CN103201539B - 自动动力换档变速箱中的双重过渡换档控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制具有多个齿轮传动部分的自动变速箱内双重过渡换档的系统和方法。在双重过渡换档期间，系统同时进行初级齿轮部分内的初级接合离合器和次级齿轮部分的次级分离离合器的闭合回路控制。在次级齿轮部分的输入轴完全调低或次级分离离合器变得过热之前，系统将输入轴的闭合回路控制切换到次级齿轮部分的次级接合离合器。系统使用了基于模型的计算以当离合器进入闭合回路控制时确定初始离合器压力设定。

Description

自动动力换档变速箱中的双重过渡换档控制

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年11月12日提交的美国临时专利申请61/412961的优先权，该申请在此通过引用结合到本申请中。

背景技术

本发明一般性地涉及汽车变速箱控制系统，更具体地涉及用于控制使用了多个齿轮传动部分的变速箱中的双重过渡换档的系统和方法。

机动车要求在车辆发动机或马达和输出驱动元件之间设置有变速箱，以便在变化的驾驶条件下优化效率并提供所需要的扭矩和加速特征，同时将发动机或马达保持在运转速度中。典型的变速箱包括多个单独的齿轮元件，它们可使用相应的单个离合器组来选择性地接合。被促动的离合器组合决定了变速箱的输入轴和输出轴之间的整体速度比。在简单的变速箱中，从当前的速度比到新的速度比的换档包括脱开第一离合器（称为分离离合器）以及接合第二离合器（称为接合离合器）。但是，在一些特定的应用中，变速箱可包含多个其间带有中间轴的齿轮传动部分，以便优化制造成本、尺寸或其他操作参数。

多个齿轮传动部分的使用可导致至少一种情况，其中变速箱中的多个离合器会同时接合或脱开，以实现在变速箱的整体速度比中的所需变化。例如，在十速变速箱中（其包括五速变速包，之后为两速分离器单元），从第五齿轮到第六齿轮的换档包括以下四个离合器的协作：变速包中的分离离合器和接合离合器，以及分离器单元中的分离离合器和接合离合器。通常称为双重过渡换档的换档较难以控制，这是由于变速包和分离器单元中的同时换档之间的复杂的相互作用。此外，双重过渡换档通常要求一个变速箱部分（例如变速包）从其最高的传动比换档到最低的传动比，这可导致在离合器元件中积累过量的热。处理该问题的一个已知的方法是简单地加快换档的速率，因此降低了离合器中用于热量累积的时间。

但是，许多变速箱控制系统使用了“动力换档”，其中，在变速箱换档的期间所输送的输出扭矩的降低非常小（如果有的话），并且换档会在较短的时间内完成。这提高了变速箱的效率和响应性，而且也使得多个离合器和其他变速箱元件的控制更加困难，特别是在双重过渡换档情况中。因此，需要能够在双重过渡换档的期间改善换档品质并降低变速箱元件上的应力的系统和方法。

发明内容

根据本公开的一个方面，提出了一种变速箱控制系统，其使用了至少三个速度传感器以在双重过渡动力换档的期间优化单个离合器的控制，同时仍能达到所要求的加速曲线。速度传感器可位于变速箱输入轴上、变速箱的齿轮部分之间的中间轴上，以及变速箱的输出轴上。变速箱控制系统还可针对双重过渡换档中所涉及的两个换档使用同步闭合回路控制。

根据本发明的另一方面，变速箱控制系统使用了中间轴速度的闭合回路控制，这通过在变速箱的次级部分内的次级分离离合器变得过热之前向变速箱的初级部分内的初级接合离合器上施加适当量的压力以保证该初级接合离合器完全锁定（不再滑动）来实现。一旦将初级接合离合器锁定，系统会将输入轴速度的闭合回路控制从变速箱的次级部分内的次级分离离合器切换到次级接合离合器。除了实时的闭合回路控制，系统可使用基于模型的计算，以确定在次级分离离合器达到其热极限之前实现中间轴的锁定所需的初始离合器压力或扭矩。这允许变速箱的离合器元件制造为较低的热标准和性能标准，同时允许在双重过渡情况期间换档的优化。

根据本发明的另一方面，提出了一种用于控制汽车传动系统的自动变速箱中的双重过渡升档的方法。使用自动变速箱的初级齿轮部分中的初级接合离合器来进行中间轴速度的闭合回路控制，以实现中间轴的调低。初级齿轮部分与输出轴和中间轴相连接。中间轴连接在自动变速箱的初级齿轮部分和次级齿轮部分之间。当中间轴被调低时，使用次级齿轮部分内的次级分离离合器进行输入轴速度的闭合回路控制，以实现输入轴的部分调低。输入轴连接在次级齿轮部分和车辆的动力产生单元之间。使用次级齿轮部分内的次级接合离合器来释放次级分离离合器并进行输入轴速度的闭合回路控制，以完成输入轴的调低。在次级分离离合器达到热容量阈值之前，可将次级分离离合器排放。中间轴的调低优选地在次级分离离合器的排放之前完成。用于离合器的初始闭合回路控制的设定点可基于代表了变速箱内的预计惯量的模型。

根据本发明的另一方面，提出了一种用于控制汽车传动系统的自动变速箱中的双重过渡降档的方法。使用自动变速箱的初级齿轮部分中的初级接合离合器来进行中间轴速度的闭合回路控制，以实现中间轴的调高。初级齿轮部分与输出轴和中间轴相连接。中间轴连接在自动变速箱的初级齿轮部分和次级齿轮部分之间。当中间轴被调高时，使用次级齿轮部分内的次级分离离合器进行输入轴速度的闭合回路控制，以实现输入轴的部分调高。输入轴连接在次级齿轮部分和车辆的动力产生单元之间。使用次级齿轮部分内的次级接合离合器来释放次级分离离合器并进行输入轴速度的闭合回路控制，以完成输入轴的调高。在次级分离的离合器达到热容量阈值之前，可将次级分离的离合器排放。中间轴的调高优选地在次级分离离合器的排放之前完成。用于离合器的初始闭合回路控制的设定点可基于代表了变速箱内的预计惯量的模型。

根据本发明的另一方面，提出了一种用于控制汽车传动系统的自动变速箱中的双重过渡升档的系统，包括自动变速箱的初级齿轮部分（该初级齿轮部分与输出轴相连）、自动变速箱的次级齿轮部分，和连接在初级齿轮部分和次级齿轮部分之间的中间轴。输入轴连接在次级齿轮部分和车辆的动力产生单元之间。扭矩转换器可连接在输入轴和动力产生单元之间。基于处理器的控制器与初级齿轮部分和次级齿轮部分操作性联通。控制器构造为在双重过渡升档的期间使用初级齿轮部分中的初级接合离合器来进行中间轴速度的闭合回路控制，以实现中间轴的调低。控制器还构造为使用次级齿轮部分中的次级分离离合器来进行输入轴速度的闭合回路控制，以便在中间轴被调低的同时实现输入轴的部分调低。控制器还构造为使用次级齿轮部分中的次级接合离合器来释放次级分离离合器，并且进行输入轴速度的闭合回路控制，以完成输入轴的调低。控制器还可构造为在次级分离离合器达到热容量阈值之前使次级分离的离合器排放。控制器还可构造为在次级分离离合器排放之前基本上完成中间轴的调低。控制器还可构造为基于代表变速箱内的多个预计惯量的模型来决定用于闭合回路控制的至少一个初始离合器设定点。

根据本发明的另一方面，提出了一种用于控制汽车传动系统的自动变速箱中的双重过渡降档的系统，包括自动变速箱的初级齿轮部分（该初级齿轮部分与输出轴相连）、自动变速箱的次级齿轮部分，和连接在初级齿轮部分和次级齿轮部分之间的中间轴。输入轴连接在次级齿轮部分和车辆的动力产生单元之间。扭矩转换器可连接在输入轴和动力产生单元之间。基于处理器的控制器与初级齿轮部分和次级齿轮部分操作性联通。控制器构造为在双重过渡升档的期间使用初级齿轮部分中的初级接合离合器来进行中间轴速度的闭合回路控制，以实现中间轴的完全调高。控制器还构造为使用次级齿轮部分中的次级分离离合器来进行输入轴速度的闭合回路控制，以便在中间轴被调高的同时实现输入轴的部分调高。控制器还构造为使用次级齿轮部分中的次级接合离合器来释放次级分离的离合器并进行输入轴速度的闭合回路控制，以完成输入轴的调高。控制器还可构造为在次级脱开离合器达到热容量阈值之前使次级分离离合器排气。控制器还可构造为在次级分离离合器的排气完成之前基本上完成中间轴调低。控制器还可构造为基于代表变速箱内的多个预计惯量的模型来决定用于闭合回路控制的至少一个初始离合器设定点。

上述概念可延伸到具有三个或更多个齿轮部分的变速箱。例如，具有三个齿轮部分的变速箱可要求三重过渡换档，其中所有的三个齿轮部分同步地换档。在这种情况中，可添加额外的速度传感器以监测连接于变速箱齿轮部分的额外的轴（多个轴）。此外，初级、次级、第三级离合器的闭合回路控制可以串联方式从分离离合器切换到接合离合器，以避免分离离合器的过热。

通过这里提供的详细描述和附图，可以清楚本发明其他的形式、目的、特征、方面、好处、优点和实施方案。

附图说明

图1显示了根据本发明的一个实施方案的变速箱和相关的变速箱控制系统的示意图。

图2是列出了在示例性的多单元变速箱中对于每个可获得的前进速度比的被促动的离合器的表。

图3是显示了根据本发明的一个实施方案的在双重过渡升档期间在图1所示变速箱的后部行星齿轮组中的初级接合离合器和初级分离离合器中的压力水平指令的时间图。

图4是显示了根据本发明的一个实施方案的在双重过渡升档期间在图1所示变速箱的副轴齿轮组中的次级接合离合器和次级分离离合器中的压力水平指令的时间图。

图5是显示了根据本发明的一个实施方案的在双重过渡升档期间在图1所示变速箱的后部行星齿轮组中的初级接合离合器和初级分离离合器中的所得的压力水平的时间图。

图6是显示了根据本发明的一个实施方案的在双重过渡升档期间在图1所示变速箱的副轴齿轮组中的次级接合离合器和次级分离离合器中的所得的压力水平的时间图。

图7是显示了基于图3和4所示的控制器离合器压力指令的输入轴速度、中间轴速度和输出轴速度的相对于时间的所得变化的图。

图8是显示了根据本发明的一个实施方案的在双重过渡降档期间在图1所示变速箱的后部行星齿轮组中的初级接合离合器和初级分离离合器中的压力水平指令的时间图。

图9是显示了根据本发明的一个实施方案的在双重过渡降档期间在图1所示变速箱的副轴齿轮组中的次级接合离合器和次级分离离合器中的压力水平指令的时间图。

图10是显示了根据本发明的一个实施方案的在双重过渡降档期间在图1所示变速箱的后部行星齿轮组中的初级接合离合器和初级分离离合器中的所得的压力水平的时间图。

图11是显示了根据本发明的一个实施方案的在双重过渡降档期间在图1所示变速箱的副轴齿轮组中的次级接合离合器和次级分离离合器中的所得的压力水平的时间图。

图12是显示了基于图8和9所示的控制器离合器压力指令的输入轴速度、中间轴速度和输出轴速度的相对于时间的所得变化的图。

具体实施方式

出于更好地理解本发明原理的目的，现在将参照在附图中说明的实施方案，并且使用详细的语言来对其进行描述。然而需要理解的是，本发明的范围并不因此而受到限制。如同与本发明相关的领域的技术人员所通常想到的那样，可以构思出对在此描述的实施方案的任何修改和进一步的改进，以及对此处所描述的本发明原理的进一步应用。这里非常详细地显示了本发明的一个实施方案，然而对于本领域的技术人员来说很明显，为了简要起见，一些与本发明无关的特征也许不会显示出来。

图1显示了可使用本公开的方法来控制的汽车传动系统100的示意图。这里所描述的控制方法能用于任何类型的要求多重过渡换档的汽车传动系统。应当理解地是，图1中所示的变速箱齿轮和控制元件仅是可控的多单元变速箱系统的一个例子，并且本发明的原理也可用于其它类型的复合变速箱单元的控制。图1中说明的系统100适合于用于商用卡车以及其它类型的车辆，但是可以设想，系统100的多个方面可结合到其他环境中。例如，所描述的方法可用于控制与汽油发动机、电动机、混合动力源或任何动力装置相连的变速箱，这些动力装置能够通过变速箱为车辆、泵或发电机提供动力。

如所示，系统100可包括变速箱102、动力产生单元（例如发动机114）、扭矩转换器112、车辆驱动元件118、变速箱控制单元120和发动机控制单元121。

变速箱102包括副轴齿轮组104和行星齿轮组106。所说明的变速箱102的物理结构与2010年2月4日公开的Rodgers的美国专利申请公开2010/0029431中描述的物理结构相似，这里其以引用方式全文结合入本申请中。因此，为了简要起见，简化了图1中所示的齿轮和控制元件，应理解地是，关于所说明的变速箱结构的其他细节可在前文所述的公开中找到。

输入轴110与涡轮机的输出相连并且由所述涡轮机驱动，所述涡轮机这里显示为扭矩转换器112。扭矩转换器在发动机114和变速箱102之间提供了流控式连接。在特定条件下，扭矩转换器也可以锁定模式操作，在其中转换器的输入部分和输出部分变为物理式地锁定，以降低泵送损失并提高效率。副轴齿轮组104通过中间轴108输出扭矩到行星齿轮组106。行星齿轮组106通过输出轴116输出扭矩到车辆驱动元件118（例如车轮）。

在副轴齿轮组104中，驱动齿轮130、132、134、136与输入轴110相连并且与其共同转动。副轴齿轮组104也包括大体平行于输入轴110的第一副轴138和第二副轴140。变速齿轮142和144围绕第一副轴138转动并且与其同轴，并且还各自与驱动齿轮132和134相互啮合。齿轮150和152各自与第一副轴138和第二副轴140共同转动，并且还与齿轮154相互啮合。齿轮154与中间轴108共同转动，所述中间轴108与输入轴110同轴并且围绕其转动。驱动齿轮130也与反向惰轮131相互啮合，所述反向惰轮131又与变速齿轮133相互啮合。变速齿轮133与第一副轴138同轴并且围绕其转动。提供了同步器135以在前进和倒档速度变速之间提供选择。当同步器135移向“F”位置时，其与变速齿轮142接合以提供前进速度比。当同步器135移向“R”位置时，其与变速齿轮133（其又与反向惰轮131接合）接合以提供倒档速度比。

行星齿轮组106包括中心齿轮155、环形齿轮156、多个行星齿轮158和为了共同转动与输出轴116连接的托架160。此外，如所示，轮毂162和164设置在行星齿轮组106的前部，并且各自与输入轴110和中间轴108操作式地相连。

如所示，副轴齿轮组104和行星齿轮组106包含多个单独的摩擦离合器C1-C7，用于选择性地接合副轴齿轮组104和行星齿轮组106内的不同齿轮元件，因此提供了变速箱102的所要求的输入/输出速度比。例如，通过离合器C1完全接合，变速齿轮146与第二副轴140连接，因此将扭矩从输入轴110传递到中间轴108。通过离合器C7额外地接合，扭矩从中间轴108传递到环形齿轮156，并最终通过行星齿轮158和托架齿轮160传递到输出轴116。

尽管所述的实施方案描述了后面为两速分离器（行星齿轮组106）的五速变速包（副轴齿轮组104），但是使用本公开的原理可控制其他类型的变速箱。此外，单独的齿轮组104、106可包含现有技术已知的任何类型的变速箱结构，这包括但不限于副轴齿轮组、行星齿轮组等。

还包括有变速箱控制单元120，其与汽车传动系统中的包括但不限于速度传感器122、124和126的不同的传感器操作性联通。传感器122与变速箱输入轴110相连，传感器124与中间轴108相连，并且传感器126与输出轴126相连。速度传感器122-126检测相应轴的角速度，并且向变速箱控制单元120提供反馈，以帮助控制将在下文描述的单个离合器。变速箱控制单元120也可与液压连接配合或包括液压连接，以使用现有技术中已知的不同方法来促动离合器C1-C7。此外，变速箱控制单元120可接收来自包括发动机控制单元121的其他传感器或传动系统控制部件的额外的信号，例如发动机输出扭矩或发动机速度。

在一个典型的实施方案中，变速箱控制器120和发动机控制单元121均包括具有处理器、存储器和输入/输出连接件的计算机。变速箱控制器120也可包括液压切换部件和促动部件，以引导和控制液压流体流动到不同的离合器和变速箱部件。应当理解地是，根据特定用途的要求，可在变速箱控制单元120和发动机控制单元121中包括额外的元件。

图2显示了用于由变速箱102提供的十个前进速度中的每一个的单个离合器元件的状态。从第一到第五速度比，每个换档要求仅一个分离离合器过渡和一个接合离合器过渡。但是，在第五和第六档位级别之间的换档是双重过渡换档，这涉及到副轴齿轮组104中的分离离合器（C5）和接合离合器（C1），以及行星齿轮组106中的分离离合器（C6）和接合离合器（C7）。这种特定过渡的一个问题是，在单次换档中，副轴齿轮组104的速度比必须从其最低的比例过渡到其最高的比例。如果在换档期间分离离合器（C5）用作将输入轴110的速度调低的主要控制元件，则由大的离合器滑动速度和来自开车换档的输入扭矩而产生的热应力可导致部件的寿命降低，或甚至是严重的故障。如果副轴齿轮组原始设计为用作仅要求升档的单个单元变速箱，则上文描述可为特殊的问题。

图3、4、5、6和7说明了根据本发明的一个实施方案的在双重过渡升档的期间控制单个离合器压力的方法。由于行星齿轮组106与输出轴116直接连接，则离合器C6和C7将各自称为在双重过渡升档的控制中所涉及的初级分离离合器和初级接合离合器。同样地，离合器C1和C5将各自称为用于双重过渡升档的次级接合离合器和次级分离离合器。但是，应当理解地是，其他类型的齿轮元件可替代行星齿轮组106和副轴齿轮组104。

来看图3，在T₁时间，变速箱控制单元120发起了从第五到第六总速比的换档。在填充阶段，变速箱控制单元120首先增加初级接合离合器（C7）的压力，以使初级接合离合器的容量与次级分离离合器（C5）的滑动同步，从而实现同时换档（例如副轴齿轮组104的换档）。在T₁时间处也可降低初级分离离合器（C6）的压力，以便当初级分离的离合器（C6）需要排放时允许平滑的控制和可预测的行为。在大约T₂时间处，指示初级接合离合器（C7）内的压力到开始将中间轴108的速度降低到在惯性阶段期间所要求的速率的水平。也在大约T₂时间处，初级分离离合器（C6）排放，因此将中间轴108的控制让与初级接合离合器（C7）。在这一点，中间轴108的速度主要由在闭合回路控制模式中的初级接合离合器（C7）控制，其中使用了反馈回路中的中间轴速度传感器124。

如图4所示，在T₂时间处，变速箱控制单元120也降低次级分离离合器（C5）的压力，因此允许次级分离离合器（C5）开始滑动并进入闭合回路控制模式。输入轴速度传感器122为输入轴110的速度的控制提供反馈。次级接合离合器（C1）也在此时刻进入填充阶段。从T₂时间到T₃时间，初级接合离合器（C7）和次级分离离合器（C5）两者均在闭合回路控制模式中操作，同时离合器C7控制中间轴108的速度，离合器C5控制输入轴110的速度。

一旦次级分离离合器（C5）的计算滑动速度已经超过热容量阈值（图7中的T₃时间），次级分离离合器（C5）排放。优选地，从T₂时间到T₃时间地来控制初级接合离合器（C7）内的压力，以保证到T₃时间也完成中间轴108的调低，因此阻止了输出轴116上的负输出扭矩。由于没有离合器作用于锁定中间轴108的初级接合离合器（C7），因此初级接合离合器（C7）在T₃时间处锁定。次级接合离合器（C1）则设置为足以保持连续的调低和控制输入轴110的压力水平。当输入轴110的调低完成时，变速箱控制器120在闭合回路控制模式（使用输入轴速度传感器122作为反馈部件）中通过次级接合离合器（C1）来保持控制输入轴110的速度，直到T₄时间为止。在输入轴110的调低完成之前，通过将输入轴110的速度控制从次级分离离合器（C5）过渡到次级接合离合器（C1），阻止了次级分离离合器（C5）过热或经受过度磨损。此外，由于在输入轴110的连续调低期间的低滑动，次级接合离合器C1具有有限的热冲击。图5和6说明了产生自图3和4所示的离合器压力指令顺序的相应的离合器压力的例子。

图8、9、10、11和12说明了根据本发明的另一实施方案的用于在双重过渡闭合节流降档期间控制单个离合器压力的方法。为了双重过渡降档，离合器C7将操作为初级分离离合器，并且离合器C6将操作为初级接合离合器。同样地，离合器C1将操作为次级分离离合器，并且离合器C5将操作为次级接合离合器。

如图8所示，当开始双重过渡降档时，初级接合离合器（C6）在T₁时间处开始填充阶段。在T₂时间处，初级分离离合器（C7）排放，并且初级接合离合器（C6）使用中间轴速度传感器124作为反馈元件来接管中间轴108的速度的控制。如图9所示，在T₂时间处，次级接合离合器（C5）进入填充阶段，并且次级分离离合器（C1）进入与输入轴110相关的闭合回路控制模式，其中使用速度传感器122作为控制回路的反馈。从T₂时间到T₃时间，控制单元120分别使用初级接合离合器（C6）和次级分离离合器（C1）来进行中间轴108的速度和输入轴110的速度的闭合回路控制。一旦中间轴108的速度在T₃时间已经根据相应的加速度曲线的升高或增加到所要求的速度，则次级分离离合器（C1）排放。初级接合离合器（C6）和次级接合离合器（C6）则被完全促动，因此完成从第六档到第五档的双重过渡降档。

在所说明的实施方案中，对于双重过渡降档的持续期间而言，次级分离离合器（C1）用于控制输入轴110的速度，然而应当理解，次级接合离合器（C5）可用于在预定的时间或压力水平下接管输入轴110的速度的控制，以阻止次级分离离合器（C1）的如上文所述与双重过渡升档相关的过热。尽管在大的负输入扭矩会产生过量的离合器热的特定条件、例如发动机制动的条件下使用次级接合离合器（C5）并以这种方式来控制输入轴110的速度是有利的，但是可能存在其他限制这种使用的原因，包括扭矩安全问题。图10和11说明了产生自图8和9所示的离合器压力控制顺序的相应的离合器压力的例子。

为了计算要求为达到所希望的加速度曲线而需要的促动离合器扭矩（当离合器滑动时其与离合器压力功能性相关），基于变速箱102的单个齿轮部件的估计惯性得到了变速箱模型。所计算的值用于确定在每个离合器的闭合回路控制阶段的开始时的初始离合器压力值。下面的等式表示了相应于变速箱102内的单个惯性质量的扭矩关系。对于每个惯性质量，假定作用在该质量上的扭矩的和等于零。

α₁I₁-τ_G1G₁+τ_C3=0(1)

α₂I₂-τ_C3-τ_C1+τ_G7G₇=0(2)

α₃I₃-τ_G4G₄+τ_C1=0(3)

α₄I₄-τ_G8-τ_C4-τ_G7+τ_C7+τ_CcR_s=0(4)

α₅I₅-τ_C7+τ_C6–R_Rτ_Cc=0(5)

α₆I₆-τ_Cc+τ_O=0(6)

α₇I₇+τ_G1+τ_G2+τ_G3+τ_G4+τ_G5-τ_I+τ_C4=0(7)

α₈I₈-τ_G2G₂+τ_C5=0(8)

α₉I₉+τ_G8G₈-τ_C2-τ_C5=0(9)

α₁₀I₁₀-τ_SF-τ_SR+τ_C2=0(10)

α₁₁I₁₁-τ_G3G₃+τ_SF=0(11)

α₁₂I₁₂-τ_G6G₆+τ_SR=0(12)

α₁₃I₁₃-τ_G5G₅+τ_G6=0(13)

这里：

α₁=变速齿轮148的角加速度

α₂=副轴140的角加速度

α₃=变速齿轮146的角加速度

α₄=中间轴108的角加速度

α₅=环形齿轮146角加速度的

α₆=输出轴116的角加速度

α₇=输入轴110的角加速度

α₈=变速齿轮144的角加速度

α₉=副轴138的角加速度

α₁₀=同步器135的角加速度

α₁₁=变速齿轮142的角加速度

α₁₂=倒档齿轮133的角加速度

α₁₃=倒档惰轮131的角加速度

I_n=与α_n相关的元件的惯量，这里n=1到13

τ_C1到τ_C7=离合器C1到C7各自施加的扭矩

G₁=齿轮136和148之间的齿数比

G₂=齿轮134和144之间的齿数比

G₃=齿轮132和142之间的齿数比

G₄=齿轮130和146之间的齿数比

G₅=齿轮130和131之间的齿数比

G₆=齿轮131和133之间的齿数比

G₇=齿轮152和154之间的齿数比

G₈=齿轮150和154之间的齿数比

τ_Gn=施加在与G_n相关的齿轮之间的齿轮扭矩，这里n=1到8

τ_SF=在前进模式中由同步器135施加的扭矩

τ_SR=在倒档模式中由同步器135施加的扭矩

τ_I=施加到输入轴110的输入扭矩

τ_O=施加到输出轴116的输出扭矩

R_S=相应于中心齿轮155的齿数比

R_R=相应于环形齿轮158的齿数比

τ_Cc=由托架150和行星齿轮158施加的扭矩

在上述表述中，每个惯性元件如输入轴110包括所有固定连接的转动元件的惯性。在输入轴110的情况中，这将包括驱动齿轮130、132、134、136和轮毂162。τ_C1-τ_C7代表了离合器C1-C7的扭矩。

此外，基于变速箱102可得到下面的轴角加速度关系。

α₇G₁=α₁(14)

α₄G₇=α₂(15)

α₇G₄=α₃(16)

α₇G₂=α₈(17)

α₄G₈=α₉(18)

α₇G₃=α₁₁(19)

α₁₃G₆=α₁₂(20)

α₇G₅=α₁₃(21)

α₆=R_Sα4+R_Rα₅(22)

基于同步器135的位置，可将额外的等式加入上文的22个系统等式以指定方向。如果同步器135处于前进位置中，下面的等式(23)适用，并且τ_SR将等于零。

α₁₀-α₁₁=0(23)

同样地，如果同步器135处于倒档位置中，下面的等式(24)适用，并且τ_SF将等于零。

α₁₀-α₁₂=0(24)

也可得到，当单个的离合器C1-C7锁定时，下面条件适用。

C1锁定:α₂=α₃(25)

C2锁定:α₉=α₁₀(26)

C3锁定:α₁=α₂(27)

C4锁定:α₄=α₇(28)

C5锁定:α₈=α₉(29)

C6锁定:α₅=0(30)

C7锁定:α₄=α₅(31)

在上述等式中有33个变量：13个加速度(α₁-α₁₃)，9个齿轮扭矩(τ_G1-τ_G8和τ_Cc)，2个同步器扭矩(τ_SF和τ_SR)，7个离合器扭矩(τ_C1-τ_C7)，输入扭矩(τ_I)和输出扭矩(τ_O)。有22个系统等式：13个扭矩平衡等式(等式(1)-(13))和9个速度平衡等式(等式(14)-(22))。用于速度方向（取决于方向而可以是(23)或(24)）的额外等式产生23个总体系统等式。

这些等式导致23个因变量：(α₁-α₁₃、τ_G1-τ_G8、τ_C与τ_SF/τ_SR)和10个自变量(τ_SR/τ_SF、τ_C1-τ_C7、τ_I和τ_O)。每个因变量可作为自变量的函数而被解出，产生一组作为10个自变量的函数的23个所解决的系统等式。使用这些所解出的能计算输出轴、输入轴和副轴的加速度（各自为α₄、α₇和α₉）的系统等式，可解出已促动的离合器的扭矩。未促动的离合器（和前文提及的同步器的扭矩）设置为零扭矩（在换档的惯性阶段期间，五个未促动的离合器和未促动的同步器），并且可估计输出扭矩，仅剩下三个自变量（两个促动的离合器和输入扭矩）来控制三个从属加速度。

例如，在图3-7中说明的双重过渡升档期间，促动的离合器为C7（初级接合离合器）、C5（次级分离离合器）和/或C1（次级接合离合器）。在换档的惯性阶段期间，可假设余下的离合器C2-C4和C6具有所需要的零扭矩。此外，基于换档起始测量，将不受控制的变量τ_O和α₆假设为恒定的。这导致了下面的用于τ_C5、τ_C7和τ_I的等式，其中K_x,y为常数（x=1-3，y=1-3）。

τ_C5=K_1,1*(α_{7所要求的})+K_1,2*(α_{4所要求的})+K_1,3*(α_{6所要求的})(30)

τ_C7=K_2,1*(α_{7所要求的})+K_2,2*(α_{4所要求的})+K_2,3*(α_{6所要求的})(31)

τ_I=K_3,1*(α_{7所要求的})+K_3,2*(α_{4所要求的})+K_3,3*(α_{6所要求的})(32)

基于用于5-6双重过渡升档的所要求的轴加速度曲线，上述等式可用于设定初始促动的离合器扭矩和用于C5、C7和τ_I的相关压力。

在一些不可能控制输入扭矩(τ_I)的情况中，例如对于不执行换档能量管理（SEM）的发动机来说，则输入扭矩可用于替代输出扭矩加速度，以便如下面所示的等式所示地来计算τ_C5和τ_C7，这里带有一组新的常数K'。

τ_C5=K'_1,1*(α_{7所要求的})+K'_1,2*(α_{4所要求的})+K'_1,3*(τ_I)(33)

τ_C7=K'_2,1*(α_{7所要求的})+K'_2,2*(α_{4所要求的})+K'_2,3*(τ_I)(34)

使用现有技术中已知的任何控制方法可实现变速箱102内的促动离合器的闭合回路控制。在一个实施方案中，可使用简单的比例控制，其会计算所要求的轴速度（例如输入轴110、中间轴108或输出轴116）和通过相应的速度传感器（传感器122、124或126）测得的实际轴速度之间的误差，并即时施加增益系数（G_x,y,x=1-3,y=1-3）以确定用于离合器的修正的压力指令。例如，一旦考虑了闭合回路控制值，下面的等式说明了用于τ_C5、τ_C7和τ_I的修正的扭矩值。

τ_C5=K_1,1*(α_{7所要求的})+G_1,1*(α_7误差)+K_1,2*(α_{4所要求的})+G_1,2*(α_4误差)

+K_1,3*(α_{6所要求的})+G_1,3*(α_6误差)(35)

τ_C7=K_2,1*(α_{7所要求的})+G_2,1*(α_7误差)+K_2,2*(α_{4所要求的})+G_2,2*(α_4误差)

+K_2,3*(α_{6所要求的})+G_2,3*(α_6误差)(36)

τ_I=K_3,1*(α_{7所要求的})+G_3,1*(α_7误差)+K_3,2*(α_{4所要求的})+G_3,2*(α_4误差)

+K_3,3*(α_{6所要求的})+G_3,3*(α_6误差)(37)

在另一些实施方案中，可使用比例积分控制以优化控制。所使用的闭合回路控制的类型可基于不同的因素，包括可使用的处理能力和变速箱机械响应因子来选择。

一旦次级分离离合器（C5）已经到达其热容量并且已经排放（在T₃时间处），则不同组的常数K″将用于基于下面等式确定用于促动的离合器的新的初始值，这里C1代替C5来保持输入轴110的速度的控制。

τ_C1=K''_1,1*(α_{7所要求的})+K''_1,2*(α_{4所要求的})+K''_1,3*(α_{6所要求的})(38)

τ_C7=K''_2,1*(α_{7所要求的})+K''_2,2*(α_{4所要求的})+K''_2,3*(α_{6所要求的})(39)

τ_I=K''_3,1*(α_{7所要求的})+K''_3,2*(α_{4所要求的})+K''_3,3*(α_{6所要求的})(40)

再次，一旦使用等式(38)-(40)设定了初始促动的离合器的值，则系统将再次进入闭合回路控制。一旦补偿了闭合回路控制值，则下面的等式(41)-(43)代表用于τ_C1,τ_C7和τ_I的修订的扭矩值。

τ_C1=K''_1,1*(α_{7所要求的})+G_1,1*(α_7误差)+K''_1,2*(α_{4所要求的})+G_1,2*(α_4误差)

+K''_1,3*(α_{6所要求的})+G_1,3*(α_6误差)(41)

τ_C7=K''_2,1*(α_{7所要求的})+G_2,1*(α_7误差)+K''_2,2*(α_{4所要求的})+G_2,2*(α_4误差)

+K''_2,3*(α_{6所要求的})+G_2,3*(α_6误差)(42)

τ_I=K''_3,1*(α_{7所要求的})+G_3,1*(α_7误差)+K''_3,2*(α_{4所要求的})+G_3,2*(α_4误差)

+K''_3,3*(α_{6所要求的})+G_3,3*(α_6误差)(43)

应当理解地是，上述控制方法可用于具有多于两个齿轮部分的变速箱结构。例如，如果变速箱包括三个齿轮部分，则上文描述的控制方法可扩展为优化三重过渡换档。在这种情况中，初级齿轮部分的接合离合器（其与所有输出轴相连）用于控制初级齿轮部分的输入侧上的轴。次级齿轮部分中的分离离合器将用于控制在次级齿轮部分的输入侧上的轴。一旦次级齿轮部分内的分离离合器达到热容量，则次级齿轮部分的接合离合器可接管次级齿轮部分的输入侧上的轴的控制。通过扩展，一旦次级齿轮部分内的接合离合器进入锁定，则第三齿轮部分的输入轴（与所有输入轴相连接）的控制可从第三分离离合器转到第三接合离合器，因此阻止了第三分离离合器的热过载。

尽管在附图和前述说明书中详细说明和描述了本发明，但是这些附图和说明书应理解为在技术特征方面是说明性的并且不是限定的，应当理解地是仅显示和描述了优选的实施方案，并且进入由下文权利要求所限定的本发明的精神的所有变化、等效物和修改都要求保护。这里，在本说明书中引用的所有公开、专利和专利申请通过引用而结合进入，也就是说每个单独的公开、专利和专利申请特别和单独地表明为通过引用而结合进入并且这里进行了整体说明。

Claims (40)

1.一种控制车辆传动系统的自动变速箱内的双重过渡升档的方法，包括：

使用所述自动变速箱的初级齿轮部分内的初级接合离合器来进行中间轴速度的闭合回路控制，以实现中间轴的调低，所述初级齿轮部分与输出轴和所述中间轴相连，所述中间轴连接在所述自动变速箱的初级齿轮部分和次级齿轮部分之间；

当将中间轴调低时，使用所述次级齿轮部分内的次级分离离合器来进行输入轴速度的闭合回路控制，以实现所述输入轴的部分调低，所述输入轴连接在所述次级齿轮部分和车辆的动力产生单元之间；以及

释放所述次级分离离合器并使用所述次级齿轮部分内的次级接合离合器来进行输入轴速度的闭合回路控制，以完成所述输入轴的调低。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述次级分离离合器达到热容量阈值之前，所述次级分离离合器进行排放。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述次级分离离合器进行排放之前大体上完成所述中间轴的调低。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述中间轴速度的控制基于来自中间轴速度传感器的反馈。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述输入轴速度的控制基于来自输入轴速度传感器的反馈。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：

基于代表了所述变速箱内的多个估计惯量的模型来确定用于闭合回路控制的至少一个初始离合器设定点。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在进入闭合回路控制之前，指令所述初级接合离合器到初始初级接合设定点，所述初始初级接合设定点基于所述模型而确定。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在进入闭合回路控制之前，指令所述次级分离离合器到初始次级分离设定点，所述初始次级分离设定点基于所述模型而确定。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在进入闭合回路控制之前，指令所述次级接合离合器到初始次级接合设定点，所述初始次级接合设定点基于所述模型而确定。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将扭矩转换器连接在输入轴和动力产生单元之间。

11.一种控制车辆传动系统的自动变速箱内的双重过渡降档的方法，包括：

使用所述自动变速箱的初级齿轮部分内的初级接合离合器来执行中间轴速度的闭合回路控制，以实现中间轴的调高，所述初级齿轮部分与输出轴和所述中间轴相连，所述中间轴连接在所述自动变速箱的初级齿轮部分和次级齿轮部分之间；

当将中间轴调高时，使用所述次级齿轮部分内的次级分离离合器来进行输入轴速度的闭合回路控制，以实现所述输入轴的部分调高，所述输入轴连接在次级齿轮部分和车辆的动力产生单元之间；以及

释放所述次级分离离合器并使用所述次级齿轮部分内的次级接合离合器来进行输入轴速度的闭合回路控制，以完成所述输入轴的调高。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述次级分离离合器达到热容量阈值之前，所述次级分离离合器进行排放。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，在次级分离离合器进行排放之前大体上完成所述中间轴的调高。

14.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述中间轴速度的控制基于来自中间轴速度传感器的反馈。

15.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述输入轴速度的控制基于来自输入轴速度传感器的反馈。

16.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，还包括：

基于代表了所述变速箱内的多个估计惯量的模型来确定用于闭合回路控制的至少一个初始离合器设定点。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在进入闭合回路控制之前，指令所述初级接合离合器到初始初级接合设定点，所述初始初级接合设定点基于所述模型而确定。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在进入闭合回路控制之前，指令所述次级分离离合器到初始次级分离设定点，所述初始次级分离设定点基于所述模型而确定。

19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在进入闭合回路控制之前，指令所述次级接合离合器到初始次级接合设定点，所述初始次级接合设定点基于所述模型而确定。

20.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，将扭矩转换器连接在输入轴和动力产生单元之间。

21.一种用于控制车辆传动系统的自动变速箱内的双重过渡升档的系统，包括：

自动变速箱的初级齿轮部分，所述初级齿轮部分与输出轴相连；

自动变速箱的次级齿轮部分；

连接在所述初级齿轮部分和次级齿轮部分之间的中间轴；

连接在所述次级齿轮部分和车辆的动力产生单元之间的输入轴；以及

与所述初级齿轮部分和次级齿轮部分操作性联通的基于处理器的控制器；

其中，所述控制器构造为在双重过渡升档期间使用所述初级齿轮部分内的初级接合离合器来进行中间轴速度的闭合回路控制，以实现中间轴的调低；

所述控制器还构造为使用所述次级齿轮部分内的次级分离离合器来进行输入轴速度的闭合回路控制，以便在中间轴被调低时实现输入轴的部分调低；以及

所述控制器还构造为能够释放所述次级分离离合器并使用所述次级齿轮部分内的次级接合离合器来进行输入轴速度的闭合回路控制，以完成输入轴的调低。

22.根据权利要求21所述的系统，其特征在于，所述控制器构造为在所述次级分离离合器达到热容量阈值之前使所述次级分离离合器排放。

23.根据权利要求21或22所述的系统，其特征在于，所述控制器构造为在所述次级分离离合器排放之前大体上完成中间轴的调低。

24.根据权利要求21或22所述的系统，其特征在于，还包括：

与所述中间轴操作性相连并且与所述控制器操作性联通的中间轴速度传感器；

其中，所述中间轴速度的控制基于来自所述中间轴速度传感器的反馈。

25.根据权利要求21或22所述的系统，其特征在于，还包括：

与所述输入轴操作性相连并且与所述控制器操作性联通的输入轴速度传感器；

其中，所述输入轴速度的控制基于来自所述输入轴速度传感器的反馈。

26.根据权利要求21或22所述的系统，其特征在于，所述控制器构造为基于代表所述变速箱内的多个估计惯量的模型来确定用于闭合回路控制的至少一个初始离合器设定点。

27.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述控制器构造为在进入闭合回路控制之前指令所述初级接合离合器到初始初级接合设定点，所述初始初级接合设定点基于所述模型而确定。

28.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述控制器构造为在进入闭合回路控制之前指令所述次级分离离合器到初始次级分离设定点，所述初始次级分离设定点基于所述模型而确定。

29.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述控制器构造为在进入闭合回路控制之前指令所述次级接合离合器到初始次级接合设定点，所述初始次级接合设定点基于所述模型而确定。

30.根据权利要求21或22所述的系统，其特征在于，在输入轴和动力产生单元之间连接了扭矩转换器。

31.一种用于控制车辆传动系统的自动变速箱内的双重过渡降档的系统，包括：

自动变速箱的初级齿轮部分，所述初级齿轮部分与输出轴相连；

自动变速箱的次级齿轮部分；

连接在所述初级齿轮部分和次级齿轮部分之间的中间轴；

连接在所述次级齿轮部分和车辆的动力产生单元之间的输入轴；以及

与所述初级齿轮部分和次级齿轮部分操作性联通的基于处理器的控制器；

其中，所述控制器构造为在双重过渡降档期间使用所述初级齿轮部分内的初级接合离合器来进行中间轴速度的闭合回路控制，以实现中间轴的调高；

所述控制器还构造为使用所述次级齿轮部分内的次级分离离合器来进行输入轴速度的闭合回路控制，以便在中间轴被调高时实现输入轴的部分调高；以及

所述控制器还构造为能够释放所述次级分离离合器并使用所述次级齿轮部分内的次级接合离合器来进行输入轴速度的闭合回路控制，以完成输入轴的调高。

32.根据权利要求31所述的系统，其特征在于，所述控制器构造为在所述次级分离离合器达到热容量阈值之前使所述次级分离离合器排放。

33.根据权利要求31或32所述的系统，其特征在于，所述控制器构造为在使所述次级分离离合器排放之前大体上完成中间轴的调高。

34.根据权利要求31或32所述的系统，其特征在于，还包括：

与所述中间轴操作性相连并与所述控制器操作性联通的中间轴速度传感器；

其中，所述中间轴速度的控制基于来自所述中间轴速度传感器的反馈。

35.根据权利要求31或32所述的系统，其特征在于，还包括：

与所述输入轴操作性相连并与所述控制器操作性联通的输入轴速度传感器；

其中，所述输入轴速度的控制基于来自所述输入轴速度传感器的反馈。

36.根据权利要求31或32所述的系统，其特征在于，所述控制器构造为基于代表所述变速箱内的多个估计惯量的模型来确定用于闭合回路控制的至少一个初始离合器设定点。

37.根据权利要求36所述的系统，其特征在于，所述控制器构造为在进入闭合回路控制之前指令所述初级接合离合器到初始初级接合设定点，所述初始初级接合设定点基于所述模型而确定。

38.根据权利要求36所述的系统，其特征在于，所述控制器构造为在进入闭合回路控制之前指令所述次级分离离合器到初始次级分离设定点，所述初始次级分离设定点基于所述模型而确定。

39.根据权利要求36所述的系统，其特征在于，所述控制器构造为在进入闭合回路控制之前指令所述次级接合离合器到初始次级接合设定点，所述初始次级接合设定点基于所述模型而确定。

40.根据权利要求31或32所述的系统，其特征在于，在输入轴和动力产生单元之间连接了扭矩转换器。