CN103307269A - 在动力降挡期间确定变速器中的离合器增益的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种在变速器中动力降挡期间控制离去离合器的方法，包括检测降挡，降低到离去离合器的压力指令，且在惯性阶段引入校准误差值到用于离去离合器的压力指令。该方法还包括在扭矩阶段期间将离去和接近离合器的速度同步，在同步离合器速度后确定离去离合器压力和扭矩，然后根据离去离合器压力和扭矩记录离合器增益。记录的离合器增益值被用于控制变速器的随后的动力降挡。该控制器使用比例-积分-微分(PID)逻辑控制单元将误差引入作为压力控制信号中的PID误差，且控制跨离去离合器的滑移。还公开一种变速器，具有离去离合器和被配置为执行上述方法的控制器。

Description

在动力降挡期间确定变速器中的离合器增益的系统和方法
技术领域
本公开涉及一种用于在变速器的动力降挡期间确定变速器离合器增益值的系统和方法
背景技术
自动变速器包括齿轮元件和离合器，该离合器选择性地将变速器的输入轴和输出轴联接以达到期望的输出速度比。离合器接合通常通过流体压力的受控施加达成。施加的流体压力将离合器活塞从初始位置移动入与离合器组接合。通过变速器控制器自动地执行从一个速度比到另一个的换挡。该控制器释放与当前速度比相关联的离合器，也就是离去离合器（offgoingclutch），应用与期望的新速度比相关联的离合器，也就是接近离合器（oncoming clutch）。精确知悉接近和离去离合器的各种控制值对于控制和优化换挡事件的感觉是重要的。
发明内容
一种方法和系统在本文中被公开，用于精确地确定在变速器中的动力降挡期间离去离合器的离合器增益。本控制方法的使用可帮助提高换挡控制的鲁棒性。本文确认动态离合器增益，例如
Figure BDA00002925034500011
可在动力降挡期间衰减。也就是说，由于在降挡期间换挡能量增加，存在一个点，在该点处需要更大的离合器压力来产生相同的离合器扭矩。本方法可帮助解决这个具体问题。
一种控制器可被使用于执行本方法。该控制器包括比例-积分-微分(PID)逻辑控制单元，该PID逻辑控制单元被用于控制用于降挡的同步速度。一旦速度同步已被保持短的校准时间段，也就是同步具有充分的稳定性，离合器扭矩/压力关系可被测量。该离合器增益值从这些测量值计算出。
例如，关闭油门降档线附近执行的示例动力降挡可观察后到涡轮速度仅上升700RPM。这里的同步将需要100Nm的离合器扭矩。如果复位弹簧压力(预先已知)是75kpa，这个特定换挡具有对离去离合器为2.0(也就是(275-75)/100=2.0)的增益（K）。在较高速度和扭矩下执行的另一降挡(也就是较高能量降挡)，可观察到1300RPM的大得多的涡轮速度上升，其中同步需要200Nm的离合器扭矩。在复位弹簧仍在75kpa的情况下，目前对于该换挡的增益值(K)是(525-75)/200或2.25，其在显著大于第一实施例的能量水平下执行。这些增益(K)根据本方法得到。
计算出的离合器增益(K)可被保持到存储阵列。这个存储阵列可为，通过示例的方式，根据计算出的换挡能量填充的[1 x X]查找表。替代地，存储阵列可为根据离去离合器扭矩和滑移速度填充的[Y x X]表，离去离合器扭矩和滑移速度两者都可独立地在换挡的扭矩阶段平均。如在本领域已知，术语“扭矩阶段”是指换挡的阶段，在该阶段离去离合器变速器承载的扭矩转变到接近离合器。离去离合器扭矩在整个扭矩阶段降低直到离去离合器开始空转。在相同换挡的惯性/速度阶段，发动机速度被控制到换挡后目标速度且变速器输出扭矩以取决于变速器输入扭矩和接近离合器压力的方式上升。
特别是，一种在自动变速器的动力降挡期间控制离去离合器的方法包括确定降挡的开始和将到离去离合器的压力指令降低到阀值水平。该方法还包括在降挡的惯性阶段引入校准误差值到用于离去离合器的压力控制指令，和在降挡的扭矩阶段使离去离合器速度和接近离合器速度同步。在离合器速度的同步校准时间段之后确定离去离合器压力和离去离合器扭矩。该方法然后包括根据离去离合器压力和离去离合器扭矩记录离合器增益，和使用记录的离合器增益控制随后的变速器的动力降挡。
该控制器可使用PID逻辑控制单元以引入误差和控制离合器速度的同步。该增益值可被记录在查找表中，例如通过换挡能量索引的[1 x X]表或通过离去离合器的扭矩和滑移索引的[Y x X]。
自动变速器包括离合器和与离合器通信的控制器，在降挡期间该离合器被使用为离去离合器。该控制器包括比例-积分-微分(PID)逻辑控制单元以被配置为执行上述方法步骤。
当结合附图时，从下面的用于执行如所附权利要求限定的本发明的一些最佳方式和其它实施例的具体描述可容易地明白本发明的上述特征和优点，以及其它特征和优点。
附图说明
图1是具有自动变速器和控制器的车辆的示意性视图，该控制器执行用于确定在动力降挡期间的离合器增益的本方法。
图2是变速器的示例性杠杆图，该变速器的离合器增益值可以根据本方法确定。
图3是另一变速器的示例性杠杆图，该变速器的离合器增益值可以根据本方法确定。
图4是描述本方法的示例性实施例的流程图。
图5是描述在本方法的执行期间使用的各种离合器控制值的一组迹线。
具体实施方式
参考附图，其中相同的参考标号在几个附图中对应于相同或相似的部件，且开始于图1，车辆10包括控制器26，例如变速器控制单元，该控制器选择性地执行本方法100，其例子示出在图4中且在下面详细描述。在动力降挡期间，通过控制器26执行本方法，能够使控制器26精确地确定离去离合器的离合器增益。该增益可被记录到查找表中且被用于控制随后的换挡。该查找表可替代地实现为通过如下所述计算的换挡能量索引的[1 x X]表或通过离去离合器扭矩和滑移速度索引的[Y x X]表。可使用本方法100的示例的离去离合器将在下面参考图2和3进行详细的描述。
图1中的车辆10包括内燃发动机12。该发动机12通过液力变矩器16联接到自动变速器14。该发动机12通过发动机轴13输送发动机扭矩(箭头TE)，发动机轴13以发动机速度(箭头NE)旋转。该变速器14包括变速器输入轴15，该输入轴15以输入速度(箭头NT)旋转。通过变矩器16实现输入扭矩(箭头TI)到变速器14的传递，如在本领域已知且如下面所述。
图1的变速器14还具有输出轴18。该输出轴18最终输送从变速器14的各种离合器和齿轮组17传输的变速器输出扭矩(箭头TO)。该变速器输出扭矩(箭头TO)被最终传递到一组驱动轮24。该离合器和齿轮组17可选择性地通过电动液压控制器(未显示)促动，该控制器由在压力下从流体泵33输送的流体提供动力，该流体泵33被配置为从变速器槽35抽吸流体37。温度传感器88可被定位在流体37内且被配置为测量变速器流体温度(箭头89)，且将其传递到控制器26，控制器26用于本方法100的一些部分的执行。
图1中的示例的变速器14可被配置为任何多速变速器。两个示例的变速器在本文中被提供为8速变速器14(图2)和6速变速器114（图3）。在动力降挡中，本文所述的变速器14和114的被用作离去和接近离合器的特定旋转和/或制动离合器将根据降挡的起始和终止档位状态而变化。
控制器26可被配置为基于微处理器的设备，该设备具有如微处理器或CPU，和/或只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)，可电编程的只读存储器(EPROM)等通用元件，这些中的一些可被指定为上述的内存95。该控制器26还包括逻辑电路，该逻辑电路包括但不限制于比例-积分-微分(PID)逻辑控制单元90，高速时钟(未显示)，模拟到数字(A/D)电路，数字到模拟(D/A)电路，数字信号处理器或DSP和必要的输入/输出(I/O)设备以及其他信号调制和/或缓冲器电路。
控制器26使用比例-积分-微分(PID)逻辑控制单元90以执行本方法100。正如本领域所知，PID控制器使用三个反馈项：比例(P)项，积分(I)项，微分(D)项。每项代表相应现在，过去，将来的误差值。负责产生I项的逻辑控制单元通常被称为积分器。使用PID逻辑控制单元的控制器，例如本控制器26，以测量值和期望/校准值之间的差计算给定的过程变量中的误差值，且随后根据三个控制项控制过程输入。
仍然参考图1，发动机控制单元(ECU)29可被使用为如所示的独立设备或与控制器26一体。如果独立，控制器26可与ECU29通讯，如双头箭头21所示。该控制器26可根据需要从ECU29请求特定水平的受控发动机扭矩(箭头11)，且可接收控制器26在执行方法100中可能需要的任何发动机控制值，例如发动机速度、发动机扭矩和/或其他模式的发动机控制值。
图1中所示的变矩器16具有定子30，该定子30被定位在泵32和涡轮机34之间。变矩器离合器31还可用于选择性地在阀值锁定速度之上将泵32锁定到涡轮机34，如本领域技术人员所理解。泵32可被联接到输出轴13，从而以发动机速度(箭头NE)旋转。在变矩器16内，涡轮机34由流体37驱动，其中涡轮机34进而被连接到变速器14的输入轴15。因此，涡轮机34的旋转最终使得输入轴15以涡轮速度旋转，该速度与上述的输入速度(箭头NT)相同。在变速器14内的粘滞阻力或摩擦损失倾向于将涡轮速度(箭头NT)减少到稍微少于发动机速度(箭头NE)的水平，如将由本领域技术人员容易地理解。
图2和3分别示出了两种可能的变速器14和114，其可使用本方法100控制。图2中的变速器14是8-速变速器，其具有四个行星齿轮组40,50,60和70。图3中的变速器114是6-速变速器，其具有两个行星齿轮组140和150。能够执行动力接通降挡的其它变速器可以被容易地设想，因此变速器14和114不是限制性的。
参考图2，示例的变速器14可包括制动离合器CB1278R，即离合器36。术语CB1278R表示这个特定设备是制动离合器(CB)，且接合第一，第二，第七，第八和倒(R)挡的每个。变速器14还包括另一制动离合器CB12345R，或离合器41，当接合时，其选择性地将第一齿轮组40的元件连接到静止构件28。离合器36和41被连接到第一齿轮组40的相应节点42和46。在一个实施例中，节点42可为齿轮组40的太阳齿轮(S4)，同时节点46可为同一齿轮组的环形齿轮(R4)。齿轮组40还包括节点44，该节点44在所示实施例中可为架构件(PC4)。
节点42还被连接到第二齿轮组50的节点52。齿轮组50的节点54被连接到旋转离合器C13567(也就是离合器38)的输入侧，该输入侧为具有输入扭矩(箭头TI)的变速器输入轴15。节点56被连接到第三齿轮组60，如下面所解释。在一个实施例中，齿轮组50可为行星齿轮组，其中节点52,54和56分别为太阳齿轮(S1),架构件(PC1)和环形齿轮(R1)。
第三齿轮组60包括节点62,64和66，所述节点在一个实施例中可分别为环形齿轮(R2)，架构件(PC2)和太阳齿轮(S2)。旋转离合器C23468(也就是离合器58)可被连接在离合器38的输出和节点66之间，以及齿轮组50的节点56和齿轮组60的节点66之间。节点62可被连接到第四齿轮组70，该第四齿轮组70具有节点72,74和76。节点72,74和76可分别为太阳齿轮(S3)，架构件(PC3)和环形齿轮(R3)。特别地，节点62通过旋转离合器C45678R(也就是离合器48)被连接到节点72。齿轮组60的节点64可直接地连接到齿轮组70的节点74，齿轮组70的节点74可进而被连接到变速器输出轴18(还参见图1)。在8-速变速器14的给定的降挡操作中，指定为离去离合器的特定离合器将随着初始和结束状态而变化,如上所述。
参考图3，图1中的变速器14可实现为6-速变速器114。在这个实施例中，变速器输入轴15可被连接到第一齿轮组140，该第一齿轮组140具有节点142,144和146，其可实现为环形齿轮(R3),架构件(PC3)和太阳齿轮(S3)，如所示。输入轴15可直接地连接到节点142，且连接到离合器C456(也就是离合器51)。节点144被连接到离合器C1234(也就是离合器138)且被连接到旋转离合器C35R(也就是离合器53)的输入侧。节点146被固定连接到静止构件28。
第二齿轮组150包括节点152,154,156和158，其可分别实现为太阳齿轮(S1)，环形齿轮(R1)，架构件(PC1)和另一太阳齿轮(S2)。节点158通过制动离合器CB26(也就是离合器43)选择性地连接到静止构件28。节点154直接地连接到变速器输出轴18。节点156被连接到制动离合器CBR1(也就是离合器136)，制动离合器CBR1也被连接到静止构件28。如图2中的8-速变速器14那样，在6-速变速器114的给定的降挡操作中被指定为离去离合器的特定离合器将随着初始和结束状态而变化,如上所述。
参考图4并结合图5中的换挡控制迹线80，本方法100的示例实施例开始于步骤102。在这个初始步骤中，图1中的控制器26确定是否已经命令动力降挡且该动力降挡正在进行。这可从各种值(比如发动机速度(图1中的箭头NE)或涡轮速度(箭头NT)，变速器挡位状态，换挡控制杆位置等)确定。方法100仅在降挡期间进行，因此步骤102重复直到指示动力降挡的状态出现。
一旦在步骤102处检测到被请求的动力降挡，且在换挡的惯性阶段开始之前，图1中的控制器26将离去离合器的离去压力(图5中的迹线93)降低到校准压力，该校准压力例如为根据对离去离合器的预先获知的离合器扭矩/压力关系确定的压力值。为了更清晰，迹线93在图5中还记标记为PO，也就是“离去压力”。正如在本领域中很好地理解的，离合器压力指令(P)可以变速器输入扭矩(图1中的TI)和校准离合器增益K的函数确定，也就是P=f(TI·K)。例如，K可等于
Figure BDA00002925034500061
其中TO(离去扭矩，或迹线101)由控制器26获得。增益K可在每次降档时使用本方法100获得或更新，因此随时间提高换挡控制质量。
在降挡期间，离去离合器根据离去压力(迹线93)的曲线迅速地被放空。该被指令的压力降低的曲线可通过校准来确定。在步骤102中，当降挡在时间t0处开始时，涡轮速度(迹线81)，其在图5中还被简称为NT，在惯性阶段((阶段I)如区域82所示)期间迅速地上升。同时，离去压力(迹线93)根据校准轮廓降低。离去扭矩(迹线101)最初平稳滑移(平坦区域103)，如所示在惯性阶段(阶段(I))开始倾斜升高，然后在开始于t2处的扭矩阶段(阶段II)期间趋平(平坦区域105)。
涡轮速度(迹线81)在扭矩阶段(阶段II)期间的t2后的区域83中变平，根据是否/何时另一个换挡被命令而延伸到t4或超过t4。校准稳定性的确认间隔99被限定在t2和t3之间，其中t2是涡轮速度(迹线81)和用于下一挡的同步速度NS(迹线84)同步且因此相等的时刻。在此范围内，涡轮速度稳定性通过图1中所示的控制器26检查。当涡轮速度(迹线81)是稳定的，也就是不再改变时，方法100前进。
在步骤104中，示出在图1中的控制器26的PID逻辑单元90提供了离去离合器在t2后的压力控制PID反馈(迹线94)。这仅在转变到扭矩阶段(阶段II)之前出现。离去离合器压力(迹线93)在t1之前根据来自输出扭矩t0(迹线101)中的上升的向前反馈而上升，随后稳定，如平坦区域98所示。PID迹线94的相应区域是平坦区域97。随着时间的推移，也就是随着本方法100的多次迭代，对应于区域98的压力可接近t0之前的压力水平，t0为离去离合器压力(迹线93)开始下降时刻。
在步骤106中，图1中的控制器26使得离去和接近离合器的旋转速度同步，且等待校准时间段(t3-t2)。在t3后，离去离合器压力(迹线93)在区域98中稳定，如上所述。离去扭矩(迹线101)在区域105中趋平，也就是保持该扭矩。随着时间的推移且经过多个获知周期，区域98可接近或等于离去压力(迹线93)的在其在t0处的换挡起点之前呈现的水平。然而，最初这些值可能彼此不同。
在步骤106中的同步的初始部分期间，用于新挡位状态的接近离合器保持脱离。同步点因此仅通过用于离去离合器的PID(迹线94)和向前反馈值来保持。也就是说，接近离合器保持脱离，直到用于控制离去离合器的PID逻辑控制单元90与离去向前反馈项(离去离合器的增益和先前已知的复位弹簧压力)已经保持同步校准时间段，即稳定性确认时间间隔99。于是方法100进行到步骤108。
在步骤108中，在t3后，此时涡轮速度如上所述是稳定的，图1中的控制器26记录离去压力和离去扭矩。前者可直接地测量，例如通过压力传感器或其他器件。后者可随着时间计算和平均，例如，在扭矩阶段(阶段II)的一部分上。如本领域已知的，离合器扭矩可来源于用于发动机扭矩模型的输入扭矩(例如可得自图1中发动机控制单元29的值)，和原始或起始齿轮比(也就是在从六挡到五挡的示例降挡中的六挡)。尽管为了简单起见没有示出在图5中，当在降挡中接近同步时，离去离合器上的离合器扭矩增加直到它足够保持所有的输入扭矩。
在步骤110中，如上所述的被要求的离合器增益(K)在t3处根据步骤108的记录的扭矩/压力关系计算出。在一个可能的实施例中，步骤110可能需要将增益值（K）记录在通过计算的换挡能量索引的[1 x X]表中。控制器26可根据在换挡的惯性阶段(阶段I)上离合器滑移和离合器扭矩计算换挡能量。
下面示例的公式可被用于计算换挡能量(ESHIFT)：
ESHIFT=∫(SLIP*0.10472(rad/sec/rpm)·TOFF(ftlb)·loop rate(sec))
其中SLIP=在换挡期间离去离合器的滑动速率，TOFF是在扭矩阶段(阶段I)期间离去扭矩的平均值，且循环速率是控制循环周期频率，上述乘积被在换挡持续期间上积分。在换挡的终点处，换挡能量(ESHIFT)可通过校准速率作为变速器流体温度的函数被逐渐降低到零。
关于上面刚描述的逐渐降低步骤，由于离合器是通常的湿式离合器(其浸在变速器油中，例如图1中的流体37中)，因此在给定的离合器中累积的能量趋于相当快速地降低到它的正常状态，例如在换挡的约10至20秒或更少时间内。换挡很少快速连续地重复。为了简化到正常状态的返回，可计算作为测得的变速器流体温度的函数的系数。因此，图1中的温度传感器88可测量和记录该温度且作为温度信号(箭头89)将它传递到控制器26。系数可以被乘以在每个控制循环完成处保留的能量并在每个控制循环完成处被减去，直到能量回复到零。
在另一实施例中，表格可为[Y x X]表格，其为在扭矩阶段上平均的离去离合器扭矩和也是在扭矩阶段平均的离去离合器滑移的函数。填充后，增益值可在换挡期间从任一表格实施例中取出以改善用于执行降挡的换挡控制的速度和稳定性。
在步骤112中，控制动作可使用记录的值被执行，比如但不限制于使用记录的值执行随后的换挡事件。也就是说，根据实施例，控制器26可快速引用一个或两个表取出已记录的增益值(K)，并使用这个增益值以控制变速器14。一种方法可仅使用一种上文关于步骤110所述的表格。然而存在其他可能性，在其中两种表格可被结合使用。例如，一种方法可将从两个表中取得的增益值平均，取决于实施例相等或不相等地加权这些值。
虽然用于执行本发明的最佳方式已经被详细描述，但是与本发明相关的本领域技术人员应认识到在所附的权利要求的范围内的执行本发明的各种替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种在自动变速器中动力降挡期间控制离去离合器的方法，该方法包括：
检测降挡的开始；
将用于离去离合器的压力指令降低到阀值水平；
在降挡的惯性阶段引入校准误差值到用于离去离合器的压力控制指令；
在降挡的扭矩阶段使离去离合器速度和接近离合器速度同步；
在离合器速度的同步校准时间段之后确定离去离合器压力和离去离合器扭矩；
根据离去离合器压力和离去离合器扭矩记录离合器增益；及
使用记录的离合器增益控制随后的变速器的动力降挡。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
计算换挡能量值；及
将离合器增益记录在通过计算出的换挡能量索引的[1x X]的查找表中。
3.如权利要求2所述的方法，其中计算换挡能量值仅在降挡的惯性阶段发生。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：
在扭矩阶段平均离去离合器扭矩；
在扭矩阶段平均离去离合器滑移速度；及
将离合器增益记录在通过离去离合器滑移和离去离合器扭矩索引的查找表中。
5.如权利要求1所述的方法，其中引入校准误差值到用于离去离合器的压力控制指令是使用控制器的比例-积分-微分(PID)逻辑控制单元执行的。
6.如权利要求4所述的方法，其中使离去离合器速度和接近离合器速度同步是通过控制器使用PID逻辑控制单元执行的。
7.一种自动变速器，包括：
离合器，在降挡期间用作离去离合器；及
控制器，与离合器通信，其中该控制器包括比例-积分-微分(PID)逻辑控制单元且被配置为：
检测降挡的开始；
根据校准曲线将用于离去离合器的压力指令降低到阀值水平；
在降挡的惯性阶段期间经由PID逻辑控制单元引入校准误差值到用于离去离合器的压力控制指令；
在降挡的扭矩阶段期间使离去离合器速度和接近离合器速度同步；
在同步离去和接近离合器速度之后等待校准时间段；
在校准时间段逝去之后确定离去离合器压力和离去离合器扭矩；
根据离去离合器压力和离去离合器扭矩记录离合器增益；及
使用记录的离合器增益控制随后的变速器的降挡。
8.如权利要求7所述的自动变速器，其中，控制器还被配置为：
计算换挡能量值；及
将离合器增益记录在通过计算出的换挡能量值索引的[1 x X]的查找表中。
9.如权利要求8所述的自动变速器，其中控制器被配置为仅在降挡的惯性阶段期间计算换挡能量值。
10.如权利要求7所述的自动变速器，其中，控制器被配置为：
在扭矩阶段期间平均离去离合器扭矩；
在扭矩阶段期间平均离去离合器滑移速度；及
将离合器增益记录在通过离去离合器滑移和离去离合器扭矩索引的查找表中。
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