CN104048029B - 变速器换档方法 - Google Patents

Abstract

提供一种变速器换档的方法。所述方法是一种控制多阶降档的方法。释放两个即将分离换档元件并接合两个即将接合换档元件来完成降档。在降档的第一阶段期间，即将分离换档元件中的一个即将分离换档元件控制输入轴转速的增加率。在降档的第二阶段期间，即将接合换档元件中的一个即将接合换档元件控制输入轴转速的增加率。所述方法计算目标扭矩容量，使得输出扭矩和输入轴加速度在所述阶段间的过渡期间保持不变。此外，所述方法计算目标扭矩容量，使得当输入轴达到最终传动比时，两个即将接合离合器的相对转速同时达到零。

Description

变速器换档方法

技术领域

本公开涉及用于机动车辆的自动变速器领域。更具体地讲，本公开涉及改变传动比的方法。

背景技术

很多车辆在宽范围的车速（包括向前和向后移动两者）下使用。然而，某些类型的发动机只能在窄的转速范围内有效地运转。所以，能够以多个传动比（speed ratio）有效地传输动力的变速器被频繁地使用。变速器传动比是输入轴转速和输出轴转速的比率。当车辆处于低车速时，变速器通常以高传动比运转，使得变速器放大发动机扭矩，用于改善加速。当车辆处于高车速时，变速器以低传动比运转，以允许与安静、燃料高效巡航关联的发动机转速。

当驱动条件改变时，自动变速器从一个传动比改变为另一传动比。例如，当车辆使用低传动比巡航并且驾驶员要求增加车轮扭矩时，变速器必须降档进入更高传动比。对于驾驶员需要的车轮扭矩突然改变，在单个换档事件中变速器可跳过一个或更多个可用传动比。许多自动变速器具有多个离合器并通过接合特定离合器的子集合来选择特定传动比。为了执行从一个传动比切换到另一传动比，一个或更多个先前接合的离合器被释放并且一个或更多个先前分离的离合器被接合。如果使车轮扭矩的波动最小化并且如果通过换档来维持正车轮扭矩，那么可改进乘客舒适度。

发明内容

一种控制多阶降档的方法，所述方法包括释放两个即将分离换档元件并接合两个即将接合换档元件。这些换档元件的扭矩容量被控制使得输出扭矩保持为正并且仅有一次下降到初始输出扭矩之下。

在所述换档的第一阶段期间，第一即将分离换档元件的扭矩容量被调节，以控制输入轴转速。在所述降档的第二阶段期间，第一即将接合换档元件的扭矩容量被调节，以控制输入轴转速。当所述第一即将接合换档元件上的相对旋转改变方向时，第二阶段开始。所述方法可用于换档，在换档中，如果换档元件在第二阶段早期未被释放，那么通过第二即将分离换档元件传送的扭矩将反向。在第一阶段和第二阶段过渡时，控制器可计算用于第一即将分离换档元件和第一即将接合换档元件的目标扭矩容量，使得输出扭矩和输入轴加速度保持不变。在第二阶段期间，控制器可计算用于第一即将接合离合器的扭矩容量曲线，使得两个即将接合离合器同时达到同步转速。在一些实施例中，两个保持换档元件可在整个降档过程中保持完全接合状态。

所述方法还可包括：在整个第一阶段和第二阶段将第五换档元件和第六换档元件保持完全接合状态。

一种使变速器从最初的变速器传动比降档为最终变速器传动比的方法，所述方法包括：在当前变速器传动比在最初变速器传动比和最终变速器传动比之间的同时，通过调节第一即将接合换档元件的扭矩容量控制输入轴转速。

所述方法还可包括：基于变速器元件的速度的测量，调节第一即将接合换档元件的扭矩容量。

所述变速器元件可以是输入轴。

当当前变速器传动比达到最终变速器传动比时，所述第一即将接合换档元件的扭矩容量可被控制使得第二即将接合换档元件上的速度差达到零。

在至少部分地释放第一即将分离换档元件并完全释放第二即将分离换档元件之后，并在接合第二即将接合换档元件之前，可发生通过调节第一即将接合换档元件的扭矩容量控制输入轴转速。

在完全释放第一即将分离换档元件之后，可发生通过调节第一即将接合换档元件的扭矩容量来控制输入轴转速。

在使第一保持换档元件和第二保持换档元件保持在完全接合状态的同时，可发生通过调节第一即将接合换档元件的扭矩容量控制输入轴转速。

在整个换档事件期间可维持正的输出轴扭矩。

一种在换档期间控制变速器的方法，所述方法包括：释放两个换档元件并接合不同的两个换档元件，使得变速器的输出扭矩在整个降档期间为正并且输出扭矩在换档期间仅有一次下降至初始输出扭矩之下。

附图说明

图1是示例性变速器齿轮传动装置的示意图。

图2是示出在执行降档期间的转速关系的曲线图。

图3是示出在执行降档期间的扭矩关系的曲线图。

图4是示出换档的方法的流程图。

具体实施方式

在此描述了本公开的实施例。然而，应理解公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可以采取多种和可替代的形式。附图无需按比例绘制；可放大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。所以，在此公开的具体结构和功能性细节不应解释为限定，而仅为教导本领域技术人员不同地实施本发明的代表性基础。本领域普通技术人员应理解，参照任一附图说明和描述的多个特征可与一个或多个其它附图中说明的特征组合以形成未明确说明或描述的实施例。说明的组合特征提供用于典型应用的代表性实施例。然而，根据本公开的教导的特征的多种组合和变型可以期望用于特定应用或实施。

在图1中示意性地示出了示例变速器。变速器使用四个简单行星齿轮组20、30、40和50。中心齿轮26固定到中心齿轮36，齿轮架22固定到环形齿轮58，环形齿轮38固定到中心齿轮46，环形齿轮48固定到中心齿轮56，输入轴60固定到齿轮架32，并且输出轴62固定到齿轮架52。环形齿轮28通过制动器66选择性地保持不旋转并且中心齿轮26和36通过制动器68选择性地保持不旋转。输入轴60通过离合器70选择性地结合到环形齿轮48和中心齿轮56。中间轴64通过离合器72选择性地结合到齿轮架42、通过离合器74选择性地结合到齿轮架22和环形齿轮58并且通过离合器76选择性地结合到环形齿轮38和中心齿轮46。

如表1所示，离合器和制动器中的四者接合的组合在输入轴60和输出轴62之间建立十个前进传动比和一个倒档传动比。X指示对应的离合器接合以建立传动比。

表1

66

68

70

72

74

76

传动比

阶

倒档

X

X

X

X

-4.79

102%

1档

X

X

X

X

4.70

2档

X

X

X

X

2.99

1.57

3档

X

X

X

X

2.18

1.37

4档

X

X

X

X

1.80

1.21

5档

X

X

X

X

1.54

1.17

6档

X

X

X

X

1.29

1.19

7档

X

X

X

X

1.00

1.29

8档

X

X

X

X

0.85

1.17

9档

X

X

X

X

0.69

1.24

10档

X

X

X

X

0.64

1.08

全部的单阶换档和二阶换档通过逐渐接合一个换档元件（称为即将接合元件（ONC））同时逐渐释放不同的换档元件（称为即将分离元件（OFG））来执行。在这些换档中的每个换档期间，三个换档元件（称为保持元件）维持完全接合同时一个元件保持完全分离。在其他变速器传动装置中，保持元件的数量可不同。

在降档期间，发动机转速必须增加为与新的传动比匹配。输出扭矩可降低，同时一些动力转为增加发动机转速（而不是传送到输出轴）。另外，由于换档元件在换档期间打滑，所以一些动力被转换为热，加剧了输出扭矩的不足。

有时，期望通过超过两个传动比阶来降档。例如，如果在高速公路上以最高档巡航时车辆驾驶员按压加速器踏板来超过另一车辆，那么换档计划算法可要求多阶降档。对于某些多阶降档，必须释放两个换档元件并且必须接合两个换档元件。例如，为了从示例变速器的10档切换到示例变速器的6档，必须释放制动器68(OFG1)和离合器76(OFG2)并且必须接合离合器70(ONC1)和制动器66(ONC2)。虽然能够按照两个阶段（例如，通过暂时切换为8档）完成这样的换档，但是按照这种方式完成的换档将导致输出轴扭矩下降两次。输出扭矩的波动往往由于其直接转换为车辆加速度的波动而给驾驶员带来烦恼。此外，如果输出扭矩在换档期间的任何点处下降为零或者下降为非常低的水平，那么部分动力驱动系的扭矩的方向会暂时反转，从而由于齿轮侧隙产生噪声和另外的急动（jerkiness）。

图2和图3示出了图1的变速器中从10档切换为6档的转速和扭矩关系。图2中的线60示出了作为时间的函数的输入转速（假设输出转速大体上恒定）。其余的线描绘了不同离合器和制动器上的相对转速。线之间的比例无需相同。图3中的线62示出了作为时间的函数的输出扭矩（假设输入扭矩大体上恒定）。其余的线描绘了通过不同离合器和制动器传送的扭矩。再次，这些线之间的比例无需相同。图4是示出控制离合器以完成换档（例如，图2和图3中示出的换档）的方法的流程图。

在阶段1A通过逐渐降低制动器68（OFG1）的命令的扭矩容量而开始降档（如在84处所示）。当扭矩容量变为小于请求维持10档的扭矩容量时，所述制动器将开始打滑并且输入转速将开始上升。如通过图3中线62所示，输出扭矩随着动力被转为增加发动机转速而在该阶段下降。如果制动器68的扭矩容量接近为零，那么将有很少的发动机动力被传送到输出轴，但是发动机转速将快速增加。另一方面，如果制动器68的扭矩容量保持接近制动器68将以10档传输的水平，那么大部分发动机动力将传送到输出轴并且发动机转速将缓慢地增加。在阶段1B中，输出扭矩保持在相对恒定的水平并且输入轴转速以相对恒定的速率增加。随着输出轴的转速增加，离合器70(ONC1)和制动器66(ONC2)上的转速差均降低。在阶段1A和1B期间，供应到离合器70和制动器66的压力可增加，以为稍后的接合做好准备，但是所述压力不足以施加实质的扭矩。

当离合器70（ONC1）上的转速差在88处反向时，阶段1B结束并且阶段2开始。在过渡到阶段2时，制动器68（OFG1）的扭矩容量按照倾斜的方式降为零并且离合器70（ONC1）的扭矩容量增加。离合器70（ONC1）的扭矩容量被选择使得在阶段2的开始处输入转速的变化率和输出扭矩等于其在阶段1B的结束处的值。下面将讨论选择离合器70（ONC1）的扭矩容量的方法。当扭矩被传送到这个新的动力流动路径时，如果离合器76（(OFG2)）的扭矩容量维持不变，那么离合器76上的扭矩（T_ofg2）降低为零或者将反向。然而，当扭矩刚好将要在92处改变方向时，扭矩容量被快速地释放。

在阶段2期间，离合器70(ONC1)的扭矩容量逐渐增加，以降低输入轴转速的增加率并增加输出扭矩。在阶段2期间的反作用扭矩通过变速器部件本身的惯量提供。对于在图1的传动装置中从10档到6档的切换，离合器72、74和76以及齿轮架22和42与环形齿轮58一起旋转。由于这些部件具有较高的惯性，所以它们提供有效的反作用元件。在阶段2期间，离合器70（ONC1）上的转速差仍为负并且制动器66（ONC2）上的转速差朝向零降低。下面讨论使用方法，离合器70（ONC1）的扭矩容量被控制使得离合器70（ONC1）上和离合器66（ONC2）上的转速差在阶段2的结束处同时达到零。随着这些转速差接近零，离合器70（ONC1）和制动器66（ONC2）的扭矩容量在100处快速增加。

如图2和图3中所示的换档可使用图4中示出的步骤完成。如上所述，制动器68（OFG1）在阶段1B的结束处的扭矩容量和离合器70（ONC1）在阶段2的开始处的扭矩容量被选择为确保输入轴加速度（α_{is_1B}）和输出轴扭矩保持不变。产生这种结果的扭矩容量在步骤82处被计算。

行星齿轮变速器的转速和扭矩关系受多个等式约束。中心齿轮的转速（ω_sun）、齿轮架的转速（ω_carrier）、和环形齿轮的转速（ω_ring）与下面的等式有关：

N_sun*ω_sun+N_ring*ω_ring=(N_sun+N_ring)*ω_carrier (1)

其中，N_sun和N_ring分别是中心齿轮和环形齿轮的齿数。如果元件沿着与发动机相同的方向旋转，那么元件的转速为正，并且如果元件沿着与发动机相反的方向旋转，那么元件的转速为负。相应的角加速度与下面的等式有关：

N_sun*α_sun+N_ring*α_ring=(N_sun+N_ring)*α_carrier. (2)

通过每个行星齿轮元件施加的扭矩与下面的等式有关：

N_sun*Τ_ring=N_ring*Τ_sun (3)

Τ_sun+Τ_carrier+Τ_ring=0 (4)

如果元件扭矩运转为使连接的元件的转速增加，那么所述元件扭矩为正，如果其运转为使连接的元件的转速降低，那么所述元件扭矩为负。对于通过固定连接或通过完全接合换档元件而连接的行星齿轮元件的任何集合，转速和加速度彼此相等并且加速度与下面的等式有关：

J*α=Σ(Τ_i) (5)

其中，J是连接的元件的总旋转惯量。输入轴的加速度由在输入处的惯量以及通过齿轮箱施加的扭矩和通过原动力（prime mover）（Τ_in）施加的扭矩的和所指示。最后，通过换档元件打滑施加的扭矩等于换档元件的扭矩容量并且所述扭矩总是用作使转速较慢的元件的转速增加并使转速较快的元件的转速降低。对于完全接合的换档元件的状态和任何运动学装置，这些等式能够同时解答，以根据每个打滑离合器的扭矩容量预测施加在输出轴上扭矩和每个元件的加速度。

在阶段1A和1B期间，输出扭矩（Τ_{os_1}）和输入加速度（α_{is_1}）受下面形式的等式支配：

Τ_{os_1}=k₁*Τ_in+k₂*Τ_ofg1 (6)

α_{is_1}=k₃*Τ_in+k₄*Τ_ofg1 (7)

其中，Τ_ofg1是第一即将分离换档元件的扭矩容量，并且k₁-k₄是基于元件的惯量和不同变速器齿轮的齿数的常数。类似地，在阶段2期间，输出扭矩和输入加速度受下面形式的等式支配：

Τ_{os_2}=k₅*Τ_in+k₆*Τ_onc1 (8)

α_{is_2}=k₇*Τ_in+k₈*Τ_onc1. (9)

设置Τ_{os_1}等于Τ_{os_2}以及α_{is_1}等于α_{is_2}使得两个等式的Τ_in、Τ_ofg1和Τ_onc1相关。在步骤82处，控制器使用这两个等式和当前估算的Τ_in来解答Τ_{ofg1_1B}和Τ_{onc1_2A}，其中，Τ_{ofg1_1B}是第一即将分离换档元件在阶段1B期间的额定扭矩容量，并且Τ_{onc1_2A}是第一即将接合换档元件在阶段2开始处的扭矩容量。虽然图4示出该计算仅进行一次，但是在一些实施例中可在阶段1A和1B期间以规则的间隔重复该计算，以改进在换档事件的过程输入扭矩的改变的稳健性。

在可选的实施例中，在阶段2的开始处不是将第一即将分离换档元件的扭矩容量降低为零，而是将扭矩容量降低为零和Τ_{ofg1_1B}之间的值。在该可选的实施例中，在阶段2期间的输出扭矩和输入加速度受下面形式的等式支配：

Τ_{os_2}=k₅*Τ_in+k₆*Τ_onc1+k₉*Τ_ofg1 (8a)

α_{is_2}=k₇*Τ_in+k₈*Τ_onc1+k₁₀*Τ_ofg1 (9a)

使用这些修订的等式设置Τ_{os_1}等于Τ_{os_2}并设置α_{is_1}等于α_{is_2}使得两个方程式的Τ_in、Τ_{ofg1_1B}、Τ_{ofg1_2A}和Τ_{onc1_2A}相关，其中，Τ_{ofg1_2A}是即将分离换档元件在阶段2开始处的扭矩容量。控制器使用这两个方程式、当前估算的Τ_in和选择的Τ_{ofg1_2A}值来解答Τ_{ofg1_1B}和Τ_{onc1_2A}。在该可选的实施例中，换档期间的输出扭矩高于先前的实施例中的输出扭矩，但是由于输出轴加速度降低使得换档时间更长。

实际上，对于上述计算，实际输入轴扭矩可与通过控制器使用的估算值存在些微的不同并且实际换档元件扭矩容量可以不是精确地响应于命令的水平。闭环控制策略改进这些噪声因素的稳健性。通过这些噪声影响的某些量在换档过程中被测量。测量的值与作为换档过程中的一些测量值的函数而被计算的目标值进行比较。用于命令的扭矩容量中的一个的校正项按照规则的时间间隔被计算并被添加到对应的先前计算的命令的扭矩容量中。所述校正项有时可被称为反馈项并且预计算的值有时可被称为前馈项。在阶段1A和1B期间，闭环控制基于预期的输入轴加速度与测量的输入轴加速度（α_is）的比较用于第一即将分离换档元件的扭矩容量，如在86处所示。

在94处，控制器计算作为时间的函数的第一即将接合换档元件的目标扭矩容量，这样将使得第一即将接合换档元件上的传动比(ω_onc1)和第二即将接合换档元件上的传动比(ω_onc2)同时达到零。在阶段2期间，这些转速差的变化率受下面形式的等式支配：

α_onc1=k₁₁*Τ_in+k₁₂*Τ_onc1 (10)

α_onc2=k₁₃*Τ_in+k₁₄*Τ_onc1 (11)

如果第一即将接合离合器的扭矩容量为常数，那么转速变为零所需要的时间将是：

t₂=ω_{onc1_2A}/α_onc1=ω_{onc2_2A}/α_onc2 (12)

其中，ω_{onc1_2A}和ω_{onc2_2A}分别是第一即将接合换档元件和第二即将接合换档元件在阶段2的开始处的转速差，将等式（10）和（11）代入到（12）中并且解答Τ_onc1，产生在阶段2期间期望的平均扭矩容量Τ_{onc1_2ave}。系统是线性的，因此只要满足下式，那么在时间段t₂从Τ_{onc1_2A}按照倾斜的方式变为Τ_{onc1_2B}的扭矩容量曲线将产生期望的结果：

Τ_{onc1_2A}+Τ_{onc1_2B}=2*Τ_{onc1_2ave} (13)

在阶段2期间，该扭矩容量曲线用作用于控制第一即将接合换档元件的开环项。如上所述，通过基于测量的反馈值添加闭环项而改进了稳健性。在步骤96处，第一即将接合换档元件基于测量的ω_is在闭环中被控制。从阶段2的开始的时间用作换档过程的测量。目标ω_is作为时间的函数在步骤94处被确定。在可选的实施例中，可使用换档过程的不同的测量值（例如，ω_onc2的测量值）。类似地，可使用不同的反馈信号（例如，ω_onc1的测量值）。

虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求包括的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可作出各种改变。如上所述，可组合多个实施例的特征以形成本发明的未明确描述或说明的进一步的实施例。虽然可将多个实施例描述为对于一个或更多个期望的特征提供优点或者优于其它实施例或现有技术实施，但本领域技术人员应理解，取决于具体的应用或实施，可对一个或更多个特点或特征进行折中以实现期望的整体系统属性。这些属性可包括但不限于：成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、装配的便利性等。因此，被描述为对于一个或更多个特性可取性低于其它实施例或现有技术实施的实施例没有在本公开的范围之外并且可期望用于特殊应用。

Claims (10)

1.一种操作具有第一换档元件、第二换档元件、第三换档元件和第四换档元件的变速器的方法，所述方法包括：

开始从第一变速器传动比降档为第二变速器传动比，在第一变速器传动比中，第一换档元件和第二换档元件接合并且第三换档元件和第四换档元件分离，在第二变速器传动比中，第一换档元件和第二换档元件分离并且第三换档元件和第四换档元件接合；

在降档的第一阶段期间，通过调节第一换档元件的扭矩容量来控制输入轴转速；

在降档的随后的第二阶段期间，通过调节第三换档元件的扭矩容量来控制输入轴转速。

2.如权利要求1所述的方法，其中，当第三换档元件上的相对旋转改变方向时，所述降档的第二阶段开始。

3.如权利要求2所述的方法，其中：

所述第二换档元件选择性地将第一部件结合到第二部件；

在降档的第一阶段期间，第二换档元件在所述第一部件上施加负扭矩并在所述第二部件上施加正扭矩；

在降档的第二阶段期间，所述第二部件的转速大于所述第一部件的转速。

4.如权利要求3所述的方法，所述方法还包括：

在所述第二换档元件在所述第二部件上施加正扭矩的同时，使所述第二换档元件的扭矩容量降低为零。

5.如权利要求4所述的方法，其中：

所述第二换档元件的扭矩容量在第二阶段期间下降到零。

6.如权利要求2所述的方法，所述方法还包括：

在降档的第二阶段期间，使第一换档元件的扭矩容量下降到零。

7.如权利要求2所述的方法，其中，所述输入轴转速被控制使得第四换档元件上的相对旋转和所述第三换档元件上的相对旋转同时变为零。

8.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括：

当所述第四换档元件上的相对旋转达到零时，增加所述第四换档元件的扭矩容量。

9.如权利要求2所述的方法，所述方法还包括：

控制第一换档元件的扭矩容量和所述第三换档元件的扭矩容量，使得在第一阶段的结束处的输出扭矩等于在第二阶段开始处的输出扭矩。

10.如权利要求9所述的方法，其中，在第一阶段的结束处的输入轴加速度等于在第二阶段的开始处的输入轴加速度。