CN103836182A - 配备液力变矩器的带式cvt的控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配备液力变矩器的带式CVT的控制系统及相应控制方法，该控制系统具有四层架构，包括：变速箱管理层，其用于根据来自I/O接口层的外部输入确定变速箱状态以及发动机状态；换档策略层，其用于根据变速箱状态、发动机状态以及来自I/O接口层的车辆状态信息确定换档控制信息，并向控制层发送换档控制信息；控制层，其用于根据来自换档策略层的换档控制信息生成CVT模块控制命令，并通过I/O接口层向变速箱控制单元TUC的底层软件发送CVT模块控制命令，以控制相应的CVT模块；以及I/O接口层，用于与变速箱控制单元TUC的底层软件通信。

Description

配备液力变矩器的带式CVT的控制系统和方法

技术领域

本发明涉及汽车变速器控制系统技术领域，具体涉及一种配备液力变矩器的带式CVT（continuously variable transmission，连续可变变速器）的控制系统和方法。

背景技术

CVT以其无级变速的优势消除了传统变速箱的换档顿挫，并降低了油耗。配备液力变矩器的CVT采用液力变矩器实现平稳起步，并在加速过程或者较大动力输出需求下起到增大扭矩的作用。目前市场上的CVT的传动带类型有两种，链式和带式。

基于配备液力变矩器的带式CVT的机械结构，在CVT的软件控制系统中需要涉及对不同模块（例如对前进后退离合器、液力变矩器、带轮等）的控制。但本领域中并不存在配备液力变矩器的带式CVT的清晰定义的架构的、模块化的控制系统。

因此，本领域中需要一种配备液力变矩器的带式CVT的、具有清晰定义的架构的、模块化的控制系统。

发明内容

在本发明的一个方面，提供了一种配备液力变矩器的带式CVT的控制系统，该控制系统具有四层架构，包括：变速箱管理层，其用于根据来自I/O接口层的外部输入确定变速箱状态以及发动机状态；换档策略层，其用于根据变速箱状态、发动机状态以及来自I/O接口层的车辆状态信息确定换档控制信息，并向控制层发送换档控制信息；控制层，其用于根据来自换档策略层的换档控制信息生成CVT模块控制命令，并通过I/O接口层向变速箱控制单元TUC的底层软件发送CVT模块控制命令，以控制相应的CVT模块；以及I/O接口层，用于与变速箱控制单元TUC的底层软件通信。

在本发明的另一个方面，提供了一种配备液力变矩器的带式CVT变速箱控制单元，其包括：硬件主芯片；用于驱动硬件主芯片以与外界通信的底层软件；以及上述控制系统。

在本发明的又一个方面，提供了一种配备液力变矩器的带式CVT的控制方法，包括：根据外部输入确定变速箱状态以及发动机状态；根据变速箱状态、发动机状态以及车辆状态信息确定换档控制信息；根据换档控制信息生成CVT模块控制命令，并向变速箱控制单元TUC的底层软件发送CVT模块控制命令，以控制相应的CVT模块。

该CVT控制系统由于采用了分层的模块化结构，各层和模块之间定义清楚，通过信号传递通信，这样可以不但可以实现对CVT的有效控制，而且该CVT控制系统的各模块可并行开发，缩短了开发周期，并可以选择性地采用或更改不同模块，使整个系统的实现更为灵活。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的配备液力变矩器的带式CVT的控制系统的运行环境；

图2示出了描述根据本发明的实施例的配备液力变矩器的带式CVT的控制系统的架构；以及

图3示出了根据本发明的实施例的配备液力变矩器的带式CVT的控制方法。

具体实施方式

现参照图1，其示出了根据本发明的实施例的配备液力变矩器的带式CVT的控制系统的运行环境。如图1所示，CVT变速箱10包括CVT变速箱控制单元（TCU）11。变速箱控制单元11的硬件主芯片12中包含有CVT控制系统14以及底层软件13。在本发明的一实施例中，CVT控制系统14通过软件实现。当然，这并不是对本发明的限制，本发明的CVT控制系统14可以通过软件、固件、硬件及其任意组合来实现。底层软件13主要用于驱动TCU硬件，其通过硬件接口15（如PIN脚）接收各种传感器输入信号、输出对变速箱内的各执行器（如液压阀等）的控制信号，进行与车辆的其他控制单元（如发动机控制单元）的CAN通信（包括CAN消息的解包和打包），实现诊断协议（主要指车辆在线诊断系统（OBD））等。本发明的CVT控制系统14用于实现对变速箱的控制，例如控制换挡、控制离合器等，并通过底层软件13和硬件接口15将其控制信号发送给变速箱内的各机构模块的执行器。

现参照图2，其示出了描述根据本发明的实施例的配备液力变矩器的带式CVT的控制系统的架构。

如图2所示，该CVT控制系统14具有四层架构，分别描述如下：

顶层为变速箱管理层21。该层根据外部输入（例如，发动机转速、点火信号、换档手柄位置信号、底层或诊断软件发来的错误状态信息、下线检测（EOL）状态信息、车速信息）确定变速箱状态（例如，起步状态，正常状态，跛行回家状态，EOL状态）以及发动机状态（例如，关闭状态，正常运行状态，怠速状态等），并向下层控制软件（换档策略层22和前进后退离合器控制模块23）输出变速箱和发动机状态信息。

例如，对于发动机运行状态检测来说，当点火信号无输入，即未点火状态，且换档手柄位于P档，可基本判定发动机处于关闭状态；点火信号输入后，变速箱控制单元（TCU）上电，进入软件初始化状态；软件初始化完成后，检测发动机转速达到最小值（例如，50转/分），TCU进入等待发动机起动状态；待发动机起动完成，达到怠速转速（例如，800转/分）并保持稳定，进入怠速状态；当发动机转速上升，超过怠速转速，且无故障信息时，发动机进入正常运行状态。

再例如，对于变速箱运行状态检测来说，变速箱的正常状态指在没有故障信息或EOL信号的情况下，且TCU处于上电正常工作（点火信号输入）。起步状态属于正常状态之前的状态。判断标准不一，例如，可以通过检测车辆速度，当发动机起动，车辆速度达到例如10km/h（标定值，可以自由定义）可以认为车辆起步状态结束，进入正常状态。

跛行回家状态是指当车辆或变速箱内部出现故障信号，经TCU检测，诊断软件发出故障信息，变速箱进入跛行回家模式，此时例如限制变速箱换入高档（如三档以上）。

下线检测（EOL）状态是一种特殊模式，由底层软件发来的EOL激活信号激活。

第二层为换档策略层22。该层根据来自变速箱管理层21的变速箱当前状态和发动机状态、以及车辆状态（例如车辆速度信号，驾驶员加速踏板和制动踏板信号以及车辆环境信号（路面坡度，车辆负载，海拔信息等））生成并给下面的控制层发出相应换档控制信息，例如生成并向速比控制模块25发出目标速比或者目标一级带轮转速，以及生成并向液力变矩器锁止离合器控制模块24发出锁止离合器状态控制信息。

例如，目标速比或目标一级带轮转速例如可以通过换档曲线图输出的形式确定，换档曲线图的输入为驾驶员加速踏板信号和车速信号。该曲线图可以通过工程标定得到。并且根据车辆负载、路面坡度以及海拔高度的变化，有不同的换档曲线图可选。

锁止离合器锁止模式可以有不同的定义方法，例如可以定义为锁止状态、打开状态、滑模控制状态，在有些情况下，也可将锁止状态分为有动力传递锁止和车辆滑行锁止。在一种简单的示例性实现方式中，锁止离合器的锁止状态分为锁止状态和打开状态。起步后，锁止离合器处于打开状态；当车速高于某个门限值（例如30km/h），锁止离合器需要进入锁止状态。

第三层为控制层。该层用于控制CVT的各机械模块。该层例如包括如下模块：

前进后退离合器控制模块23。该模块主要用于实现对前进后退离合器的控制，即根据驾驶员手柄选择前进或者后退位置，确定前进后退模式切换，包含对离合器执行器例如液压阀的控制。该模块从I/O接口读取手柄前进/后退位置信号，并根据变速箱当前状态进行计算（主要是手柄信号的安全校验和判断，如不能同时挂入两个档位，再如挂前进档手柄时不能有向后的车速），向I/O接口层输出对离合器执行器的控制信号，例如电磁阀的电流或PWM控制信号。

液力变矩器锁止离合器控制模块24。该模块主要用于根据来自换档策略层22的锁止离合器状态控制信息控制液力变矩器配备的锁止离合器。例如，为保证车辆平稳起步，在起步或低速情况下，锁止离合器处于分离或半结合状态；起步后当车速达到一定门限值（例如30km/h）时，根据换档策略层22发来的锁止离合器状态控制信息，需要锁止离合器，实现发动机与变速箱的近刚性连接，使动力几乎无损失传递。该模块包含对锁止离合器执行器例如液压阀的控制，其将对于锁止离合器执行器例如液压阀电流或PWM的控制信号输入到I/O接口层27，并通过底层软件发给TCU相应的PIN脚，以对液压阀进行控制。此外，该模块24还向其他模块如速比控制模块25、传动带保护模块26发送锁止离合器状态（结合，分离）信息。

速比控制模块25。该模块主要用于通过控制CVT的两级带轮的轴向移动来实现目标速比或目标一级带轮转速。例如通过控制两个带轮缸压力，实现带轮轴向位移，实现目标速比或目标一级带轮转速。该模块在有压力传感器的情况下可采用闭环控制（例如PID控制，其中，根据压力传感器的反馈值和目标值的偏差调整输出的目标值），并包含对带轮位移执行器例如液压阀的控制。

该速比控制模块25从换档策略模块22得到目标速比或目标一级带轮转速，从液力变矩器锁止离合器控制模块24获得锁止离合器状态信息，通过计算得到实现目标速比或目标一级带轮转速所需的带轮执行器控制信号，例如控制两级带轮所需的液压阀的电流或PWM值，并通过I/O接口层27向带轮执行器输出该控制信号。计算过程有很多种实现方式，本发明的一种实施方式为，如果输入为目标一级带轮转速，则根据当前输出转速确定目标速比（需要加以滤波和限制处理）；根据变速箱输入扭矩值，加以安全系数，根据带轮几何关系得出带轮最小夹紧力；根据工程试验数据，每个速比对应一个试验得出的两级带轮夹紧力之比；根据具体的变速箱液压管路设计情况有不同的两级带轮夹紧力计算方法。例如，设计为单回路系统时，二级带轮液压力即为系统的总管路压力，这时，需要将最小夹紧力作用于二级带轮上保证传动带不打滑。而一级带轮的目标夹紧力可由二级带轮夹紧力和当前目标速比下对应的夹紧力之比计算得到。这样，就实现了两级带轮的夹紧力控制。将两级带轮的目标夹紧力根据带轮设计几何形状换算即可得到两级带轮的目标液压力。

在夹紧力控制的基础上，还需要实现速比控制。本发明的一种对于单回路系统的实施方式为，将目标速比的变化率作为控制输入，通过纯粹的控制系统算法设计，得到需求的一级带轮目标液压力变化率，二者关系也可由工程试验得出。

一级带轮的目标液压力就由夹紧力部分和速比部分之和得出，二级带轮目标液压力主要由夹紧力部分得出。根据液压电磁阀特性，可以直接由目标液压力查表或根据液压阀特性公式得到目标电磁阀电流或PWM值。

这里所列举的实施方式仅实现了从输入速比到输出液压力的闭环控制，根据实现方式的不同，也可根据工程试验，实现到电磁阀电流的闭环控制。但是整个模块的基本输入输出仍然是这些量。

传动带保护模块26。该模块主要用于检测某些潜在危险工况（例如，强制动）、不同路面（例如差路面、低附着系数路面）并实施策略（发动机降扭，切断动力传递等方式）对传动带予以保护。该模块通过来自I/O接口层的相关传感器输入信号自行检测危险工况，在不同危险工况下向不同模块发送命令。例如，通过检测四轮车速的不同，可以判断车辆是否部分或全部处于低附着路面上；若是，向速比控制模块25发送提高控制安全系数请求，即在计算目标值的时候将计算量的安全裕度提高；或通过I/O接口层27并通过CAN通信向发动机控制单元发送发动机快速/慢速降扭请求。

第四层为I/O接口层27。该层采用统一的I/O接口通过底层软件读取或输入底层软件变量，主要指读取一些传感器信号（如压力、转速信号）的物理值、换档手柄位置信号、点火信号，以及输出电磁阀控制电流信号等，输出对CVT变速箱内的各物理模块的控制信号，并与其他车载控制单元进行CAN通信。

以上参照附图描述了根据本发明的实施例的配备液力变矩器的带式CVT的控制系统，应指出的是，以上描述仅为示例，而不是对本发明的限制。在本发明的其他实施例中，该系统可具有更多、更少或不同的层或模块，且各层或模块之间的连接、包含和功能关系可以与所描述和图示的不同。例如，在上述实施方式中，将夹紧力控制作为了速比控制模块的一部分。但在另一些实施方式中，夹紧力控制可以作为单独的模块与速比控制并行存在。再例如，变速箱管理层也可以作为换挡策略层的一部分来实现。所有这些变化仍属于本发明的基本思想，包含在本发明的范围之内，并仍具有相应的技术效果。

本发明的CVT控制系统的优点主要在于采用了分层的模块化结构，各层和模块之间定义清楚，通过信号传递通信，这样可以不但提出了一种有效的CVT控制系统，从而实现对CVT的有效控制，而且该CVT控制系统的各模块可并行开发，缩短了开发周期，并可以选择性地采用或更改不同模块，使整个系统的实现更为灵活。

在本发明的另一方面，还提供了一种配备液力变矩器的带式CVT变速箱控制单元，其包括：硬件主芯片；用于驱动硬件主芯片以与外界通信的底层软件；以及如上所述的根据本发明的任何一个实施例的CVT控制系统。所述硬件主芯片可以是现有的配备液力变矩器的带式CVT变速箱控制单元的硬件主芯片，且所述底层软件可以是现有的配备液力变矩器的带式CVT变速箱控制单元的底层软件。

在本发明的又一方面，还提供了一种配备液力变矩器的带式CVT的控制方法。图3示出了根据本发明的实施例的配备液力变矩器的带式CVT的控制方法。该控制方法对应于上述根据本发明的实施例的配备液力变矩器的带式CVT的控制系统14所执行的操作。为简明起见，在以下描述中省略了与以上描述重复的部分细节，因此可参照以上描述获得对该控制方法更详细的了解。如图所示，该控制方法包括以下步骤：

在步骤301，根据外部输入确定变速箱状态以及发动机状态。

在步骤302，根据变速箱状态、发动机状态以及车辆状态信息确定换档控制信息。

在步骤303，根据换档控制信息生成CVT模块控制命令，并向变速箱控制单元TUC的底层软件发送CVT模块控制命令，以控制相应的CVT模块。

根据本发明的实施例，所述变速箱状态包括以下各项中的至少一个：起步状态，正常状态，跛行回家状态，下线检测EOL状态；所述发动机状态包括以下各项中的至少一个：关闭状态，正常运行状态，怠速状态；以及所述外部输入包括以下各项中的至少一个：发动机转速，点火信号，换档手柄位置信号，来自诊断软件的错误状态信息，EOL状态信息、车速信息。

根据本发明的实施例，所述车辆状态信息包括以下各项中的至少一个：车辆速度信号，驾驶员加速踏板和制动踏板信号，车辆环境信号；以及所述换档控制信息包括目标速比或目标一级带轮转速以及锁止离合器状态控制信息。

根据本发明的实施例，该控制方法还包括以下步骤：根据离合器手柄前进/后退位置信号以及变速箱当前状态生成并输出对前进/后退离合器执行器的控制信号；其中所述根据换档控制信息生成CVT模块控制命令，并向变速箱控制单元TUC的底层软件发送CVT模块控制命令包括：根据液力变矩器锁止离合器状态控制信息，生成并输出对液力变矩器锁止离合器执行器的控制信号，并提供液力变矩器锁止离合器状态信息；和根据目标速比或目标一级带轮转速以及液力变矩器锁止离合器状态信息，生成并输出对带轮位移执行器的控制信号；以及根据由相关传感器输入信号所检测的危险工况，发送提高控制安全系数请求，或通过CAN通信发送发动机快速/慢速降扭请求。

根据本发明的实施例，所述根据目标速比或目标一级带轮转速以及液力变矩器锁止离合器状态信息，生成并输出对带轮位移执行器的控制信号包括：使用压力传感器实现目标速比或目标一级带轮转速到输出到作为带轮位移执行器的液压电磁阈值的液压力的闭环控制。

根据本发明的实施例，该控制方法在变速箱控制单元中执行，例如实现为变速箱控制单元的底层软件之上的软件。

以上参照附图描述了根据本发明的实施例的配备液力变矩器的带式CVT的控制方法。应指出的是，以上描述仅为示例，而不是对本发明的限制。在本发明的其他实施例中，该方法可包括更多、更少或不同的步骤，且各步骤之间的顺序、包含、功能等关系可以与所描述和图示的不同。

尽管以上参照附图描述了本发明的实施例，如本领域的技术人员可知的，可以对上述实施例进行各种改变，而仍处于本发明的基本思想和范围之内，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (13)

1.一种配备液力变矩器的带式CVT的控制系统，该控制系统具有四层架构，包括：

变速箱管理层，其用于根据来自I/O接口层的外部输入确定变速箱状态以及发动机状态；

换档策略层，其用于根据变速箱状态、发动机状态以及来自I/O接口层的车辆状态信息确定换档控制信息，并向控制层发送所述换档控制信息；

控制层，其用于根据来自换档策略层的换档控制信息生成CVT模块控制命令，并通过I/O接口层向变速箱控制单元TUC的底层软件发送CVT模块控制命令，以控制相应的CVT模块；以及

I/O接口层，用于与变速箱控制单元TUC的底层软件通信。

2.根据权利要求1的控制系统，其中，

所述变速箱状态包括以下各项中的至少一个：起步状态，正常状态，跛行回家状态，下线检测EOL状态；

所述发动机状态包括以下各项中的至少一个：关闭状态，正常运行状态，怠速状态；以及

所述外部输入包括以下各项中的至少一个：发动机转速，点火信号，换档手柄位置信号，来自诊断软件的错误状态信息，EOL状态信息、车速信息。

3.根据权利要求1的控制系统，其中，

所述车辆状态信息包括以下各项中的至少一个：车辆速度信号，驾驶员加速踏板和制动踏板信号，车辆环境信号；以及

所述换档控制信息包括目标速比或目标一级带轮转速以及锁止离合器状态控制信息。

4.根据权利要求1的控制系统，其中，所述控制层包括：

前进后退离合器控制模块，其用于根据来自I/O接口的手柄前进/后退位置信号以及变速箱当前状态生成并通过I/O接口输出对离合器执行器的控制信号；

液力变矩器锁止离合器模块，其用于根据来自换档策略层的锁止离合器状态控制信息，生成并通过I/O接口输出对锁止离合器执行器的控制信号，并向速比控制模块和传动带保护模块发送锁止离合器状态信息；

速比控制模块，其用于根据来自换档策略层的目标速比或目标一级带轮转速以及来自液力变矩器锁止离合器控制模块的锁止离合器状态信息，以生成并通过I/O接口输出对带轮位移执行器的控制信号；以及

传动带保护模块，其用于根据由来自I/O接口的相关传感器输入信号所检测的危险工况，向速比控制模块发送提高控制安全系数请求，或通过I/O接口通过CAN通信发送发动机快速/慢速降扭请求。

5.根据权利要求4的控制系统，其中，所述速比控制模块使用压力传感器实现目标速比或目标一级带轮转速到输出到作为带轮位移执行器的液压电磁阈值的液压力的闭环控制。

6.根据权利要求1的控制系统，其中，所述变速箱管理层位于所述换档策略层中。

7.一种配备液力变矩器的带式CVT变速箱控制单元，其包括：

硬件主芯片；

用于驱动硬件主芯片以与外界通信的底层软件；以及

根据权利要求1－6中任何一个的控制系统。

8.一种配备液力变矩器的带式CVT的控制方法，包括：

根据外部输入确定变速箱状态以及发动机状态；

根据变速箱状态、发动机状态以及车辆状态信息确定换档控制信息；

根据换档控制信息生成CVT模块控制命令，并向变速箱控制单元TUC的底层软件发送CVT模块控制命令，以控制相应的CVT模块。

9.根据权利要求8的控制方法，其中，

所述变速箱状态包括以下各项中的至少一个：起步状态，正常状态，跛行回家状态，下线检测EOL状态；

所述发动机状态包括以下各项中的至少一个：关闭状态，正常运行状态，怠速状态；以及

所述外部输入包括以下各项中的至少一个：发动机转速，点火信号，换档手柄位置信号，来自诊断软件的错误状态信息，EOL状态信息、车速信息。

10.根据权利要求8的控制方法，其中，

所述车辆状态信息包括以下各项中的至少一个：车辆速度信号，驾驶员加速踏板和制动踏板信号，车辆环境信号；以及

所述换档控制信息包括目标速比或目标一级带轮转速以及锁止离合器状态控制信息。

11.根据权利要求8的控制方法，还包括：

根据离合器手柄前进/后退位置信号以及变速箱当前状态生成并输出对前进/后退离合器执行器的控制信号；

其中，所述根据换档控制信息生成CVT模块控制命令，并向变速箱控制单元TUC的底层软件发送CVT模块控制命令包括：

根据液力变矩器锁止离合器状态控制信息，生成并输出对液力变矩器锁止离合器执行器的控制信号，并提供液力变矩器锁止离合器状态信息；以及

根据目标速比或目标一级带轮转速以及液力变矩器锁止离合器状态信息，生成并输出对带轮位移执行器的控制信号；以及

根据由相关传感器输入信号所检测的危险工况，发送提高控制安全系数请求，或通过CAN通信发送发动机快速/慢速降扭请求。

12.根据权利要求11的控制方法，其中，所述根据目标速比或目标一级带轮转速以及液力变矩器锁止离合器状态信息，生成并输出对带轮位移执行器的控制信号包括：

使用压力传感器实现目标速比或目标一级带轮转速到输出到作为带轮位移执行器的液压电磁阈值的液压力的闭环控制。

13.根据权利要求8－12中任何一个的控制方法，其中，该控制方法在变速箱控制单元中执行。

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