CN103909931A - 双离合变速器车辆起动控制 - Google Patents

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Abstract

一种车辆包括发动机、发动机控制模块(ECM)和双离合变速器(DCT)组件。DCT组件具有第一和第二输入离合器、通过各第一和第二输入离合器可选择地连接到发动机的第一和第二齿轮组、和变速器控制模块。在执行起动控制方法时,TCM接收起动请求,接收实际的发动机扭矩,并且确定发动机的惯量和加速度。所述TCM然后根据实际发动机扭矩值、惯量和加速度的乘积的函数计算用于车辆起动的特殊输入离合器的离合器扭矩,比较算得的离合器扭矩和被命令的离合器扭矩,根据比较结果修正扭矩-位置(TTP)图表,并且将离合器位置信号传送到指定的输入离合器,由此命令从TTP图表中获取的作用位置。

Description

双离合变速器车辆起动控制
技术领域
本发明涉及具有双离合变速器的车辆的起动控制。
背景技术
双离合变速器结合有手动和自动变速器的特征。在具有奇数和偶数编号的齿轮组的双离合变速器或DCT中,一对输入离合器中的一个被作用(applied),以接合奇数编号的齿轮组中的任一个。类似地,另一个输入离合器被作用,以接合偶数编号的齿轮组中的任一个。车载变速器控制器使用可获得的控制输入,例如发动机加速度和制动水平,来预测接下来被选择的齿轮,并且然后在接下来的换挡之前命令下一齿轮的接合。相对于传统的变速器,DCT的使用能够提供更快的档位切换,通常通过改进的换挡控制和增大的功率。
在湿式DCT中的两个可得到的输入离合器利用通过发动机驱动的或者辅助的流体泵来循环的变速器流体而被冷却和润滑。在干式DCT(dDCT)中,在DCT的齿轮箱中的各种齿轮组以相同的方式被冷却和润滑,但是两个输入离合器保持干燥。因此,干式DCT相对于湿式DCT可经受更大量的与温度相关的性能变化。
发明内容
本文公开了包括双离合变速器(DCT)和变速器控制模块(TCM)的车辆。ECM操作为执行本发明的起动控制方法。该方法可以用于任何DCT的起动控制,不管是如上所述的干式或者湿式的种类。在本文中公开的示例实施例中,在车辆起动过程中,发动机控制模块(ECM)和TCM一起工作,以最终随时间计算和修正位置控制信号,所述位置控制信号用于控制DCT的输入离合器中的指定一个的位置。位置信号最终命令指定的输入离合器的作用位置(apply position),即,用于作用离合器的活塞或其他致动器(一个或者多个)的位置。本方法的一个目的是获得具有平滑、连贯感觉的车辆起动。
在特定的实施例中,车辆包括有发动机和DCT组件。该DCT组件包括TCM和第一和第二输入离合器。第一和第二输入离合器连接发动机到DCT的各个第一和第二齿轮组。车辆还包括上面所述的ECM。ECM获取、计算或者提供实际的发动机扭矩值。TCM与输入离合器和ECM连通,每当车辆的驾驶员通过足够的范围或行程百分比压下加速踏板时,其接收来自ECM的起动请求。
响应于接收到的起动请求,TCM接下来根据发动机扭矩(TE)和惯量扭矩值的函数获得算得的离合器扭矩(TCALC),所述惯量扭矩值作为发动机的已知惯量和加速度的乘积被确定。TCM然后比较算得的离合器扭矩值和命令的离合器扭矩,例如来自TCM的信号。发动机扭矩和算得的扭矩之间的任何偏差被用来进行离合器位置的闭环控制,从而使得发动机扭矩和算得的扭矩重合。TCM可修改存储器中记录的扭矩-位置(TTP)图表,使得,当算得的离合器扭矩超过命令的离合器扭矩时更小的离合器扭矩在TTP图表中对应指定输入离合器的给定作用位置,且使得,当算得的离合器扭矩小于命令的离合器扭矩时更大的离合器扭矩在TTP图表中对应给定的作用位置。然后TCM将离合器位置信号传送到指定的输入离合器,由此命令从记录的TTP图表中获取的输入离合器的作用位置。
还公开了一种DCT系统,其用于具有带ECM和发动机的车辆。DCT系统包括第一和第二输入离合器、第一和第二齿轮组和TCM。第一齿轮组可选择地通过第一输入离合器被连接到发动机。同样,第二齿轮组可选择地通过第二输入离合器被连接到发动机。TCM与ECM连通,接收起动请求,并且响应于起动请求,接收实际发动机扭矩并且确定发动机的加速度和惯量。然后TCM通过将加速度与惯量值的成绩从实际发动机扭矩中减去而获得算得的离合器扭矩,比较算得的离合器扭矩和命令的离合器扭矩。如上所述基于该差值调节TTP图表,并且TCM将离合器位置信号传送到指定的输入离合器,以通过从记录的TTP图表获取位置而命令输入离合器的作用位置。
还公开了用于上述车辆的相关起动控制方法。该方法包括:通过TCM接收起动请求,接收来自ECM的实际发动机扭矩值,确定发动机加速度和惯量,和随后计算作为实际发动机扭矩值、惯量和加速度的函数的、用于第一和第二输入离合器中的指定的输入离合器的离合器扭矩。该方法还包括:比较所述算得的离合器扭矩和命令的离合器扭矩,并且将对应的闭环位置信号传送到指定的输入离合器,以由此根据比较的结果来增加或者减少指定的输入离合器的离合器作用位置。
结合附图,从下面的用于实现在所附的权利要求书中限定的本发明的一些最佳方式和其他实施例的具体说明中,本发明的上述特征和优势以及其他特征和优势将容易地显而易见。
附图说明
图1是具有双离合变速器(DCT)组件的车辆的示意图,其中离合器位置在车辆的起动过程中使用本文中说明的起动控制方法被控制。
图2是一组时间线条图,说明了各种车辆的性能值的变化幅值,沿着水平轴绘制的是时间,沿着垂直轴绘制的是幅值。
图3是用于图1中示出的DCT的输入离合器的示例离合器位置控制信号的时间线条图,沿着水平轴绘制的是时间,沿着垂直轴绘制的是幅值。
图4是图1的车辆可用的示例扭矩-位置模型,沿着水平轴绘制的是命令的离合器扭矩,沿着垂直轴绘制的是离合器位置。
图5是车辆起动控制方法的一个典型实施例的流程图,所述方法用于图1示出的车辆、或者用于将湿式或者干式DCT作为其动力系统的一部分的任何其他车辆。
具体实施方式
参考附图,其中,贯穿各个附图,相同的附图标记指代相同的部件,车辆10在图1中被示意性地示出。车辆10包括内燃发动机12(发动机(E)12)和双离合变速器(DCT)组件14。发动机12的速度响应于接收到的油门请求(箭头Th%),例如,加速踏板11或者指示请求的发动机扭矩的相对水平的其他合适装置的力或者行程的百分比。这种力/行程可以以传统的方式通过传感器(未示出)被检测。响应于油门请求(箭头Th%)的接收,发动机12产生向DCT组件14输入的输入扭矩(箭头TI),并且通过可旋转的驱动构件15将该输入扭矩(箭头TI)传递到DCT组件14。
如在本领域中容易理解的,DCT是自动化、手动类的变速器,其具有齿轮箱13,该齿轮箱带有两个独立操作的输入离合器,即,分别为如图1所示的第一和第二输入离合器C1和C2。虽然为了说明的简单化而从图1中被省略了,但是每个输入离合器C1和C2可以包括具有任何数量的摩擦盘、摩擦片或者其他合适的摩擦材料的中心盘。DCT组件14的输入离合器C1和C2可以被润滑/湿润,或者其可以是干燥的,这两种设计都在上文被描述。即,在湿式DCT实施例中,流体(箭头F)可以被发动机驱动的流体泵31循环到输入离合器C1、C2,或者在干式DCT实施例中,流体(箭头F)可以仅被循环到齿轮箱13。相关的电子和液压离合器控制装置(未示出)最终响应来自各种车载控制器的指示而控制换挡操作和车辆起动,这将在下面详细说明。
在图1的示例DCT组件14中,第一输入离合器C1控制DCT组件14的所有奇数编号齿轮组24(GSO),例如,在示例7速度变速器中的第一、第三、第五和第七档位,而第二输入离合器C2控制任何偶数编号的齿轮组124(GSE),例如在同一示例7速度变速器中的第二、第四和第六档位。在每个齿轮组24、124中,附加的离合器,例如液压活塞致动的旋转或者制动离合器,可以根据需要被接合或者脱开,以建立所需的齿轮状态。倒车齿轮状态可以是奇数编号齿轮组24的一部分,并且通过第一输入离合器C1被控制。使用这种类型的齿轮配置,DCT组件14可以在它可获得的档位范围内被快速地换挡,同时不完全打断来自发动机12的动力流动。
图1中示出的车辆10的控制器至少包括变速器控制模块(TCM)20和发动机控制模块(ECM)30。下面参照附图2-4进行详细的说明,TCM20在车辆10的起动过程中联合ECM30工作,由此对指定的输入离合器的任何制动器(例如离合器活塞)建立基于发动机加速度的闭环位置控制。典型地,输入离合器C1将被用于第一档起动,但是在其他状态下的起动没有被排除,因而输入离合器C2以相同的方式被控制。对于干式DCT而言,本起动控制方法可以帮助解决基本变化(fundamental variation),以提高起动质量。虽然通常该变化在干式DCT中是常见的(因为在输入离合器的摩擦界面上缺少冷却),但是具有湿式DCT的车辆的起动也可以通过本发明而获益。
在图1的示例车辆10中,DCT组件14还包括被连接到一组驱动轮(未示出)的输出轴21。输出轴21最终向驱动轮传送输出扭矩(箭头TO)以推进车辆10。DCT组件14可以包括连接到第一输入离合器C1的第一轴25、连接到第二输入离合器C2的第二轴27、和位于所述齿轮箱13中的相应奇数和偶数编号的齿轮组24、124(GSO、GSE),其两者可以通过来自油箱35中的变速器流体而被冷却和润滑,所述流体通过发动机驱动的主油箱31(例如,通过泵轴37)或者可选地通过辅助泵(未示出)而循环。
在DCT组件14中,第一轴25被连接到奇数编号齿轮组24(GSO),并且仅驱动该奇数编号齿轮组24(GSO)。第二轴27被连接到偶数编号齿轮组124(GSE),并且仅驱动该偶数编号齿轮组124(GSE),包括倒车齿轮组。DCT组件14还分别包括上和下主轴17和19,它们被连接到最终驱动(F/D)齿轮组34、134。最终驱动齿轮组34和134转而被连接到DCT组件14的输出轴21,并且被配置用于提供任何所需的最终齿轮减速(gear reduction)。
参照车辆10的控制器,TCM20和ECM30可以配置为基于微处理器的装置,其具有下列元件,例如处理器22、32;存储器23、33,包括但不必局限于有形非瞬时性计算机可读介质,比如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存等;和电路,包括但不局限于高速时钟、模拟-数字(A/D)电路、数字-模拟(D/A)电路、数字信号处理器,或DSP;收发器26、36;以及所需的输入/输出(I/O)装置和其他信号处理和/或缓冲电路。
TCM20和ECM30被编程以执行起动控制方法的所需步骤,其示例示出在图5中100处,TCM20特别地在车辆10的起动的持续时间期间提供对指定输入离合器C1或C2的操作的、基于比例积分导数(PID)的位置控制。作为本起动控制方法的一部分,ECM30可以产生各种控制值,包括用于控制发动机12的发动机速度请求(箭头NER)和发动机加速度值(箭头Iα),其后者被传送到TCM20,被TCM20用在算得的离合器扭矩(在下文中如此称呼)的计算中。最后,在维持输入离合器C1或C2的位置控制中,TCM20使用发动机加速度值(箭头Iα),特别是发动机扭矩与算得的离合器扭矩之间的差异(variance),并且向指定的输入离合器C1或C2输出位置控制信号(箭头PX),由此以下面说明的方式控制指定输入离合器C1或C2的位置。
参照图2,一组曲线50被示出,以说明图1所示的车辆10在起动过程中的各种性能特性。在每一条曲线上,信号幅值(A)被描绘在纵轴上,时间(t)被描述在横轴上。在t0处,车辆10的驾驶员通过压下加速踏板11而要求起动。响应于增大的油门请求,由ECM30产生对应的发动机速度请求,例如通过与油门请求(曲线Th%)成比例的发动机速度请求。
在发动机速度请求被ECM30传送到发动机12时,发动机12的各种致动器根据需要被ECM30控制,以提供发动机加速度的校准率。实际的发动机扭矩(曲线TE)增大,该扭矩的大部分最初做功用来增大发动机速度(曲线NE)。如本领域所理解的,发动机致动器可以包括例如发动机12的火花塞和/或气缸,ECM30通过控制点火/点燃、有效气缸的数量等来控制发动机速度(曲线NE)。
来自发动机12的一部分实际输出扭矩被需要用来克服发动机12的惯量(I),特别是在起动时。发动机惯量(I)被用在各种发动机制动器的闭环位置控制中。具体地,算得的扭矩(TCALC)可通过TCM20如下地获得:
TCALC=TE-Iα
其中α是测量或计算得到的发动机12的加速度,其他因子在上文已描述。来自TCM20的被命令离合器扭矩(TCC)与如上所述获得的算得的离合器扭矩(TCALC)被用来执行对图1所示DCT组件14的指定输入离合器C1或C2的离合器位置的闭环校正,其中对TTP图表的可能的调整记录在TCM20中或可由其访问。
图2中,当加速踏板11被压下时,发动机速度(曲线NE)在于t1附近稳定之前急剧上升。在该t0-t1的初始时段,发动机扭矩(TE)主要做功用来增大发动机速度(NE)。在车辆起动阶段,高的发动机扭矩减去大的算得的惯量扭矩值(Iα)得到低的算得的扭矩(TCALC)。当发动机速度(NE)达到校准的目标(例如在大约t1处)时,发动机扭矩(TE)可降低以减慢发动机12,或可以存在足够的离合器扭矩(TCC)来停止发动机12的加速。算得的扭矩(TCALC)上升以满足命令的离合器扭矩(TCC)。算得的扭矩(TCALC)从命令的离合器扭矩(TCC)的任何偏差(Δ)使得TCM20建立对离合器位置的闭环控制,其目的是TCALC与TCC匹配。
命令的离合器扭矩(曲线TCC)可以被提供作为来自TCM20的、例如从查找表获取或记录在存储器23中的扭矩模型中的校准值。TCM20由此监控实际的发动机扭矩(曲线TE)和发动机惯量扭矩(曲线Iα),以精确地确定在起动的过程中多少负载要作用在图1的DCT组件14的输入离合器C1或C2上,并且然后根据需要随时间调整位置信号(图3的曲线PX)。
参照图3,离合器位置信号(曲线PX)由图1的TCM20产生,并且被传送到被用来控制车辆起动的、图1的输入离合器C1或C2上。如本文中所使用,“增加的”离合器位置信号是导致离合器作用活塞或者其他致动器沿着输入离合器C1或C2的作用方向运动的任何位置信号或者命令,并且因此是导致离合器扭矩的增加的信号。同样,“减少的”离合器位置信号导致离合器作用活塞或者其他致动器沿着释放方向运动,并且因此是导致离合器扭矩降低的信号。
在其中算得的离合器扭矩超过来自TCM20的命令的离合器扭矩的示例控制行为中,离合器位置信号(曲线PX)可以被向下修改,以形成曲线PX -。在其中算得的离合器扭矩小于命令的离合器扭矩的控制行为中,离合器位置信号(曲线PX)可以被向上调整,以形成曲线PX +。在图2和3的约t2处,指定的输入离合器C1或C2达到同步速度,车辆10被完全起动,通常以第一档位。
图3的离合器位置信号(曲线PX)的调整可以导致对于扭矩-位置(TTP)图表60自动修改被记录的扭矩,其示例被示出在图4中,其中扭矩(T)绘制在横轴上,位置(P)绘制在纵轴上。图4的实施例是可记录在图1所示的TCM20的存储器23中的简单的三位置TTP模型。这样的图表可被TCM20使用,以精确地确定要命令多少扭矩(T)用于给定的离合器位置(P),反之亦然。TTP图表60可以包括校准的最小扭矩T1、校准的中间水平扭矩T2和校准的最大扭矩T3,它们一起被示出为TTP曲线62。每个扭矩值对应各最小、中间水平或者最大离合器位置P1、P2或者P3。因此,作为可能的控制行为的一部分,TCM20可以随时间修改或者调整TTP图表60,例如如所示地沿着箭头65的方向向上,以形成调整的TTP曲线64,其可以被记录以用在下一次换挡中。
参照图5,用于控制在图1中示出的车辆10的起动的示例方法100在步骤102处开始,其中,图1的ECM30接收油门信号(箭头Th%),其指示车辆10的驾驶员已经使用足够的力压下了加速踏板11,由此请求了车辆10的起动。方法100继续到步骤104,这时油门信号(箭头Th%)已经被检测到。
步骤104需要如上所述地获得离合器扭矩(TCALC),例如经由发动机12的测量的或算得的加速度与已知惯量(I)的乘积。惯量(I)可以是被记录在TCM20的存储器23中的校准值。加速度(α)可以使用任何合适的方法来确定,例如,通过计算测量的发动机速度信号的改变率或者通过直接的测量来确定。算得的离合器扭矩(TCALC)被记录,然后方法100继续到步骤108。
在步骤106,确定实际的发动机扭矩(图2的曲线TE)。在特定的实施例中,该值可以从记录在ECM30的存储器33中的扭矩模型获取。因此,对于任何给定的速度点,由发动机12输出的扭矩是已知的,并且被报告到TCM20,例如通过控制器区域网络(CAN)总线。
在步骤108,TCM20接着确定命令的离合器扭矩,即,图2的曲线TCC是否等于算得的离合器扭矩(TCALC),或者是否至少处于算得的离合器扭矩(TCALC)的小的校准范围内。如果是,那么不需要调节离合器位置信号(图3的曲线PX),并且方法100重复步骤102。步骤102-108可以在循环中继续,直到退出条件信号转换到稳定状态控制,其通常一旦输入离合器达到同步速度就指示起动的完成。如果命令的离合器扭矩(图2的曲线TCC)不等于算得的离合器扭矩(TCALC),那么方法100就代替地继续到步骤110。
步骤110包括通过TCM20确定是否命令的离合器扭矩(曲线Tcc)超过来自步骤104的算得的离合器扭矩(TCALC)。如果是,那么方法100继续到步骤112。否则,方法100继续到步骤114。
在步骤112,TCM20向下调节离合器位置信号(图3的曲线PX),即,以校准的量降低离合器位置信号使得对于那个位置作用更少的离合器扭矩。步骤112可以调整TTP图表,例如,图4的示例TTP图表60。可以通过死区或者其他合适的限制来限制调节的量,以避免TTP模型的过度调节。例如,在每个控制环中在一种可能的方法中,位置可以被减少不多于0.5mm,或者在另一实施例中被减少小于2mm。方法100在调节了位置信号(图2的曲线PX)之后返回到步骤102。
在步骤114,TCM20向上调节离合器位置信号(图3的曲线PX),即,以校准的量增加离合器位置信号,使得针对那个位置作用更多的离合器扭矩。与步骤112一样,步骤114可以以小的校准量来修改/调整图4的TTP图表60。方法100在调节了离合器位置信号(图2的曲线PX)或者TTP图表60之后返回到步骤102。
使用上面所述的方法100,图1的TCM20可以通过从ECM30请求点火延迟或者油门控制来调节(blend)发动机速度请求,以配合车辆100的加速度。换句话说,上述算得的扭矩作为向前馈控制项被传送到ECM30中。以这种方式,相对于传统方法,改善了起动的感受。TCM20通过在整个起动的过程中基于PID的闭环离合器位置控制来确保输入离合器C1或C2的命令离合器扭矩与算得的离合器扭矩尽可能密切地匹配。本发明将有助于防止TCM20命令离合器扭矩处于太高的水平,所述太高的水平可能会引起不希望的发动机毁坏。该方法可以更好地处理例如图1的DCT组件14的给定的DCT的实际TTP特性随时间的任何变化,同时由于发动机扭矩容量的增加在起动期间还允许最大的输出扭矩。
具体的说明和附图或者图片可支持或者说明本发明,但是本发明的范围仅由权利要求书限定。虽然已经具体地说明了用于实现要求保护的发明的如果知道的最佳方式和其他实施例,但是存在用于实现所附的权利要求书中限定的本发明的各种可选择的设计和实施例。

Claims (10)

1.一种车辆,其包括:
发动机;
发动机控制模块(ECM),其与所述发动机通信,其中,所述ECM提供实际的发动机扭矩值;和
双离合变速器(DCT)组件,其具有第一和第二输入离合器、经由各第一和第二输入离合器而可选择地连接到所述发动机的第一和第二齿轮组、以及与DCT组件和ECM通信并且具有校准的扭矩-位置(TTP)图表的变速器控制模块(TCM);
其中,所述TCM配置用于:
接收车辆的起动请求;
从所述ECM接收实际的发动机扭矩值;
确定惯量扭矩值,其为发动机的加速度和惯量的乘积;
根据实际的发动机扭矩值和惯量扭矩值,计算用于所述第一和第二输入离合器中指定的一个的离合器扭矩;
计算算得的离合器扭矩和命令的离合器扭矩之间的差;
使用所述差作为反馈项,提供对指定输入离合器位置的闭环控制。
2.根据权利要求1所述的车辆,其中控制器配置为,至少部分地通过从扭矩-位置图表获取离合器位置以及将离合器位置信号传递到指定输入离合器而提供对位置的闭环控制。
3.根据权利要求2所述的车辆,其中,所述控制器配置为修改TTP图表,使得当算得的离合器扭矩超过被命令的离合器扭矩时TTP图表中更少的离合器扭矩对应于指定输入离合器的给定作用位置,且使得当算得的离合器扭矩小于被命令的离合器扭矩时在TTP图表中更多的离合器扭矩对应于给定的作用位置。
4.根据权利要求1所述的车辆,其中ECM包括记录的扭矩模型,且配置为从该记录的扭矩模型获取实际的发动机扭矩值。
5.根据权利要求1所述的车辆,其中TCM配置为检测所述输入离合器何时达到同步速度,并且当所述输入离合器达到同步速度时转变到第一齿轮中的指定输入离合器的稳态控制
6.一种双离合变速器组件(DCT),其用于具有带发动机控制模块(ECM)的发动机的车辆,所述DCT组件包括:
第一和第二输入离合器;
第一和第二齿轮组,其中,所述第一和第二齿轮组通过各第一和第二输入离合器而可选择地连接到发动机;和
变速器控制模块(TCM),与所述ECM通信,其中,所述TCM配置为接收起动请求,并且,响应所述接收的起动请求,进一步配置用于:
从ECM接收实际的发动机扭矩值;
确定所述发动机的惯量和加速度;
根据所述发动机的惯量和加速度的乘积与实际的发动机扭矩值,计算用于所述第一和第二输入离合器中指定的一个的离合器扭矩;
比较算得的离合器扭矩和命令的离合器扭矩;
修正记录的扭矩-位置(TTP)图表,使得当算得的离合器扭矩超过命令的离合器扭矩时在所述TTP图表中更少的离合器扭矩对应指定输入离合器的给定的作用位置,并且使得当算得的离合器扭矩小于所述命令的离合器扭矩时在所述TTP图表中更多的离合器扭矩对应给定的作用位置;和
将离合器位置信号传送到指定的输入离合器,以由此命令从所述记录的TTP图表中获取的作用位置。
7.根据权利要求6所述的DCT组件,其中,所述DCT组件是干式DCT组件,其特征为冷却或者润滑流体不循环到所述第一和第二输入离合器。
8.根据权利要求6所述的DCT组件,其中,所述输入离合器与流体泵流体连通,并且通过从所述流体泵排放的流体润滑和冷却。
9.根据权利要求6所述的DCT组件,其中,TCM配置用于检测何时所述输入离合器达到同步速度,并且当输入离合器达到同步速度时转变到第一档位中的指定输入离合器的稳态控制。
10.根据权利要求6所述的DCT,其中,所述第一齿轮组建立DCT组件的奇数档位,并且第一输入离合器是用于起动的指定输入离合器。
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