CN104132082A - 利用适合的传递函数控制变速箱摩擦元件的方法 - Google Patents

Abstract

变速箱离合器的控制方法包括在变速箱操作条件下定义使离合器转矩与控制信号相关联的传递函数；针对当前操作条件确定目标离合器转矩；从传递函数确定目标控制信号从而在离合器中产生目标转矩；基于目标离合器转矩和离合器中的实际转矩之间的差通过调整控制信号来修正离合器转矩；计算有关变速箱输入转矩和变速箱输出转矩的实际离合器转矩；将离合器转矩误差计算为计算的离合器转矩和目标离合器转矩之间的差；以及基于离合器转矩误差重复地调整传递函数。

Description

利用适合的传递函数控制变速箱摩擦元件的方法

技术领域

本发明总体涉及一种用于在离合器控制事件期间控制变速箱离合器的方法。

背景技术

离合器传递函数被定义为通过摩擦界面传输的离合器转矩和离合器执行机构控制信号之间的关系，其可以是至电离合器执行机构的电流、液压-电执行机构的压力、离合器活塞的位置或者其他的变量。

在离合器驱动过程期间，离合器转矩受各种不可控的噪声因素(noisefactors)的影响，如执行机构系统的可变性和液压力转矩的热敏性。例如，对于液压驱动湿式离合器，离合器转矩相对于在特定变速箱流体温度处的给定控制信号的分布(profile)可以是相对线性的。然而，在不同的变速箱流体温度处，离合器转矩可表现出显著的非线性以及它的值对于同样的给定控制信号可以是极其不同的。

由于硬件的可变性，离合器传递函数从单元到单元会有所不同，以及由于系统组件(包括摩擦材料、变速箱流体添加剂、液压阀等)的退化和磨损，离合器传递函数还随着车辆的寿命而变化。实际上，利用现有技术来捕获批量生产应用中变化的传递函数的表现不是简单可能的。因此，传统的离合器控制方法主要依赖于离合器传递函数，其可以基于有限的车辆试验或台架试验从而推理(a priori)获得。

可基于如增加的变速箱换档持续时间的间接观察结果调整离合器传递函数。然而，这样的方法不能在所有驱动条件下直接地且精确地映射介于离合器转矩和执行机构控制信号之间的详细的函数关系。

发明内容

变速箱离合器的控制方法包括在变速箱操作条件下定义使离合器转矩与控制信号相关联的传递函数；针对当前操作条件确定目标离合器转矩；从传递函数确定控制信号从而在离合器中产生目标转矩；基于目标离合器转矩和离合器中的实际转矩之间的差通过调整控制信号来修正离合器转矩；计算有关变速箱输入转矩和变速箱输出转矩的实际离合器转矩；将离合器转矩误差计算为计算的离合器转矩和目标离合器转矩之间的差；以及基于离合器转矩误差重复地调整传递函数。

通过该方法构建的离合器传递函数提供了用于控制离合器行为的有价值的工具，该离合器行为共同对难以单独表征的所有噪声因素做出说明。方法还提供了对随时间的推移单元-至-单元的可变性或表征的变化做出说明的系统的方法。传递函数能够用于反向计算被要求实现所需离合器转矩的控制信号。

通过下述详细的说明书、权利要求书和说明书附图可知，优选实施例的应用范围将变得显而易见。应当理解是，说明书和具体的实施例，虽然指示了本发明的优选实施例，但是其仅通过图解方式给出。对于本领域技术人员来讲，描述的实施例显然可以做各种更改和修饰。

附图说明

通过以下描述，结合附图来更容易地理解本发明，其中：

图1为自动变速箱的传动装置的示意图；

图2为显示了用于前进档和倒车档中的每一个的图1的变速箱的离合器和制动器中的每一个的接合状态和断开状态的图表；

图3为从图1的变速箱的低速档至高速档的同步摩擦元件至摩擦元件升档事件的一般过程的曲线图；

图4为依据变速箱油温的离合器表现的示例；

图5为在不同的操作条件下的不同换档表现的曲线图；

图6为用于构建变速箱摩擦元件传递函数的方法的逻辑流程图；

图7描绘了关于用于更新离合器传递函数的方法的曲线图；

图8为用于利用如图6所描述的更新的、适合的传递函数来控制变速箱离合器的方法的逻辑流程图；

图9为表示根据该方法控制离合器事件期间随着时间的变化控制信号和离合器转矩的变化的曲线图。

具体实施方式

示意性地显示在图1中的变速箱2是具有控制器4的多档变速箱的一个示例，其中速度比的变化受作用于单个换档元件上的摩擦元件控制。来自车辆发动机5的发动机转矩被携带至液压动力转矩变换器12的转矩输入元件10。转矩变换器12的叶轮14在涡轮16上产生涡轮转矩。在涡轮轴(也是变速箱的输入轴18)上传输涡轮转矩。变速箱2包括简单的行星齿轮组20和复合行星齿轮组21。齿轮组20具有永久固定的恒星齿轮S1、环形齿轮R1以及可旋转地支承在托架22上并与恒星齿轮S1和环形齿轮R1啮合的行星小齿轮P1。变速箱输入轴18可驱动地连接于环形齿轮R1。

复合行星齿轮组21，有时称为拉瓦珍妮奥克斯(Ravagineaux)齿轮组，具有小节圆直径的恒星齿轮S3、转矩输出环形齿轮R3、大节圆直径的恒星齿轮S2以及复合行星小齿轮(compound planetary pinion)。复合行星小齿轮包括长的小齿轮P2/3，其与短的行星小齿轮P3和转矩输出环形齿轮R3啮合。短的行星小齿轮P3进一步地与恒星齿轮S3啮合。齿轮组21的行星小齿轮P2/3、P3可旋转地支承在复合托架23上。环形齿轮R3可驱动地连接于转矩输出轴24，其通过差速器和车轴总成(未示出)可驱动地连接于车辆牵引轮。

齿轮组20是相对于复合齿轮组21以串联设置的低速传动比齿轮组(underdrive ratio gearset)。转矩变换器12优选地包括锁定(lockup)或转矩变换器的旁路离合器25，其在完成转矩变换器的转矩倍增模式并在液压动力耦合模式开始之后，直接地将变速箱输入轴18连接至发动机5。

图2是显示了用于建立变速箱2的六个前进传动比和单个倒车比中的每一个的离合器和制动摩擦元件的接合模式和释放模式的图表。

在前四个前进传动比(first four forward driving ratio)的操作期间，托架P1通过轴26和前进离合器A可驱动地连接至恒星齿轮S3。在第三传动比、第五传动比和倒车操作期间，直接离合器B将托架22可驱动地连接至轴27，其连接于大的节圆直径恒星齿轮S2。在第四、第五和第六前进传动比操作期间，超速离合器E通过轴28将涡轮轴18连接至复合托架23。在第二和第六前进传动比操作期间，摩擦制动器C担当恒星齿轮S2的扭转反作用制动器(torsion reaction brake)。在第三前进传动比操作期间，直接摩擦制动器B与前进摩擦离合器A一起使用。然后，齿轮组21的元件一起被锁定，从而影响在轴28和输出轴26之间的直接传动连接。

前进摩擦离合器A在前进驱动期间通过转矩传递元件29连接至直接摩擦离合器B。

在前进驱动期间，直接摩擦元件B的转矩输出侧通过转矩传递元件30连接至轴27。通过同时应用低-和-倒退制动器D以及摩擦离合器B建立倒车驱动。

为了描述由变速箱2产生的同步传动比为1-2升档的一个示例，假设升档在第一传动比和第二传动比之间发生。在该1-2升档期间，前进摩擦离合器A保持接合状态，摩擦制动器C在升档之前以断开状态开始并在升档期间接合，以及低/倒退摩擦制动器D在升档之前以接合位置开始并在升档期间释放。摩擦离合器B和超速摩擦离合器E贯穿升档保持断开状态。

在同步1-2升档期间，摩擦制动器C被称为即将到来的元件、即将到来的离合器或即将到来的元件(OCE)。摩擦制动器D被称为即将离开的元件、即将离开的离合器或即将离开的元件(OGE)。

图3表示从图1的自动变速箱的低速档至高速档的同步摩擦元件至摩擦元件升档的一般过程。例如，该过程已描述了关于1-2同步传动比的升档，其中摩擦元件C为即将来临的摩擦元件和低/倒退摩擦元件D是即将离开的摩擦元件，但其并不打算阐述具体的控制方式。

升档事件被分为三个阶段：准备阶段31、转矩阶段32和惯性阶段33。在准备阶段31期间，敲击(stroke)即将来临的摩擦元件活塞以为接合做准备。同时，如步骤34处所示，即将离开的摩擦元件的控制力作为向其释放的步骤而减小。在这一示例中，如35处所示即将离开的摩擦元件D仍然保持足够的转矩能量以阻止其滑动，在低速档设置中保持变速箱2。然而，在36处所示的增加即将来临的摩擦元件的控制力减小齿轮组21内的净转矩流。因此，在转矩阶段32期间，输出轴转矩会明显下降，生成所谓的转矩洞37。大的转矩洞作为不愉快的换档冲击能够被车主感知。对转矩阶段32的末尾，当如在39处所示即将来临的摩擦元件的施加力继续增加时，如在38处所示即将离开的摩擦元件的控制力降低至零。

当如40处所示的即将离开的摩擦元件D开始滑动时，转矩阶段32结束且惯性阶段33开始。在惯性阶段33期间，当即将来临的摩擦元件的滑动速度如42处所示朝43处的零减小时，即将离开的摩擦元件的滑动速度如41处所示增加。发动机速度和变速箱输入速度44随着行星齿轮配置的改变而下降。在惯性阶段33期间，由分布曲线45指示的输出轴转矩主要受由力的分布曲线46所间接指示的即将来临的摩擦元件C的转矩能量的影响。当即将来临的摩擦元件C完成接合或者当它的滑动速度在43处变为零时，惯性阶段33结束，完成升档事件。

离合器传递函数被定义为通过摩擦界面传输的离合器转矩(Tcl)和离合器执行机构控制信号(Ucom)之间的关系，其可以是至电离合器执行机构的电流、液压-电执行机构的压力、离合器活塞的位置或者其他的变量。在离合器驱动过程期间，离合器转矩受各种不可控的噪声因素的影响，如执行机构系统的可变性和液压力转矩的热敏性。例如，对于图4中所描绘的液压驱动湿式离合器系统，在Toil＝200°F401处离合器转矩Tcl相对于控制信号Ucom可以是相对线性的，其中Ucom可以为液压变速箱流体的控制压力(commanded pressure)。然而，在30°F处，离合器转矩可表现出显著的非线性402并且它的值在给定的控制信号水平403处可以是显著较低的。离合器传递函数或在Tcl和Ucom之间的关系从单元到单元可能会有所不同，并且由于系统组件(包括摩擦材料、变速箱流体添加剂、液压阀等)的退化和磨损，离合器传递函数还随着车辆系统的寿命而变化。实际上，利用现有技术来捕获批量生产应用中的改变传递函数的表现不是简单可能的。因此，传统的离合器控制方法主要依赖于离合器传递函数，其可以基于有限的车辆试验或台架试验从而推理(a priori)获得。可基于如增加的变速箱换档持续时间的间接观察结果调整离合器传递函数。然而，这样的方法不能在所有驱动条件下精确地映射介于Tcl和Ucom之间的详细的函数关系。

离合器系统，其包括执行机构元件和摩擦元件，在不同的操作条件下广泛地展现出不同的表现。在液压执行机构系统的情况下，其性能对液压回路内的液压流体条件是非常敏感的。湿式离合器包，其摩擦界面用变速箱流体被润滑，也显示出对许多因素(如滑动速度、流体添加剂、油温等)敏感。在干式离合器系统的情况下，它的摩擦转矩对界面温度条件敏感是众所周知的。因此，即使控制(command)相同的执行机构的力分布曲线，通过摩擦界面传输的转矩可能会有显著差异。离合器转矩的可变性通常在换档事件期间使变速箱输出转矩的稳定性或换档的质量降低。

例如，图5显示了在两种温度条件下的不同输出轴转矩的表现，导致了可能被车主负面地感知的不稳定(inconsistent)的换档感受。即使控制的压力分布曲线是几乎完全相同的503，变速箱输出轴转矩在低温下换档开始时具有明显的峰值501，然而在高温下峰值向端部502移动。由于组件磨损，离合器执行机构和摩擦组件的性能在最初的磨合阶段期间以及随着时间的推移而变化，从而影响换档的质量。由于制造和装配可变性，离合器系统的表现还从单元到单元有所不同。存在一种贯穿变速箱系统的寿命，精确地表征离合器传递函数或介于控制的控制信号和穿过离合器硬件传输的实际转矩之间的关系，从而精确地控制离合器转矩以提高换档质量的需要。

图6表示用于构建和适应性地提高离合器传递函数的方法的逻辑流程图600。在步骤601处开始离合器控制。根据美国专利申请公布号为US2010/0318269的第[0050]段至第[0058]段中所描述的方法，利用动力传动系统转矩传感器或其他装置在步骤602和603处确定变速箱输入轴18和输出轴24上传输的转矩。通过引用的方式将美国公开号为2010/0318269的全部公开合并于此。

根据美国专利公开号为US2010/0318269中所描述关于Eq.(3)和Eq.(6)的方法，基于Tin和Tout，在步骤606处，分别确定即将来临的摩擦控制元件或即将离开的摩擦控制元件两者中的任意一个的离合器转矩T*cl。

以函数的形式将离合器传递函数F(.)定义为Tcl＝F(Ucom,Xk)，其中Ucom是在步骤604处确定的控制的离合器执行机构控制信号，以及在步骤605处确定的Xk为相应的变速箱操作条件。

可以利用任何合适的基底函数定义F(.)，如具有多系数或神经网络的多变量多项式。作为选择，F(.)可被定义为具有Xk的多维度查找表，Xk代表如变速箱油温的开启操作条件。F(.)被存储于控制系统内存中并被用于在步骤607处在给定的操作条件Xk下计算Tcl。

在离合器控制事件期间的每个时间间隔或时间步骤(ti)处，针对给定的Ucom和Xk，基于T*cl、Tcl和ΔTcl，在步骤609处更新F(.)的系数或从其中确定F(.)的查找表入口的系数。ΔTcl，在步骤608处被计算。传统的优化方法，如最小二乘法优化法(a least square optimization method)，可被用于更新F(.)的系数或从其中确定F(.)的查找表入口的系数。优化方法降低了介于在步骤606处由Tin和Tout计算的T*cl的离合器转矩量级和在步骤607处由F(.)计算的离合器转矩量级之间的量级差ΔTcl。

在步骤610处，对在连续执行控制方法600期间出现的F(.)的每个变化被存储在控制系统内存中。

在步骤616处，能够计算随着时间的推移传递函数F(.)的变化或变化率并将之存储在动力系统控制模块(PCM)中。

在步骤617处，执行测试以确定离合器系统性能退化是否足以保证在系统发生故障之前在步骤618处提早地发出服务警报。

在步骤611处，执行测试以确定是否在步骤613处结束执行离合器的控制。

图7形象地描绘了图6所描述的用于更新离合器传递函数的方法。在给定的动力系统或变速箱控制条件Xk下，针对在时间步骤(ti)处控制信号Ucom＝U1703，由存储在PCM中的传递函数F(Ucom,Xk)702计算出Tcl701。通过应用美国公布号为2010/0318269中所描述的方法，独立于传递函数F(.)，从Tin和Tout获得T*cl704。

如图7所示，T*cl(ti)704大于Tcl(U1,Xk)701。根据关于图6所描述的系统化的方法，调整F(Ucom,Xk)的系数以向上移动函数至705，从而基于Tcl和T*cl减小ΔTcl。

图8为利用如关于图6和7所描述的更新的、适合的传递函数，控制变速箱离合器的方法的逻辑流程图。离合器控制事件可包括车辆发动、变速箱升档、降档或任何其他的驾驶性能的控制动作。

在801处离合器控制开始，其中所有相关的动力系统和变速箱变量被初始化。

在802处，基于在变速箱系统2中可获得的测定数据，确定离合器控制条件Xk。

在803处，针对给定的驾驶性能控制事件的当前离合器控制条件Xk确定目标离合器转矩分布Ttar。

在步骤804处，基于在步骤610处存储的离合器传递函数F(.)-1的倒数，确定控制信号分布Ucom，从而针对当前控制条件Xk实现离合器转矩Ttar的目标量级。

在步骤805处，基于ΔT修正Ttar为反馈信号，其中G是控制增益。注意针对i＝0，ΔT被设置为0。

在步骤806处，针对离合器的控制，控制Ucom。

在步骤807处，基于Tin和Tout计算T*cl。

在步骤808处，计算离合器转矩错误ΔT。

如果到达离合器控制的末端，则在步骤811处控制过程结束。

如果进一步的离合器控制被要求，则在再次执行步骤802之前增值(i)为1之后，迭代过程800从步骤809返回至步骤802。

图9为描绘了在根据图8所描述的方法控制离合器事件期间，随着时间的变化控制信号和离合器转矩的变化的曲线图。在第一时间步骤(ti)901处，由Tin和Tout确定的实际的离合器转矩T*cl902小于离合器转矩Ttar(ti)903的目标量级，该目标量级是在目标分布曲线(target profile)Ttar(t)904上的点。基于Ttar和ΔT以及离合器传递函数F-1的倒数，将Ucom修正为ti后面的时间步骤的更高量级905从而减小ΔT。

修正的Ucom905导致T*cl906，其紧密地跟随Ttar904。在对照中，图9描绘了T*cl907，当离合器传递函数F(.)和转矩反馈ΔT两者都不可用于修正控制信号Ucom908时其显著不同于Ttar904。

根据专利法的规定，描述的是优选实施例。然而，应当指出的是，除了上述特别说明和描述的以外，替代的实施例也可被实施。

Claims (10)

1.一种用于在离合器事件期间控制变速箱离合器的方法，其特征在于，包含：

(a)在变速箱操作条件下定义使离合器转矩与控制信号相关联的传递函数；

(b)针对当前操作条件确定目标离合器转矩；

(c)利用传递函数的控制信号和当前操作条件，在离合器中产生转矩；

(d)基于目标离合器转矩和离合器中的实际转矩之间的差，通过调整控制信号来修正离合器转矩；

(e)计算有关变速箱输入转矩和变速箱输出转矩的实际离合器转矩；

(f)将离合器转矩误差计算为计算的实际离合器转矩和目标离合器转矩之间的差；

(g)基于离合器转矩误差重复地调整传递函数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(e)中独立于传递函数计算实际离合器转矩。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(e)中，基于变速箱为其中元件的动力传动系统中感应的转矩和估计的转矩中的其中一个计算离合器转矩。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制信号用于建立传输离合器的能量的转矩。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，传递函数为具有多系数的多变量多项式。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，利用最小二乘法优化法来更新传递函数的系数。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，传递函数被定义为具有针对变速箱操作条件的多维度的查找表。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包含：如果传递函数的变化率超出了参考率，则产生警报信号。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过从变速箱中获得的感应数据来确定步骤(b)的当前操作条件；所述离合器为所述变速箱的元件。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于车辆行为的现有知识确定步骤(b)的目标离合器转矩，从而产生所需驾驶性能的行为。