CN103244663B - 一种控制湿式双离合变速器档位接合的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种控制湿式双离合变速器档位接合的方法，本发明包含一种控制作用在执行机构上的作用力来提供一个初始目标速度，通过改变目标速度在需求时间内达到目标位置。控制方案包括通过当前变速箱的温度、偶数离合速度、奇数离合速度和离合器状态来确定需求的挂档力。然后，该挂档力只有在速度超过先前确定的限值时才会改变。如果该限值被超出，自适应功能将被激活，该功能将前一个值作为输入并存储为新的值。本方法的优点是采用开环控制加上自适应压力调节，实现高质量的换档、高稳定性和低成本。

Description

一种控制湿式双离合变速器档位接合的方法

技术领域

本发明涉及双离合变速箱控制技术，具体涉及双离合变速箱档位接合的控制方法。

背景技术

控制双离合变速箱档位接合的方法为：需要接合的档位所在的输入轴通过离合器的打开与发动机的连接。档位接合通过控制驱动机构将作用力施加到换挡机构上，换挡机构再将作用力传递至同步器。

双离合变速箱的布局在美国专利US2658405有公开，其主要表述了档位可选的变速箱（双离合变速箱）。双离合变速箱有一套偶数档变速单元，包括偶数输入轴、偶数离合器和一组偶数档；有一套奇数档变速单元，包括奇数输入轴，奇数离合器和一组奇数档。通过接合其中一个档位，使与其连接的输入轴与共用的输出轴连接。在通常的档位分配中，奇数档组为第一套传动装置，偶数档组为第二套传动装置。以这样的档位分配，换挡操作简单有序，从当前被挂档位到下一个更高的或者更低的档位。只要目标离合器能被接合，目标档位就可以在下一变速单元接合。换挡操作时序为从起初的离合器切换为目标档位所在的变速单元的离合器，接合目标档位，同时断开当前档位所在变速单元相应的离合器和接合目标档位所在的变速单元相应的离合器。

在动力总成速比变化之前，预挂档位操作将自动完成，所以低噪音和平顺性是控制的关键。为了达到这个效果，现有技术状态提供的复杂并昂贵的控制方法不仅可以控制执行力还能控制执行速度，而降低系统复杂性并增加系统功能性具有重大的市场优势。在低灵敏度的系统中，控制系统无法准确跟踪目标特性，这个可能造成控制上的不稳定。

变速箱是现代动力总成非常重要的一部分。相当多的研发已经在过去开展，以提高动力总成的效率。作为这些研发的一部分，也作为改善现代控制的成果，相当一部分的工作专著在双离合变速箱的开发上。

双离合变速箱挂档和普通的手动档变速箱有些相似。每个齿轮组的一个齿轮都布置在各自的轴上，以这种方式可以使它相对轴自由旋转。同步器贴着自由旋转的齿轮布置在同一个轴上，所以同步器可以选择性的使该齿轮挂入该轴。为使变速器自动化完成挂档，控制同步器的驱动机构将自动的完成齿轮组的选择。倒档齿轮组包含了一个输入轴的齿轮，一个中间轴上的齿轮，一个安装在一个独立的中间轴上并与前两个齿轮啮合的中间齿轮，因此可以实现输出轴反方向的运转。

双离合变速箱的这种动力性换挡克服了普通变速箱和机械自动控制变速箱一些缺陷，但是也同时发觉控制和调节双离合变速箱的自动化的操作是一个非常复杂的过程，并在过去期望的乘客舒适性也未能达到。为了使每次换挡都平顺和高效，在变速箱中，需要在精确的时间内完成大量的控制操作，传统的控制策略和方法已经无法实现这种性能要求。正因如此，需要提出比现有相关技术更好的双离合变速箱的控制方法。

其中一个控制优化的特殊领域是性价比领域。改进自动变速箱的成本是非常高的，而满足这些改进标准所需的电液控制成本也是非常高的。因此建议一种使用低成本低精度的控制系统但同时能获得较好的改进效果的方法。这将大大的降低成本。

如前面所提到的专利，现有相关技术在档位接合的主要阶段使用了闭环控制。这种控制方法被广泛使用并且对控制精度有很高的要求来保证性能和稳定性。如果控制精度差或控制响应慢将很容易因目标跟随性变差而导致不稳定甚至导致发生错误。

发明内容

所以，针对现有技术存在的上述不足，本发明提出一种控制湿式双离合变速器的方法，采用开环加上自适应压力控制来实现高质量的换档、高稳定性、低开销。

现有相关技术的缺陷可以通过本发明所提出的开环自适应控制档位接合的方法来克服。

更明确一些，本发明是一种控制作用在执行机构上的执行力来提供一个初始目标速度，通过改变目标速度在需求时间内达到目标位置的控制方法。

本发明是关于双离合自动变速箱档位切换的控制方法，双离合器自动变速器包括一个偶数变速单元和一个奇数变速单元。偶数变速单元由偶数输入轴、偶数离合器和一组由偶数标识的档位齿轮组成，奇数变速单元由奇数输入轴、奇数离合器和一组由奇数标识的档位齿轮组成。当变速箱由其中的一组输入轴和离合器进行驱动时，另外的一个变速单元或称为非激活的变速单元就能进行档位预选。档位预选的意思是通过非激活的变速单元上的一个档位将未激活的离合器与变速箱输出单元相连。这样就能将换挡过程中的动力中断降到最低。

本发明的控制方案是控制作用在执行机构上的作用力来提供一个初始目标速度，通过改变目标速度在需求时间内达到目标位置。特殊的是通过当前变速箱的温度、偶数离合速度、奇数离合速度和离合器状态来确定需求的挂档力。然后，该挂档力只有在速度超过先前确定的限值时才会改变。如果该限值被超出，自适应功能将被激活，该功能将前一个值作为输入并存储为新的值。

这个方法所需要的步骤包括：

（1）确定请求的目标档位，目标档位基于档位状态、油门开度和车速来计算；

（2）确定目标轴转速，其中轴转速是指激活的同步器输出侧的转速，转速信号通过输出轴上的传感器测得，使用目标速比进行修正；

（3）确定当前轴转速，该转速指激活的同步器在发动机侧的转速，通过发动机转速除以当前档位速比来计算；

（4）基于前面所述检测的当前档位状态、油门开度、车速信号和计算的目标档位、目标轴转速、当前轴转速数据作为输入，决定速度阶段的初始作用力；

（5）监测拨叉移动速度是否超过基于输入计算的速度限值；所述拨叉移动速度是通过计算拨叉位置的变化率而确定的，速度限值通过查标定的表来获得，如果查表获得的速度限值被超过，则改变该作用力；

（6）基于查一个标定的表确定扭矩阶段的初始作用力，此标定表格的坐标为前面所述的通过检测和计算而得到的输入；

（7）监测转速梯度是否超过基于输入计算的转速梯度限值，该阶段是为了控制同步器同步阶段的转速梯度即转速变化率，如果由查标定表格获得的速度梯度限值被超过，则改变该作用力即作用在拨叉上的力的大小；

（8）决定到达终点位置所需的初始作用力，其中，在同步器完全接合并移除接合力后，判断为达到终点位置；

（9）监测到达终点位置所需的时间是否超过基于输入计算的时间限值，如果通过查标定表格获得的时间限值被超过，则改变作用力，即如果整个档位接合的时间超过目标时间则在下次接合时增大作用力；

（10）如果速度、转速和位置阶段中的任何阶段的时间限值被超过则调整基础作用力，其中基础作用力为每个阶段开始时所施加的力，调整后的基础作用力存储在变速箱控制单元中的表格里，此表格与调整前的基础作用力表格具有同样的输入参数。

进一步包括步骤：基于换挡时间连续再次确定挂档力；其中，换挡时间分别计算，取决于换挡速度和输出轴转速的变化率。

还包括如下步骤：确定车辆加速度，基于加速度修改目标限值。

进一步包括步骤：确定两个离合器的压力，其中离合器压力由设置在离合器环路中的压力传感器测得；直到达到一定的阀值才开始控制过程，该阀值取决于标定。离合器压力一旦超过阀值，将开始档位接合控制。

其中确定完成换挡每个阶段所需时间的步骤进一步包括：测量完成档位接合的每个阶段所需的时间并将测量值以转速和目标档位为坐标存储在数据库中；基于先前存储值和新测量值的平均值，参考基础目标时间是否超限来判断是否发生错误。

可见，本方法的控制主要是以开环形式，即使电液控制系统本身精度并不高，也可获得高稳定性的控制，高精度的控制通常需要更高的成本，所以本发明使得双离合变速箱的低成本控制成为可能。

本方法使用不精确的压力请求来简化档位接合动作，并且更多的依赖于前馈控制（带自适应的开环控制）而非反馈控制，因此可以使用低成本的电磁阀。此外，因为双离合变速箱控制成本的降低而获得了重大的竞争优势。然而因为控制方法精度的缺乏将导致整车控制的精度降低。本发明提出的控制方法属于这类低成本控制的范围，但仍然可以达到最低满意标准的精度。

附图说明

图1是一个结构原理图，用来说明了本发明所提出方法能应用到的双离合器变速器。

图2是一个双离合变速箱的液压原理控制图，用来说明了本发明所提出的控制方法能应用到的带档位执行器的双离合器变速器。

图3是本发明方法的一个简单曲线图，用来描述控制双离合变速箱档位执行机构位置与时间的关系。

图4是本发明方法的一个简单曲线图，用来描述控制双离合变速箱同步器输入、输出速度与时间的关系。

图5是本发明方法的详细流程框图，用来描述控制档位接合的动作流程。

具体实施方式

本发明的特点和优势已经在以上文字中描述，当阅读以下描述以及说明书附图后，就可以更好地理解本发明。

以下根据附图对本发明进行详细描述：

双离合变速箱通过所展示的控制方法所控制，参见图1上示原理图，双离合变速箱101包括两组离合组件，在102和103上显示。104显示的是奇数输入轴，105显示的是偶数输入轴。奇偶两轴平行，106是中间轴，107是倒档中间轴，多个同步器在108、109和110中显示。

双离合变速箱101传递来自发动机的扭矩，通过可选择的档位速比传递到驱动轴上，最后传递至车轮上。双离合变速箱101的传递路线是来自发动机的扭矩传递到离合器102或103，通过奇输入轴104或者偶输入轴105，输入轴上的齿轮，与中间轴106上面的齿轮相连。在奇输入轴104和偶输入轴105上的档位通过中间轴106来驱动车轮。奇数输入轴上的齿轮只有与同步器110机械相连时，才挂入奇数档位。同理，偶数输入轴上的齿轮只有与同步器108或109机械相连时，才挂入偶数档位。如果两个输入轴104和105都在同步器下选择了目标档位，那么从发动机发出的扭矩通过接合离合器102或者103均能动力传到中间轴上。档位切换是通过减少被接合离合器的扭矩，直到产生滑摩，与此同时，增加开启离合器的扭矩，直到档位切换完成。

假设奇数输入轴104通过奇离合提供扭矩到中间轴106上，偶离合器没有连接在中间轴106上，则需要接合档位。这类操作被称为预挂档，就是在不影响汽车运行的情况下档位提前挂上。所以，一个非常重要环节就是档位通过同步器108、109和110进行挂档或摘档。如图1所示，在这个示例的双离合变速箱101中，有5个同步器，其中109用于2、4档，110用于3、5档，和一个单独的108用于倒档的同步器。两个双面同步器，可以双向驱动，即当从中间空档移出来，向右挂上一边的档位，向左挂上另一边档位。对于单独的同步器，如图1中所示，它移动右边是挂档，左边是空档。

通过使用变速箱控制单元，本发明中所谈到的控制变得容易实现。对所述的变速箱控制单元元件本身的描述已经超过了这个发明所描述的范围之外，不管怎样，它需要管理控制逻辑，提供所需要的电压、信号、液压压力来对变速箱101进行操作，特别是本发明中所涉及到的档位接合功能。

变速箱控制单元是通过图2所示的电液控制单元的电信号来对本发明所举实例变速器101进行控制。所述液压控制与双离合变速器的档位接合操作密切相关。所选实例图2中所示的档位接合电磁阀42和43是脉宽调制型电磁阀。PWM电磁阀通过脉冲开关电磁阀来提供可变的压力，用电磁阀处于打开状态的时间与其处于关闭状态的时间比值来定义占空比，该比值用百分比来表示。用这类电磁阀来获得可变压力控制是一种低成本高效益的方法。档位选择电磁阀42和43由主压阀48提供调节后的压力，而主压阀由油泵49供压。主压阀48提供的压力通过可变力电磁阀的控制可以在最大最小压力间变化。

有两个可变力电磁阀分别标识为50和51，按照档位接合控制，使多路换向阀阀44能提供正向液压到档位接合活塞45和46，接着，脉宽调节电磁阀42和43选择性的提供液压到多路换向阀44，多路换向阀44将根据可变力电磁阀50和51的压力状态来提供压力到档位接合活塞45或46。从电磁阀43来的压力将施加到活塞的右侧，而从电磁阀42来的压力将施加到活塞的左侧。因此电磁阀43中的压力根据阀44的状态可以用来挂图1中标识4档或5档。另外，电磁阀42中的压力根据阀44的状态可以用来挂图1中所标识的2档和3档。

本专利中的控制方法基于由活塞45和46控制的同步器的位置进行控制。同步器位置通过活塞45和46中的一对电磁铁来测量，传感器设置于包含活塞的腔体上。因此活塞的移动与传感器的位置相关，并且与同步器齿环的位置成线性比例。此控制方法完全基于活塞位置，由活塞位置指示，施加到活塞上的力通过控制电磁阀42和43的占空比来获得。

此专利的主要体现在方法9中进行描述。方法9开始于起始块11，当变速箱控制单元逻辑和硬件已经确定了一个档位接合请求来为变速箱的离合器切换做准备时，并继续到决定块12，块12决定请求接合的是哪一个档位。在过程块13，基于在同步器中比较检测点和计算的速率来决定目标轴转速。在过程块14中，检测当前轴转速。在过程块15中，基于查一个标定的表格来确定动作初始作用力，此标定表格基于目标档位、当前轴转速和目标轴转速来确定。这显示在图3中，其响应如图3中的第一阶段。在决定初始作用力后，移动的速度和线性率将根据时间被监测，在过程块16中，如果速度大于预先确定的限值时，同步力将被改变。这些限值以与初始作用力相同的方式存储，与档位，电流和目标转速相关。另外，如果这些限值被超过，活塞上的力也会被减少，并基于以上描述的输入作为初始作用力的新值存储于表格中。同时，变速箱油温也被监测，并对电磁阀42和43的占空比进行补偿来补偿电磁阀在不同温度下的响应。这种补偿做在控制逻辑的不同区域，并且对补偿的描述仅仅是作为信息进行描述。

参见图5，在模块17，控制转移到如图3中第二阶段所示的控制区域。在这一阶段，将通过控制转速变化率来达到控制目标。这一控制阶段被称为速度阶段，如图4中标识为38的时间段所示。在图4可以更清楚地看到控制转速变化的斜率，速度由当前的轴速31转移到目标轴速33。轴转速变化斜率在图4中标识为32，取决于同步力，同步力的计算方法就是本专利所表述的控制方法。在过程块17中，控制转速的初始作用力通过对一个可标定的表格进行插值来确定，该可标定表格基于目标档位，当前轴转速，实际轴转速作为输入进行插值。确定初始作用力后，将以目标轴转速为基准监控实际轴转速。目标转速是线性的并需要在目标时间内完成转速的变化，在过程块18中对实际轴转速进行监控，如果实际轴转速偏离目标轴转速达到一定的限值，将改变同步力。该限值以与初始作用力相同的方式存储，以目标档位，当前轴转速和目标轴转速作为查表输入。另外，如果这些限值被超过，活塞上施加的力也会被减少，并作为初始作用力的新值基于以上描述的输入存储于表格中。

在过程块19中，控制转移到图3中第3阶段所示的控制区域。在这个阶段，通过控制同步器位置来达到控制目标。该阶段称为位置控制，是在图4中标识为37的时间段。在图4可以更清楚地看到位置控制的过程，在该阶段同步器齿套移动到最终位置并以足够大的力拨入接合齿齿缝，其中接合齿是同步器附着在档位上面的部分，但是该同步力不能高于一定的限值避免对档位有大的冲击而引起NVH(噪声与振动)问题。在过程块19中，控制转速的初始作用力通过对一个可标定的表格进行插值来确定，该可标定表格基于目标档位，当前轴转速，实际轴转速作为输入进行插值。确定初始作用力后，将以目标轴转速为基准监控实际轴转速。目标位置基于目标档位和当前油温来决定，并在过程块19中对其进行监控。如果同步位置超过了预定的目标位置，同步力将立刻被减小，同步力减小之前和之后的位置都将与目标位置进行比较。此外，如果位置限制被超过，活塞的位置也要减少并作为新的最终位置值存储于以之前所述输入进行插值的表格中。此外，如果在同步力减小后，活塞移动到预定的档位位置外，存储的目标值将会被调整。

如果档位没有移动到目标位置外，档位同步将视为完成，并且本发明所述方法结束。

进入过程块22，档位接合实现，系统将准备进入下一步的控制。

Claims (3)

1.一种控制湿式双离合变速器档位接合的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

(1)确定两个离合器的压力，其中离合器压力由设置在离合器环路中的压力传感器测得；直到达到一定的阈值才开始控制过程，该阈值取决于标定，离合器压力一旦超过阈值，将开始档位接合控制；

（2）确定请求的目标档位，目标档位基于检测的当前档位状态、油门开度和车速来计算；

（3）确定目标轴转速，其中轴转速是指激活的同步器输出侧的转速，转速信号通过输出轴上的传感器测得，使用目标速比进行修正；

（4）确定当前轴转速，该转速指激活的同步器在发动机侧的转速，通过发动机转速除以当前档位速比来计算；

（5）基于前面所述检测的当前档位状态、油门开度、车速信号和计算的目标档位、目标轴转速、当前轴转速数据作为输入，决定速度阶段的初始作用力；

（6）监测拨叉移动速度是否超过基于输入计算的速度限值；所述拨叉移动速度是通过计算拨叉位置的变化率而确定的，速度限值通过查标定的表来获得，如果查表获得的速度限值被超过，则改变该作用力；

（7）基于查一个标定的表格确定扭矩阶段的初始作用力，此标定表格的坐标为前面所述的通过检测和计算而得到的输入；

（8）监测转速梯度是否超过基于输入计算的转速梯度限值，该阶段是为了控制同步器同步阶段的转速梯度即转速变化率，如果由查标定表格获得的速度梯度限值被超过，则改变该作用力即作用在拨叉上的力的大小；

（9）决定到达终点位置所需的初始作用力，其中，在同步器完全接合并移除作用力后，判断为达到终点位置；

（10）监测到达终点位置所需的时间是否超过基于输入计算的时间限值，如果通过查标定表格获得的时间限值被超过，则改变作用力，即如果整个档位接合的时间超过目标时间则在下次接合时增大作用力；

（11）如果速度、转速和位置阶段中的任何阶段的时间限值被超过则调整基础作用力，其中基础作用力为每个阶段开始时所施加的力，调整后的基础作用力存储在变速箱控制单元中的表格里，此表格与调整前的基础作用力表格具有同样的输入参数；

其中确定完成换挡每个阶段所需时间是：测量完成档位接合的每个阶段所需的时间并将测量值以转速和目标档位为坐标存储在数据库中；基于先前存储值和新测量值的平均值，参考基础目标时间是否超限来判断是否发生错误。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于：进一步包括步骤：基于换挡时间连续再次确定挂档力；其中，换挡时间分别计算，取决于换挡速度和输出轴转速的变化率。

3.如权利要求1中所述的方法，其特征在于：还包括如下步骤：确定车辆加速度，基于加速度修改目标限值。