CN102221081A - 使用压力控制螺线管的拨叉位置和同步的控制 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及使用压力控制螺线管的拨叉位置和同步的控制。一种双离合器变速器(DCT)控制模块，包括位置控制模块，该模块在第一换档状态期间基于测量拨叉位置和目标拨叉位置致动所述DCT的拨叉。力控制模块在第二换档期间基于同步器打滑调节与所述拨叉相关的控制力。
Description
本申请要求于2010年4月15日提交的美国临时申请No.61/324,586的优先权。上述申请的内容通过参考包含于本文。
本申请要求于相同日期提交的美国专利申请No.XX/XXX,XXX(卷号P011818)和于相同日期提交的美国临时申请No.XX/XXX,XXX(卷号P011819)的优先权。上述申请的内容通过参考包含于本文。
技术领域
本公开涉及双离合器变速器控制系统。
背景技术
这里提供的背景描述是为了总地示出本公开内容的目的。本发明人在该背景技术部分中所作描述的内容，以及其描述在叙写时不会以其它方式被认为现有技术的方面，既不特别地也不含蓄地认为是破坏本公开的现有技术。
手动变速器传动系包括内燃机(ICE)、离合器和手动变速器。离合器与ICE上的飞轮接合，并将发动机的扭矩输出传递至手动变速器。当车辆操作员在变速器的档位之间手动换档时，从ICE至变速器的扭矩传递被中断。在换档事件期间，离合器分离(即，ICE从变速器分离)，手动选择期望的档位，并且离合器重新接合。ICE从变速器的分离可不利地影响燃料经济性和车辆加速。
自动变速器传动系包括内燃机(ICE)、变矩器和具有行星齿轮组的自动变速器。ICE向变矩器提供输出扭矩。变矩器基于发动机速度将扭矩从ICE传递至自动变速器。行星齿轮组包括每个都具有输入、输出和固定操作状态的太阳齿轮、行星架和齿圈。通过调节行星齿轮组中各行星齿轮的操作状态来选择不同的传动比。自动变速器传动系提供从ICE到自动变速器输出轴的不中断的扭矩传递。通常，使用基于复杂逻辑的方法来控制行星齿轮的操作状态。
双离合器变速器(DCT)传动系包括ICE和DCT(或半自动变速器)。DCT包括两个离合器、内外变速器轴、以及具有各自齿轮轴和/或中间轴的两个齿轮组。例如，内变速器轴可与第一齿轮组相关联，并使用第一离合器控制。外变速器轴可与第二齿轮组相关联，并使用第二离合器控制。第一齿轮组可包括第一、第三和第五档位。第二齿轮组可包括第二、第四和第六档位。通过使用两个变速器轴，DCT传动系可于换档期间在ICE与DCT输出轴之间提供不中断的扭矩传递。这缩短了换档时间，并提高了燃料经济性。
发明内容
双离合器变速器(DCT)控制模块包括位置控制模块，该模块在第一换档状态期间基于测量拨叉位置和目标拨叉位置致动所述DCT的拨叉。力控制模块在第二换档状态期间基于同步器打滑调节与所述披叉相关的控制力。
在其它特征中，上述系统和方法由通过一个或多个处理器执行的计算机程序来实施。所述计算机程序可驻留在有形计算机可读介质上，例如但不限于，存储器、非易失性数据存储器、和/或其它适当的有形存储介质。
从下文提供的详细描述可清楚本公开适用性的其它方面。应当理解，其详细描述和具体实例仅仅是示意性目的，而不是限制本公开的范围。
本发明还提供了以下方案：
方案1.一种双离合器变速器(DCT)控制模块，包括：
位置控制模块，其在第一换档状态期间基于测量拨叉位置和目标拨叉位置致动所述双离合器变速器的拨叉；
力控制模块，其在第二换档状态期间基于同步器打滑调节与所述拨叉相关的控制力。
方案2.如方案1所述的双离合器变速器控制模块，其中所述位置控制模块包括比例积分微分(PID)控制器。
方案3.如方案1所述的双离合器变速器控制模块，其中所述第一换档状态为开始换档状态。
方案4.如方案1所述的双离合器变速器控制模块，其中所述位置控制模块在所述第二换档状态之后的第三换档状态期间致动所述双离合器变速器的所述拨叉。
方案5.如方案4所述的双离合器变速器控制模块，其中所述第三换档状态为已同步换档状态。
方案6.如方案4所述的双离合器变速器控制模块，其中所述位置控制模块在所述第三换档状态之后的第四换档状态期间致动所述双离合器变速器的所述拨叉。
方案7.如方案5所述的双离合器变速器控制模块，其中所述第四状态为分离换档状态。
方案8.如方案1所述的双离合器变速器控制模块，其中在所述第二换档状态期间，所述力控制模块增大与所述拨叉相关的控制力，直到所述控制力达到所需力阈值为止。
方案9.如方案8所述的双离合器变速器控制模块，其中所述力控制模块将所述控制力保持在所述所需力阈值，直到所述同步器打滑达到预定阈值为止。
方案10.如方案9所述的双离合器变速器控制模块，其中所述力控制模块在所述同步器打滑达到所述预定阈值之后减小所述控制力。
方案11.如方案1所述的双离合器变速器控制模块，其中所述第二换档状态为同步中换档状态。
附图说明
从其详细描述和附图可更加全面地理解本公开，其中：
图1为根据本公开的示例性双离合器变速器(DCT)及相应DCT控制系统的功能框图；
图2为图1中DCT的示意图；
图3为根据本公开的DCT油流控制系统的功能框图；
图4示出了根据本公开的DCT活塞和拨叉；
图5为根据本公开的DCT控制模块的功能框图；
图6为根据本公开的力控制期间控制力相对于时间的曲线图；以及
图7示出了根据本公开的DCT拨叉位置与同步控制方法的步骤。
具体实施方式
实质上，下面的描述仅仅是示意性的，而绝不是限制本发明及其应用或使用。为清楚起见，附图中使用相同的附图标记来表示相似的元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中至少之一”应当认为是意味着使用非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应当理解，在不改变本公开原理的情况下，可以不同的顺序执行方法中的步骤。
如本文中所使用的，术语“模块”指的是特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或硬件程序的处理器(共享、专用或群组的)和存储器、组合逻辑电路或提供所述功能的其它合适部件。
图1中，示出了示例性双离合器变速器(DCT)传动系(换档次序)系统10和相应的DCT控制系统11。DCT传动系统10包括内燃机(ICE)12和DCT 13(图2中示出了DCT的例子)。ICE 12燃烧空气/燃料混合物以基于驾驶员输入模块14的信息(例如，驾驶员输入信号DI)和下述其它信息产生用于车辆的驱动扭矩。尽管这里描述的是火花点燃式发动机，但是本公开可适应于其它的扭矩发生器，例如汽油式发动机、气体燃料式发动机、柴油式发动机、丙烷式发动机和混合式发动机。DCT控制系统11选择变速器档位，并基于发动机的扭矩输出、驾驶员输入信号DI和下述其它信息执行档位次序。
DCT 13可为干式或湿式DCT。湿式DCT指的是包括湿式离合器和并将部件浸在润滑流体中以降低摩擦和热量的DCT。干式DCT不包括流体浸泡，但是比湿式DCT降低了阻力或旋转损失，并提高了燃料经济性。湿式DCT常常用于比干湿DCT扭矩高的应用。DCT 13可直接连接至ICE 12，或可通过变矩器和/或双质量飞轮15连接至ICE 12，如图所示。双质量飞轮可用于：减小因发动机点火脉冲引起的扭转振动；消除过多的变速器齿轮咔嗒声；降低档位变化/换档消耗；和提高燃料经济性。
图2中，DCT 13’显示为具有多个可选择的传动比。在所示实例中，DCT 13’具有7个前进档和1个倒档。DCT 13’包括输入轴16和输出轴17。输入轴16从例如ICE 12和/或双质量飞轮15接收扭矩。输出轴17连接至主减速器单元18。
DCT 13’还包括具有第一互连轴22和第二互连轴24的中间轴传动布置20，第二互连轴24为与第一互连轴22同心的套轴。中间轴传动布置20还包括第一中间轴(传动轴)26和第二中间轴28。中间轴26、28可与输入轴16、输出轴17和互连轴22、24间隔开并与其平行。
输出轴17、互连轴22、24和中间轴26、28由包括第一壳体构件27、第二壳体构件29和第三壳体构件31的支撑构件支撑。壳体构件27、29、31通过轴承33安装，以可旋转地支撑输出轴17、第一和第二互连轴22、24及中间轴26、28。
双离合器30连接在输入轴16与第一和第二互连轴22、24之间。双离合器30包括连接成随输入轴16一起旋转的离合器壳体32。另外，双离合器30具有第一和第二离合器元件或毂34和36。离合器元件34和36及壳体32提供双摩擦离合器组件。离合器元件34、36及离合器壳体32具有安装在其上从而互相作用以提供两个摩擦离合器的摩擦盘35。
离合器元件34连接成随第一互连轴22一起旋转。离合器元件36连接成随第二互连轴24一起旋转。因此，离合器元件34与离合器壳体32的选择性接合连接输入轴12以随第一互连轴22一起旋转。离合器元件36与离合器壳体32的选择性接合连接输入轴12以随第二互连轴24一起旋转。
中间轴传动布置20还包括共平面且互相啮合的齿轮组40、50、60、70和80。齿轮组40包括齿轮42、齿轮44和齿轮46。齿轮42连接成随第二互连轴24一起旋转，并与齿轮44和46啮合。齿轮44可选择性地连接以随第一中间轴26一起旋转。齿轮46可选择性地连接以随第二中间轴28一起旋转。
共平面齿轮组50包括齿轮52、54和齿轮56。齿轮52连接成随第二互连轴24一起旋转，并与齿轮54和56啮合。齿轮54可选择性地连接以随第一中间轴26一起旋转。齿轮56可选择性地连接以随第二中间轴28一起旋转。
共平面齿轮组60包括齿轮62、64和齿轮66。齿轮62连接成随第一互连轴22一起旋转，并与齿轮66啮合。齿轮66可选择性地连接以随第二中间轴28一起旋转。齿轮64可选择性地连接以随第一中间轴26一起旋转，并与齿轮66啮合。
共平面齿轮组70包括齿轮72、74和齿轮76。齿轮72连接成随第一互连轴22一起旋转，并与齿轮74和76啮合。齿轮74可选择性地连接以随第一中间轴26一起旋转。齿轮76可选择性地连接以随第二中间轴28一起旋转。共平面齿轮组80包括齿轮82、84和齿轮86。齿轮82连接成随第一中间轴26一起旋转，并与齿轮86啮合。齿轮86连接成随输出轴17一起旋转。齿轮84可选择性地连接以随第二中间轴28一起旋转，并与齿轮86啮合。
DCT 13’还包括同步器110、112、114和116。每个同步器110、112、114和116都可包括拨叉(未示出)，拨叉通过致动器或活塞(未示出)双向移进至少两个接合位置和空档或分离位置。
例如，同步器110可与齿轮44或齿轮54有选择地接合。一旦接合，同步器110就将齿轮44或齿轮54连接至第一中间轴26以随其一起旋转。同步器112可与齿轮46或齿轮56有选择地接合。一旦接合，同步器112就将齿轮46或齿轮56连接至第二中间轴28以随其一起旋转。同步器114可与齿轮64或齿轮74有选择地接合。一旦接合，同步器114就将齿轮64或齿轮74连接至第一中间轴26以随其一起旋转。同步器116可与齿轮66或齿轮76有选择地接合。一旦接合，同步器116就将齿轮66或齿轮76连接至第二中间轴28以随其一起旋转。
DCT 13’能够基于选择的传动比将扭矩从输入轴16传递至输出轴17。每个前进扭矩比和倒车扭矩比通过同步器110、112、114和116中一个或多个以及双离合器30中离合器35的接合来获得。
例如，为建立第一前进扭矩比(即，第一挡)，双离合器30的离合器元件36接合，并且同步器110接合以将齿轮54连接至第一中间轴26。通过该接合，双离合器元件30的离合器元件36通过离合器壳体32将扭矩从输入轴16传递至第二互连轴24。另外，扭矩通过齿轮52从第二互连轴24传递至齿轮54。通过同步器110的接合，齿轮54传递扭矩至第一中间轴26。第一中间轴26传递扭矩至齿轮82。齿轮82传递扭矩至齿轮86，进而传递扭矩至输出轴17。输出轴17传递扭矩至主减速器单元18。通过相应齿轮和轴的接合可选择其它传动比。
再参考图1，DCT传动系系统10包括DCT控制系统11，并可包括发动机控制系统120。DCT控制系统11包括DCT 13和DCT控制模块121。发动机控制系统120包括发动机12、排气系统122和发动机控制模块(ECM)124。DCT控制模块121和ECM 124可通过串行和/或并行连接和/或通过车载局域互联网(CAN)126而彼此通信。
操作中，空气通过节气门136吸入发动机12的进气歧管130。ECM124基于例如驾驶员输入模块14的信息指令节气门致动器模块138调节节气门136的开度，以控制吸入进气歧管130的空气量。驾驶员输入模块14可为加速踏板或从其接收信号。空气通过进气门142从进气歧管130吸入发动机12的汽缸。尽管发动机12可包括多个汽缸，但为图示目的，仅示出了一个示意性汽缸30。
ECM 124控制喷射入进气歧管130和/或汽缸30的燃料量。喷射的燃料与空气混合，在汽缸30中产生空气/燃料混合物。汽缸30中的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。基于ECM 124的信号，点火系统的火花致动器模块144激励汽缸30中的火花塞146，点燃空气/燃料混合物。
空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，从而驱动旋转的曲轴(未示出)。然后活塞开始再次向上移动，将燃烧的副产物通过排气门148排出。燃烧副产物通过排气系统14从车辆排出。
排气系统14可包括催化转化器150、转化器之前的(主)O2传感器152、和转化器之后的(第二)O2传感器154。传感器152、154与ECM 124通信。催化转化器150用于控制排放输出。进排气门142、148由汽缸致动器模块164通过各自的凸轮轴160、162和凸轮相位器166、168来控制。凸轮相位器166、168通过相位器致动器模块169来控制。
发动机控制系统120可包括向进气歧管130提供加压空气的增压装置。例如，图1示出了涡轮增压器170。涡轮增压器170向进气歧管130提供压缩空气充量。废气门172可允许废气绕过涡轮增压器170，从而降低涡轮增压器的输出(或增压)。ECM120通过增压致动器模块174控制涡轮增压器170。增压致动器模块174可通过控制废气门172的位置调节涡轮增压器170的增压。替代的发动机系统可包括向进气歧管130提供压缩空气并由曲轴驱动的增压器。发动机控制系统120还可包括将废气有选择地导回进气歧管130的废气再循环(EGR)阀180。
DCT控制系统11和/或发动机控制系统120可使用RPM传感器190以转数/每分(RPM)测量曲轴的速度(发动机速度)。发动机12的温度可使用发动机冷却剂或油温(ECT)传感器192来测量。ECT传感器192可位于发动机12内，或在循环冷却剂和/或油的其它位置，例如散热器(未示出)。
进气歧管130内的压力可使用歧管绝对压力(MAP)传感器194来测量。在各中执行方案中，可测量发动机真空度，其中发动机真空度为大气压力与进气歧管130内压力之间的差。流入进气歧管130的空气量可使用空气质量流量(MAF)传感器196来测量。ECM 124主要根据MA F传感196确定汽缸新鲜空气充量，并使用开环、闭环和瞬时燃料供给算法计算期望燃料量。燃料喷射器特性功能将期望燃料量按时传递给喷射器，这由ECM 124的燃料喷射器输出执行。
节气门致动器模块138可使用一个或多个节气门位置传感器(TPS)198监测节气门136的位置。吸入发动机控制系统的空气的大气温度可使用进气空气温度(IAT)传感器200来测量。ECM 124可使用这里所公开的传感器的信号来进行发动机控制系统的控制决定。
ECM 124可与DCT控制模块121通信以协调DCT 13中的换档。例如，ECM 124可降低换档期间的扭矩。ECM 124可与混合动力控制模块202通信以协调发动机12与电动机204的操作。在一个实施例中，混合动力控制模块202和电动机204不包括在DCT传动系系统10中。在各种执行方案中，DCT控制模块121、ECM 124和混合动力控制模块124可集成为一个或多个模块。
现在参考图3，DCT油流控制系统300与对应于同步器110、112、114、116(如图2中所示)的拨叉302-1、302-2、302-3和302-4(统称为拨叉302)及第一第二离合器元件(例如第一和第二离合器元件34、36)连通。
电泵310与离合器控制螺线管312及换档轨控制螺线管和阀314流体连通。DCT控制模块121控制离合器控制螺线管312和换档轨控制螺线管和阀314的操作。泵310供应流体压力以通过离合器控制螺线管312致动第一和第二离合器元件34、36。相反，泵310供应流体压力以通过换档轨控制螺线和阀314致动活塞320-1、320-2、320-3、和320-4(统称为活塞320)。活塞320致动拨叉302中的相应拨叉。
DCT油流控制系统300包括蓄能器330。例如，蓄能器330可为充氮蓄能器。蓄能器330包括含有加压气体(例如氮气)的第一腔332和含有液压流体(例如传动油)并与液压(例如油)管路流体连通的第二腔334。蓄能器330包括浮动活塞338。蓄能器330在由第一腔332中气体作用在浮动活塞338的压力下将油存储在第二腔334中。
现在参考图4，更加详细地示出了活塞320和拨叉302的操作。为示例性目的，仅示出了活塞320-1和拨叉302-1，但是本领域的技术人员可清楚，活塞320-2、320-3、320-4和相应的拨叉302-2、302-3、302-4以类似的方式操作。
活塞320-1与液压管路360和362流体连通。液压管路360和362中的液压流体(即，油)施加压力在活塞320-1上，以沿着第一方向364或第二方向366横向地致动拨叉302-1。例如，为沿第一方向364致动拨叉302-1，液压压力通过液压管路360被施加至活塞320-1的第一侧370。相反，为沿第二方向366致动拨叉302-1，液压压力通过液压管路362被施加至活塞320-1的第二侧372。DCT控制模块121有选择地激活换档轨控制螺线管和阀314中的若干个，以向活塞320-1的第一和第二侧370、372施加期望压力。
现在参考图5，更加详细地示出了DCT控制模块121。DCT控制模块121控制活塞320和拨叉302以控制同步器110、112、114、116的接合和分离。同步器110、112、114、116的接合包括开始、同步中和已同步换档状态。DCT控制模块121在分离期间和在开始及已同步换档状态期间使用位置控制控制活塞320。在位置控制期间，DCT控制模块121控制活塞320之一的每一侧上的力，以将拨叉302中相应的一个移动到目标位置。相反，DCT控制模块121在同步中换档状态期间使用力控制控制活塞320。在力控制期间，DCT控制模块121控制活塞320之一的每一侧上的力，以将轴的速度与相应的齿轮同步。于2010年4月15日提交的具有卷号P011818和P011819的未审美国临时申请中公开了示例性的位置和力控制方法，其内容通过参考包含于本文。
例如，DCT控制模块121可包括位置控制模块400。位置控制模块400接收目标拨叉位置402和测量的拨叉位置404，并从而控制拨叉302之一的位置。DCT控制模块121从拨叉位置传感器420接收测量的拨叉位置404。例如，位置控制模块400可包括比例积分微分(PID)控制器410。PID控制器410接收基于目标拨叉位置402和测量拨叉位置404的误差信号412，并基于误差信号412产生输出力414。DCT控制模块121使用输出力414控制拨叉位置，以获得目标拨叉位置402。位置控制模块400可对每个换档状态和档位使用不同的PID标准。
在初始换档状态期间，DCT控制模块121使用位置控制模块400控制拨叉302中的一个或多个(例如，拨叉320-1)的位置。例如，当相应的同步器和齿轮处于分离时，活塞320-1处于第一位置(例如，中间或空档位置)。当相应的同步器和齿轮要被接合时(例如，响应于换档指令)，DCT控制模块121使用位置控制将拨叉302-1移至第二位置。例如，当拨叉302-1处于第二位置时，同步器处于同步中位置。当拨叉302-1处于第二位置时，开始换档状态结束。
当开始换档状态结束时，DCT控制模块121在同步换档状态期间使用力控制。例如，DCT控制模块121包括力控制模块430。如图6中所示，力控制模块430增大活塞320-1的第一侧370上的控制力432，直到控制力432达到所需力阈值434为止。例如，力控制模块430以标定速率提高控制力432。力控制模块430可在活塞320-1的第二侧372(即，控制力432的相反侧)上保持标定载荷力。力控制模块430将控制力432维持在所需力阈值434，直到同步器打滑在时刻436达到预定阈值为止。例如，当同步器打滑达到预定阈值时，对应于拨叉302-1的齿轮与相应的变速器轴同步。在时刻436，力控制模块430降低控制力432，以结束同步换档状态。在同步换档状态期间，拨叉302-1不移动。
再参考图5，在同步换档状态期间，力控制模块430基于同步器打滑、旋转惯量和同步器能力产生控制力信号440。例如，力控制模块430可从输入轴速度传感器444接收输入轴速度442，从输出轴速度传感器448接收输出轴速度446。力控制模块430基于输入轴速度442、输出轴速度446和已知传动比计算同步器打滑。
当同步器换档状态结束时(即，同步器打滑达到预定阈值，并且控制力432降低)，DCT控制模块121返回到已同步状态中的位置控制。在已同步状态中，DCT控制模块121将拨叉302-1移至第三位置。例如，在第三位置中，拨叉302-1处于完全接合位置。位置控制模块400使用PID控制将拨叉302-1移至第三位置。
当DCT控制模块121接收要求分离的换档指令时，DCT控制模块121以分离状态继续位置控制。在分离状态中，DCT控制模块121将拨叉302-1移回中间或空档位置(例如，第一位置)。作为另一选择，如果活塞320-1为三面积活塞，那么DCT控制模块121可向活塞320-1的两侧施加高压力以置中活塞320-1。
现在参考图7，拨叉位置和同步控制方法500开始于步骤502。在步骤504中，方法500接收要求接合处于分离状态的齿轮的换档指令。在步骤506中，方法500在开始换档状态使用位置控制以置中对应于分离状态齿轮的活塞。在步骤508中，方法500在同步中换档状态使用力控制以施加控制力，直到达到预定阈值(即，目标同步器打滑)。在步骤510中，方法500在已同步换档状态返回位置控制，以将拨叉移至完全接合位置。在步骤512中，方法500确定换档指令是否要求齿轮的分离。如果是，那么方法500继续至步骤514。如果否，那么方法500继续保持拨叉在步骤510中的完全接合位置。在步骤514中，方法500使用位置控制以置中活塞并分离齿轮。方法500结束于步骤516。
本发明广泛的教导可以多种形式执行。因此，尽管根据其特定实施例描述了本发明，但是由于通过对附图、说明书和所附权利要求的研究，其它修改对于技术人员也是显而易见的，所以本发明的实际范围不应当这样限制。
Claims (10)
1.一种双离合器变速器(DCT)控制模块，包括：
位置控制模块，其在第一换档状态期间基于测量拨叉位置和目标拨叉位置致动所述双离合器变速器的拨叉；
力控制模块，其在第二换档状态期间基于同步器打滑调节与所述拨叉相关的控制力。
2.如权利要求1所述的双离合器变速器控制模块，其中所述位置控制模块包括比例积分微分(PID)控制器。
3.如权利要求1所述的双离合器变速器控制模块，其中所述第一换档状态为开始换档状态。
4.如权利要求1所述的双离合器变速器控制模块，其中所述位置控制模块在所述第二换档状态之后的第三换档状态期间致动所述双离合器变速器的所述拨叉。
5.如权利要求4所述的双离合器变速器控制模块，其中所述第三换档状态为已同步换档状态。
6.如权利要求4所述的双离合器变速器控制模块，其中所述位置控制模块在所述第三换档状态之后的第四换档状态期间致动所述双离合器变速器的所述拨叉。
7.如权利要求5所述的双离合器变速器控制模块，其中所述第四状态为分离换档状态。
8.如权利要求1所述的双离合器变速器控制模块，其中在所述第二换档状态期间，所述力控制模块增大与所述拨叉相关的控制力，直到所述控制力达到所需力阈值为止。
9.如权利要求8所述的双离合器变速器控制模块，其中所述力控制模块将所述控制力保持在所述所需力阈值，直到所述同步器打滑达到预定阈值为止。
10.如权利要求9所述的双离合器变速器控制模块，其中所述力控制模块在所述同步器打滑达到所述预定阈值之后减小所述控制力。
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