CN103791076B

CN103791076B - 有基于加速度进行控制的双态离合器组件的车辆和变速器

Info

Publication number: CN103791076B
Application number: CN201310532636.6A
Authority: CN
Inventors: V.A.尼拉坎坦; J.E.马拉诺; R.B.德鲁戈斯
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2033-10-31
Also published as: DE102013221808B4; DE102013221808A1; US20140121914A1; CN103791076A; US9086141B2

Abstract

一种车辆，包括发动机和具有齿轮组的变速器、连续地连接到发动机和齿轮组的输入构件、双态离合器组件、速度传感器和控制器。双态离合器组件包括：自由转动元件自由转动元件，将扭矩沿第一旋转方向保持；和可选择单向离合器(SOWC)部分，当被作用时，将扭矩沿两个旋转方向保持。控制器执行方法，以将第一双态离合器命令发送至双态离合器组件，且由此在车辆发动时作用可选择单向离合器部分，且使用测得的速度经由处理器计算车辆的加速度值。控制器还选择双态离合器组件的换挡作用点，其作为算得的加速度值的函数，并将第二双态离合器命令发送至双态离合器组件，以在被选择的换挡作用点释放可选择单向离合器部分。

Description

有基于加速度进行控制的双态离合器组件的车辆和变速器

技术领域

本发明涉及双态离合器组件的基于加速度的状态控制。

背景技术

机动车辆变速器通常使用互连的齿轮元件和离合器联接可旋转的变速器输入和输出构件，以由此建立期望的闭锁器输出速度比。一些离合器可配置为流体促动的片式离合器，具有一系列间隔开的摩擦片。液压活塞通常被促动，以将摩擦片压在一起，由此跨过接合的离合器传递扭矩，或停止离合器的一侧和任何互连的齿轮构件或节点的旋转。片式离合器通常通过可变转差率控制，从而片式离合器的状态可从完全作用(fully applied)变化到完全释放以及在这之间任何之处。

在一些变速器中，双态离合器组件，诸如可选择单向离合器(SOWC)部分和自由转动(freewheeling)元件，被单独使用或与片式离合器一起使用，以建立一个或多个档位状态。这样的装置可以在第一档被作用，以发动车辆或在变为倒档开进车库期间。不像传统的摩擦片式离合器，双态离合器组件，如其名字所指，仅具有两个可能的离合状态：完全作用状态和完全释放状态，由SOWC部分的命令状态决定。当SOWC部分被释放时，双态离合器组件被释放，且随后沿一个旋转方向自由转动。自由转动元件阻止沿另一旋转方向的旋转。因此，双态离合器组件的一侧可相对于另一侧有效地转差。但是，当SOWC部分被作用时，双态离合器组件沿两个旋转方向被有效地锁定。

发明内容

在此披露的车辆包括具有双态离合器组件的变速器。变速器从发动机或另外的原动机接收输入扭矩，并包括一个或多个齿轮组，其至少一个节点连接至双态离合器组件。双态离合器组件可以是具有以上两个状态(完全作用和完全释放)的任何扭矩传递装置，即特征在于没有任何部分作用状态的任何双态装置。变速器的控制器与双态离合器组件和与至少一个车辆速度传感器连通。控制器自动地选择可变换挡作用点(shift apply point)，其是适于将双态离合器组件的状态从锁定模式改变到自由转动模式的相对应的车辆速度。

在本发明的变速器中，双态离合器组件在车辆以第一档位被发动时具有作用/锁定的双态状态。该双态状态允许在进行移库换挡(rolling garage shift)期间将变速器变为倒档的可能性。但是，双态离合器组件的可选择单向离合器(SOWC)部分必须处于释放/自由转动状态，以允许从第一档位到第二档的平滑换挡。本发明的控制方法由此基于车辆加速度而提供可变换挡作用点的选择，其意图辅助从一档的作用状态(在此也称为一档锁定)变换为释放状态(即，一档自由转动模式)。

本发明的控制方法根本在于认识到，如果车辆加速度在一档发动期间高的，则驾驶员命令到倒档的可能性相对于车辆加速度低时是最小的。快速换挡到二档的可能性更高，由此SOWC部分更快地断开。本发明的控制方法尝试获得双态离合器组件的这些潜在矛盾状态需求之间的平衡妥协，且由此可改善在进行移库期间向倒档的换挡以及在车辆发动后从一档到二档的更快换挡的质量。

特别地，此处披露了一种车辆，其包括内燃发动机和变速器。变速器包括多个齿轮组，每个具有多个节点；输入构件，连续地连接至发动机和其中一个齿轮组；双态离合器组件；和控制器。双态离合器组件，其可与输入构件连接到同一齿轮组，包括自由转动元件和可选择单向离合器(SOWC)部分。控制器在车辆发动时发送第一双态离合器命令至双态离合器组件，以沿两个旋转方向锁定SOWC部分，然后在车辆在发动之后从一档起步加速时经由处理器计算车辆的加速度值。控制器还以可变的方式选择双态离合器组件的换挡作用点，其作为算得的加速度值的函数，且在被选择的换挡作用点释放SOWC部分。

还披露了一种方法，其包括当车辆以一档发动时，从车辆的控制器发送第一双态离合器命令至双态离合器组件，以由此沿两个旋转方向锁定SOWC部分。该方法还包括，当车辆在发动后从一档加速时，经由控制器计算车辆的加速度值，并自动选择作为算得的加速度值的函数的双态离合器组件的换挡作用点。第二双态离合器命令作为方法的一部分被传递到双态离合器组件，以由此在被选择的换挡作用点释放SOWC部分。

本发明的上述特征及和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。

附图说明

图1是示例车辆的示意图，其具有自动变速器，该自动变速器具有根据在此披露的方式被控制的双态离合器组件；

图2是示例换挡作用点轨迹的图，车辆加速度和换挡作用点分别示出在水平轴和垂直轴上；

图3是图1所示的双态离合器组件的可行状态变换路径的示意图；

图4是描述用于根据车辆加速度控制双态离合器组件的状态的示例方法的流程图。

具体实施方式

参考附图，示例车辆10在图1中示意地示出，其具有内燃发动机12和/或另外的原动机以及自动变速器14。变速器14包括双态离合器组件25，且在此以示意性杆系图示出，如本领域技术人员所理解的。在此披露的控制方法可与使用双态装置(诸如双态离合器组件25)的任何变速器一起使用，以便获得第一档车辆发动、向倒档移库换挡、和第一至第二档的升档。因此，变速器14只是一种可行的构造。

与变速器14如何构造无关，变速器14的至少一个节点连接至双态离合器组件25。控制器60与双态离合器组件25和与至少一个车辆速度传感器通信，所述传感器在图1中示出为传统变速器输出速度传感器(TOSS)48，但其可包括一个或多个车轮速度传感器或任何其他适当的速度传感器(一个或多个)。使用被测量的车辆速度，在该实例中即来自TOSS 48的变速器输出速度(箭头N_O)，控制器60通过(在该例子中)计算瞬时加速度值(α)，例如，作为变速器输出速度(箭头N_O)的变化速率。

图1的控制器60则选择可变换挡作用点，其是用于作用双态离合器组件25的相对应的车辆速度，作为计算的加速度值(α)线性或其他校准函数这样做。控制器在被选择的换挡作用点将双态控制信号(箭头13)传递至双态离合器组件25。在接收双态离合器控制信号(箭头13)时，双态离合器组件25的促动器按照需要释放双态离合器组件25的可选择单向离合器(SOWC)部分S1，以进入或离开变速器档位状态或模式。在发动时，控制器60可传递具有不同值的双态控制信号(箭头13)，以作用SOWC部分S1。从可行点的范围中选择换挡作用点参考图2-3在以下详细描述。下面关于图4描述本控制方法100的示例性方法。

在图1中示出的控制器60可实施为与发动机12和与PRNDL(停车、倒档、空挡、行驶挡、慢速挡)阀24通信的数字计算机装置或多个这样的装置。控制器60由此从TOSS 48接收(直接或经由发动机或单个变速器控制模块(未示出))PRNDL设置(箭头17)和被测量的车辆速度，例如，变速器输出速度(箭头N_O)。结构上，控制器60可包括至少一个微处理器27以及充分有形、非瞬态存储器29(例如，只读存储器(ROM)、闪存、光学存储器、附加磁存储器等)。控制器60可以包括任何需要的随机访问存储器(RAM)、电可编程只读存储器(EPROM)、高速时钟、模拟-数字(A/D)和数字-模拟(D/A)电路、和任何输入/输出电路或装置，以及任何适当的信号调节和缓冲电路。用于执行改变双态离合器组件25的状态的方法100的指令记录在存储器29中，且按照需要经由处理器(一个或多个)27执行。

图1的示例变速器14包括输入构件15和输出构件16。各输入和输出构件15和16以期望速度比经由一个或多个齿轮组选择性地连接至彼此。在图1的示例实施例中，变速器14被示出为示例的六速自动变速器，其具有三个行星齿轮组，即第一齿轮组20、第二齿轮组30和第三齿轮组40。但是，如以上指出，可使用其他构造，而没有偏离本发明的范围。来自发动机12或另外的原动机(诸如电牵引马达)的输入扭矩(箭头T_I)传递通过变速器14，从而输出扭矩(箭头T_O)最终传递到输出构件16，并因此至驱动轴和驱动轮(未示出)。

图1的第一齿轮组20可分别包括第一、第二和第三节点21、22和23。第二和第三齿轮组30和40可同样具有第一、第二和第三节点。对于第二齿轮组30，第一、第二和第三节点分别是节点31、32和33。第三齿轮组40分别包括第一、第二和第三节点41、42和43。

参考第一齿轮组20，第一节点21经由互连构件18连续地连接到第三齿轮组40的第二节点42。第二节点22经由第一旋转离合器C456选择性地连接到发动机12和输入构件15。同样，第三节点23经由第二旋转离合器C35R选择性地连接到发动机12和输入构件15。第三节点23经由第一制动离合器CB26选择性地连接至变速器的静止构件45。如在此所用的，对于所有离合器，字母“C”是指“离合器”，B是指“制动器”，各数字指示特定的向前驱动齿轮模式，即，“R”是倒档、“1”是一档、“2”表示二档等，直到六挡。在离合器标志中没有“B”表示该特定离合器是旋转离合器。

在图1的第二齿轮组30中，第一节点31经由双态离合器组件25选择性地连接至第一齿轮组20的第二节点22。双态离合器组件25的接合将节点22和31锁定至变速器14的静止构件45。第二节点32经由另外的互连构件28连续地连接至第三齿轮组40的第三节点43。第三节点33直接地或经由另外的互连构件26连续地连接至输入构件15。第三齿轮组40的第一节点41经由第二制动离合器CB1234选择性地连接至静止构件45。可选的变速器输出速度传感器48可相对于输出构件16定位，其中被测的输出速度(箭头N_O)作为至控制器60的附加控制信号被转送。

图1的车辆10在换挡至倒档状态(例如在本领域已知的移库换挡)时和当从一档换挡至二档时可使用双态离合器组件25。双态离合器组件25典型地处于关/释放状态，由此在二档以上的所有档位状态中沿一个旋转方向自由向转动，以便减小在这些较高档位中的转差损失。双态离合器组件25具有如图1所示的两个部件：被动单向离合器或自由转动元件F1，其允许连接至其和SOWC部分S1的节点沿仅一个旋转方向的旋转，诸如第二齿轮组30的节点31。SOWC部分S1选择性地被作用，以防止沿两个旋转方向的旋转。由此，通过作用SOWC部分S1，连接到SOWC部分S1的任何节点有效地固接至静止构件45。所述固接典型地在倒档期间和发动机在一档中制动时发生。

参考图2，在车辆10在一档发动时，图1的双态离合器组件25的状态是完全开/作用的。这预期了进入倒档的所需换挡的可能性，例如移库倒档。双态离合器组件25响应于所需的1-2个升档而完全关/释放，以允许平滑地转换为二档。图1的控制器60通过基于车辆10的算得的加速度值(α)选择用于双态离合器组件25的换挡作用点而处理这个潜在的冲突状态需求。即，当车辆更快的速率加速时，双态离合器组件25相对于更慢的加速度速率释放得更快。当车辆减速时，图1的控制器60可使用静态换挡作用点，以将变速器14回复至一档，如以下参考图3解释的。

图2的轨迹62示出该概念。加速度值(α)在水平轴上绘制，限定每个换挡作用点的车辆速度(N)在垂直轴上绘制，所述换挡作用点用于从一档锁定状态(其中图1的SOWC部分S1完全作用)换挡至一档自由转动状态(其中，相同的SOWC部分S1被完全释放)。在相对较低的加速度值(α₁)下，SOWC部分S1从一档锁定状态的换挡通过图1的控制器60在校准的最大车辆速度(N₁)下实现。例如，每小时10-15公里(kph)的车辆速度可在可行实施例中被允许。

当车辆加速度增加到相对较高的车辆瞬时加速度值(α₂)时，控制器60逐渐降低可允许的车辆速度至校准的最小车辆速度(N₂)。该变换可在一个实施例中线性地发生，如图2所示。例如，换挡作用点可从10-15kph(即，大约12kph)的车辆速度(N₁)线性地变化，降至2-5kph(即，大约4kph)的车辆速度(N₂)。速度范围[N₁，N₂]限定可变换挡窗口的最大和最小边界，用于图1的双态离合器组件25。

参考图3，经由第一和第二变换路径71和171，示意性地示出了经由图1所示的控制器60的操作提供的本发明基于加速度的换挡作用点控制的核心概念。第一变换路径71，其示出从锁定的一档到二档的变换，被分为四个状态：状态72、73、74和75。第二变换路径171示出沿相反方向的变换，即，从二档到锁定的一档的变换，被分为四个状态：状态72、74和75。对于两个变换路径，状态72是锁定的一档，状态74是自由转动的一档，状态75是二档。第一变换路径71的状态73表示可变状态，其中，图1的SOWC部分S1可以或可以不接合，实际状态取决于车辆10的瞬时加速度值(α)。

状态73的可变本质在图3中根据双头箭头76示出。因为双态离合器装置25的实际双态状态总是作用的或释放的，所以状态73实际上是“伪状态”类型，即状态73的一些或全部持续时间根据瞬时加速度值(α)被分配给状态72或74。同样，状态75实际上在双态离合器组件25的相应双态状态方面是状态74的延续，因为在双态离合器组件25释放之后，其针对所有更高档位状态都保持释放。

本发明的基于加速度的控制与校准的速度阈值一起工作。速度阈值作为瞬时加速度值(α)的函数而变化，不像使用固定速度形式的静态换挡作用点的传统方法。第一变换路径71由此在状态72中以零输出速度开始，并在该状态中持续直到图1的车辆10达到更高的速度N_B，例如，在一个实施例中大约为6kph。状态72可以以像N_B一样低和像N_D一样高的速度结束，例如在相同实施例中为大约12kph，其中由控制器60计算的状态72的实际终结为瞬时加速度值(α)的函数，如以上关于图2所解释的。

不晚于速度N_D，图1的SOWC部分S1经由双态控制信号(图1的箭头13)被释放，并在此之后在所有更高档位状态中保持释放，以便最小化损失。状态74，即，锁定的一档，可持续直到速度N_E，例如大约15kph，在该速度处，变速器14可自动换挡到二档或状态75。在此提供的示例速度可取决于设计而变化。

第二变换路径171示出沿相反方向改变车辆速度。即，状态75(二档)可保持直到速度N_C，例如大约12kph，在该点，状态换挡发生至状态73(一档自由转动)。状态73可持续直到车辆10到达速度N_A，在该点，换挡可发生至状态72(一档锁定)。需注意，第二变换路径171缺乏状态73，该状态73仅在图1的车辆10沿正速度方向加速时，即，当车辆10没有减速时用于可变状态。

图4示出用于控制双态装置的状态的示例方法100，例如用于控制图1所示的示例双态离合器组件25的开/关状态，该方法使用同一图中所示的车辆10的瞬时加速度值(α)。在初始化(*)之后，方法100在步骤102处开始，其中，图1中的控制器60确定变速器14当前是否处于零输出速度和图3的状态72中，即，在一档锁定状态。如果不是，则方法100行进至步骤112。否则，方法100行进至步骤104。

在步骤104处，控制器60使用处理器27接收和处理变速器输出速度(图1的箭头N_O)或另外的测得的速度值。步骤104可要求过滤来自TOSS 48和/或所用的任何其他速度传感器(一个或多个)的信号，以确定车辆速度，所述其他速度传感器例如一组车轮速度传感器(未示出)。一旦已知车辆速度，则方法100行进至步骤106。

步骤106包括经由图1的处理器27计算同一图中示出的车辆10的瞬时加速度值(α)，诸如通过计算之前在步骤104处确定的车辆速度的变化率或偏差。瞬时加速度值(α)临时地记录在控制器60的存储器29中，在此之后，方法100前进到步骤108。

在步骤108处，图1所示的控制器60接下来从状态72(一档锁定)中选择进入状态74(一档自由转动)的换挡作用点。实际上，步骤108要求确定可变状态73增加到状态72或状态74的持续时间。在步骤108处在选择换挡作用点时，控制器60可访问查找表，其作为校准值记录在存储器29中，该查找表通过加速度和车辆速度进行索引。控制器60在可选的换挡作用点处命令图1所示的SOWC部分S1的换挡，以由此请求到释放/关状态的换挡。方法随后行进至步骤110。

步骤110可包括确定图1的SOWC部分S1是否完全释放，诸如通过测量或计算跨SOWC部分S1的转差量。如果控制器60确定SOWC部分S1完全释放，则方法100行进至步骤112。否则，方法100重复步骤108。

在步骤112处，控制器60通过换挡到任何需要的更高档位或按照需要从较高挡换挡到较低挡而控制变速器。在所有较高的档位中，所述较高的档位取决于实施例包括二档或二档以上的任何档位，SOWC部分S1保持关/断开以最小化损失。然后方法100结束(**)。

在此提供的可变换挡作用点意图解决与使用静态换挡作用点的控制方法相关的一些性能问题。例如，在高加速度车辆发动到阈值车辆速度期间，其后立即跟着加速器踏板的作用压力的迅速去除和随后的节流阀增加，本方法必须等待双态装置的SOWC部分以断开。同时，SOWC部分的支柱或其他扭矩保持件完全加载。这可延迟需要的换挡并兼顾换挡质量。

同样，将换挡作用点变低，即，在较低的车辆速度使双态装置换挡，可导致否定所需的车库倒档换挡，直到具有双态装置的车辆减慢到足够低的阈值，通常为4kph或更低。可从本发明得益的其他操纵可包括在尝试从雪、冰或泥中救出车辆的常用的前进-倒退车辆摆动循环类型。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims

1.一种车辆，包括：

内燃发动机；和

变速器，该变速器具有：

静止构件；

多个齿轮组，每个具有多个节点；

输入构件，连续地连接至发动机和其中一个齿轮组；

双态离合器组件，与输入构件连接到同一齿轮组，其中，双态离合器组件包括：自由转动元件，其将扭矩保持为沿第一旋转方向；和可选择单向离合器部分，当被用于将扭矩保持为沿第一旋转方向和第二旋转方向时，将可选择单向离合器部分连接到静止构件，且允许双态离合器组件在释放时沿第二旋转方向自由转动；

速度传感器，可操作为测量车辆速度；和

控制器，与双态离合器组件和与速度传感器通信；其中，控制器包括处理器和存储器，存储器记录有用于选择双态离合器组件的换挡作用点的指令，并且其中，控制器被配置为经由处理器执行来自存储器的指令，以由此：

当车辆发动时，传递第一双态离合器命令至双态离合器组件，以由此作用可选择单向离合器部分；

经由处理器计算车辆的加速度值，所述加速度值为车辆的测得的速度的函数；

选择双态离合器组件的换挡作用点，所述换挡作用点为计算的加速度值的函数；

传递第二双态离合器命令到双态离合器组件，以由此在被选择的换挡作用点释放可选择单向离合器部分。

2.如权利要求1所述的车辆，其中，换挡作用点在校准速度范围内线性可变。

3.如权利要求1所述的车辆，其中，

变速器包括输出构件和多个齿轮组，所述多个齿轮组包括第一齿轮组、第二齿轮组和第三齿轮组；

双态离合器组件连接在第一齿轮组的节点和第二齿轮组的节点之间；和

输出构件连接到第三齿轮组的节点。

4.如权利要求1所述的车辆，其中，控制器被配置为，当车辆减速时，在校准的固定换挡作用点处再次作用可选择单向离合器部分。

5.一种变速器，包括：

静止构件；

第一和第二齿轮组；

双态离合器组件，连接到第一和第二齿轮组，其中，双态离合器组件包括可选择单向离合器部分；

速度传感器，配置为测量变速器的输出速度；和

控制器，与速度传感器和双态离合器组件通信；其中，控制器包括处理器和实体、非瞬态存储器，所述存储器上记录有用于选择双态离合器组件的换挡作用点的指令，并且其中，控制器被配置为执行来自存储器的指令，以由此：

当具有变速器的车辆发动时，将第一双态离合器命令发送到双态离合器组件，以由此将可选择单向离合器部分连接到静止构件，并由此防止双态离合器组件沿第一和第二旋转方向的旋转；

从速度传感器接收被测量的输出速度；

计算车辆的加速度值，该加速度值为被测量的输出速度的函数；

选择作为被测量的加速度值的函数的双态离合器组件的换挡作用点；和

将第二双态离合器命令发送到双态离合器组件，以由此在被选择的换挡作用点释放可选择单向离合器部分，从而允许双态离合器组件沿第一和第二旋转方向中的一个自由转动。

6.如权利要求5所述的变速器，其中，控制器包括被记录的查找表，其中，处理器使用计算的加速度值访问查找表，以选择换挡作用点。

7.如权利要求5所述的变速器，其中，换挡作用点在校准速度范围内线性可变。

8.如权利要求7所述的变速器，其中，校准速度范围是4至12kph。

9.如权利要求5所述的变速器，其中，

输出构件连接到第三齿轮组的节点。

10.如权利要求5所述的变速器，其中，控制器被配置为，当车辆减速时，在校准的固定换挡作用点处再次作用双态离合器组件。