相对小的油泵总成39。
图2的变速器18包括简单行星齿轮组40和复合行星齿轮组41。齿轮组40具有恒固定的太阳轮S1、齿圈R1和旋转支承在行星架42上的行星小齿轮P1。变速器输入轴38可驱动地连接到齿圈R1。复合行星齿轮组41，有时称为拉瓦珍妮奥克斯(Ravagineaux)齿轮组，其具有小分度圆直径(pitch diameter)太阳轮S3、力矩输出齿圈R3、大分度圆直径太阳轮S2和复合行星小齿轮。复合行星小齿轮包括长小轮P2/3，其可驱动地咬合短行星小齿轮P3和力矩输出齿圈R3。长行星小齿轮P2/3还可驱动地咬合短行星小齿轮P3，而短行星小齿轮P3进一步咬合太阳轮S3。齿轮组41的行星小齿轮P2/3和P3可旋转地支承在复合行星架46上。齿圈R3可驱动地连接到力矩输出轴48，如图1所示，其通过差分轴总成(differential and axle assembly)50可驱动地连接到车辆牵引轮22。相对于复合齿轮组41，齿轮组40是串联的低传动比齿轮组。典型地，变速器18优选包括锁销(lockup)或力矩转换器旁路离合器，如图中的58所示，用以在力矩转换器力矩倍增模式完成、液动耦合模式开始之后将变速器输入轴30直接连接到发动机12。
当以前四个前进传动比运行时，行星架P1通过轴58和前进摩擦元件CL/A可驱动地连接到太阳轮S3。当以第三传动比、第四传动比或倒退运行时，直接摩擦元件CL/B可驱动地将行星架42连接到轴59，其通过轴60连接到大分度圆直径太阳轮S2。在以第四、第五和第六前进驱动传动比运行时，超速传动摩擦元件CL/E通过轴28将涡轮机轴38连接到复合行星架46。当以第二和第六前进驱动传动比运行时，摩擦元件CL/C用作对太阳轮S2的反作用制动。当以第三前进驱动传动比运行时，直接摩擦元件CL/B与前进摩擦元件CL/A一起应用。齿轮组41的元件然后锁定在一起，来影响轴58和输出轴48之间的直接驱动连接。当应用离合器A、释放摩擦元件CL/C时，如果摩擦元件CL/B是在以第三传动比运行时应用，则从第三传动比降档至第二传动比将会受到影响，因为摩擦元件CL/C与摩擦元件CL/B的释放同步应用。当应用摩擦元件CL/A、释放摩擦元件CL/B时，如果摩擦元件CL/B是在以第三传动比运行时应用，则从第三传动比升档至第四传动比会受到影响，因为摩擦元件CL/E是与摩擦元件CL/B的释放同步应用。前进时，前进摩擦元件CL/A的力矩输出侧通过力矩转移元件54连接到直接摩擦元件CL/B的力矩输入侧。前进时，直接离合器CL/B的力矩输出侧通过力矩转移元件59连接到轴60。倒退通过应用低、反向摩擦元件CL/D和摩擦元件CL/B实现。这种类型的变速器布置的更多细节可以在美国专利号为7,216,025的文件中找到，这里通过参考引用该文件。
根据控制器25通过通信线路28提供的指示，摩擦元件CL(A-E)由泵总成39所抽送的自动变速器油液提供动力。每个摩擦元件CL(A-E)具有对应的通信信道A-E，使得可以独立地控制摩擦元件CL(A-E)。而且，来自变速器18上的传感器(如机动车油液温度传感器62)的信息通过通信线路28向控制器25发送信息。更具体地，应用变速器控制算法70来控制变速器18中传动比的变换，而发动机控制算法72运行在控制器25中以控制发动机12。发动机控制算法72从驾驶员控制信号75接收信息(如期望速度和来自发动机12的信息，优选是来自速度传感器77的以RPM计的发动机速度和发动机冷却液温度传感器的信息)，并与变速器控制算法70通信。
参考图3中所示的基本流程图，可以进一步地理解控制器25的运行。首先，在步骤200，控制器25基于自动变速器油液的温度确定最小发动机速度。优选地，最小发动机速度设置为温度低于210°F时不大于900rpm，温度高于210°F时不小于1000rpm。然而，除非绝对必要，需要防止控制器25限制最小发动机速度。因此，最小发动机速度优选是变速器油温和发动机冷却液温度的函数，相比于单独基于自动变速器油液温度所确定的最小发动机速度，这可以允许更低的最小发动机速度。在步骤210，测量自动变速器油液的温度。然后，在步骤220，将温度与用于确定最小发动机速度的预定温度进行比较。根据该信息，控制器25在换档时将发动机速度变为等于或大于步骤200中所确定的最小发动机速度。该方法的结果是，能够使用具有低阻力的更小油泵总成。而且，更低的最小发动机速度会改善燃油经济性。一般来说，仅当升高的变速器油温以及与其相关的低粘度产生威胁影响摩擦元件CL(A-E)的运行或者提供过少润滑时(在下面有进一步的解释)，才会使用保护变速器18所需要的更高的最小发动机速度。
图3A是表示根据本发明第二优选实施例的控制器25的运行的更详细的流程图。首先，在步骤300，控制器25确定通常发生升档至更高档位或更高传动比的最小车速。给最小车速分配变量名称，如“minimum_upshift_vehicle_speed(最小升档车速)”。然后，将确定为最小车速的值存储为变量“minimum_upshift_vehicle_speed(最小升档车速)”。接着，在步骤310，控制器25确定自动变速器油液的温度是否足够高到需要一些类型的换档改变。如果温度足够高，则控制器25运行至步骤320并计算从所测量的温度的角度看可能发生升档的最小容许速度。如上所述，变量“hot_minimum_upshift_vehicle_speed(高温最小升档车速)”还可以是基于测量自动变速器油液温度以及发动机冷却液温度。而且，所使用的温度不必直接测量，还可以进行估计、建模或预测。结果值存储为变量“hot_minimum_upshift_vehicle_speed(高温最小升档车速)”。在步骤330，控制器25确定“hot_minimum_upshift_vehicle_speed”是否大于“minimum_upshift_vehicle_speed”，如果是，则用“hot_minimum_upshift_vehicle_speed  ”的值覆盖“minimum_upshift_vehicle_speed”的值，该“hot_minimum_upshift_vehicle_speed”的值是控制器25用于高温运行的值。然后，流程继续到步骤350，在步骤350，控制器25确定当前车速是否大于“minimum_upshift_cehicle_speed”，如果是，则在步骤360执行升档。如果否，则系统不执行升档，流程结束。在步骤310如果变速器温度不够高到需要换档改变，则流程直接转至步骤350。同样地，在步骤330如果“hot_minimum_upshift_vehicle_speed”不高于“minimum_upshift_vehicle_speed”，则流程也直接转至步骤350。优选地，该流程持续运行，因此，不断地监视换档过程以根据自动变速器油液的温度变化进行调整。降档的流程本质上是升档策略的镜像，因此将不单独讨论。
图4是表示使用图3中所示的方法时所引起的从低传动比X到高传动比Y的升档的图表。纵轴表示换档前平均滤过车速(average filtered vehiclespeed)，横轴表示来自于加速器踏板的位置或一些其它驾驶员控制信号的驾驶员要求。换档曲线表示了控制器25变换档位时的变换。例如，在给定的驾驶员要求处，当平均滤过车速增加到超过换档曲线时控制器25将变换档位。在更高驾驶员要求处，换档发生前车速将相对较高。根据本发明的换档曲线在低驾驶员要求值时比现有技术的换档曲线显著要低，因此使得在正常机动车油液温度下能够有更低的最小发动机速度。现有技术最小值以虚线PA表示，高温线H表示为刚在虚线下面，常温线L是图表中最下面的线。在高温时，截断曲线以维持发动机速度以允许泵42向摩擦元件CL(A-E)提供足够的压力并向变速器18提供润滑。
图5是表示使用图3所示的方法时所引起的从高传动比X到低传动比Y的降档的图表。纵轴表示驾驶员要求，其来自于加速器踏板或一些其它驾驶员控制信号，横轴表示换档后预计的发动机变速器速度。换档曲线表示了控制器25变换档位时的变换。例如，换档后在给定的预计发动机速度处，当驾驶员要求增加到超过换档曲线时控制器25将变换档位。换档后在更高的预计的发动机速度处，驾驶员要求在换档发生前将相对较高。根据本发明的换档曲线在最小发动机速度处将总是要求降档，如虚线所示。在正常温度时，最小速度由虚线L表示。在更高的变速器油液温度处，该最小发动机速度将会更高，如虚线H所示，以允许泵向摩擦元件提供足够的压力并向变速器提供润滑。
综上所述，显而易见的是本发明提供了一种系统，该系统基于自动变速器油液温度调节最小发动机速度以使能够使用更小尺寸的泵并提高了燃油经济性。尽管参考本发明的优选实施例进行了描述，但是应该容易理解的是，在不脱离本发明的精神的前提下，可以对本发明作出各种变化和修改。例如，依赖于测量的自动变速器油液的温度，实施最小发动机速度的方式可以是换档点的变化，或者当到达特定速发动机速度时，控制器可以简单地切换传动比，而不管其它对控制器的输入可能有何建议。总的来说，本发明只能用权利要求来限定其保护范围。

Claims (2)

1.一种用于在车辆中改善车辆效率的方法，该车辆具有用于提供动力的发动机、连接至发动机的自动变速器，以及泵，其中自动变速器包括多个传动比和摩擦元件，摩擦元件具有相关联的执行机构用于咬合及释放摩擦元件以在多个传动比之间变换自动变速器，泵由发动机驱动，用于建立自动变速器油液流，该方法包含：
确定自动变速器油液的温度，其中，可以通过使用温度传感器直接测量自动变速器油液来确定该温度或者采用建模来确定该温度；以及
在自动变速器的多个传动比之间变换时基于自动变速器油液的温度设置发动机的最小速度，当自动变速器油液的温度低于210°F时，设置最小发动机速度不高于900rpm，当自动变速器油液的温度超过210°F时，设置最小发动机速度不低于1000rpm，由此可以减小泵的尺寸，而泵仍然能够向摩擦元件供应自动变速器油液以提供润滑，并向执行机构供应自动变速器油液以使执行机构能够以及时有效的方式咬合和释放摩擦元件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含：感应发动机冷却液温度以及基于发动机冷却液温度改变最小发动机速度。
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